Устройство для защиты от тока утечки в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью Советский патент 1980 года по МПК H02H3/16 

щественным преимуществом таких реле утечки, поскольку при другом способе деформирования защитной характеристики основанном ка дополнительном использовании токов протекающих через схему реле утечки под воздействием напряжения смещения нейтрали,; возникающего при несим -.штричных замыканиях на землю (прикосиовенрш человека к фазе сети), величины отключаегчщх устройством сопротивлений однофазных утечек оказываются зависимыми от емкостИ сети в направлак И; противоположном требуемому по ус.поьия1М обеспечения электробезопасности

Дг;я получения стабильной зацитной характеристики реле утечки величина емкости конденсатора вьшеупо1Мянутого -четырехполюсника дол5кна значителггно превосходить максима.пьно возможную на практике величину емкости электрической сети относительно seivinHr,

В рёсшьных ух:-тройствах величина емкости этого конденсатора составляет с о т s-jH ы к Ф ,

Величина резистора указанного четырехполюсника также является строго фиксированной и определяется раз -дОстью между принятыми зелич5Нс1МИ отключаюгцих сопротивлений утечки и 1- ЗОЛяиии сети о

Такйш образоМ; для о5еспеч:ения нужной степени деформирования защитной ,хар 1:- теристики реле утечкк и ее стабилькости величины резистора и конценсаторй в указанном четырех гюлюскике должньз быть строго :Ь1-п сированы,,

, при таких параметрах четырехполгосника всем устройствам заидаты, использугоЕцим эффект возиикковения переходного процесса в опера-тизной цепи при прикосновении челов е к а д)5 я форки р о в а ни я за щ.и т ны л х а рактеристик присущ один существенный яедосТТ.ток - несоответств -;е фактического зремеьги откдючения защищаемой сети требуег юму по Правилам Безопасности {не более 0,2 с) в слу.чае подачи напряжения из сеть имеюLijyra уже -однофазную утечку в iOOO Ом

, Происходит это, в результате того,- что при подаче напряжения на защищаем п-о сеть одновремекно подается напряжение и в схему реле утечки в В этот момент конденсатор Г-образного четырехполюсника разряжен и КЗ только не может выдать необходимую для срабатывания устройства йперкодическую составляющую олеративкого тока в переходном режиме,но даже.шунтирует з первоначальный .л .омент вход измерительного органа.

Если же в подключаемой сети имеется однофазная утечке, (каковой может быть и человек) , то она прагстически ие отключается за регламентируемое в Правилах Безопасности врепоскольку из-за заряда этого

мя ;

конденсатора ток в оперативной цепи нарастает со значительной постоянной времени,

Известны устройства для групповой сег;ективкой защиты от утечек тока в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, ис псхпьзующие в качестве общесетев.ых

реле утечки с тем же принципом деформации защитных характеристик.

Известно устройство для групповой селективной защиты от утечек тока Б трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащее устаназливаег- чте на отходящих фидерах блокировочные реле у течки р автоматический выключатель ,присоединенный к шинам подстанции, общесетевое реле утечки, в котором

между выпрямительным мостом источника оперативного напряжения и оперативной цепью включен П-образный четырехполюсник из двух конденсаторов, соединенных резистором и реле,

Контролирующее изоляцию всей сети 2 .

В этом устройстве с целью повышения надех ности защиты его оперативная цепь со стороны земли подключена к выходу и к входу чь :ырех-полюсника со стороны резисторы через размыкающий контакт упомянутого реле,контролирующего изоляцию всей сети и последовательно соеди-ненные замыкающийся контакт зтого

же реле л катущку дополнительного реле, замыкающийся контакт которого включен Б цепь отключающей катушки автоматического выключателя, Такое включение дополнительного реле поззоляет устройству осуществлять контроль изоляции непосредственно щин подстанции на период отключения всех отходящих фидеров в результате появления отключшоией утечки.

Известно также устройство для групповой селективной от утечек тока в трехфазных электрических сетях с изолированной кейтра,пьга, содержащее общесетевое реле

утечки присоедикеккое к подстанции,- блокировочные реле утечки с трехфазным дросселем, установленные на отходящих фидерг х, ч:увст вите-пьное исполнительное реле, источник вьтпрямленног:э оперативного

напряжениЯс последовательно с кото-рым включен, блокирсвочнъй р а з ЬЬ к аю щий контакт фидерного контактора. С повышения надежности в блокировочных репе утечки между

нулевой точкой трехфазного дросселя и землей дополнительно включены последовательно соединенные ко.мпекпирующий дроссель и конденсатор, а источник оперативного напряжения и

чу,вствите.пьное исполнитальчое

присоединены к конденсатору через блокировочный размыкающий контакт 3. Такое включение дополнительного компенсирующего дросселя в схеме блокировочных реле утечки позволяет более полно компенсировать емкостной ток замыкания на землю не только в рабочем режиме сети, но и после отключения фидера, когда источником его становится ЭДС вращающихся по инерции электродвигателей .

Однако все эти устройства, относящиеся к устройствам для групповой селективной защиты от утечек тока в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью содержат в оперативных цепях схем обшесетевых рсуте утечки, указанное ранее, Г-образный четырехполюсник, состоящий из конденсатора и резистора, который также увеличивает время срабатывания этих устройств до недопустимых по Правилам Безопасности значений в случае, подачи напряжения на шины подстанции, имеющие повреждение изоляции или к которым в этот момент прикасается человек .

Наиболее близким является устройство для зашиты от токов утечки в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью с передвижными трансформаторными подстанциями, содержащее трехфазный дроссель, подключенный к сети, последовательно с которым включены компенсирующий и нулевой дроссели, источ.ник оперативного напряжения с П-образным четырехполюсником из двух конденсаторов и резистора, а также транзисторное реле, выполненное по схеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью- в коллекторную и эмиттерную цепи второго транзистора которого соответственно включены катушка реле, зашунтированная конденсатором и диод, соединенный с источником коллекторного напряжения через резистор 4.

С целью повышения надежности защиты, эмиттер транзистора первого каскада усилителя и положительный полюс источника питания транзисторного реле подключены непосредственно к местам присоединения заземляющих проводов к корпусу передвижной трансформаторной подстанции, т.е. обеспечивается автоматический контроль связи схемы устройства с заземляющей сетью, а также контролируется величина переходных сопротивлений в местах присоединения заземляющих проводов к корпусу подстанции.

Устройство содержит в оперативной цепи Г-образный четырехполюсник состоящий из конденсатора и резистора, который может быть выделен из элементов четырехполюсника и который, как было показано ранее, увели-, чивает время срабатывания устройства до значения, превышающего регламентируемое в требованиях действующих Правил Безопасности, в случае подачи напряжения на сеть имеющую однофазную утечку в 1000 Ом.

Кроме того, выполнение в этом устройстве цепи смещения второго транзистора усилителя на диоде и резисторе приводит к тому, что в

0 случае снижения напряжения сети,например при запусках электродвигателей, оно может сработать ложно и произвести отключение сети даже при величине переходного сопротивления,

5 в местах присоединения заземляющих проводов к корпусу подстанции, практически равной нулю.

Происходит это в результате того, что при снижении питающего напря0жения первый транзистор усилителя переходит из насыщенного состояния в усилительный режим. При этом падение напряжения на нем возрастает в то же время опорное напряжение, снимаемое с указанного диода, оста5ется практически неизменным,Поэтому даже незначительное снижение напряжения сети неизбежно вызовет переход второго транзистора в открытое состояние независимо от указанного

0 выше переходного сопротивления.

В связи с этим устройство на практике не удовлетворяет требованиям Правил изготовления электрооборудования в рудничном нормальном

5 исполнении, согласно которому устройство защиты от утечек должно сохранять свою работоспособность при снижении питающего напряжения до 75% номинального значения.

0

Недостаток устройства - низкая надежность его работы.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства.

Цель достигается тем, что в известное устройство для защиты от то5ка утечки в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью с передвижными трансформаторными подстанциями, содержащее трехфазный дроссель, подключенный к сети, по0следовательно с которым включены компенсирующий и нулевой дроссели, к общей точке соединения которых подключена первая обкладка фильтрующего конденсатора, источник вы5прямленного оперативного напряжения, к выходу которого подключен П-образный четырехполюсник, состоящий из двух конденсаторов, соединенных резистором, двухкаскадный транзисторный усилитель релейного

0 действия, эмиттер первого транзистора которого с подключенной к нему второй обкладкой фильтрующего конденсатора и положительный полюс Источника питания подключены к мес5

там присоединения эаэемляюш.иу: проводов к корпусу передвижной трансформаторной подстанции, а к коллектору и эмиттеру второго транзистор подключены соответственно обмотка исполнительного реле, заиунтированная конденсатором, и цепь смещения состоящую из двух элементов, одним из которых является резистор, и него введено дополнительное реле, обмотка которого подключена к полюсам источника питания, первый раз лыкающий контакт подключен параллельно резистору упомянутого четырехполюсника, второй - через регулиpyeiv ый резистор параллельно выходному конденсатору упомянутого четырехполюсника, третий - через резистор к отрицательному полюсу источника питания и к первой обкладке фильтрующего конденсатора,- а эа.1ыкак 1ций контакт включен между выходом упомянутого четырехполюсника и входом двухкаскадного транзисторного усилителя релейного действия, при этом второй элемент цепн смещения Еыполнен на резисторе,

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство 1 подключено к шинам 2 передвижной трансформаторной подстанции 3, первичная обмотка транс-фор /1атора 4 которой присоединена к врздутииой линии электропередачи 5 через разъединитель б, а вторичная обмотка через автоматический выключатель 7 - к шинам 2, к которым через автоматические выключатели 8 подключаются кабели низковольтных потребителей 9„ Контроль изоляции осуществляется путем наложения выпрямленного напряжения на сеть, находящуюся под рабочим напряжбгниe.Mf а в качестве источника электрической энергии для цепи защиты используется напряженке контролируемой сети, снимаемое со вторичной обмотки трехфазного дросселя-трансформатора 10.

С целью повьлшенил отключающих сопротивлений устройства 1 при прикосновении человека за счет использования переходных процессов в оперативную цепь-введен П-образный четырекполюсник 11.

Источник оперативного напряжения {выпрямитель 12) с П--обраэного четырехполюсника 11 присоединен с одной стороны через вход двухкаскадного транзисторного усилителя 13 релейного действия к заземляющим проводам, а с другой через килоомметр 14, параллельно которому включена кнопка 15 измерения, нулевой 16 и компенсирующий 17 дроссели - к нулегой точке трехфазного дросселя-трансформатора 10, служащего ячейкой связи с контролируемой сетью, причем общая точка дросселей 16 и 17 присоединена к заземляющему устройству через фильтрующий конденсатор 18,

Один из стержней трехфазного дросселя 10 выполняет роль трансформатора для питания оперативной цепи (выпрямитель 12) и двухкаскапного транзисторного усилителя 13 релейного действия (выпрямитель 19) Усч-шитель 13 выполнен по схеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью, в котором в коллекторную и эмиттерную цепи второго транзистора 20 соответственно включены катушка исполнительного реле 21, зашунтированная конденсатором

22и цепь смещения, выполненная на резисторах 23 и 24, Эмиттер первого транзистора 25 релейного усилит еля 13 и положительный полюс выпрямителя 19 присоединяются непосредственно к зазем-пяющим проводам с высокой и низкой сторон передвижной т-рансформаторной подстанции 3. При таком присоединении устройства 1 к заземляющей сети ток от положительного полюса выпрямителя 19 (точка

А) к эмиттеру транзистора 25 (точка Б) протекает через места присоединения заземляющих проводов к корпусу подстанции 3. Падение напрткения, создаваемое этим током точками А и Б, пропорциональное величине переходного сопротивления в местах присоединения заземлягагдих проводов к корпусу подстанци, непрерывно сравнивается с опорным напряжением на резисторе 2л,

Если величина падения напряжения между точками А и Б становится бопьше опорного напряжения, то к переходу база-эмиттер транзистора 20 прикладывается отпирающее напряжение. В результате транзистор 20 пе.рэходит в насыщенное состояние и катушка реле 21 оказывается практически под полным напряжением выпрямителя 19, Реле 21 срабатывает и заг 1ыканием контакта 26 отключает автоматический выключатель 7,

Цепь проверки работы устройства состоит из сопротивления 27 и контактов кнопки 28, воздействие ка которую позволяет проверить исправность у стро.ства , С, заменой диода в цепи смещения второго транзистора релейного усилителя 13 на резистор

23устраняется ложная работа известного устройства в случае снижения питающего напряжения сети лаже при нормальных величинах переходных сопротивлений в местах присоединения заземляющих проводов к корпусу передвижной трансформаторной /гадстанции, Цепь контроля непрерывности заземляющей сети в местах присоединения к корпусу передвижной трансформаторной подстанции работает в

этом случае следующим образом. При снижении питающего напряжения сети транзистор 25 усилителя 13 вследствие уменьшения тока его базы переходит из насыщенного состояния в режим усиления. Падение напряжения на его эмиттер-коллекторном переходе возрастает. В случае, когда оно начинает превьшать опорное напряжение на резисторе 23, транзистор 20 из закрытого состояния начинает переходить в проводящее состояние. Коллекторный ток транзистора 20, проходя через резистор 23, вызывает на нем дополнительное падение напряжения, величина которого пропорциональна падению напряжения на эмиттер-коллекторном переходе транзистора 25. В результате проявления отрицательной обратной связи по току коллектора транзистора 20 сохраняется линейная зависимость между напряжением Но эмиттер-коллекторном переходе транзистора 25 и падением напряжения на резисторе- 23, чем исключается ложное срабатывание устройства при снижениях напряжения сети. Для достижения времени срабатывания устройства, требуемого по ПИЭРНИ (не более 0,1 с) в случае подачи напряжения на сеть, имеющую однофазную утечку в 1000 Ом, устройство снабжено дополнительным реле 29, подключенным к зажимам источника 19 питания усилителя 13 о Размыкающие контакты этого реле 30 и 31 включены в иепь источника 12 оператгивнохО напряжения таким образом, что за время втягивания этого реле указанный источник оказывается нагруженным практически только на регулируемый резистор 32,

В результате такого подсоединения происходит форсированный заряд конденсатора 33, который за время втягивания дополнительного реле 29 успевает заряжаться до напряжения, равного падению напряжения на резисторе 32.

