Устройство для защиты от токов утечки в электрической сети с изолированной нейтралью Советский патент 1989 года по МПК H02H5/12 H02H3/17 

m

4

СП

о

со

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам защиты от токов утечки электрргческик сетей с изолированной нейтралью для горнорудных машин, в том числе и с регулируемым полупроводниковым электроприводом постоянного и переменного тока. Цель изобретения - по- вьшение надежности в работе устройства. Напряжение непромьшшенной частоты, формируемое генератором 1 на конденсаторе 21, соответствует по фазе напряжению на элементах утечки сети , С и С. Это напряжение через усилитель 6 с автоматической регулировкой усиления (АРУ) и двухполуа $ 7 (Л

U Jflv

пернодньй выпрямитель 7 тсодается на формирователь 8 импульсов перехода напряжения через нуль. Импульсы с выхода формирователя 8 подаются на тактовый вход регистра 16 и через. элемент вьщержки времени 10 на первый вход интегратора 14, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первого усилителя 5, прошедший через управляемый ключ 11 или управляемьй ключ 12 с фазовращателем 13. Сигнал с выхода интегратора

14 подается ил вход аналого-цифрового преобразователя 15, на входе которого сигнал, пропорциональный 1 и косинусу угла ср , представлен в цифровом виде. Этот сигнал подается на п ороговый орган 17 и элемент ин- диказщи 19. Введение усилителя с АРУ и предложенная схема устройства позволяют повысить надежность устройства в работе при изменяющихся ха рактеристиках контролируемой электрической сети. 1 ил.

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам защиты от токов утечки электрических сетей с изолированной нейтралью для горно- рудных машин, в том числе и с регулируемым полупроводниковым электроприводом постоянного и переменного тока.

Цель изобретения - поньшение надежности работы устройства.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 оперативного напряжения с трансформаг торным выходом, блок 2 присоединения к сети, полосовые фильтры 3 и 4, пер- вьй усилитель 5, второй усилитель 6 с автоматической регулировкой усиления (АРУ), двухполупериодный выпрямитель 7, формирователь 8 импульсов перехода напряжения через нуль, триггер 9, элемент 10 вьщержкй времени, первый 11 и второй 12 ключи, фазовращатель 13, интегратор 14, аналого- цифровой преобразователь (А1Щ) 15, регистр 16, пороговый орган 17, ис- полнительньй элемент 18 и элемент 19 индикации, резистор 20 нагрузки и емкость 21 нагрузки, тиристорный преобразователь 22 и двигатель 23.

Блок 2 присоединения служит для подключения генератора 1 оперативного напряжения-между фазами контролируемой сети и землей. Кроме этого, устройство присоединения служит для образования заданной величины сопротивления между сетевым источником напряжения и земпей. Полосовые фильтры 3 и 4 выделяют полезгшй сигнал с частотой оперативного генератора.

Резистор 20, фильтр 3 и первьй усилитель 5 образуют канал измерения модуля тока утечки. Емкость 21, фильтр 4, второй усилитель 6, двухпалупе- риодный выпрямитель 7, формирователь 8 нулевых уровней напряжения и триггер 9 образуют канал опорного сигнала. Ключи 11 и 12, фазовращатель 13, интегратор 14 и АЦП 15 образуют пре0 образователь функции U.,.cos Cf а в электрический сигнал в цифровом виде. Регистр 16 служит для синхронизации временных интервалов считывания информации с А1Щ и хранения ее

5 в промежутках между считьгоаниями. Элемент 10 ньщержки времени служит для формирования импульса установки исходного состояния (нуля) интегратора после очередного периода изме0 рения. Пороговым органом 17 устанавливается порог срабатьшания исполнительного элемента 18. Элемент 19 индикации служит для визуального контроля величины сопротивления изоля- ции контролируемой .сети.

Устройство защиты от токов утечки работает следующим образом.

Генератор 1 формирует оператив- гное напряжение синусоидальной формы

0 непромьшшенной частоты. Это напряжение через резистор 20 и блок 2 присоединения прикладывается между фазами контролируемой сети и землей. Через сопр1отивление изоляции R.J ем5 кость сети С1, С2, conpoTi-шление и конденсатор нагрузки создается цепь для измерения тока утечки, создаваемого генератором оперативного напряжения .

Паление напряжения на резисторе через полосовой фильтр 3 полается на первый усилитель 5. Выходное напряжение усилителя 5 пропорционально можулю тока утечки „ и равно

и, RM Напряжение на конденсаторе 21 по фазе соответствует напряжению на элементах утечки сети Кц, С1 и С2 Это напряжение подается через полосовой фильтр 4 на второй усилитель 6 с АРУ. За счет введения АРУ величина выходного напряжения усипителя 6 изменяется незначительно при колебаниях в широких -пределах параметров сети RJ, и С1, С2. Это напряжение подается на двухполупериодный выпрямитель, а с его выхода - на формирователь 8 импульсов перехода напряжения

через нульо

На выходе формирователя 8 формируются остроконечные импульсы, со145350920

10

15

20

Z - полное сопротивление утечки в сети.

По окончании процесса интегрирования на промежутке t 0,5 Т на выходе интегратора 14 напряжение пропорционально произведению модуля тока утечки lu и косинуса угласр , т.е.

UHHT K.I.cosCp К-la, где К - коэффициент пропорциональности;

1д,- активная составляющая тока утечки.

