Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изолированной нейтралью Советский патент 1992 года по МПК H02H3/16 

мированное соотношение рабочего и опорного потенциалов и формирует разрешающий сигнал с частотой 2F и скважностью, равной двум, который усиливается усилителем 5, проверяется полосовым фильтром 20 и через первый выпрямитель 7 поступает на вход исполнительного органа для разрешения его включения. В случае уменьшения

выходного напряжения с фильтра 20 по причине расхождения дублированных каналов или изменений напряжений сети осуществляется снижение частоты работы преобразователя 22, которое приводит к снятию сигнала с выпрямителя 7 и последующему отключению электроустановки исполнительным органом 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защитно-отключающим Ю Фаза 5 устройствам, предназначенным для обеспечения безопасности персонала при прикосновении к токоведущим частям электроустановки, а также при пробое изоляции в сетях переменного тока, изолированных от земли. Цель изобретения - повышение надежности в работе устройства в двухфазной сети. При нормальной работе устройства компараторы 4, 8, 9 находятся в динамическом состоянии, что позволяет фиксировать неисправности в работе дублированного устройства при расхождении потенциалов напряжения между каналами до 10%. Частота F колебаний потенциалов напряжения задается преобразователем напряжение - частота 22, на выходах которого формируются противофазные сигналы со скважностью, равной двум. Компаратор 9 проверяет нор2 vj О 00 CJ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защитно-отключающим устройствам, предназначенным для обеспечения безопасности персонала при прикосновении к токоведущим частям элек- троустановки, а также обеспечения безопасного функционирования устройств при пробое изоляции в сетях переменного тока. изолированных от земли.

Известы устройства для защитного от- ключения электроустановки от сети переменного тока, содержащие датчик напряжения, входом подключенный к сети переменного тока, а выходом соединенный с первым и вторым компараторами, выходы которых связаны с отключающим элементом.

Известно устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изс..ированной нейтралью. содержащее датчик напряжения выход которого соединен с входом первого компаратора и входом второго компаратора сглаживающий фильтр и пег-еый выпрямитель.

Недостатком известного устройства является низкая надежности за с :: недостаточной защищенности от южного разрешающего выходного сигнала при неисправности и изменении -з зметроь эле- ментов устройства

Цель изобретения - повышение надежности работы в двухфазной сети достигается тем, что в устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее первый датчик напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора и входом второго компаратора, сглажи- вающий фильтр и первый выпрямитель, введены третий компаратор, усилитель, первый и второй формирователи опорных напряжений, первый, второй и третий делители напряжения, первый, второй и третий резисторы, второй датчик напряжения, второй шыпрямитель, двухконтурный полосовой LC-фильтр, накопительный конденсатор и преобразователь напряжения в частотные противофазные сигналы со скважностью 4, при этом входы первого и второго формирователей опорных напряжений и второго датчика напряжения соединены с клеммой для подключения к фазе, а выходы подключены, соответственно, к первому, второму и третьему делителям напряжения средняя точка первого делителя напряжения соединена с инвертирующим входом второго компаратора, через первый резистор с выходами первого и третьего компараторов и через сглаживающий фильтр с инвертирующим входом третьего компаратора средняя точка второго делителя напряжения соединена с неинвертирующим входом третьего компаратора и через второй резистор с первым выходом преобразователя напряжения в частотные противофазные сигналы со скважностью и второй выход которого через третий резистор соединен с инвертирующим входом первого компаратора и средней точкой третьего делителя напряжения, а вход - через накопительный конденсатор с выходом второго выпрямителя, выход второго компаратора через усилитель - с входом полосового двухконтурного LC- фильтрэ, первый выход которого соединен с входом БГОООГО выпрямителя а второй выход - с входом первого выпрямителя которого является выходом устройства

На Фиг.1 приведена функциональная электрическая схема заявляемого устройства; на фиг 2 - структурная схема преобразователя напряжения в противофазные частотные сигналы со скважностью 4 на фиг.З - временные диаграммы поясняющие работу основных узлов устройства

Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изолированной нейтралью содержит первый датчик 1 напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора 2 и входом второго компаратора 3. сглаживающий фильтр 4, первый выпрямитель 5, третий компаратор 6,

