Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока Советский патент 1991 года по МПК H02H3/16 

- Изобретение относится к устройствам защиты от поражения электрическим током и предназначено для средств напольного транспорта (транспортных средств) с электроснабжением по гибкому кабелю и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 694929.

Целью изобретения является повышение Надежности работы и расширение фун- кциональных возможностей путем обеспечения защиты от междуфазных замыканий в цепях электроустановки.

На чертеже показана принципиальная схема устройства.

Транспортное1 средство получает энергию от трансформаторной подстанции по

питающей четырехпроводной сети 1 с нулевым проводом, который заземлен, и фазными проводами. Переменное напряжение питаМщ-ей сети 1 через защитный выключатель 2 по четырехпроводному гибкому кабелю 3 подается к электроустановке (транспортному средству) 4. По трем фазным проводам сети 1 и кабеля 3 к транспортному средству поступает электроэнергия, обеспечивающая его передвижение и выполнение им других операций, например подъем груза. Четвертый нулевой провод кабеля 3 подключен к корпусу транспортного средства 4, заземляет, корпус и таким образом обеспечивает защиту от поражения электрическим током людей, обслуживающих транспортное средство.

О

х|

сл ю ю сл

Устройство включает в себя также бесконтактное переключатели 5 переменного напряжения, асимметрирующий блок 6, диодный мост 7, блок 8 временной задержки при срабатывании реле напряжения с обмоткой 9 и контактами 10, токовые реле с обмотками 11-14 и контактами 15-18 и симметрирующий блок 19.

Защитный выключатель 2 состоит из кнопки 20 Пуск, кнопки 21 Стоп 1 магнитного пускателя 22. содержащего силовые 23 и блокировочные 24 контакты и обмотку 25, трансформатора 26 тока нулевой последовательности, усилителя 27 напряжения, реле 28 с обмоткой 29 и контактами 30.

Между силовыми контактами 23 магнитного пускателя 22 и потребителем, которым является транспортное средство 4, включены последовательно в фазные провода бесконтактные переключатели 5 переменного напряжения. Каждый такой переключатель имеет два тиристора 31 и 32, два диода 33 и 34, резистор 35 и контакты 10 реле напряжения, которые включены последовательно в цепь, образованную диодами 33 и 34 и резистором 35.

К точкам соединения одного конца гибкого кабеля 3 с нулевым проводом и с двумя фазными проводами подключен асимметрирующий блок 6, который имеет конденсаторы 36 и 37. В цепь конденсатора 36 включены контакты 15 и 16 токовых реле, обмотки 11 и 12 которых включены последовательно в цепи двух фазных проводов.

Параллельно обмотке 25 магнитного пускателя 22 подключен своим входом диодный мост 7. Выход моста 7 соединен с блоком 8 временной задержки, который имеет конденсатор 38, диод 39 и резисторы 40 и 41. К выходу блока 8 временной задержки подключена обмотка 9 дополнительно введенного реле напряжения. Контакты 10 реле подключены к соответствующим цепям бесконтактных переключателей 5 переменного напряжения.

К электрооборудованию транспортного средства 4 подключен второй конец гибкого кабеля 3. Его нулевой провод соединен с корпусом транспортного средства 4. Фазные провода гибкого кабеля 3 подключены к первичной обмотке трансформатора 42. Вторичная обмотка этого трансформатора соединена через обмотки 13 и 14 токовых реле с трехфазным диодным мостом 43, который питает выпрямленным напряжением исполнительные электродвигатели (не показаны) транспортного средства 4, которые обеспечивают передвижение, подъем груза

и выполнение других технологических операций.

Установленный на транспортном средстве 4 симметрирующий блок 19 подключен

к его корпусу и к тому фазному проводу, с которым не имеет электрического соединения асимметрирующий блок 6. Симметрирующий блок 19 имеет конденсатор 44 и кнопку 45 Стоп 2. В цепь, образованную

0 .конденсатором 44 и кнопкой 45, включены контакты 17 и 18 токовых реле, обмотки 13 и 14 которых включены в цепи, соединяющие трансформатор 42 и диодный мост 43. Конденсаторы 36, 37 и 44 имеют одина5 ковую емкость, соответственно, одинаковое сопротивление переменному току и при подключении к трем разным фазным проводам обеспечивают протекание по первичным обмоткам трансформатора 26

0 симметричных токов (токи, геометрическая сумма которых равна нулю). В этом случае при симметричной нагрузке на питающую сеть 1, создаваемую транспортным средством 4, напряжение на вторичной обмотке

5 трансформатора 26 тока, равно нулю, соответственно, напряжение отсутствует на обмотке 29 реле 28 и его контакты 30 замкнуты.

