Способ защиты электрической сети постоянного тока от утечек тока на землю Советский патент 1988 года по МПК H02H3/16 

LMIHt

зигь число neooocHOBaiiHijix (ггк;1К)чеиии сети :ui счет 1И)Л чеиин оптимальиой : аи1ити()й характеристики, уменьшения токов утечки.

но: иикак)и1,и.х вследствие собствениого И1ун- тирующего действия защиты и обеспечения 11реду11)едите. 1ьно1 о контроля утечек. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для зан1иты человека от поражения электрическим током в сети постоянного тока. Пелью изобретения является повьпнение электробезопасности и сокращение числа необоснованных отключений сети. Полюса сети поочередно подключаются и отключаются через раздельные для каждого полюса сопротивления к зазе.млению. После каждого отключения полюса от заземления выдерживаются паузы, длительность которых устанавливают в пределах I --- X /макс , где С емкость сети; R - сопротивление, через которое полюс подключается к заземлению; /ч. - допустимое для сети среднее значение токов утечки, вызываемых самой защитой (задается при разработке технического задания); /«ак. -- дол1 овременный допустимый ток через человека; Т - период поочередных подключений полюса сети к заземлению. Во время подключения полюсов сети к заземлению раздельно для каждого из них производятся измерение тока утечки, сравнение его с эталонным значением и отключение сети при превышении эталонного значения. Ключи I и 2 юочередно подключают полюса 9 и 10 сети к заземлению через сопротивления 4 и 5. На них за счет токов заземления образуются последовательности импульсов напряжения соответственно положительной и отрицательной полярности, пропорциональные импульсам токов заземления. При превышении амплитуды импульса на сопротивлении над соответствующим эталонным значением пороговое устройство формирует сигнал для исполнительного органа 8. Изобретение позволяет повысить электробезопасность и сни сл ел со

Изобретение относится к :). 1ектр()1 ехникс, и 1едназначеио для защиты человека от поражения электрическим током в сети постоянного тока, изолированной от земли, нреи- муи1естве||н() предназначено д.чя шахтных сетейзаряда аккумуляторных бата|Н й (эти батареи : кс11луатируются в атмосфере новьиненной в,1ажиости и заныленности, что приводит к снижению сопротив;1ения из().1Я- ции аккуму, 1яторной батареи).

Цел1) изобретения новын1ение электро- безонасности и снижение числа необоснованных отключений сети.

На (|)иг. 1 нриведена функциона, 1ьная схема устройства д,11Я реализации предла- I iieMoro способа; на фиг. 2 онтималь- ные xajiaKTepHCTHKH зашиты (кривая 1) и характеристики зан1иты на оперативном токе (кривая 2); на фиг. 3характеристики

известн()1ч) способа при разньгх значениях сопротивления К. через которое Г1о,тюса се- ги н(Х 1ключак)тся к заземлению (кривые 2 и 3), и нрс Д.тагаемого способа (кривая 1), а гакже онтима,тьные характеристики заи1И- гы; иа фиг. 4 и 5графики измеие}{ия

гокоЕ утечки через сонротии/к ние R соответственно в нредлагаемо.м и известном сносо- бах.

поочередными нодк.чючениями но- , 11осов сети через сопротивление к заземлению вводятся иаузы, в течение которых токи утечки с нолюсов сети отсутствуют. Лли- те.чьность вводимых пауз значительно бо,ль- Hie, че.м д.1ительность нодк,тюченного состояния, поэтому средний ток Ар утечек, вызываемый зан1итой, значительно умень- ишется, за счет чего достигается повышение электробезопасности. При реализации нред- ла1 аемо1Ч) способа обеспечивается отключение сети не только тогда, когда человек действительно прикоснулся к одному из полюсов сети и ток утечки через тело че,то- века превосходит эталонное значение, но и тог да, когда в сети существуют утечки по .тюбому и( по,тюсов или по обоим такой величины, что возможное прикосновение к полюсу сети опасно .гля человека. Производится как бьз1 «прогнозирование возмож- НО1Ч) исхода контакта че,товека с сетью, и сеть отключается раньн1е, чем такой контакт возникнет.

В предлагаемом способе за счет подк,лк)- чен}1я нолюсов сети к заземлению с паузами ноявляется «)езерв но току /.р и ука- сопротивление может быть (в сравнении с известным способом) значительно уменьи1енодо расчетного значения сопротивления тела человека - без увеличения токов утечки сети. За счет этого могут быть получены характеристики зашиты, близкие к наиболее оптимальным (кривая 3, фиг. 3). На практике оказалось возможным снизить сопротивление более, чем на норядок, по сравнению со значениями,приемлемыми для реализации известного способа. Такое снижение сопротивления совершенно недонустимо в известном способе, так как недопустимо возрос 6ь ток Лт . (фиг. 5).

При снижении до указанных значений со- нротив.тения, через которое полюса сети подключаются к заземлению, уменьп1ается область перезащиты и, таким образом, дрсти- 1ается сокращение числа необоснов нп1 1х отключений сети.

Пределы изменения длительностей / пауз выбраны следуюн1им образом.

;1ля обеснечения достоверности измерений минима,;1ьная длительность т импульса

тока заземления (фиг. 4), как установлено опытным нутем, должна бьггь не меньп1е, чем постоянная времени RC. |-де R -- сопро- 1ив,те)1ие, через которое полюса подключаются к заземлению; С - емкость кабеле) сети. Если длитель 1ость т импульса меньше

указанного значения, существенно возрастает ногрешность из.мерения токов зазем,пения.

ЛАаксимальная длительность т имнульса тока заземления ограничена допустимым для сети током /. . так как именно Лр . определяет какую часть полунериода Т/2 поочередных н(.)дк;1ючений по,тюса сети к заземлению может занимать и мну,лье длительностью т, г. е.