усилитель 7, первый 8 и второй 9 формирователи опорных напряжений, первый 10, второй 11 и третий 12 делители напряжения, первый 13, второй 14 и третий 15 резисторы, второй датчик 16 напряжения, второй выпрямитель 17, двухконтурный полосовой LC-фильтр 18, накопительный конденсатор 19 и п-реобразователь 20 напряжения в частотные противофазные сигналы со скважностью 4, при этом входы первого 8 и второго 9 формирователей опорных напряжений и второго датчика 16 напряжения соединены с клеммой для подключения к фазе, а выходы подключены, соответственно, к первому 10, второму 11 и третьему 12 усилителям напряжения, средняя точка первого делителя 10 напряжения соединена с инвертирующим входом второго компаратораЗ, через первый резистор 13 с выходами первого 2 и третьего 6 компараторов и через сглаживающий фильтр 4 с инвертирующим входом третьего компаратора б, средняя точка второго делителя 11 напряжения соединена с неинвертирующим входом третьего компаратора 6 и через второй резистор 14 с первым выходом преобразователя 20 напряжения в частотные противофазные сигналы со скважностью 4, второй выход которого через третий резистор 15 соединен с инвертирующим входом первого компаратора 2 и средней точкой третьего усилителя 12 напряжения, а вход соединен через накопительный конденсатор 19 с выходом второго выпрямителя 17, выход второго компаратора 3 через усилитель 7 - с входом полосового двухконтурно- го LC-фильтра 18, первый выход которого соединен с входом второго выпрямителя, а второй выход - с входом первого выпрямителя 5. выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Оперативный постоянный ток протекает от источника тока через резисторы первого 1 и второго 16 датчиков напряжения и далее через сопротивления изоляции относительно земли (Риэ) фаз контролируемой сети переменного тока с изолированной нейтралью. Сопротивления ЯИэ включены параллельно нижним сопротивлениям ре- зисторных делителей напряжения, входящих в состав датчиков 1 и 16. Поэтому при снижении сопротивления изоляции Виз на выходах датчиков происходит уменьшение величины напряжения постоянного тока, если RKJ снижается ниже установленной нор- мы (например, 27 кОм). устройство осуществляет защитное отключение электроустановки от сети переменного тока, выключая сигналом со своего выхода мэгнт- 50 ный пускатель (не показан). В конкретном случае применения заявляемое устройство отключает пускатель электрообогрева стрелочных переводов железнодорожного транспорта. Ввиду того, что устройство от- 55 вечает за безопасность движения поездов и за безопасность обслуживающего персонала, в нем обеспечивается повышенная защищенность от ложного разрешающего выходного сигнала при отказах и изменении параметров элементов схемы. Для этого ответственные узлы схемы дублированы с обеспечением самоконтроля правильности их функционирования, При- обнаружении неисправностей в процессе самоконтроля 5 происходит автоматическое блокирование устройства в состоянии защитного отключения, требующее для повторного включения устройства вмешательства человека-оператора.

10 Обнаружение неисправностей в дублированной части схемы устройства осуществляется сравнением работы дублированных узлов, а в недублировзнной части устройства - за счет логического объединения сигна- 5 лов дублированных узлов с общим выходным сигналом устройства, контролируемым по частоте полосовым LC-фильтром 18. Полосовой LC-фильтр 18 выполнен по схеме со связанными контурами и является 0 вполне надежным элементом, так как при неисправности любого из элементов его схемы сопротивление передачи фильтра резко увеличивается, выходной сигнал устройства становится близким к 0 и устройст- 5 во переходит в состояние защитного отключения.

При исправном LC-фильтре устройство имеет нормальный выходной сигнал включения пускателя обогрева, если он соответ- 0 ствует по частоте полосе пропускания LC-фильтра. а скважность его близка к 2. Чувствительность к изменению параметров выходного сигнала обеспечивается обратной связью с выхода LC-фильтра через вто- 5 рой выпрямитель 17 на вход преобразователя 20 напряжения в противофазные частотные сигналы со скважностью 4. Структурная схема преобразователя 20 приведена на фиг.2. Из фиг.2 видно, что 0 преобразователь 20 обладает пороговыми свойствами по входу за счет ограничителя напряжения. Пока напряжение на входе выше порога срабатывания ограничителя, оно имеет постоянную величину, равную порогу 5 ограничения. В противном случае, из-за снижения напряжения на входе, начинает изменяться частота сигналов, формируемых симметричным мультивибратором. Это приводит к тому, что увеличивается затухание для частотного сигнала, проходящего через LC-фильтр, и еще больше снижается напряжение на входе преобразователя 20. Развивается необратимый процесс, приводящий к выключению устройства.

Для повторного включения устройства должны быт, устранены неисправности, вызвавшие изменение параметров частотного сигнала, и кратковременно извне подано постоянное напряжение в цепь пуска. При нормальной работе симметричный мультивибратор формирует на своих противофазных выходах сигналы со скважностью 2 прямоугольной формы и с заданной частотой, а одновибраторы преобразуют эти сиг- налы а противофазные сигналы со скважностью 4 для возможности их дальнейшего логического объединения в частотный выходной сигнал. То. каким образом в процессе функцонирования устройства происходит логическое объединение сигналов, поясняется временными диаграммами работы, приведенными на фиг.З. Компараторы 2 и 6 служат для сравнения между собой, соответственно, дублированных сигналов от датчиков 1,16 напряжения и дублированных опорных напряжений, поступающих от формирователей 8. 9 опорных напряжений. На инвертирующие входы компараторов поступают постоянные напряжения, а на неинвертирующих входах к постоянным напряжениям добавляется переменная составляющая из-за влияния подключенных к ним через резисторы 14 и 15 выходов преобразователя 20. В результате переменная составляющая образует поле допуска для постоянного напряжения, действующего на другом входе.

