Способ защитного отключения электрической сети при прикосновении к ней человека Советский патент 1988 года по МПК H02H5/12 

о: а

о: « 4;

(иг. /

13

боты электрических сетей путем сокращения числа необоснованных отключений и достоверного определения прикосновения человека к токоведущей фазе сети. Время протекания тока утечки можно разбить на два участка: момент прикосновения к токоведущей фазе и установившийся режим, В момент прикосновения человека возникает импульс тока, который указывает на пробой кожного покрова. В установившемся режиме, вследствие уменьшения сопротивления тела человека, ток утечки нарастает с постоянной скоростью. Импульс тока с первого порогового элемента 3 поступает на дифференциру644

ющую цепь 8, 9, а затем на операционный усилитель второго селектора импульсов 5, с которого сигнал поступает на второй пороговый элемент 6. Селектор импульсов А контролирует медленную скорость нарастания то ка утечки и получает сигнал с порогового элемента 3. При наличии сигналов на выходах селектора импульсов 4 и порогового элемента 6 логический блок И 7 вырабатывает сигнал на отключение сети. Предлагаемый способ обеспечивает сокращение простоев технологического оборудования и повышает безопасность при обслуживании электрических сетей. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам электробезопасности, и предназначено для защиты че. гонека от поражения электрическим током, преимущественно в электрических сетях с изолированной не1(тралью напряжением до 1200 В. Целью изобретения является повышение электробе опасности и надежности ра

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам электробезопасности, и предназначено }.ля защиты человека от поражения , электрическим током, преимущественно в электрических сетях с изолированно нейтралью напряжением до 1200 В.

Целью изобретения является повышение электробезопасности и надежности работы электрическУ1Х сетей путем сокращения числа необоснованных отключений и достопериого определения прикосновения человека к токоведущей фазе сети.

Способ основан на возникновении импульса тока в момент прикосновения человека к токонедущей фазе. Импульс тока связан с пробоем кожного покрова человека под действием напряжения выше 42 В. В результате пробоя кожного покрова сопротивление человека резко снижается от величины в десятки килоом до величины 1,5-0,4 кОм. Сопротивление тела человека зависит от времени его нахождения под электрическим током и от установивщего- ся напряжения, приложенного к человеку, и определяется сопротивлением его внутренних органов, т.е. в момент пробоя в токе, протекающем чере тело человека, появляется импульс, а затем происходит нарастание тока, причем скорость нарастания пропорциональна установившемуся значению напряжения прикосновения.

В случае утечки тока, например, связанной с увлажнением изоляции электрической сети минерализованной влагой, происходит нарастание тока,

как и при случайном прикосновении человека к токоведущей фазе, а это, в свою очередь,приводит к ложному отключению сети, простою технологического оборудования. При изменении

двух величин параметров импульса утечки (минимальное значение амплитуды фронта импульса 5 мА, а длительности - не более 2 мс) и скорости нарастания тока утечки повышается достоверность определения прикосновения человека к токоведущей фазе. На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 а,б - ос

циллограммы токов.

Устройство содержит источник 1 оперативного тока, присоединительный фильтр 2, первый пороговый элемент 3, первый селектор 4 импульсов, выполненный в виде дифференцирующего звена и нуль-органа; второй селектор импульсов 5, выполненный в виде дифференцирующего звена, на выходе которого включен операционный усилитель (ОУ), второй пороговый элемент 6, выполненный на основе триггера Канди с элементами задержки выходного сигнала по времени, логи- ческий блок И 7.

