Устройство для защитного отключения в сети переменного тока Советский патент 1993 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в частности цля защиты от поражения электрическим током.

Цель изобретений - повышение на дежности защиты.

На чертеже представлена функциональная схема устройства. -WHS9Устройство содержит датчик I тока утечки, операционный усилитель 2, первый выпрямитель 3, фильтр 4 сигнала промышленной частоты, выполненный на согласующем каскаде 5 и втором выпрямителе 65 блок 7 питания, включающий в себя третий выпрямитель 8, импульсный преобразователь 9 со сгла3 1484240

живакщим фильтром и стабилизатор 10 напряжения, элемент НЕ И, элемент ИЛИ 12, мультивибратор 13, ключ 14 и коммутационный блок 15 содержащий катушку 16 отключения и контактную группу.17.

Устройство работает следующим образом .

При включении коммутационного ю блока 15 (при замыкании контактной группы 17) с одной из фаз входной сети питающее напряжение поступает на вход третьего выпрямителя 8 блока 7 питания. Выпрямленное напряжение с 15 выхода выпрямителя 8 поступает на вход импульсного преобразователя 9 со сглаживающим фильтром, на импульс- , ном выходе которого (до сглаживающего фильтра) формируется последова- 20 тельность импульсов (сигнал самоконтроля) с частотой следования, равной, например, 2 кГц. С этого выхода импульсный сигнал поступает на дополнительный первичный провод датчика 1 25 тока утечки, а также на сглаживающий LC-фильтр для формирования на другом выходе преобразователя 9 постоянного напряжения. Постоянное напряже- ниё с выхода преобразователя 9 посту- 30 пает ни стабилизатор 10 напряжения, обеспечивающий стабилизацию выходного постоянного напряжения блока 7 питания, предназначенного для питания электронной части устройства. ,ч При отсутствии утечки тока в защищаемой сети устройство для защитного отключения работает в режиме самоконтроля исправности. Самоконтроль устройства осуществляется следующим 40 образом. Сигнал с импульсного выхода преобразователя 9 поступает на допол- нительный первичный провод, -проходящий через центральное отверстие датчика 1 тока утечки, и наводит в его дс вторичной обмотке импульсное напряжение. С выхода датчика t импульсное- напряжение (сигнал самоконтроля), поступает на одни из входов операционного усилителя 2, на другой -вход которого поступает опорное (пороговое) напряжение Еоя , определяющее уставку срабатывания устройства для защитного отключения по току утечки. Амплитуда импульсов сигнала самоконтроля се превышает уровень порогового напряжения, поэтому на выходе операционного усилителя 2 будет формироваться последовательность импульсов прямоуголь50

, 5 0 ч 0 с е

0

ной формы с амплитудой, близкой к уровню питающего напряжения. С выхода операционного усилителя импульсный сигнал поступает на вход первого выпрямителя 3, на иыходе которого бу- дует формироваться постоянное напряжение , поддерживающее элемент НЕ 11 в состоянии логического О на его выходе. Импульсный сигнал самоконтроля с выхода операционного усилителя 2 поступает также на вход фильтра 4 сигнала промышленной частоты (на вход согласующего каскада 5). С выхода согласующего каскада 5 сигнал самоконтроля поступает на РХОД выпрямителя 6 сигнала промышленной частоты, параметры RC-фильтра которого выбраны таким образом, что уровень сигнала самоконтроля с частотой, например, 2 кГц уменьшается на выходе выделителя до уровня логического О. Таким образом, при отсутствии утечки тока в защищаемой сети или при токе утечки, меньшем уставки срабатывания, на обоих входах элемента ИЛИ 12 будут поддерживаться уровни логических О, и на выходе элемента ИЛИ 12 б/дет также уровень логического О. Мультивибратор 13 при этом находится в режиме срыва генерации выходных ин- пульсов, и ключ 14 будет закрыт. По катушке 16 отключения коммутационного блока 15 проходит ток, величина которого обусловлена внутренним сопротивлением блока 7 питания. Величина этого тока недостаточна для срабатывания катушки 16 отключения, при этом контактная группа 17 коммутационного блока 15 замкнута и обеспечивает поступление напряжения сети с контактов АВСО на выходные контакты А В С О и далее на защищаемый участок сети. При неисправности датчика 1 тока утечки (обрыв или замыкание его вторичной обмотки), при неисправности операционного усилителя 2 поступление импульсного сигнала самоконтроля на вход выпрямителя 3 прекратится, уровень сигнала на его выходе уменьшится до нуля, а уровень сигнала на выходе элемента НЕ 11 ста- с нет равным логической lrt. На выходе элемента ИЛИ 12 при этом появится уровень логической 1, что вызовет генерацию импульсов мультивибратором 13. Ключ J4 откроется и ток, протекающий по катушке 16 отключения, увеличится, так как его величина уже

