Устройство для защиты человека от попадания под напряжение при обрывах проводов воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью Советский патент 1993 года по МПК H02H5/10 H02H5/12 

ел С

Использование: воздушные линии электропередач с изолированной нейтралью. Сущность изобретения; для повышения электробезопасности в устройство введен размещаемый на тяговой подстанции блок индикации вида повреждения, с помощью которого при падении и замыкании любого из фазных проводов на землю осуществляется шунтирование поврежденного провода на землю, а при обрывах - индикация оборванного провода.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты человека от поражения электрическим током при попадании под напряжение в случае прикосновения и к лежащему на земле проводу.

Целью изобретения является повышение электробезопасности.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства обеспечения электробезопасности в системах электроснабжения автоблокировки; на фиг.2 - принципиальная схема узла управления; на фиг.З- временные диаграммы работы элементов узла управления.

Воздушная линия электропередач фазными проводами 1, 2 и 3 подключает нагрузку 4 к тяговой подстанции 5, которая присоединяется к линии электропередач 6.

Устройство содержит усилители мощности 7-9, реагирующие узлы 10-12, датчик 13 напряженности электрического поля, пороговые элементы 14-19, блок 21 определения вида повреждения три резистора 22-24, контакты 25-27 узлов 10-12 соответственно, логические элементы И 30-33 и ИЛИ 34, генератор 35, импульсов и фильтр 36 присоединения, блок 20 индикации вида повреждения, В составе блока 20 имеются первый мультиплексор 37, фильтр 38 присоединения, полосовые фильтры 39 и 40, узел 41 управления, индикаторы 42-43 оборванных со стороны нагрузки фазных проводов, реле 45-47 с замыкающими контактами 48- 50, соответственно, три резистора 51-53, и номерами 54-56 обозначены сигналы управления мультиплексора 37. Узел 41 содержит детекторы 57-58, пороговые элементы 5900

«д

4

Хл)

СО

Усилители мощности 7-9 соединены ка- скадно с реагирующими узлами 10-12 соответственно, Входы пороговых элементов 14-19 подключены кдатчику 13 напряженности электрического поля. Выходы первого 14 и второго 15 пороговых элементов соединены с первым и вторым (инверсным) входами первого элемента И 30 соответственно. Выход третьего 17 порогового элемента соединен с первым входом второго элемента И 31. Выход четвертого 18 порогового элемента соединен со вторым (инверсным) входом второго 31 и первым входом третьего 32 элементов И. Выход пятого порогового элемента 18 соединен со вторым (инверсным) входом третьего 32 и первым входом четвертого 33 элементов И. Выход шестого 19 порогового элемента соединен со вторым (инверсным) входом четвертого 33 элемента И и входом третьего усилителя мощности 9. Выходы первого 30 и второго 31 элементов И соединены со входами элемента ИЛИ 34. Выходы третьего 32,и четвертого 33 элементов И соединены со входами первого 7 и второго 8 усилителей мощности. Первые выводы замыкающих контактов 25-27 первого 10, второго 11 и третьего 12 реагирующих узлов присоединены к клеммам для подключения к фазам 1, 2 и 3 сети, вторые выводы контактов 25-27 подключены к первым выводам трех резисторов 22-24, вторые выводы которых соединены с клеммой для подключения к земле. Выход генератора 35 импульсов и вход фильтра 36 присоединения соединены каскадно, а вход генератора 35 подключен к выходу элемента ИЛИ 34 блока 21. Выходы фильтра 36 присоединения подключены к клеммам для подключения к фазным проводам 1, 2 и 3 сети. Входы мультиплексора 37 подведены к клеммам для подключения к фазным проводам 1,2,3 сети тяговой подстанции 5, а к его выходу подключен вход фильтра 38 присоединения. Резисторы 51-53 первыми выводами соединены с клеммой для подключения к земле, а вторыми - через замыкающие контакты 48- 50 реле 45-47 с клеммами для подключения к фазным проводам 1, 2 и 3 сети. Входы детекторов 57 и 58 подключены к выходам полосовых фильтров, а к их выходам подсоединены пороговые элементы 59 и 66, и к инверсному выходу первого порогового элемента 59 подключены первые входы пятого 64, седьмого 66 и девятого 68 элементов И, вторые входы которых соединены с первым 82, вторым 83 и третьим 84 выходами второго мультиплексора 63 соответственно. К выходу второго порогового элемента 60 подсоединены первые входы одиннадцатого 70, двенадцатого 71 и тринадцатого 72 элементов И, вторые входы которых также

0 соединены с первым 82, вторым 83 и третьим 84 выходами мультиплексора 63. К выходу одновибратора 88 подключены первые входы шестого 65, восьмого 67 и десятого 69 элементов И, вторые входы которых также

5 соединены с первым 82, вторым 83 и третьим 84 выходами мультиплексора 63. Входы S триггеров 73-78 управляются пятым 64, седьмым 66, девятым 68, одиннадцатым 70, двенадцатым 71 и. тринадцатым 72 элемен0 тами И соответственно, а их входы Р объединены попарно у первого 73 и четвертого 76, у второго 74 и пятого 77 у третьего 75 и шестого 78 триггеров и соединены с выходами шестого 65, восьмого 67 и десятого 69

5 элементов И, к выходам первого 73, второго 74 и третьего 75 триггеров подключены первый 42, второй 43 и третий 44 индикаторы, сигнализирующие об обрыве 1, 2 и 3 проводов сети со стороны нагрузки. Первый вход

0 первого трехвходового элемента И 82 подключен к инверсному выходу четвертого триггера 76, а его второй и третий входы - к выходам пятого 77 и шестого 78 триггеров. Первый вход второго трехвходового элемен5 та И 83 соединен с инверсным выходом пятого 77 триггера, а его второй и третий входы к выходам четвертого 76 и шестого 78 триггеров. Первый вход третьего трехвходового элемента И 84 подсоединен к инверс0 ному выходу шестого 78 триггера, а его второй и третий входы - к выходам четвертого 76 и пятого 77 триггеров, а также вход одновибратора 83, счетный вход элемента 62 подключены к генератору 61 импульсов

5 блока 20, а два его выходных разряда управляют мультиплексорным 63, первый 82, второй 83 и третий 84 выходы которого задают входные сигналы для мультиплексора 37. Элементы, узлы и блоки устройства про0 дольного электроснабжения СЦБ работают следующим образом.

В исходном состоянии воздушная линия электропередач 1-3 обеспечивает нормальное электроснабжение нагрузки 4 (СЦБ

5 и другие потребители). При.этом по проводам воздушной линии 1-3 передаются импульсы контрольной частоты, вырабатываемой генератором импульсов 35, причем фильтр 36 обеспечивает согласование генератора 35 с проводами 1-3, находящимися

под рабочим напряжением. Эти импульсы принимаются на тяговой подстанции 5. Мультиплексор 37 осуществляет переключение фильтра 38 присоединения последовательно к каждой из фаз. На диаграмме 3 показано, что в течение времени от 0 до ti, фильтр 38 подключен к 1 проводу, от ц до t2 - ко 2 проводу, и от т.2 до t3 - к 3 проводу. К выходу фильтра 38 присоединения подключены блоки 39 и 40, которые выделяют сигналы заданной полосы частот. При этом на выходе фильтра 39 появляется сигнал контрольной частоты, который после детектирования (блок 57) сравнивается с пороговым значением элемента 59. В результате на инверсном выходе элемента 59 сигнал низкого уровня (см. диаграмму 79 на фиг.З), следует отметить, что триггеры 73-78 находятся в исходном состоянии, так как в моменты времени t/i, ts и te осуществлялся сброс триггеров 73-78 соответственно (см. диаграммы 65, 67, 69, 73Р и 76Р на фиг.З). Эти сигналы формируются элементами И 65, 67 и 69, входы которых подключены к выходам мультиплексора 63 и одновибратору 88 (см, ди- аграммы 54, 55, 56 и 81 на фиг.З). Управление мультиплексора осуществляется двоичным счетчиком 62 (см. диаграммы 62° и 621 на фиг.З). Отметим, что счетчик 62 управляется по заднему фронту импульсов генератора 61,а запуск одновибратора происходит по переднему фронту этих имт/ль- сов (см. диаграммы 62° и 81 на фиг.З), Таким образом, в исходном состоянии индикаторы 42-44 не сигнализируют о неисправности в линии 1-3, и реле 45-47 обесточены.

8 случае обрыва одного из проводов 1-3 воздушной линии изменяется напряженность электрического поля в месте располо- жения датчика 13. При этом блок 21 определяет по состоянию выходных сигналов пороговых элементов 14-19 вид повреждения в воздушной линии электропередач.

Если произошел обрыв, например, провода 1 линии со стороны нагрузки 4, то блок 21 срабатывает, и подает соответствующий управляющий сигнал на усилитель 7 мощности, который управляет реагирующим узлом 10. Контакты 25 узла 10 замкнут оборванный провод 1 через резистор 22 на землю, что обеспечит условия электробезопасности человека в случае прикосновения к лежащему на земле проводу. На тяговой подстанции 5 блок 20 фиксирует значительное уменьшение уровня передаваемого сигнала от генератора 35 импульсов по 1 фазному проводу (см. фиг.З, диаграмму 79, момент времени t), что приводит к установке триггера 73 в единичное состояние (см. диаграммы 73 S и 73 Q). В результате на

тяговой подстанции индикатор 42 сигнали- зирует об обрыве 1 фазного провода линии. Отметим, что в момент времени ts на входе R триггера 73 появляется сигнал5 сброса, 5 однако триггер 73 остается в единичном состоянии, так как этот сигнал блокируется сигналом управления на входе S (см. диаграммы 73S, 73R и 73Q фиг.З). В следующие циклы подключения мультиплексора уст- . 0 ройство подтверждает состояние триггеров 73-78. Аналогичные процессы происходят и в случае обрыва 2 и 3 проводов линии со стороны нагрузки 4,

Если произошел обрыв, например, про- 5 вода 2 линии со стороны источника 5, то блок 21 срабатывает и подает соответствующий управляющий сигнал на генератор 35 импульсов, который изменяет частоту импульсов на аварийную. На тяговой подстан0 ции 5 блок 20 фиксирует изменение частоты передаваемого по проводам линии сигнала. При этом триггеры 76 и 78 устанавливаются в единичное состояние, а триггер 77 остается в исходном положении (см. диаграммы

5 76-78 на фиг.З). Отметим, что уровень принимаемого на тяговой подстанции сигнала 2 по фазному проводу недостаточен для срабатывания элемента 50 (см. диаграмму 80 в момент времени tg на фиг.З). Логические

0 элементы И 88-90 определяют по окончанию цикла переключений мультивибратора v О состоянии выходов триггеров 76-79 (см. - диаграммы 82-84 фиг.З). Следует отметить, что время цикла переключения мультиплек5 сора 63 меньше времени срабатывания электромагнитных реле 45-47. В результате срабатывает реле 46, и его контакты 52 замыкают фазный провод 2 линии на землю через сопротивление 52, что позволиттакже

0 обеспечить условия электробезопасности в случае прикосновения человека к лежащему на земле проводу. В следующие циклы подключения мультиплексора 37 в блоке 21 осуществляется повторное подтверждение

5 обрыва провода 2 линии. Аналогичные процессы происходят и в случаях обрыва других проводов линии 1-3.

При устранении замыкания провода на землю линия обеспечит нормальное элект0 роснабжение нагрузки 4. Напряженность в месте расположения датчика 13 опять изменится, в результате генератор 35 переключается на контрольную частоту. Через цикл переключения мультиплексора 37 (время от

5 0 до гз) триггера 73-78 установятся в исходные состояния (см. моменты времени t4, ts и te фиг.З), и устройство возвратится в исходное состояние.

Таким образом, устройство обеспечивает условия электробезопасности в случае

прикосноаения человека к лежащему на земле проводу.