40

Ч- /LL-- т /„„к, 2

(л мма периода Т переключений и времени срабатывания отключающего аппарата с целью обеспечения безопасности не до.лж- на превосходить О,З.,4 с.

Соотвегственно длительность /

j т может быть выбрана в пре.лелах

2 fc и;1И

,

Устройство для реализации способа содержит (фиг. 1) ключи 1 и 2, генератор 3, измерительные сопротивления 4 и 5, пороговые устройства 6 и 7 и исполнительный орган 8. Сопротивление 4 через ключ 1 подключено к положительному полюсу 9 сети, а сопротивление 5 через ключ 2 к отрицательному полюсу 10 сети. В.ходы управления ключей 1 и 2 соединены с выходами генератора 3. Точка соединения сопротивления 4 и ключа 1 подключена к первому входу порогового устройства 6. Точка соединения сопротивления 5 и ключа 2 подключена к первому входу порогового устройства 7. Свободные выводы сопротивлений зазем.чены. К вторым входам nopoio- вых устройств б и 7 подключены источники эталоины.х напряжений соответственно ( м и Вы.ходы пороговых устройств подключены к входам исполнительного органа.

В качестве ключей 1 и 2 предпочтительно использовать полупроводниковые ключи. В качестве исполнительного органа 8 может быть использована серийная ком.му- тационпая аппаратура для включения-oi- ключения силовой сети. На фиг. 1 показ чь сопротивления 11 и 12 утечек на зем.:1Ю с каждого полюса контролируемой сети.

Предположим, имеется сеть постоянного тока напряжение.м 32()5, емкость С которой при длине кабеля 500 м составляет . Ток /«ak. 0,05А (по (отраслевым нормам электробезопасности). Допустим, для указанной сети по техническим условиям задан ток Ар А. Время срабатывания отключающего аппарата 0,1 с. Сопротивление R в цепи каждого полюса выбираем, например, равным 1 кОм. Период поочередных подключений полюсов сети выбран ,02 с, что в сумме с времене.м срабатывания от- ключаюп1.его аппарата не превьпцает 0,4 с.

Длительность пауз должна находиться в пределах

(1 Ж)1Ш.

0,05 т. е.

-J -10 -10

s::9-9-10 Л

Выбирае.м ,85- 10 с.

Защита сети постоянного тока от утечек тока на землю осуществляется следующим образом.

Подключают, например, положительный полюс сети к заземлению через сопротивление 1кОм. Длительность т подключения полюса сети устанавливают равной т

0

9,85-10т 0,01 -9,85 ,15-10 с.

Измеряют ток утечки положительной полярности, протекающий через сопротивление. Если между отрицательным полюсом сети и землей существует утечка, вызванная сопротивлением, предположим, равным 7 кОм, а сопротивление утечки противоположного по- 0 люса близко к бесконечности, то в цепи сопротивления / протекает ток 320 В / (1 кОм + 7 кОм)0,04А.

Сравнивают измеренное значение тока утечки с эталонным значением, в качестве 5 которого по нормам электробезопасности принимают значение допустимого длительного тока утечки на постоянном токе равное 0,05А.

Сигнал на отключение сети не формируют, так как измеренный ток утечки не 0 превосходит эталонное значение. Отключают положительный полюс сети от заземления. Выдерживают паузу длительностью с, в течение которой ток утечки, вызываемый защитой, отсутствует (фиг. 4). 5 Затем подключают отрицательный полюс сети к заземлению через сопротивление 1 кОм. Длительность подключения полюса устанавливают равной 0.15-10- с.

Измеряют ток утечки отрицательной полярности, протекающий через сопротивление 0 R Если между положительным полюсом сети и землей существует утечка, вызванная. предположим, электрическим сопротивлением, равным 1 кОм, то в цени измерительного сопротивления протекает ток 320 в/ (1 KOMztl кОм)0,1бА. 5 Сравнивают измерительное значение тока с эталонным значением 0.05А. Формируют сигнал на отключение сети, так как из.мерен- ный ток утечки превосходит эталонное значение.

Если ток утечки не превосходит эталонное значение, то сигнал на отключение сети не формируют.

Затем отключают отрицательный полюс сети от заземления.

Выдерживают паузу, длительностью 5 9,85-|-10 с, в течение которого ток утечки, вызванный защитой, отсутствует.

Вновь подключают положительный полюс сети к заземлению, после чего все операции повторяются.

Таким образом, предлагаемый способ за- 0 щиты электрической сети постоянного тока от утечек на землю обеспечивает повышение электробезопасности за счет значительного снижения значения токов утечки, вызываемых самой защитой, а также уменьшает число необоснованных отключений се- 5 ти за счет оптимизации характеристик защиты путем оптимизации характеристик защиты путем значительного уменьшения области перезащиты.

Формула изобретения

Способ защиты электрической сети постоянного тока от утечек тока на землю, заключающийся в том, что поочередно подключают каждый полюс сети через элемент сопротивления к заземлению, измеряют ток утечки каждого полюса сети, сравнивают его с эталонным значением и формируют сигнал на отключение сети при превыщении измеренным током эталонного значения, отличающийся тем, что, с целью повышения электробезопасности и сокращения числа необоснованных отключений сети, а после отключения каждого полюса от заземления выдер з

живают паузу, длительность / которой устанавливают в пределах

Jcp.a

/

/макс

f ,

где С R

Ар

Т

-емкость сети, Ф;

-сопротивление, через которое полюса подключаются к заземлению. Ом;

-допустимое для сети среднее значение токов утечки, А;

-длительный допустимый ток через человека. А;

период подключений полюса сети к заземлению, С.

фиг. 2

to

сриг.З

,

I4

8 .

иг.5