Первый пороговый элемент предназначен для подачи сигнала на отключение в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции электрической сети, дифференцирующее звено первого селектора импульсов предназначено для контроля скорости нарастания оперативного тока, а нуль- орган служит для сравнения действительной скорости нарастания оперативного тока с допустимой, задаваемой уставкой. Второй селектор импульсов предназначен для регистрации в текущей величине оперативного тока импульса тока, вызванного прикосновением человека к токоведу- щей фазе, формирования запускающего импульса для второго порогового устройства и усиления его. Второй пороговый элемент вырабатывает сигнал на выходе только в том случае, если амплитуда и длительность импульса тка утечки характерны для случая ка- сания человека токоведущей фазы сети (амплитуда фронта 5 мА, время длтельности фронта 2 мс). Логический блок И вырабатывает сигнал на отключение сети в том случае, если на его входы поступают два сигнала: с второго порогового элемента и с первого селектора импульсов.

Устройство, реализ ющее способ, работает следующим образом.

Случай, когда человек не касает- ся токоведущей фазы электрической сети.

Величина переменного оперативного тока определяется полным сопротивлением изоляции фаз сети по отношению к земле и симметричной либо несимметричной утечкой. При снижении сопротивления изоляции сети ниже предельно допустимого значения возрастает величина оперативного тока, которая превышает первую эталонную величину, и первый пороговый элемент 3 вырабатывает сигнал на отключение электрической сети.

Случай, к огда человек прикоснулся к токоведущей фазе.

Распознавание причины, вызвавшей уменьшение сопротивления изоляции сети, достигается тем, что при электропоражении происходит пробой кожного покрова (эпидермиса и дермы) человека и его сопротивление

0

0

5

0

5

0

5

0

5

скачкообразно изменяется, а затем спадает с постоянной скоростью.

Осциллограммы токов, протекающих через человека при включении его в электрическую цепь постоянного и переменного тока, приведены на фиг.2а и 26 соответственно. Из приведенных кривых на фиг.2 видно, что время протекания тока утечки можно разбить на два участка: момент прикосновения к токоведущей фазе и установившийся режим. В момент прикосновения человека возникает импульс тока, который указывает на пробой кожного покрова. Передний фронт этого импульса представляет собой резкий, практически мгновенный скачок тока. Минимальное значение амплитуды фронта импульсного тока оценивается величиной 5 мА, а максимальное время длительности фронта не более 2 мс. В установившемся режиме вследствие умень шения сопротивления тела человека ток утечки нарастает с постоянной скоростью, которая колеблется от 1 до 200 мА/с. Распознавание касания человека к токоведущей фазе по предлагаемому способу основано на измерении параметров указанных двух режимов - скорости нарастания импульса Тока и скорости нарастания тока в установившемся режиме.

Импульс тока с первого порогового элемента 3 поступает на дифференцирующую цепь 8, 9, а затем на операционный усилитель второго селектора 5 импульсов, с которого сигнал поступает на второй пороговый элемент 6. При этом параметры дифференцирующей цепи 8 и 9 и коэффициент усиления ОУ подбирается так, чтобы в самом неблагоприятном случае (амплитуде фронта импульса 5 мА и длительности фронта 2 мс) сигнал, пришед- щий с селектора 5 импульсов, был достаточен для запуска порогового элемента 6, который выполнен в виде триггера Канди. Таким образом, контроль параметров импульса тока утечки производится на основе подбора параметров дифференцирующе1Ч цепи селектора 5 импульсов. Триггер Канди обладает следующими положительными свойствами, благодаря которым он использован в устройстве: очень высокая чувствительность (несколько десятков милливольт), очень малый гистерезис; при прекращении действия

запускаюшего импульса триггер переходит в исходное состояние. Конденсаторы 10, 11 и резисторы 12, 13 . второго порогового элемента 6 служат для формирования по амплитуде и длительности запускающего сигнала. С второго порогового элемента 6 сигнал поступает на первый вход логического блока И, на второй вход которого поступает сигнал с первого селектора 4 импульсов, параметры которого подобраны таким образом, что он не реагирует на импульс тока, связанный с моментом прикосновения человека к фазе сети. Для согласования во времени двух входных сигналов логического блока И используется конденсатор 14 и резисторы 15, 16, 17, которые выполняют роль элементов задержки. Выбор их величин производят так, чтобы время.от закрытия транзистора 18 второго порогового элемента 6 до закрытия транзистора

19 логического блока И было равно или 25 оборудования и увеличение безопасноHorKO- iiKn б(зльше времени срабатыва- ь ия первого селектора 4 импульсов. Величин) этшментов 15 и 14 определяют постоянную времени от закрытия до ОТКР1-1ТИЯ транзисторов 18 и 19 со- о 113C тстпеино , а неличины элементов 14, 1Ь и 17 (cvTnpoTHBJieHne резисто- jia 20 постоянное) - постоянную кре- МСМ1И от открытия до закрытия тран- тисторои 18 и 19 соответственно.

