Устройство для защиты человека от поражения электрическим током Советский патент 1991 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике защиты человека от поражения электрическим током при его касании к находящимся под напряжением токоведущим элементам электрооборудования в системах снабжения с изолированной нейтралью.

Целью изобретения является повышение чувствительности и надежности действия устройства, обеспечение защиты человека от поражения после отключения сети ее разрядным током и ЭДС электродвигателем в течение времени их выбега и сокращение излишних отключений сети при кратковременных самоустраняющихся снижениях изоляции проводов сети относительно земли.

На чертеже представлена функциональная схема одного канала устройства, например фазы А сети.

Устройство содержит определитель фазы сети 1, к которой прикоснулся человек, состоящий из однофазного измерительного трансформатора напряжения 2, первичная обмотка которого выполнена из провода с высоким удельным сопротивлением и одним выводом присоединена к зажиму для подключения к фазному проводу сети, а вторым через конденсатор 3 - к зажиму для соединения с землей, а вторичная обмотка нагружена выпрямителем 4, фильтрующим конденсатором 5 и установочным резистором переменного сопротивления 6, компаратора 7, первый вход которого присоединен к скользящему контакту резистора 6,

а второй к источнику 8 эталонного напряжения, а выход присоединен к инвертору 9 и к первому входу логического элемента 10 2И- НЕ; элемент выдержки времени 11, состоящий из генератора импульсов 12, последовательно соединенных счетчиков импульсов 13 и 14 с входом счетчика 13, подключенным через логический элемент 15 2И-НЕ к выходу генератора 12, а выходом

подключенным к первому входу логического элемента 16 2И-НЕ, и выходом счетчика 14, подключенным к первому входу логического элемента 17 2И-НЕ и второму входу элемента 16, выход которого подключен ко второму

входу элемента 17, короткозамыкатель с электромагнитом 18, включенным в цепь коллектора транзистора 19, база которого через диод 20 присоединена к выходу элемента 10, а через диод 21 - к выходу элемента 17, и контактом 22 в цепи замыкания фазы сети на землю, исполнительный элемент 23, содержащий исполнительное реле 24 с обмоткой, включенной в цепь коллектора транзистора 25, база которого присоединена к выходу логического элемента 26 (И-НЕ) и через конденсатор 27 соединена с его эмиттером, и контактом 28 в цепи электромагнита 29 отключения выключателя сети и блок запрета одновременного

включения короткозамыкателей разных фаз 30, который состоит из логических элементов 31, 32, 33 2И-НЕ, входы которых циклически (попарно) подключены к выходу инвертора 9 канала фазы А и выходам соответствующих инверторов каналов фаз В и С,

а выходы присоединены ко входам логического элемента 24 (ЗИ-НЕ), выход которого через инвертор 35 подключен ко второму входу элемента 10 канала фазы А и входам соответствующих элементов каналов фаз В и С и ко второму входу элемента 26. На схеме показана также цепь 36 от устройства (датчика) контроля изоляции сети (ДКИ), которое может подключаться ко второму входу элементов 15 и третьему входу элемента 26, и условно показаны зажимы Е и О источника питания устройства.

Устройство работает следующим образом.

При снижении сопротивления г изоляции провода, например, фазы А до сопротивления утечки Гут, в частности тела человека, прикоснувшегося к проводу, напряжение провода фазы А относительно земли на первичной обмотке трансформатора 2 снижается, выпрямленное напряжение на резисторе 6 (его постоя нная составляющая) становится меньше напряжения эталонного источника 8, что приводит к срабатыванию компаратора 7 - появлению на его выходе нуля, превращающегося в логическую единицу (напряжение + Еп) на выходе инвертора 9 и элемента 10, на втором входе которого единица, поступающая с выхода инвертора 35, Напряжение +ЕП через диод 20 возбуждает ток, открывающий транзистор 19. Срабатывает короткозамы- катель 18 и контактом 22 соединяет провод фазы А с землей (снижает напряжение с тела человека) на время (1,28 с), достаточное для отстранения человека от провода сети, и определяемого счетчиком импульсов 14, запускаемым (как и счетчик 13) логическим нулем на выходе компаратора 7. Логическая единица с выхода счетчика 14, превращаясь в логический нуль элементом 17, на втором входе которого единица с выхода элемента 16, закрывает транзистор 19, происходит возврат короткозамыкателя и размыкание его контакта 22.

Если за указанное время человек отстранился от провода, то напряжение фазы А восстанавливается до нормального, компаратор 7 и вся схема возвращается в исходное состояние.