Если сигнал на другом входе компаратора находится в поле допуска, то компаратор переключается по выходу в соответствии с частотой и скважностью сигнала, поступающего от преобразователя 20. На инвертирующем входе второго компаратора 3 действует постоянный сигнал от первого формирователя опорного напряжения и переменный сигнал, образующий поле допуска. Этот переменный сигнал представляет собой за счет сложения выходных сигналов компараторов 2 и 6. имеющих открытые коллекторные выходы, сигнал с частотой, удвоенной по отношению к частоте преобразователя 20, и со скважностью, равной 2.

Второй компаратор 3 проверяет, что постоянное напряжение, поступающее на его вход от первого датчика 1, находится в поле допуска сформированного из выходного напряжения первого формирователя 8. Пока

это условие выполняется, компаратор 3 переключается с частотой, соответствующей середине полосы пропускания LC-фильтра 18, и скважностью выходного сигнала, равной 2. Этот сигнал усиливается усилителем 5. проходит через LC-фильтр 18с минимальным затуханием и через первый выпрямитель 5 действует на магнитный пускатель (не показан), подключенный к выходу устройст0 ва. а также через второй выпрямитель 17 и накопительный конденсатор.19 действует на вход преобразователя 20. обеспечивая нормальную работу последнего. Конденсатор 19 обеспечивает сохранение сигнала в

5 цепи пуска для обеспечения устойчивой работы при кратковременных перерывах (до 1,6 с) в электропитании устройства.

Таким образом, частотный сигнал несет в себе информацию о том. что сформирован0 ные дублированными узлами рабочие и опорные потенциалы попарно соответствуют друг flpyiy с точностью заданного допуска (практически ±10-20%), а также, что проверенный рабочий потенциал, отражаю5 щий состояние изоляции, соответствует допустимому уровню, задаваемому проверенным опорным потенциалом. При снижении Риз рабочий потенциал на неинвертирующем входе второго компаратора 3

0 снижается и опускается ниже поля допуска, создаваемого опорным потенциалом на инвертирующем входе. В результате прекращается формирование импульсного сигнала компаратором 3 и происходит выключение

5 магнитного пускателя и переход устройства в рассмотренное ранее состояние защитного отключения.

При неисправностях элементов схемы устройства, в частности обрывах, коротких

0 замыканиях, увеличении сопротивлений резисторов согласующих делителей 10, 11, 13 напряжения, генерации на в ысокой частоте неисправных усилительных элементов происходит изменение параметров частотного

5 сигнала, приводящее к фиксации неисправностей и переходу устройства в состояние защитного отключения. Чувствительность схемы самоконтроля устройства к изменению параметров частотного сигнала обеспе0 чена за счет узкой полосы LC-фильтра и крутой зависимости частоты преобразователя 20 от напряжения на его входе. В то же время схема устойчиво работает в широком диапазоне температур (от -40 до +50° С) за

5 счет температурной стабильности параметров (стабилитрон КС191А) ограничителя напряжения при нормальном уровне выходного сигнала LC-фильтра.

Таким образом, по сравнению с известным устройством в заявляемом существенно расширен перечень контролируемых неисправностей, что повышает его надежность за счет защищенности от выдачи ложного разрешающего сигнала. В результате повышается безопасность движения поездов и безопасность персонала, обслу- .живающего устройства электрообогрева стрелочных переводов на железнодорожном транспорте.

Формула изобретения Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее первый датчик напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора и входом второго компаратора, сглаживающий фильтр и первый выпрямитель, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы в двухфазной сети, дополнительно введены третий компаратор, усилитель, первый и второй формирователи опорных напряжений, первый, второй и третий делители напряжения, первый, второй и третий резисторы, второй датчик напряжения, второй выпрямитель, двухконгурный полосовой LC-фильтр, накопительный конденсатор и преобразователь напряжения в частотные противофазные сигналы со скважностью 4,

Цепь

Ограничитель напряжения

JU

при этом входы первого и второго формирователей опорных напряжений и второго датчика напряжений соединены с клеммой для подключения к фазе, а выходы подключены 5 соответственно к первому, второму и третьему делителям напряжения, средняя точка первого делителя напряжения соединена с инвертирующим входом второго компаратора, через первый резистор - с выходами

0 первого и третьего компараторов и через сглаживающий фильтр - с инвертирующим входом третьего компаратора, средняя точка второго делителя напряжения соединена с неинвертирующим входом третьего ком5 паратора и через второй резистор - с первым выходом преобразователя напряжений в частотные противофазные сигналы со скважностью 4, второй выход которого через третий резистор соединен с неинверти0 рующим входом первого компаратора и средней точкой третьего делителя напряжения, а вход соединен через накопительный конденсатор с выходом второго выпрямителя, выход второго крмпэратора через усили5 тель соединен с входом полосового двухконтурного LC-фильтра, первый выход которого соединен с входом второго выпрямителя, а второй выход соединен с входом первого выпрямителя, выход которого явля0 ется выходом устройства.

CuMMempUWHblU

м у л ь m и purport op

fo Зноби Jpomop

4J

2одно8б/5рап7ор

Jфц&г

Фиг.З