Работа устройства характеризуется сле0 дующими режимами.

При наличии напряжения в питающей сети 1 переменное напряжение поступает только к усилителю 27 защитного выключателя 2, силовые контакты 23 магнитного пу5 скателя 22 разомкнуты, и переменное напряжение к электрооборудованию транспортного средства 4 не поступает.

Для оперативной подачи напряжения на транспортное средство 4 требуется крат0 ковременно нажать кнопку Пуск, После нажатия этой кнопки ее контакты замыкаются и переменное напряжение поступает через замкнутые контакты кнопки Стоп 1 и замкнутые контакты 30 реле 28 на обмотку

5 25 магнитного пускателя 22, последний замыкает свои силовые 23 и блокировочные 24 контакты. Блокировочный контакты 24 создают цепь, обеспечивающую включенное положение магнитного пускателя 22 после

0 того, как кнопка Пуск будет отпущена и ее контакты разомкнутся.

В течение некоторого времени после замыкания силовых контактов 23 магнитного пускателя 22 бесконтактные переключатели

5 5 переменного напряжения находятся в выключенном состоянии, поэтому по отношению к моменту включения магнитного пускателя 22 на электрооборудование транспортного средства 4 напряжение подается с некоторой задержкой.

Одновременно с подачей напряжения на обмотку 25 магнитного пускателя 22 переменное напряжение поступает и на вход диодного моста 7. Получаемое на его выходе выпрямленное напряжение прикладывается к блоку 8 временной задержки и заряжает конденсатор 38 через диод 39 и резистор 40. По мере зарядки конденсатора 38 растут его напряжение и напряжение на обмотке 9 реле напряжения. Таким образом, создается задержка включения реле напряжения по отношению к моменту включения магнитного пускателя 22. Чем больше емкость конденсатора 38, сопротивление резистора 40 и обмотки 9, тем больше длительность этой временной задержки.

По прошествии времени, равного длительности задержки, напряжение обмотки 9 достигает уставки срабатывания реле напряжения, реле срабатывает и замыкает контакты 10 в цепях бесконтактных переключателей 5 переменного напряжения. После этого в начале каждого полупериода переменного напряжения в цепи управляющего электрода соответствующего тиристора появляется ток, и тиристор включается. При одной полярности переменного напряжения, когда, например, анод верхнего тиристора 32 положительнее его катода, через верхний диод 33, резистор 35 и контакты 10 реле напряжения и цепь управляющего электрода этого тиристора протекает ток, этот тиристор включен и замыкает цепь фазного провода.

При противоположной полярности переменного напряжения замыкание цепи выполняет нижний тиристор 31. После изменения этой полярности на противоположную нижний тиристор 31 выключается и снова включается верхний тиристор 32. Такие поочередные переключатели тиристоров происходят во всех бесконтактных переключателях 5 переменного напряжения при замкнутых контактах 10 реле напряжения. В результате этого цепи фазных .проводов замкнуты, и на электрооборудование транспортного средства 4 поступает пе- ременное напряжение. Так как бесконтактные переключатели 5 замыкают цепи только после срабатывания реле напряжения с контактами 10, которое срабатывает с некоторым запаздыванием по отношению к моменту замыкания силовых контактов 23 магнитного пускателя 22, то контакты 23 замыкают цепи при выключенных бесконтактных переключателях 5. следовательно, при отсутствии тока в коммутируемых этими контактами цепях.

Оперативное снятие напряжения с электроустановки напольного транспортного средства осуществляется кнопками 21 Стоп Г и 45 Стоп 2. Кнопка Стоп 2 установлена непосредственно на транспортном средстве, поэтому позволяет снимать

напряжение прямо с места работы транспортного средства,

При кратковременном нажатии кнопки 21 Стоп 1 ее контакты размыкаются, пропадает напряжение с обмотки 25 магнитно0 го пускателя 22, с диодного моста 7 и, соответственно, с обмотки 9 реле напряжения. Благодаря наличию диода 39 блок 8 временной задержки не оказывает влияния на процессы в электромагнитной системе

5 реле напряжения, и его быстродействие в этом режиме определяется временем отпадания. Так как реле напряжения имеет по сравнению с магнитным пускателем меньшее время отпадания, например, если реле

0 выполнено на герконах, обеспечивающих время отпадания десятые доли миллисекунды, то сначала реле напряжения отпадает и размыкает контакты 10, потом выключаются бесконтактные переключатели 5, и только

5 после этого размыкаются силовые контакты 24 (уже при отсутствии тока в размыкаемых цепях). Таким образом, бесконтактные переключатели 5 размыкают рабочие токи транспортного средства 4 и снимают напря0 жение с его электроборудования, а силовые контакты 23 магнитного пускателя 22 размыкают обесточенные цепи.

После того, как кнопка 21 Стоп 1 отпущена и ее контакты замкнули свою цепь,

5 магнитный пускатель 22 и бесконтактные переключатели 5 не включаются, так как до этого блокирующий контакт 24 магнитного пускателя 22 успел разорвать цепи питания обмотки 25, диодного моста 7 и, соответст0 венно, обмотки 9 реле напряжения.

После снятия напряжения с входа диодного моста 7 в блоке 8 временной задержки конденсатор 38 разряжается через резистор 41, и напряжение этого конденсатора

5 становится равным нулю.

При кратковременном нажатии кнопки 45 Стоп 2 цепь конденсатора 44 симметрирующего блока 19 отключается от корпуса напольного транспорта 4 и прекращается

0 ток в цепи этого конденсатора. При этом в цепях конденсаторов 36 и 37 асимметриру- ющего блока 6 продолжает протекать ток. В результате этого нарушается симметрия токов в первичных обмотках трансформатора

5 26. При отсутствии симметрии токов их геометрическая сумма отключается от нуля и на вторичной обмотке трансформатора 26 появляется напряжение, которое увеличивается усилителем 27. Увеличенное напряжение прикладывается к обмотке 29 реле 28. Последнее срабатывает и размыкает контакты 30.

После размыкания этих контактов напряжение снимается с обмотки 25 магнитного пускателя 22 и с выхода диодного моста 7. Далее устройство работает в той же последовательности, что и после нажатия кнопки 21 Стоп 1 и снимает напряжение с электрооборудования транспортного средства 4.

После снятия напряжения с напольного транспортного средства 4 ток в цепи первичных обмоток трансформатора 26 прекращается, напряжение с обмотки 29 реле 28 снимается, реле отпадает и контакты 30 замыкают цепь, При этом магнитный пускатель 22 и бесконтактные переключатели 5 переменного напряжения не включаются, так как к моменту замыкания цепи контактов 30 блокировочные контакты 24 магнитного пускателя 22 успевают разомкнуть свою цепь, и поэтому после замыкания контактов 30 переменное напряжение не поступает ни на обмотку 25 магнитного пускателя, ни на вход диодного моста 7, Рассмотрим работу устройства.

При аварийном снятии напряжения с электрооборудования транспортного средства 4 (при обрыве цепи нулевого провода, при касании человеком, находящегося под напряжением электрооборудования транспортного средства 4, при которых замыканиях) устройство работает следующим образом.

Разрыв цепи нулевого провода на участке от точки подключения к нему ассиметрирующего блокаб до корпуса транспортного средства 4 (в кабеле 3} сопровождается прекращением тока в цепи конденсатора 44 симметрирующего блока 19. Так как при этом в цепях конденсаторов 36 и 37 асимметрирующего блока 6 ток сохраняется, то имеет место нарушение симметрии токов в первичных обмотках трансформатора 26. В дальнейшем функциональные элементы устройства работают в той последовательности, что и при нажатии кнопки 45 Стоп 2 и обеспечивают снятие напряжения с электрооборудования транспортного средства 4. Таким образом, исключается недопустимый по условиям электробезопасности режим работы напольного транспортного средства, когда отсутствует электрическое соединение между его корпусом и землей.

Когда человек, стоящий на корпусе

транспортного средства, касается находящихся под напряжением частей электрооборудования, последнего, то сопротивление человека шунтирует один из конденсаторов

36, 37 и 44, в зависимости оттого, какого из фазных проводов касается человек. В результате этого нарушается равенство токов, протекающих между фазными проводами и

нулевым проводом, и, соответственно, симметрии токов в первичных обмотках трансформатора 26. Последующий порядок работы устройства не отличается от ранее описанного порядка при рассмотрении отключения от кнопки Стоп 2 и происходит снятие напряжение с электрооборудования транспортного средства 4 и с находящегося под напряжением человека.

Если имеет место пробой изоляции фазного провода по отношению к заземленному корпусу транспортного средства 4, который является аварийным режимом и может сопровождаться потенциально опасным для человека ситуациям, то в этом случае нарушается симметрия тока в первичных обмотках трансформатора 26, так как короткозамкнутой цепью шунтируется один из конденсаторов 36, 37, и 44. После этого устройство работает в той последовательности, которая описана выше, и с напольного транспортного средства напряжение снимается и прекращается проте- кан ие недопустимо большого тока короткого замыкания.

При замыкании между фазными проводами гибкого кабеля 3 (такой аварийный режим имеет место при разрыве кабеля и является характерным для эксплуатационных условий) срабатывают токовые реле,

обмотки 11 и 12 которых ключены последовательно с фазными проводами гибкого ка-, беля 3, по которым протекают аварийные токи короткого замыкания. До срабатывания токовых реле и размыкания контактов

15 и 16 симметрия токов в первичных обмотках трансформатора 26 не нарушается. Например, при замыкании между двумя фазными проводами гибкого кабеля 3 по этим проводам протекает аварийный ток,

который имеет одинаковую величину и противоположное направление в первичных об- MoiKax трансформатора 26. В случае короткого замыкания между тремя проводами гибкого кабеля 3 геометрическая сумма

токов, текущих по этим проводам и, соответственно, по первичным обмоткам трансформатора 25, всегда равна нулю.

После срабатывания токовых реле и размыкания контактов 15 и 16 ток в цепи конденсатора 36 асимметрирующего блока 6 прекращается, и в первичных обмотках трансформатора 26 нарушается симметрия токов. Далее устройство работает в описан- ной выше последовательности, с транспортного средства 4 снимается напряжение и прекращается протекание авариный токов.

Следует отметить, что при коротком замыкании между средним и правым (левым) проводом аварийный ток протекает по обмотке 11 (12) токового реле, его контакты 15 (16) размыкаются. При замыкании между тремя фазными проводами аварийный ток протекает по обмоткам 11 и 12 обоих токовых реле контакты 15 и 16 размыкаются.

В случае короткого замыкания в цепях, подключенных к вторичным обмоткам трансформатора 42 (пробой диодов моста 43. замыкание на корлусе его обоих полюсов, короткое замыкание в цепях электродвигателей транспортного соедства), аварийный ток протекает по обмоткам 13 и 14 токовых реле. В результате этого они срабатывают, размыкают контакты 17 и 18, после чего прекращается протекание тока в цепи конденсатора 44 симметрирующего блока 19, т. е. имеет место режим, аналогичный режиму, который начинается после нажатия кнопки 45 Стоп 2 и размыкания ее контактов.

После каждого из оперативных и аварийных отключений, которые описаны, включение устройства осуществляется путем кратковременного нажатия кнопки 20 Пуск. Порядок работы устройства после нажатия этой кнопки описан выше.

Таким образом, введение в известное устройство токовых реле и включение их контактов в асимметрирующий и симметрирующий блоки позволяет дополнительно при помощи устройства защитного отключения отключить токи междуфазных замыканий и замыкания в цепи нагрузки, что расширяет функциональные возможности устройства защитного отключения. Поскольку контакты магнитного пускателя осуществляют коммутацию цепей без тика, то устраняется сваривание, повышенный износ контактов, тем самым повышается надежность их работы.

Фор-мула изобретения

Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока по авт. ев, № 694929, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности

работы и расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты от междуфазных замыканий в цепях электроустановки, оно дополнительно снабжено по числу фазных проводов бесконтактными переключателями переменного напряжения, четырьмя токовыми реле, диодным мостом, реле напряжения и блоком временной задержки, причем бесконтактные переключатели имеют выводы для включения в сеть

последовательно с силовыми контактами магнитного пускателя со стороны электроустановки, параллельно обмотке магнитного пускателя подключен вход диодного моста, его выход соединен с входом блока

временной задержки, выход которого подключен к обмотке реле напряжения, замыкающие контакты этого реле включены в цепи управления бесконтактных переключателей, обмотки первого и второго токовых

реле соединены последовательно с бесконтактными переключателями, а обмотки третьего и четвертого токовых реле имеют выводы для подключения последовательно в цепи питания электроустановки после ее

входных клемм, контакты первого и второго токовых реле включены последовательно в цепь одного из конденсаторов асимметрирующего блока, контакты третьего и четвертого токовых реле включены последовательно с конденсатором симметрирующего блока.

Изобретение относится к устройствам защиты от поражения электрическим током. Цель изобретения - повышение надежности работы и расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты от междуфазных замыканий и от замыкания в цепях электроустановки. При замыкании между фазными проводами срабатывают первые два токовых реле размыкаются их контакты в цепи первых двух конденсаторов, что приводит к нарушению симметрии токов в первичных обмотках трансформатора и срабатыванию магнитного пускателя. Отключение питания происходит также при повреждениях в самой электроустановке вследствие срабатывания вторых токовых реле и размыкания их контактов в цепи третьего конденсатора. Напичие блока 8 временной задержки, реле напряжения и бесконтактных переключателей позволяет коммутировать силовые контакты магнитного пускателя в обесточенных цепях, что повышает надежность работы устройства защитного отключения. 1 ил.