Сигнал с выхода интегратора 14 подается на АЩ 15, на выходе которого он имеет цифровой вид. Этот сигнал через регистр 16 подается на пороговьй орган 17 и элемент 19 индикахщи. Запись информации S регистр 16 производится в моменты подачи импульсов с выхода формирователя 8. Установка исходного состояния

руются остроконечные имиуллио, -

ответствующие моментам перехода вход- „g (сброс на нуль) интегратора произво- .„„, питгя импульсами, формируемыми на

ного напряжения через нуль.

Сигнал на выходе элемента 10 выдержки времени формируется с задержкой по отношению к сигналам на его входе. В результате создается необходимый временной .интервал между моментами записи информации из АЦП в регистр, производимыми по сигналам формирователя 8, и установкой нуля интегратора, осуществляемой по сигналам элемента 10 выдержки времени.

Сигналы с выхода формирователя 8 подаются на триггер 9. Прямым и инверсным выходам триггера 9 управляются соответственно первьй 11 и второй 12 ключи. С помощью этих ключей выходное напряжение первого усилителя 5 подключается непосредственно к интегратору 14 (ключ 11), либо через фазовращатель 13 (ключ 12). В результате на входе интегратора 14 напряжение имеет вид разнополярных полусинусоид о А1 литуда этого сигнала пропорциональна величине тока утечки, а длительность отрицательной и положительных ооставляющих полусинусоид определяется сдвигом фаз между напряжением и током оперативного генератора, т.е. соотноше- WeM активной составляющей и полного. тока утечки. Угол сдвига

RU arccos - ,

/1

J,дg { сопротивление изоляции кабеля;

30

35

40

дится импульсами, формируемыми на выходе элемента 10 вьщержки времени.

При отсутствии активной составляющей утечки напряжения опорного и измерительного каналов имеют сдвиг по фазе на ir/2.

В результате разнополярные импуль сы напряжения на выходе интегратора равны и симметричны и его выходное напряжение равно нулю.

При возникновении активной утечки возрастает действзп(щее значение моду ля тока утечки и возникает асимметрия разнополярных сигналов на входе интегратора за счет изменения угла

сдвига

ТГ

В результате на выхо45

де интегратора формируется напряжение, пропорциональное активное составляющей тока утечки, однозначно определяющее величину сопротивления

утечки. При I ст УСТ ет уставка срабатывания порогового органа, срабатывает пороговый орган и формируется команда на отключение контролируемой сети.

Формула изобретения

55

Устройство для защиты от токов утечки в электрической сети с изолированной нейтралью, содержащее после довательно соединенные блок присоеди нения к сети, генератор оперативного

53509

10

15

20

Z - полное сопротивление утечки в сети.

По окончании процесса интегрирования на промежутке t 0,5 Т на выходе интегратора 14 напряжение пропорционально произведению модуля тока утечки lu и косинуса угласр , т.е.

UHHT K.I.cosCp К-la, где К - коэффициент пропорциональности;

1д,- активная составляющая тока утечки.

Сигнал с выхода интегратора 14 подается на АЩ 15, на выходе которого он имеет цифровой вид. Этот сигнал через регистр 16 подается на пороговьй орган 17 и элемент 19 индикахщи. Запись информации S регистр 16 производится в моменты подачи импульсов с выхода формирователя 8. Установка исходного состояния

-

g (сброс на нуль) интегратора произво- питгя импульсами, формируемыми на

0

5

0

дится импульсами, формируемыми на выходе элемента 10 вьщержки времени.

При отсутствии активной составляющей утечки напряжения опорного и измерительного каналов имеют сдвиг по фазе на ir/2.

В результате разнополярные импульсы напряжения на выходе интегратора равны и симметричны и его выходное напряжение равно нулю.

При возникновении активной утечки возрастает действзп(щее значение модуля тока утечки и возникает асимметрия разнополярных сигналов на входе интегратора за счет изменения угла

сдвига

ТГ

В результате на выхо45

де интегратора формируется напряжение, пропорциональное активное составляющей тока утечки, однозначно определяющее величину сопротивления

утечки. При I ст УСТ ет уставка срабатывания порогового органа, срабатывает пороговый орган и формируется команда на отключение контролируемой сети.

Формула изобретени

55

Устройство для защиты от токов утечки в электрической сети с изолированной нейтралью, содержащее последовательно соединенные блок присоединения к сети, генератор оперативного

напряжения и резистор нагрузки, под- ключенньй к заземлителю, конденсатор нагрузки, подключенный между заземпи- телем и точкой соединения упомянутых генератора и блока присоединения, первую цепь последовательно соединенных первого полосового фильтра и первого усилителя, вторую цепь последовательно соединенных второго полосового фильтра и второго усилителя, причем первая цепь подключена к резистору нагрузки, а вторая - к конденсатору нагрузки, последовательно соединенные формирователь импульсов перехода напряжения через нуль и триггер, последовательно соединенные пороговьй орган и исполнительный элемент, элемент индикации, подключенный к входу порогового органа и элемент выдержки времени, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, в него дополнительно введены двухполупериоднын вьшрямитель, два аналоговых ключа, фазовращатель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь и регистр, причем выход второго усили- теля через двухполупериодный выпрями-- тель соединен с входом упомянутого формирователя импульсов, вькод которого подключен к тактовому входу регистра и через элемент вьщержки времени к первому входу интегратора, выход первого усилителя через параллельно включенные первый аналоговьй ключ и второй аналоговьй ключ с фазовращателем на выходе подключен к

второму входу интегратора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к информационному входу регистра, выход которого подключей к входу порогового органа, управляющие входы первого и второго ключей подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно.