Устройство для защиты от утечек тока на землю в сети с изолированной нейтралью Советский патент 1992 года по МПК H02H3/17 

Изобретение относится к устройствам защиты от утечек тока на землю в шахтных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащих тиристор- ные преобразователи.

Известно устройство защиты от утечек тока на землю, содержащее последовательно соединенные источник оперативного напряжения и первый фильтр присоединения, второй фильтр присоединения, к выходу которого подключен вход измерительного элемента, дифференцирующий элемент.

Недостатком устройства является низкая устойчивость к воздействию мощных импульсных помех, создаваемых тиристор- ным преобразователем, что приводит к ложным срабатываниям защиты от утечек тока на землю.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству является устройство для защиты от утечек тока на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее последовательно соединенные источник оперативного напряжения и первый фильтр присоединения к сети, второй фильтр присоединения к сети, второй вывод которого присоединен к земле, к выходу которого присоединен вход измерительного элемента, исполнительный релейный блок, включающий в себя два электромагнитных реле с размыкающими контактами.

Недостатком устройства является низкая устойчивость к воздействию мощных помех малой длительности, создаваемых работой гмристорного преобразователя.

Низкая помехоустойчивость обусловлена относительно большим временем возврата измерительного органа и релейного

XI XI

fc

ю

исполнительного блока в исходное состояние после воздействия мощной кратковременной помехи в сочетании с высоким быстродействием при его срабатывании.

При этом, после воздействия кратко- временной помехи, вызывающей кратковременное снижение уровня на входе измерительного органа, напряжение на его выходе некоторое время соответствует сработанному состоянию аппарата защиты, что и обуславливает этот недостаток.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты от утечек тока на землю содержит последовательно соединенные источник оперативного напряжения и первый фильтр присоединения к сети, второй вывод источника оперативного напряжения соединен к клеммой для подключения к земле, второй фильтр присоединения к сети, второй вывод которого присоединен к клемме для подключения к земле, к выходу которого подключен вход измерительного элемента, исполнительный релейный блок, включающий в себя два электромагнитных реле с размыкающими контактами, диоды.

Новым в устройстве является то, что оно дополнительно снабжено дифференцирую- щим элементом и элементом задержки, при эток выход измерительного элемента подключен ко входам дифференцирующего элемента и элемента задержки, выход которого подключен к первому выводу обмотки пер- вого электромагнитного реле, выход дифференцирующего элемента соединен через первый диод с первым выводом обмотки второго электромагнитного реле, второй диод своим катодом подключен к аноду перво- го диода, а анод второго диода соединен со вторыми выводами обмоток обоих электромагнитных реле, подключенных к общей шине, причем размыкающие контакты упомянутых реле соединены последовательно и подключены к выходу исполнительного релейного блока,

Существенными признаками изобретения является введение в устройство диффе- ренцирующего элемента и элемента задержки, включение их между выходом измерительного элемента и .первым входом исполнительного элемента, а также предложенное выполнение релейного исполнительного блока.

Данные признаки позволяют при воздействии кратковременной помехи не допустить срабатывания исполнительного элемента, что и повышает помехоустойчивость устройства.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник 1 оперативного напряжения, подсоединенный через фильтр 2 присоединения между фазами сети 3 и землей 4, измерительный элемент 5, вход которого через второй фильтр присоединения б подключен между фазами сети и землей, исполнительный релейный блок 7, дифференцирующий элемент 8 и элемент задержки 9, причем выход измерительного элемента 5 через дифференцирующий элемент 8 подключен ко второму входу 17 и через элемент задержки 9 к первому входу 16 исполнительного элемента 7, выход блока 7 непосредственно или через промежуточные элементы подключен к блоку управления коммутационного аппарата (на схеме не показано), электромагнитные реле 10 и 11 с последовательно соединенными размыкающими контактами 12 и 13 и два диода 14 и 15.

Источник оперативного напряжения 1 представляет собой источник постоянного напряжения, фильтр присоединения 2 - звезда, образованная тремя одинаковыми резисторами; фильтр присоединения 6 представляет собой звезду, образованную тремя одинаковыми резисторами и цепочки из резисторов, включенная между нулевой точкой звезды и землей (сигнал с этой цепочки снимается соответственно на измери- тельный элемент 5); измерительный элемент 5,- линейный фильтрующий усилитель; исполнительный релейный блок 7 - ключевой элемент с двумя входами - управляющим и запирающим, имеющие определенные пороги срабатывания; элемент задержки и дифференцирующий элемент - соответствующие RC-цепочки.

Устройство работает следующим образом.

Постоянное напряжение источника 1 через фильтр 2 прикладывается между токо- ведущими частями сети 3 и землей 4. Это напряжение через блок 6 поступает на вход измерительного органа 5. При большом сопротивлении изоляции сети относительно земли уровень напряжения на входе измерительного органа 5 велик и на его выходе формируется напряжение высокого уровня, которое поступает через элемент задержки 9 на первый вход исполнительного релейного блока 7 и поддерживает его в выключенном состоянии независимо от характера сигнала на втором входе. При снижении сопротивления изоляции до уровня более низкого, нежели уставка, измерительное напряжение между сетью 3 и землей 4 вследствие увеличения падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника 1 и на сопротивлении фильтра 2 снижается и, следовательно, снижается напряжение как на выходе, так и на выходе измерительного органа 5, а значит и на первом входе исполнительного релейного блока 7. Помимо того, при этом снижается напряжение на входе дифференцирующего элемента 8, что приводит к формированию на его выходе, а значит и на втором входе исполнительного релейного блока 7 отрицательного напряжения. При переходе напряжением на первом входе исполнительного релейного блока 7 порога срабатывания на выходе этого элемента появляется отключающий сигнал.

Если сопротивление изоляции, оставаясь на уровне ниже уставки, не меняется, то на первом входе исполнительного элемента 7 напряжение будет ниже порога срабатывания, а на втором входе будет равно нулю. Выход блока 7 будет при этом выдавать отключающий сигнал.

Если произошло воздействие на измерительный орган 5 помехи с малой длительностью, что привело к снижению напряжения на его входе ниже уровня срабатывания, то с момента окончания воздействия помехи на выходе измерительного органа 5 появится возрастающее напряжение, поступающее на вход дифференцирующего элемента 8. В результате на выходе дифференцирующего элемента 8, а значит и на втором входе исполнительного релейного блока 7, формируется положительное напряжение, которое независимо от уровня напряжения на первом входе приведет к запиранию блока 7, т.е. к непоявлению на его выходе отключающего сигнала.

При этом элемент задержки 9 необходим для задержки сигнала с выхода измерительного элемента 5 на время существования кратровременной помехи (примерно на 0,02--0,06 с) для того, чтобы она не вызывала в течение указанного времени срабатывание релейного блока 7.

Для ясности сформулируем алгоритм работы исполнительного релейного блока 7. При высоком уровне напряжения на первом входе 16 независимо от характера напряжения на втором входе 17 выход исполнительного элемента 18 закрыт (отключающий сигнал отсутствует). Аналогично при положительном напряжении на втором входе 17 независимо от уровня напряжения на первом входе 16 выход исполнительного элемента тоже заперт. И, наконец, при низком уровне напряжения на первом входе 16 и при отрицательном или равном нулю напряжении на

втором входе 17 выход релейного блока 7 открыт (есть отключающий сигнал).

При высоком уровне напряжения между 16 и 4, т.е. на первом входе исполнительного элемента 7, обмотка реле 10 обтекается током, превышающим порог срабатывания, и контакт 12 размыкается. В результате независимо от состояния контакта 13, т.е. независимо от характера сигнала на втором

0 входе, выходная цепь разорвана и, следовательно, на выходе 18 нет отключающего сигнала.

При положительном напряжении на втором входе (между 17 и 4) ток через диод

5 15 обтекает обмотку реле 11, последнее срабатывает и размыкает свой контакт 13. В результате независимо от уровня сигнала на первом входе на выходе 18 не будет отключающего сигнала.

0 При отрицательном напряжении на вто- . ром входе ток в обмотку реле 11 не попадает, так как его путь при этом замыкается через диод 14. Само собой разумеется, что и при отсутствии напряжения (при нулевом

5 напряжении) на входе обмотка реле 11 не обтекается током. В результате контакт 13 будет замкнут. Если при этом напряжение на первом входе имеет низкий уровень, то будет замкнут и контакт 12. В этом случае

0 выходная цепь замкнута и выход 18 выдает отключающий сигнал.

Таким образом, предложенное устройство не реагирует на кратковременное воздействие мощных помех, то есть на токи

5 утечки с длительностью существования менее 0,06 с, что повышает помехоустойчивость работы, снижает время простоя оборудования вызванное ложными срабатываниями защиты.

0 По сравнению с прототипом данное устройство имеет более высокую устойчивость к помехам в сети, создаваемых тиристорны- ми преобразователями.

Кроме того, данное преимущество по5 зволяет применить его в несколько другой области, а именно для защиты сети из двух групп потребителей с разными требованиями к надежности электроснабжения, например, для технологических потребителей

0 (забойного оборудования) и вентиляторов местного проветривания, питающихся от пускового агрегата с двумя выходными автоматами. Известно, что к электроснабжению вентилятора местного проветривания

5 предъявляются более жесткие требования. Учитывая это, для обеспечения защиты указанных групп потребителей целесообразно использовать два канала защиты; один - быстродействующий, традиционный (см. прототип), а второй - предлагаемое устройство. При этом, полученное положительное свойство предлагаемого устройства позволяет производить селективное отключение потребителей Так, возникновение утечки в технологической сети, приводящее к сраба- тыванию первого канала защиты с последующим отключением при помощи одного из двух автоматов от трансформатора пускателя, воспринимается вторым каналом как кратковременная помеха, существенная от момента возникновения утечки до момента отключения ответвления.

В этом случае отключение вентилятора местного проветривания не происходит. Если же утечка произойдет в ответвлении вен- тилятора местного проветривания происходит последовательное отключение технологического ответвления, а затем и ответвления вентилятора.

Таким образом, преимущество данного изобретения - повышенная помехоустойчивость, позволяет также осуществлять селективное отключение потребителей.

Формула изобретения

Устройство для защиты от утечек тока на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее последовательно соединенные источник оперативного напряжения и первый фильтр присоединения к сети, второй вывод источника оперативного напряжения соединен с клеммой для подключения к земле, второй фильтр присоединения к сети, второй вывод которого присоединен к клемме для подключения к земле, к выходу которого подключен вход измерительного элемента, исполнительный релейный блок, включающий в себя два электромагнитных реле с размыкающими контактами, диоды, отличающееся гем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено дифференцирующим элементом и элементом задержки, при этом выход измерительного элемента подключен к входам дифференцирующего элемента и элемента задержки, выход которого подключен к первому выводу обмотки первого электромагнитного реле, выход дифференцирующего элемента соединен через первый диод с первым выводом обмотки второго электромагнитного реле, второй диод своим катодом подключен к аноду первого диода, а анод второго диода соединен с вторыми выводами обмоток обоих электро магнитных реле, подключенными к общей шине, причем размыкающие контакты упо мянутых реле соединены последовательно и подключены к выходу исполнительного ре лейного блока.

Использование: изобретение относится к устройствам защиты от утечек тока на землю в шахтных трехфазных электрических це пях с изолированной нейтралью, содержащих имитерные преобразователи Сущность изобретения: для обеспечения повышения помехоустойчивости устроистра введены дифференцирующий и элемент задержки. Данное устройстпо не реагирует на кратковременное воздойглвие мощных помех в сети, создаваемых шри- сторными преобразователями, т.е. на токи утечки с длительностью существования ме нее 0,6 с, что снижает время простоя обору- дования, вызванного ложными срабатываниями защиты. 1 ил.

8

10

fS

жн

Г

//

,18