Устройство для защиты человека при прикосновении к фазе сети с изолированной нейтралью Советский патент 1990 года по МПК H02H5/12 

ю

О5 00 05

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизации электрических сетей, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, особенно для передвижных электроустановок. Цель изобретения - повышение селективности работы путем исключения ложных срабатываний при изменяющихся параметрах сети. При прикосновении человека к фазе сети сигнал с датчика напряжения нулевой последовательности поступает через заградительный фильтр в блок сравнения с цифровым вычислителем 6 номинальных параметров сети в виде ряда Фурье. На второй вход блока сравнения через последовательно соединенные измеритель параметров сети 7, преобразователь аналог-код 8 и второй блок 9 вычисления параметров сети в виде ряда Фурье поступает сигнал, учитывающий изменение параметров сети. В блоке сравнения производится анализ коммутационных процессов в сети и устанавливается численное соответствие между исследуемым сигналом и выбранным эталоном, записанным в блоке 11, и в случае заданной сходимости рядов Фурье на коммутирующий блок 5 поступает сигнал, указывающий на прикосновение человека к фазе. В этом случае происходит отключение сети. 3 ил.

;/

15

20

25

31601685

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизаnvm электрических сетей, и может быть использовано в любой отрасли Народ-

ного хозяйства, особенйо для передвижных электроустановок.

Цель изобретения - повьшение се- .

лективности работы путем исключения ложных срабатываний при изменяющихся ,g

параметрах сети.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства на фиг. 2 - структурная схема блока сравнения с цифровым вычислителем-, на фиг.3 - структурная схема блока вычисления.

К питающей сети 1 (фиг.1) подключается устройство, которое содержит последовательно соединенные датчик 2 напряжения нулевой последовательности, заградительный фильтр 3. блок 4-сравнения с цифровым вычислителем, который вторым входом соединен с питающей сетью 1 и коммутирующим сравнения с цифровым вычислителем (фиг.2) содержит блок 6 вь,- ,числения номинальных параметров сети в виде ряда Фурье 6, блок 7 измерения параметров сети, блок 8 преобра зования аналог-код, второй блок 9 вы числения параметров сети в Фурье. блок 10 сравнения, блок 11 задан эталонных значений номиналь- ньтх параметров сети.35

блок вычисления параметров сети в виде ряда Фурье (фиг.З).содер- ST первьй блок 12. умножения, первый сумматор 13, первый квадратор Н, интегратор 15, блок 16 вычисления Гнгенса. бло; 17 числени. арктангенса, третий сумматор 18, блок ТУ вь сления квадратного корня, второй блок 20 умножения, второй сумматор 21 второй квадратор 22. Работа устройства основана на анализе коммутационных процессов, протекающих в сети,, и вьщелении переход

ого-дроцесса, соответствукщего при- косновен человека к фазе сети пр изменении, параметров сети в широк1«

стройство работает следующим об Гнормальном режиме при отсутствии коммутационных , 1 и равенстве проводимостей фаз сети

-на вькоде датчика 2 нулевой после- .довательности, сигнал отсутствует.

30

40

45

5

0

25

685

35

При наличии переходного процесса сигнал с датчика 2 пост: шает в заградительный фильтр 3, обеспечива.0- щий требуемое затухание сигнала промышленной частоты. Далее поступает в блок 4 сравнения с цифровым вычислителем.-В этом блоке производится анализ коммутационных процессов в трехфазной сети и устанавливается численное соответствие между исследуемым сигналом, поданным на первый вход и выбранным эталонным, записанным в блоке 11 задания эталонных значений номинальных параметров сети в том случае, если параметры сети (например, напряжения фаз, частота сети,.проводимость фаз и т. т п ) соответствуют номинальным значениям. Алгоритм работы, посредством которого устанавливается численное соответствие между исследуемым сигналом и выбранным эталонным, основан на дискретном преобразовании Фурье.

При однофазном прикосновении человека в сети с изолированной нейтралью выражение для напряжения нулевой последовательности, может быть представлено в следующем виде:

35

0

и.

и

BJL---rsin(cot.

40

45

50

-ft л. -tl-Dl L) sin(q) +V-

где амплитудное значение фазного напряжения-, Ы - угол смещения напряжения

нейтрали, относительно фазного напряжения; Lp- начапьная фаза прикоснове- ния человека к фазному проводу j

л . TJ Г

с - ич R - сопротивление изоляции фаз

относительно зе.1пи; С - емкость фаз относительно земли.

Разложение переходного процесса в виде ряда Фурье может быть записано в следующем виде:

.