Формула изобретения Устройство для защиты человека от попадания под напряжение при обрывах проводов воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью, содержащее датчик напряженности электрического поля, шесть пороговых элементов, входы которых подключены к датчику напряженности, три усилителя и три реагирующих узла, входы которых соединены с выходами усилителей, три резистора и блок определения вида повреждения, включающий в себя двухко- довой элемент ИЛИ и первый, второй, третий и четвертый двухвходовые элементы И, вторые входы которых - инверсные, причем выходы первого и второго пороговых элементов соединены с первым и вторым в хо- дами первого элемента И соответственно, выход третьего порогового элемента соединен с первым входом второго элемента И, выход четвертого порогового элемента соединен с вторым входом второго и первым входом третьего элементов И, выход пятого порогового элемента соединен с вторым входом третьего и первым входом четвертого элементов И, выход шестого порогового элемента соединен с вторым входом четвертого элемента И и входом третьего усилителя мощности, выходы первого и второго элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами первого и второго усилителей мощности, а также первые выводы замыкающих контактов первого, второго и третьего реагирующих узлов присоединены к клеммам для подключения к фазам сети, вторые выводы контактов подключены к первым выводам трех резисторов, вторые выводы которых соединены с клеммой для. подключения к земле, отличающееся тем, что, с целью повышения электробезопасности, в устройство .дополнительно введены генератор импульсов и фильтр присоединения, размещаемые на конце линии, причем вход фильтра присоединения включен к выходу генератора импульсов, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ блока определения вида повреждения, а выходы фильтра присоединения соединены с клеммами для подключения .к фазным проводам сети, и блок индикации вида повреждения, размещаемый на тяговой подстанции и включающий в свой состав первый мультиплексор, входы которого соединены с клеммами для подключения к фазным проводам сети, фильтр присоединения, вход которого соединен с выходом первого мультиплексора,

три индикатора, три реле и три резистора, первые выводы которых соединены с клеммой для подключения к земле, а вторые через замыкающие контакты первого, второго

и третьего реле - с клеммами для подключения к первому, второму и третьему фазным проводам соответственно, два полосовых фильтра, входы которых объединены и подключены к выходу фильтра присоединения,

0 и узел управления, в состав которого входят два детектора, два компаратора, генератор прямоугольных импульсов, двоичный счетчик, второй мультиплексор, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, один5 надцатый, двенадцатый и тринадцатый двухвходовые элементы И, шесть RS-тригге- ров, одновибратор и три трехвходных элемента И, причём входы детекторов подключены к выходам полосовых фильт0 ров, а к выходам детекторов подсоединены входы компараторов, к инверсному выходу первого компаратора подключены первые входы пятого, седьмого и девятого элементов И, вторые входы которых соединены с

5 первым, вторым и третьим выходами второго мультиплексора соответственно, к выходу второго компаратора присоединены первые входы одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого элементов И, вторые входы

0 которых соединены с первым, вторым и третьим выходами второго мультиплексора, к выходу одновибратора подключены первые входы шестого, восьмого и десятого элементов И, вторые входы которых также

5 соединены с первым, вторым и третьим выходами второго мультиплексора, S-входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого триггеров соединены с выхо- дами пятого, седьмого, девятого,

0 одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого элементов И соответственно, а их R- входы объединены попарно у первого и четвертого, у второго и пятого и у третьего и шестого триггеров и соединены с выходами

5 шестого, восьмого и десятого элементов И, к выходам первого, второго и третьего триггеров подключены первый, второй и третий индикаторы обрыва первого, второго и третьего проводов сети со стороны нагруз0 ки, первый вход первого трехвходового элемента И подключен к инверсному выходу четвертого триггера, а его второй и третий входы - к выходам пятого и шестого триггеров, первый вход второго трехвходового

5 элемента И соединен с инверсным выходом пятого триггера, а его второй и третий входы - к выходам четвертого и шестого триггеров, первый вход третьего трехвходового элемента И подсоединен к инверсному выходу шестого триггера, а его второй и третий входы - к выходам четвертого и пятого триггеров, вход одновибрэтора и счетный вход двоичного счетчика подключены к генератору прямоугольных импульсов блока индикавходами второго мультиплексора, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам первого мультиплексора, при этом выходы трехвходовых

ции вида повреждения, а два выходных 5 элементов И соединены с входами соответ- разряда двоичного счетчика соединены с ствующих реле.

входами второго мультиплексора, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам первого мультиплексора, при этом выходы трехвходовых

Физ.З

Составитель А.Кориеев Техред М.Моргентал

Тираж

Корректор Н.Кешеля Подписное