Устройство для однофазного защитного замыкания в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью Советский патент 1990 года по МПК H02H3/16 H02H5/12 

Изобретение относится к технике электробезопасности и противопожарной технике в электросетях с изолированной нейтралью и может быть использовано в любой отрасли промышленности, сельского хозяйства, транспорта, строительства и связи, применяющей электрические системы с изолированной нейтралью напряже- нием до 1000 Во

Цель изобретения - повышение быстродействия и эксплуатационной надежности устройства, а также повышение удобства эксплуатации.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - зависимости изменения фазных напряжений при снижении сопротивления изоляции в одной из фаз трехфазной сети,,

Устройство содержит входной блок 1, состоящий из трехфазного полосового фильтра 2 фазных напряжений, формирователя 3 абсолютных значений фаз- ных напряжений и источника 4 опорного напряжения с низкочастотным фильтром на выходе, пороговый орган 5, фильтр 6 напряжения нулевой последовательности, селектор 7, состоящий из узла 8 блокировки, узла памяти 9, коммутатора 10 и узла 11 сброса, счетчик 12, переключатель 13 режимов, блок 14 индикации и сигнализации, блок 15 отключения, блок 16 защиты симисторов от двойных замыканий сети на землю, блок 17 электронных ключей, содержащий симисторы 18-20 и датчик 21 тока в цепи симисторов.

. Устройство однофазного защитного

замыкания работает следующим образом.

В нормальном режиме работы сети ввиду, того, что уровни сигналов фазных напряжений, поступающих через по- лосовой фильтр 2 и формирователь 3 абсолютных значений входного блока 1 на информационные входы порогового органа 5, ниже уровня напряжения, заданного источником 4 опорного напря- жения, то они не оказывают никакого воздействия на пороговый орган 5 и селектор 7, у которого при этом ячейки узла 9 памяти находятся в сброшенном, а коммутатор 10 в выключенном состоянии, и, как следствие, симисторы 18-20 закрыты, а цепью обратной связи с выхода коммутатора 10 обеспечен свободный проход информации через

узел 8 блокировки при заторможенном положении счетчика 12.

В случае снижения сопротивления изоляции R или прикосновения человека к одной из фаз, например фазе А как видно из фиг. 2, происходит перераспределение фазных напряжений U, U в и Uc с появлением напряжения нулевой последовательности U0. При этом, если с уменьшением сопротивления фазное напряжение 11д всегда уменьшается, а напряжение Uc в опережающей фазе С всегда возрастает, то напряжение Ue в отстающей фазе В до некоторого значения сопротивления Кмии уменьшается, а потом увеличивается и при величине сопротивления меньше критического значения напряжение этой фазы превышает уровень опорного напряжения UonH. Следовательно, пороговые элементы 5 устройства будут реагировать при снижении сопротивления изоляции R в одной из фаз контролируемой сети ниже пороговой величины Rn0(), так как только в этом случае напряжения в неповрежденных фазах могут превышать опорный уровень напряжения UonH.

Конкретные величины этих характерных сопротивлений зависят от фазных емкостей относительно земли и частоты трехфазной системы.

Если при условии Rk имеется один информационный сигнал от опережающей фазы С, то, когда RЈRK, имеются два информационных сигнала: один от опережающей фазы С, другой от отстающей фазы В, причем сигнал от фазы С проходит позднее на время t, максимальное значение которого t« - 1/6f.

Таким образом, информационные сигналы, характеризующие состояние сети и вырабатываемые пороговыми элементами 5, поступают на вход селектора 7, узел 8 блокировки которого с приходом первого сигнала отстающей фазы вырабатывает импульс задержки ад длительностью tM 5 tM, который поддерживает на это время коммутатор 10 в выключенном состоянии, а сигнал запоминается соответственной ячейкой памяти узла 9 памяти. После прихода сигнала с опережающей фазы одновременно с запоминанием его в ячейке памяти этой фазы посредством кольцевой связи через узел 11 сброса сбрасывается ячейка памяти отстающей фазы и после окончания импульса задержки коммутатор 10 выдает информацию с узла памяти для включения симисто- ра 18 поврежденной фазы А, цепью обратной связи блокирует узел 8 блокировки, который запрещает дальнейший прием информации, разрешает работу счетчика 12.

Когда R К„ , информация на селектор приходит только с опережающей фазы, кольцевая связь между ячейками узла памяти и узлом сброса в этом случае не действует и после окончания импульса задержки последовательность и взаимодействие узлов соответствуют вышеуказанному. Включение одного из соответствующих си- мисторов 18-20 закорачивает поврежденную фазу через датчик 21 тока в цепи семистров, в качестве которого служит низкоомный резистор, на землю снижая напряжение этой фазы, определяемое емкостными токами неповрежденных фаз до безопасной величины. i

Одновременно с закорочением поврежденной фазы начинает работать счетчик 12, который запускается импульсами, сформированными из напряжения нулевой последовательности U0, выделенного фильтром 6 напряжения нулевой последовательности.

Блок 14 индикации и сигнализации отображает на индикаторе информацию, выводимую из узла 9 памяти, о поврежденной фазе и выдает прерывистую- звуковую сигнализацию, определяемую счетчиком 12, для оповещения факта однофазного замыкания сети.

