Устройство для защиты сети с изолированной нейтралью от утечки тока на землю Советский патент 1979 года по МПК H02H3/16 H02H5/12 

Данное устройство относится к электротехнике.

Устройство ДЛЯ защиты сети от утечек тока на землю предназначено для применения в участковых сетях угольных шахт с изолированной нейтралью трансформаторов, преимущественно высоковольтных.

Известно, что технико-экономические показатели горнодобывающих предприятий улучшаются по мере увеличения номинального напряжения в сети, в связи с чем в СССР разработан и осваивается промышленностью комп; екс электрооборудования на 1140 В, а за рубежом в отдельных случаях применяется и более высокое напряжение - 3 кВ. Широкому внедрению напряжения 3 и 6 кВ в участковых сетях угольных щахт препятствует увеличивающаяся опасность поражения обслуживающего персонала электрическим током. Защита людей от поражения током возложена на аппаратуру защитного отключения, которая в сетях высокого напряжения должна иметь быстродействие порядка 5 мс при возникновении сопротивления утечки от долей до десятка килоом.

Устройство ДЛЯ защиты сети от утечек тока на землю с быстродействием в несколько миллисекунд известно и описано в 1. Оно содержит источник оперативного постоянного напряжения, включенный посредством балластных сопротивлений между сетью и землей, и пороговый элемент. Время срабатывания такого устройства составляет 2 мс. Препятствием для использования этого устройства в ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ сетях являются чрезмерно малые уставки срабатывания 100-200 Ом, при которых быстродействие составляет несколько миллисекунд.

Известны и устройства, уставки которых достигают 20 кОм 2. Оно содержит источник оперативного постоянного напряжения, подключенный одним полюсом к сети, пороговый эле.мент и нулевую точку сети. Недостатком его, однако, является большое время срабатывания, измеряемое несколькими десятками миллисекунд, вплоть до 100 мс. Большое время срабатывания обусловлено прежде всего наличием конденсатора, которым защунтирован пороговый элемент, а также тем, что в качестве порогового элемента использовано электромагнитное реле. Однако, даже исключение кз схемы указанного конденсатора и замена реле более быстродействующим пороговым элементом не позволяет получить быстродействие менее 10-15 мс. Это объясняется тем, что на оперативный постоянный ток оказыБается наложенным ток частотой 50 Гц, обусловленный возникновением между сетью и землей при однофазных утечках напряжения смещения нейтрали, который, складываясь со снижающимся оперативным током, как бы удерживает его на прежнем уровне в течение первых 10-15 мс. Поэтому получить время срабатывания, меньшее 1,5 полупериода частоты рабочего напряжения в такой схеме не представляется возможным. Целью настоящего изобретения является увеличение быстродействия устройства. Эта цель достигается за счет того, что в устройство, содержащее источник оперативного постоянного напряжения, подключенный одни.м полюсо.м к сети, пороговый элемент и искусственную нулевую точку сети, дополнительно введены блок компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой, разделите ьный трансформатор и усилитель переменного тока, вход которого подключен к вновь введенному резисторному делителю напряжения, включенному между вторым полюсом источника оперативного постоянного напряжения и землей, а выход - через разделительный трансформатор к первому входу блока компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой, второй вход которого подключен между искусственной нулевой точкой сети и землей, а выход - к пороговому элементу. Электрическая схема предложенного устройства приведена на чертеже. Устройство состоит из источника оперативного постоянного напряжения 1, подключенного одним своим полюсом к сети, усилителя переменного тока 2, блока комленсации переменной cocтaвляюцJ,eй тока, обусловленного утечкой 3, порогового элемента 4 и нулевой точки 5. Как видно из схемы, между другим полюсом источника оперативного напряжения и землей, с одной стороны, и нулевой точкой сети 5 и землей, с другой, включены вход усилителя пере.менного тока 2 и второй вход блока 3, к выходу которого подключен пороговый элемент 4. Первый вход блока 3 подключен к трансформатору, являющемуся выходом усилителя переменного тока 2. Из схемы также видно, что вход усилителя 2, подключен к источнику оперативного напряжения , а второй вход блока 3 - между нулевой точкой сети 5 и землей. При таком соединении схемы оперативный постоянный ток во втором входе блока 3 при снижении сопротивления изоляции снижается. Возможно и другое соединение схемы, отличающееся от описанного обратным включением входа усилителя и второго входа блока 3: вместо подключения к источнику оперативного напряжения вход усилителя 2 можно включить .между точками 5 и земля, а второй вход блока 3 вместо точек 5 и земля можно включить между источником оперативного напряжения 1 и землей. При таком соединении снижение сопротивления изоляции сопровождается ростом оперативного постоянного тока на втором входе блока 3. Однако, независимо от места подключения входа усилителя 2 и второго входа блока 3, описанное выще взаимное соединение усилителя 2, блока компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой 3 и порогового элемента 4 увеличивает быстродействие устройства. Рассмотрим работу схемы при условии подключения ее по схеме, изображенной на чертеже. Как видно из схемы при сопротивлении изоляции сети, равном бесконечности, оперативный постоянный ток за.мыкается по цепи: плюс выпрямителя 1, сеть, искусственная нулевая точка 5, второй вход блока 3, земля, вход усилителя 2, минус источника 1. Так как постоянное напряжение усилителем переменного тока не усиливается, то результирующий сигнал, поступающий с блока компенсации 3 на пороговый эле.мент, определяется постоянным током в цепи: нулевая точка 5 - земля. Пороговый элемент находится в одном из состояний - открыт или закрыт. При возникновении в сети утечки тока, оперативный постоянный ток проходит через сопротивление утечки и в зависимости от его величины соответственно снижается в цепи - сеть, нулевая точка 5, блок комненсации 3, земля. Так как сеть всегда обладает определенной емкостью относительно земли, то снижение тока в указанной цепи происходит по экспоненциальному закону с постоянной вре.мени, определяемой емкостью сети и сопротивлением утечки. При определенном сопротивлении изоляции ток во втором входе блока 3 достигает порога срабатывания, в результате чего пороговый элемент 4 переключается в обратное состояние и выдает сигнал о наличии утечки. Однако, одновременно с возникновением утечки между сетью и землей ноявляется напряжение смещения нейтрали. В результате в цепи сеть - земля на постоянный оперативный ток накладывается и пере.менный. В зависимости от момента возникновения утечки переменный ток в начальный мо.мент переходного режима либо совпадает по направлению с оперативным, либо направлен встречно ему. Это значит, что в перво.м случае оперативный ток как бы поддерживается некоторое время переменным током выще порогового значения срабатывания. Бла