не будет ограничиваться внутренним гопротиплением б;юка питания, замкнутого накоротко ключом 14. Увеличение тока через катушку 16 отключения вы- . зовет срабатывание коммутационного блока 15 (размыкание контактной группы 17) и отключение участка защищаемой сети, а также отключение самой катушки 16 отключения. При необходимости световой сигнализации об отключении участка защищаемой сети параллельно катушке 16 отключения и контакту, обеспечивающему ее подключение к выходу ключа 14, может быть включен индикатор, например неоновая лампа с ограничивающим резистором. При неисправгости блока 7 питания (обрывы, замыкания элеме нтов в вьщряблока 15. Таким образом, ненгнрлг- ность импульсного преобрачояателя 9 и стабилизатора 10 напряжения вызовет срабатывание ,устройства для защитного отключения. Короткое замыкание в выпрямителе 8 блока 7 питания также вызовет срабатывание устройства и отключение защищаемой сети, так 10 как в этом случае катушка 16 отключения оказывается подключенной к одной из фаз сети через короткоэамкнутый выпрямитель 8 блока 7 питания. Неисп- равности блока 4, связанные с ухудше- 15 ниеЯ его фильтрующих свойств в отношении сигнала промышленной частоты и вызывающие превышение амплитуды сигнала самоконтроля уровня логической 1 на выходе элементе ИЛИ 12, вызы- мителе 8, преобразователе 9, стабили- 20 вают срабатывание устройства анало- заторе 10 напряжения) формирование гичным образом. Кроме того, некото

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в частности для защиты от поражения электрическим током. Цель изобрете- ния - повышение надежности защиты. При отсутствии утечки тока а защищаемой сети устройство для защитного отключения работает s режиме самоконтроля неисправности, который осуществляется следующим образом. Сигнал с импульсного выхода преобразователя 9 поступает на.дополнительный первичный провод датчика 1 тока утечки и наводит в его вторичной об- мотив импульсное напряжение повышенной частоты, которое через операционный усилитель 2 и первый выпрямитель 3 поддерживает элемент НЕ 11 в состоянии логического О, поступающего на первый вход элемента ИЛИ 12. Прямоугольные импульсы повышенной частоты с выхода операционного усилителя 2 поступают через согласующий каскад 5 на вход выпрямителя 6, поддерживая сигнал на его выходе на уровне логического О, поступающего на второй вход элемента ИЛИ 12, который, таким образом, удерживает на своем выходе логический О, поступающий на вход мультивибратора 13, обеспечивая срыв генерации импульсов и, следовательно, закрытие ключа 14. Ток через катушку 16 отключения при этом ограничивается внутренним сопротивлением блока 7 питания. Выход из - строя датчика 1 тока утечки, операционного усилителя 2, фильтра 4 сигнала промышленной частоты, элементов НЕ 1 и ИЛИ 12, а также блока питания (прекращение генерации высокочастотных импульсов преобразователем 9, короткое замыкание в элементах 8, 9, 10) приводит К увеличению тока, протекающего через катушку 16 отключения, вызывает отключение защищаемой сети. 1 ил.

импульсного сигнала самоконтроля прекращается вследствие изменения потенциалов между анодом и катЧэдом тиристора в преобразователе 9. Напри- мер, замыкание (или обрыв) элементов выпрямителя 8 вызывает либо отсутствие напряжения на аноде Тиристора, либо повышение напряжения пульсаций. При этом изменение разности потенциалов на электродах тиристора приводит к тому, что он либо закрыт, либо постоянно открыт, что вызывает срыв генерации импульсов самоконтроля. Аналогичное действие оказывает повреждение элементов по цепи катода тиристора. Дроссель во время генерации импульсов поддерживает ток в момент перехода через нулевой уровень разности потенциалов анод-катод тиристора, вызывая закрытие тиристора при окончании формирования импульса. Поэтому изменение его индуктивности при повреждении (пробой) также приводит к срыву генерации. К сры- ву генерации приводит и отказ самого тиристора в блоке преобразователя 9. При этом напряжение на выходе первого выпрямителя 3 уменьшится до уровня логического О, чт вызовет срабатывание катушки 16 отключения. Конденсатор сглаживающего фильтра, установленный на выходе импульсного преобразователя 9, выбран таким образом, что заряд, накопленный на нем, обеспечивает питание элементов НЕ 11, ИЛИ 12, мультивибратора 13 и ключа 14 на время, необходимое для срабатывания коммутационного