По истечении заданного счетчиком 12 времени импульс с его выхода через переключатель 13 режимов и узел 11 сброса сбрасывает информацию в узле 9 памяти. В результате этого выключается коммутатор 10, снимается напряжение с управляющего электрода одного из симисторов 18-20 и мощный импульс, вырабатываемый блоком 15 отключения, синхронно и принудительно выключает полупроводниковый вентиль, замыкавший поврежденную фазу на землю, в момент времени, когда ток в нем проходит через максимум. Этим исключается апериодическая составляющая переходного процесса восстановления относительно- земли фазных напряжений сети, длительность которой зависит от посто

5

0

янной времени, определяемой емкостью и сопротивлением изоляции фаз. Устройство возвращается в исходное состояние.

Если после срабатывания устройства при снижении сопротивления изоляции в одной из фаз произойдет замыкание любой другой фазы на землю, то напряжение, выделенное на датчике 21 тока в цепи симисторов, поступит на вход узла 16 защиты симисторов от двойных замыканий сети на землю 16. Сигнал, снимаемый с выхода этого узла, выключает коммутатор 10, поддерживает в заблокированном состоянии узел 8 блокировки и сбрасывает в нулевое состояние счетчик 12„ Таким образом, после прохода одной полуволны синусоидального тока короткого замыкания, замкнутый симистор выключается,что, в свою очередь, исключает возможность выхода его из строя. При этом блок 14 индикации и сигнализации вместо преры- 5 вистого сигнала выдает непрерывный звуковой сигнал, одновременно индицируя первоначально поврежденную фазу. Возврат устройства в исходное состояние возможен только путем ручного сброса через узел 11 сброса, который обеспечивает сброс информации в ячейках узла 9 памяти и деблокирование селектора 7 через узел 16 защиты симисторов от двойных замыканий сети

на землю, 5

Формула изобретения

1. Устройство для однофазного за- 0 щитного замыкания в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащее входной блок с клеммами для подключения к трем фазам защищаемой сети, первый, второй 5 и третий выходы которого подключены к первому, второму и третьему входам порогового органа, узел блокировки, первый выход которого подключен к первому входу коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу узла блокировки, второй, третий и четвертый выходы коммутатора подключены к управляющим входам трех симисторов, первые выводы которых подключены к клеммам для подключения к трем фазам защищаемой сети, узел памяти, к сбрасывающим входам которого подключены первый, второй и третий выходы узла сброса, и счетчик

0

0

5

импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и эксплуатационной надежности устройства, в него дополнитель но введены фильтр напряжения нулевой последовательности, переключатель режимов, блок отключения симисторов, блок защиты симисторов от двойных замыканий сети на землю, датчик тока в цепи симисторов, а входной блок выполнен в виде трехфазного полосового фильтра, формирователя абсолютных значений фазных напряжений, источника опорного напряжения, причем первый, второй и третий входы трехфазного полосового фильтра объединены с первым, вторым и третьим входами источника опорного напряжения соответственно и подключены к клем- мам для подключения к фазным проводам защищаемой сети, первый, второй, и третий выходы трехфазного полосе- вого фильтра подключены соответственно к первому, второму и третьему входам формирователя абсолютных значений фазных напряжений и к первому, второму и третьему входам фильтра напряжения нулевой последовательности, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, первый выход которого через переключатель режимов подключен к первому входу узла сброса, выход источника опорного напряжения подключен к установочному

входу порогового органа, первый, вто рой и третий выходы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам узла блокировки, второй, третий и четвертый

,

. 0 5 о

5

0

выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам узла памяти, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам коммутатора и к второму, третьему и четвертому входам кольцевого сброса узла сброса, четвертый выход узла сброса подключен к первому входу упомянутого блока защиты симисторов к входу блока отключения симисторов, выход которого подключен к объединенным вторым выводам симисторов, к второму входу упомянутого блока защиты симисторов и к датчику тока в цепи симисторов с клеммой для подключения к заземлению, первый выход коммутатора подключен к сбрасывающему входу счетчика импульсов, а выход упомянутого блока защиты симисторов подключен к пятому входу узла блокировки и пятому входу коммутатора.

2„ Устройство по п 1, отличающееся тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации, в него дополнительно введен блок индикации и сигнализации, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам упомянутого узла памяти, второй выход упомянутого счетчика импульсов подключен к четвертому входу блока индикации и сигнализации, пятый вход которого подключен к выходу упомянутого блока защиты симисторов,,

ГМ

10

-

Изобретение относится к технике электробезопастности и противопожарной технике и может быть использовано в любой отрасли промышленности, применяющей электрические системы с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В. Цель изобретения - повышение быстродействия и эксплуатационной надежности устройства, а также повышение эксплуатации. Кольцевая связь между узлом памяти 9 и узлом сброса 11 обеспечивает надежную работу устройства при любых значениях сопротиивления R поврежденной фазы, не превышающем значение R_пор, при котором напряжение неповрежденных фаз не превысит значения опорного сигнала. В остальных случаях (R_пор ≤ R) на выходе порогового органа 5 появляются информационные сигналы, дальнейшая обработка которых селектором 7 приводит к эффективному шунтированию поврежденной фазы на земля через низкоомный резистор 21 одним из симистров 18-20. Напряжение на резисторе 21 является информацией, на основе которой происходит защита симистров 18-20 от тока двойного замыкания на землю посредством узла защиты симистров 16. Для повышения удобства эксплуатации в устройство введен блок 14 индикации и сигнализации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Редактор Г. Гербер

Составитель Т. Суриков

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Шароши

Заказ 49

Тираж 467

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг. 2

Подписное