с;слсктор 4 иг пульсов контролирует медленную скорость нарастания тока утечки и получает сигнал с поро- roi.ioro элемента 3. (/.нгнал, попадая на вход дифференцирующего звена первого селектора 4 импульсов, дифференцируется, и на выходе селектора появляется прямоугольный импульс напряжения. Величина этого импульса пропорциональна скорости нарастания оперативного тока и, следовательно, переминному току сети, протекающему через человека, а его длительность определяется общим временем срабатывания устройства защитного отключеСпособ защитного отключения электрической сети при прикосновении к ней человека, основанный на наложении оперативного тока с частотой, отличной от частоты сети, измерении, преобразовании и сравнении его с первой эталонной величиной и формировании отключающего сигнала в случае превьшения над первой эталонной величиной, измерении скорости нарастания оперативного тока, протекающего через человека в установившемся режиме, преобразовании его в электрический сигнал, сравнении полученного сигнала с второй эталонной величиной и формировании выходного сигнала в случае превыщения над второй эталонной величиной, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения электробезопасности и бесния электрической сети. .С выхода диф-50 перебойности работы электрических сеференцирующего звена первого селектора 4 импульсов импульс напряжения подается на вход нуль-органа селектора 4 импульсов, который сравнивает его параметры с заданными и при их превышении подает команду на второй вход логического блока И 7. Нуль-орган настраивается на минималь0

0

ное значение скорости нарастания тока утечки от 1 До 10 мА/с, что соответствует предельно безопасным кам для различных людей. При наличии сигналов на обоих входах логический блок И 7 вырабатывает сигнал на отключение сети.

Предлагаемый способ защиты отключения сети может быть использован и в сетях постоянного тока, в которых в качестве оперативного тока может быть использован переменный ток. Использование предлагаемого способа защитного отключения сети при случайном прикосновении к ней человека по сравнению с известным позволяет снизить число необоснованных отключений сети и повысить бесперебойность электроснабжения путем повышения достоверности определения случайного прикосновения человека к то- коведущей фазе. Способ обеспечивает сокращение простоев технологического

сти при обслуживании электрических сетей.

Формула изобретения

Способ защитного отключения электрической сети при прикосновении к ней человека, основанный на наложении оперативного тока с частотой, отличной от частоты сети, измерении, преобразовании и сравнении его с первой эталонной величиной и формировании отключающего сигнала в случае превьшения над первой эталонной величиной, измерении скорости нарастания оперативного тока, протекающего через человека в установившемся режиме, преобразовании его в электрический сигнал, сравнении полученного сигнала с второй эталонной величиной и формировании выходного сигнала в случае превыщения над второй эталонной величиной, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения электробезопасности и бесперебойности работы электрических се

тей путем сокращения числа необоснованных отключений их и достоверного определения прикосновения человека к токоведущей фазе сети,дополнительно производят измерение скорости нарастания импульса оперативного тока, вызванного пробоем кожных покровов человека в момент прикосновения,

преобразование его в электрический сигнал, сравнение полученного сигнала с третьей эталонной величиной и, в случае превышения ее, формирование г

а

v/vvv/v/vvvvvvvw

I

и

дополнительного сигнала и формирование отключающего сигнала при появлении дополнительного и выходного сигналов.

оVVVWWVW /t/VVVbr /WW /WWW

-4

/уу А /V/L.

Uf /0i

cpue.Z