рые неисправности элемента ИЛИ 12, мультивибратора 13 ключа 14 и коммутационного блока 15 также вызывают

срабатывание устройства. Например, обрыв коллекторной кепи транзистора элемента ИЛИ 12 вызовет появление логической I на выходе элемента, что приведет к срабатыванию устрой-

ства. Замыкание баз однопереходного транзистора в мультивибраторе 13 вызовет изменение потенциала управляющего электрода тиристора от 0 до напряжения питания, что вызовет переход

его в проводящее состояние и срабатывание коммутационного блока 15. Пробой перехода эмиттер-база однопереходного транзистора вызовет разряд конденсатора в цепи эмиттера на управляющий электрод тиристора, что также приведет к срабатыванию коммутационного блока 15.

Контроль обрыва катушки 16 отключения коммутационного блока 15 может

осуществляться путем включения параллельно с ней последовательно соединенных неоновой лампы и токоограничи- вающего резистора (на чертеже не показаны). При обрыве катушки б отключения напряжение на ее концах превысит напряжение зажигания неоновой лампы и она начнет светиться, индицируя обрыв катушки 16. Таким образом,

в предлагаемом устройстве осуществляется самоконтроль исправности датчика 1 тока утечки операционного усилителя 2, блока 7 питания, частичный самоконтроль других элементов (блоков) устройства. Отключение эащиЩЯРМОЙ сети при возникновении в ней утечки тока на землю, превышающей устапку срабатывания, осуществляется следующим образом. Сигнал утечки тока с выхода датчика J поступает на один из входов операционного усилителя, на выходе которого при этом будут формироваться импульсы частота следования которых равна промышленной частоте. На выходе выпрямителя 6, RC-фильтр которого имеет большую постоянную времени и поэтому большое внутреннее сопротивление для сигнала промышленной частоты, выделяется сигнал с уровнем превышающим уровень логической 1. Уровень логической 1 поступит на выход элемента ИЛИ 12 и разрешит формирование серии им- пульсов на выходе мультивибратора 13. Шявление импульсов на выходе мультивибратора 13 вызовет открывание ключа 14, срабатывание коммутационного блока 15 и отключение защищаемой сети. Согласующий каскад 5 предназначенный для согласования параметров операционного.усилителя 2 и выпрямителя 6, мохет быть выполнен по схеме эмиттерного повторителя. Мультивибратор 13 выполнен на однопереходном транзисторе, при этом в устройстве предусмотрена возможность срыва генерации импульсов уровнем логического О, поступающего на Вход мультивибратора 13./ . Формула из о.б р е т е н и я Устройство для защитного отключения в сети переменного тока, содержа

щее датчик тока утечки с дополнительным первичным проводом, к вторичной обмотке которого подключен операцнон

ный усилитель, выход которого позклго- , чен к входу первого выпрямителя, ка- тугака отключения н блок питания, иы- ход которого подключен к питающим входам элементов устройства, о т л и0 чающееся тем, что, с целью повышение надежности защиты, в него дополнительно введены фильтр сигнала промышленной частоты, выполненный на последовательно соединенных согла5 сующем каскаде и втором выпрямителе, элемент НЕ, элемент ИЛИ, мультивибратор и ключ, а упомянутый блок питания включает в себя последовательно соединенные третий выпрямитель, имб пульсный преобразователь со сглаживающим фильтром и стабилизатор напря- . жеиия, причем выход операционного усилителя подключен к входу согласующего каскада, выход первого прямителя через элемент НЕ подключен к первому входу элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго выпрямителя, выход элемента ИЛИ подключен к входу мультивибрато- 0 ра, выход которого подключен к управляющему входу ключа, импульсный выход импульсного лреобразователя подключен к дополнительному первичному проводу датчика тока утечки,

35 ключ и входы блока питания соединены параллельно и включены в цепь Питания катушки отключения.

А в С О

in1

А В СО