ус sin(ntOrt +

П

-оо

+ Ц) + Ц) - у) ;

l i MiJi. fsin(Qt +Ф +

. Cf - у - sin(V + tf. 15

20

25

30

МОНИКИ,

По приведенным зависимостям для оминальных параметров сети опреде- . яются эталонные значения амплитудно-частотной характеристики переходного процесса при прикосновении чеовека к фазному проводу, которые хранятся в блоке 11 задания эталонных значений номинальных параметров сети.

При изменении значений параметров сети, которые измеряются блоком 7 (фиг.2) и преобразуются в дискретный вид блоком 8, они поступают на второй вход второго блока 9 вычисления параметров сети в виде ряда Фурье. В блоке 9 происходит пересчет значений эталонного переходного процесса, храняп{егося в блоке 11, в зависимости от значений параметров сети.

В соответствии с представленными формулами на первый вход блока интегратора 15 (фиг.З) поступают значения параметров сети от преобразователя аналог-код, в то же время на второй вход блока 15 поступают значения эталонной функции переходного процесса от блока 11 задания эталонных значений номинальных параметров сети. В блоке 15 вычисляются значения интеграла ад/2, которые поступают на 45 третий сумматор 18. Одновременно значения параметров сети и значения эталонной функции поступают на две параллельные цепочки, состоящие из блоков 12 и 20 умножения, в которых происходит умножение на соответствующие тригонометрические функции синуса или косинуса, для соответствующего значения фазы, меняющегося через Zlf/m градусов для рассматриваемой гармоники. В блоках 13 и 21 суммиру-i ются соответствующие m значений, полученных в блоках 2 и 20. В блоках 14 и 22 происходит возведение в квад35

40

50

55

10

15

20

25

30

. 45 i 01686

рат значзнпй, полученных в блоках; 13 и 21. В блоке 18 происходит суммирование значений, полученных в блоках 15, 14 и 22. В блоке 19 получа- ются пересчитанные значения Cj, для п гармоник. В блоке 16 вычисляются значения тангенса по.выражению tg , а в блоке 17 вычисляется arctg ап/Ь„. для каждой гармоники. , Все полученные значения в блоке 9 поступают на первый вход блока. 10 сравнения. На второй вход последнего также поступают значения амплитудно-частотной характеристики переходного процесса, происходящего в сети в виде ряда Фурье. В блоке 10 происходит оценка сходимости двух амплитудно- частотных .характеристик по средней квадратической погрешности. При получении заданной сходимости рядов Фурье на коммутирующий блок 5 поступает сигнал, указывающий на то, что в сети имеется переходньй процесс, соответствующий прикосновению человека к фазе, и только в этом случае происходит быстродействующее отключение сети.

Технико-экономическая эфс|)ектив- ность предлагаемого устройства для защиты человека при прикосновении к фазе сети с изолированной нейтралью по сравнению с известным заключается в том, что позволяет значительно увели1 ить селективность устройства, за счет исключения ложных срабатыва- imii при различных коммутационных процессах, происходящих в сети, а также электробезопасность за счет увеличения точности определения коммутационного процесса, соответствующего прикосновению человека к фазному проводу.

Формула изобретения

Устройство для защиты человека при прикосновении к фазе сети с изолированной нейтралью, содержащее датчик напряжения нулевой последовательности, к выходу которого последовательно подключены заградительный фильтр, блок сравнения с цифровым вычислителем и коммутирующий блок, причем блок сравнения с цифровым вычислителем выполнен в виде блока задания эталонных значений номинальных параметров сети, блока вычисления номинальных параметров сети в виде ряда Фурье, который со35

40

50

55

держит первый и второй блоки умножения, первый, второй, третий, сумматоры, первый и второй квадраторы, блоки вычисления тангенса, арктангенса и извлечения квадратичного корня, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения селективности работы путем исключения ложных срабатываний при изменяющихся параметрах сети, в блок сравнения с цифровым вычислителем дополнительно введены последовательно соединенные блок измерения пара- метров сети, блок преобразования

аналог-код и второй блок вычисления параметров сети в виде ряда Фурье, второй вход которого соединен с выходом блока задания эталонных значе

НИИ номинальньрс параметров сети, выход второго блока вычисления соединен с вторым входом блока сравнения, а вход блока измерения параметров сети соединен с вторым входом блока сравнения с цифровым вычислителем, причем во второй блок вычисления параметров сети в виде ряда Фурье дополнительно введен интегратор, первый и второй входы которого соединены с первьм и вторым входами первого и второго блоков умножения соответственно, второй вход интегратора подключен к второму входу второго блока вычисления параметров сети в виде ряда Фурье, а выход интегратора соединен с третьим входом третьего сумматора.