Если после указанного времени человек продолжает прикасаться к проводу, то компаратор 7 после размыкания контакта 22 не возвращается и через время 0,04-0,08 с после появления логической единицы на выходе счетчика 13, исчезновения единицы на выходе элемента 16 и соответствующем входе элемента 17 на его выходе появляется единица и транзистор 19 снова открывается (под воздействием, как и раньше, логической единицы на выходе элемента 10), ко- роткозамыкатель 18 срабатывает и снова контактом 22 соединяет провод фазы А с i землей.

Исчезновение логической единицы на

выходе элемента 16. т.е. поступление логи ческого нуля на один из входов элемента 26

при наличии единиц на двух остальных его

входах, поступающих от инвертора 35 и по

цепи 36, приводит к появлению логической единицы на выходе элемента 25 и входе транзистора 25, который с небольшой защитной задержкой, создаваемой конденсатором 27, открывается, срабатывает

5 исполнительное реле 24 и контактом 28 включает электромагнит отключения выключателя 29 сети. Происходит защитное (для человека) отключение сети при сохранении соединения провода фазы с землей,

0 за счет чего предотвращается, воздействие

на человека разрядного тока сети и тока,

возбуждаемого ЭДС продолжающих по

инерции вращаться электродвигателей.

Блок 30 приходит в действие при сниже5 ниях сопротивления изоляции двух проводов относительно земли и предотвращает возможное замыкание между проводами двух фаз сети через контакты 22 короткоза- мыкателей двух фаз.

0 При снижении сопротивления изоляции относительно земли двух фаз, например, А и В на обоих входах элемента 33 от инверторов 9 появляются логические единицы, а на его выходе нуль, который приводит к по- 35 явлению единицы на выходе элемента.

При срабатывании устройства (датчика) контроля изоляции сети (УДК) также нулем, поступающим на вход элемента 26, формируется единица - сигнал на отключение се- 0 ти.

Положительный эффект применения предлагаемого устройства состоит в обеспечении защиты человека от поражения током не только при включенной сети, но и после

5 ее отключения за счет повторного соединения фазного привода сети, снимающего с человека напряжение, обусловленное ЭДС вращающихся электродвигателей и разрядным током сети, и в сокращении излишних

0 перерывов электроснабжения за счет от- . ключения сети при кратковременных самоустраняющихся снижениях изоляции одного из проводов сети относительно земли.

5

Формула изобретения Устройство для защиты человека от поражения электрическим током, содержащее определитель фазы сети, к которой прикасается человек, короткозамыкатели, присоединенные к зажимам для подключения к проводам фаз сети и к земле, с электромагнитам их включения, элементы выдержек времени, логический блок запрета одновременного включения короткозамыкателей разных фаз и исполнительный элемент в цепи электромагнита отключения выключателя сети, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности действия устройства, обеспечения защиты человека от поражения после отключения сети ее разрядным током и ЭДС электродвигателей в течение времени их выбега и сокращения излишних отключений сети при кратковременных самоустраняющихся снижениях сопротивления изоляции проводов фаз относительно земли, определитель фазы сети выполнен на бднофазных измерительных трансформаторах напряжения с первичными обмотками из провода с высоким удельным сопротивлением и компараторах на интегральных операционных усилителях, первый входы которых через выпрямители и установочные резисторы подключены к вторичным обмоткам однофазных измерительных трансформаторов напряжения, а вторые - к вновь введенному источнику эталонного напряжения, выход каждого компаратора присоединен к входу

0

5

0

5

элемента выдержек времени и к цепи электромагнита включения короткоззмыкателя через вновь введенные последовательно со- едошанные элементы 2И-НЕ и диодно-тран- зм-стемный элемент для повторного включения короткозамыкателя перед отключением сети, выполненный в виде транзистора, коллектор которого включен в цепь электромагнита включения короткоза- мыкашяя, и двух встречно включенных диодов, гармсеединенных к базе транзистора и анодам первого диода через элемент 2Й-НЕ

-к выходу компаратора, а катодом второго диода - к первому выходу элемента выдержек времени; логический блок запрета одновременного включения короткозамы- кат-вяей разных фаз своими входами через BH©fit введенные инверторы подключен к выходам компараторов трех фаз, а выходом

-к вторым входам элементов 2И-НЕ, испол- нтвй ьмый элемент выполнен в виде вновь введенных последовательно соединенных элемента И-НЕ и транзистора в цепи элект- рюмвтнита отключения выключателя сети, причем к входам элемента И-НЕ подключены второй выход элемента выдержек времени и выход логического блока запрета одновременного включения короткозэмы- кагелей разных фаз.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике защиты человека от поражения электрическим током при его касании находящегося под напряжением токоведущего элемента электрооборудования в системах электроснабжения с изолированной нейтралью Целью изобретения является повышение чувствительности и на