Напряжение источника 12 питания в этом случае распределяется пропорционально между внутренним сопротивлением источника и резистором . 32. Изменяя величину резистора 32, можно регулировать величину напряжения, до которого заряжается включенный параллельно ему выходкой конденсатор 33 П-образного четырехполюсника 11, Это напряжение определяет уставку устройства на срабаТывание в случае подачи напряжения на поврежденную сеть. После втягивания дополнительного реле 29 предварительно заряженный конденсатор 33 включается его замыкающим контактом 34 в оперативную цепь реле утечки. В случае, если сеть имеет однофазную утечку, близкую к уставке устройства, апериодическая составляющая от разряда конденсатора 33 вызываат его срабатывание,

Контакт 34 вспомогательного реле 29 введен во входную цепь усилителя 13 ,цля предотвращения ложного, срабатывания устройства на период заряда конденсатора 33. Кроме тогО(, для исключения ложной работы уст ройства в результате перезаряда предварительно заряженного конденсатора 33 (в момент его подключения к оперативней цепи) на конденсатор 18 и емкость сети, пос-педние предварительно зарнукаются через размыкающий контакт 35 дополнительного реле 29 до такого же напряжения от источника питания, 19 релейного усилителя 13. Резистор 36 введен д,пя ограничения, тока через контакт 35 дополнительного реле 29,

Предлагаемое устройство работает

0 следующим образом.

При нормальном состоянии заэемляюш,ей сети между точками А li Б падание напряжения на этом участке меныле опорного напряжения на резисторе 23 и транзистор 20 надежно

5 заперт. Поскольку через переход база-эмиттер транзистора 25 протекает отпирающий ток, определяемый величиной резистора 37, то этот транзистор находится в насыщенном

0 состоянии.

Когда в результате снижения сопротивления изоляции сети величина оперативного тока от вкпрямитвля 12 становится больи;е отпирающего:

5 тока, транзмсторьд 25 и 20 скачкообразно изменяют свое состояние. Реле 21 срабатьвает и отключает автоматический выключатель 7.

При медленном снижении сопротив0ления изоляции срабатывание устройства происходит за счет возрастания величины оперативного тока, при прикосновении человека к токоведущей части - за счет возникновения Б оператргной цепи апериодической составляюи : оперативного тока, Причгм срабат;:вание устройства в этом случае происходит при более высоких сопротивлениях, определяющих утеч- ку. чем достигается требуемая де0формация защитной характеристики.

Применение устройства позволяет повысить надежность работы защиты от токов утечки Б трехфазных элект5рических сетях с изолированной нейтралью за счет уменьшения собственного времени срабатывания устройства., в случае подачи напряжения на. сеть, имеющчЮ повреждение изоляции, а также за счет исключения ложной работы устройства в случае значительного (до 75%и) снижения напряжения сети. Все это в конечном итоге позволяет повысить злектробезопасность обслуживания электроуста5

новок в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью.

Формула изобретения

Устройство для защиты от тока утечки в трехфазной электрическо;Ч сети с изолированной нейтралью с передвижными трансформаторными подстанциями, содержащее трехфазный дроссель, подключенный к сети, последовательно с которым включены компенсирующий и нулевой дроссели, к общей точке соединения которых подключена первая обкладка фильтрующего конденсатора, источник выпрямленного оперативного напряжения, к выходу которого подключен П-образнЫй .четырехполюсник, состоящий из двух конденсаторов, соединенных резистором, двухкаскадный транзисторный усилитель релейного действия, эмиттер первого транзистора которого с подключе {ной к нему второй обкладкой фильтрующего конденсатора и положительный полюс источника питания подключены к местам присоединения заземляющих проводов и корпусу передвижной трансформаторной подстанции, а к коллектору и эмиттеру второго транзистора подключены соответственно обмотка исполнительного реле, зашунтированная конденсатором, и цепь смещения., состоящая из двух элементов, одним

из которых является резистор,, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введено дополнительное реле, обмотка которого подключена к с полюсам источника питания, первый размыкающий контакт подключен riapa.nлельно резистору упомянутого четырехполюсника, второй - через регулируемый резистор параллельно выQ ходному конденсатору упомянутого четырехполюсника, третий - через резистор к отрицательно.1у полюсу источника питания и фильтрующему конденсатору со стороны дросселей, а замыкающий контакт включен между

5 выходом упомянутого четырехполюсника и входом двухкаскадного транзисторного усилителя релейного действия, при этом второй элемент цепи смещения выполнен на речисто0 ре.

Источники информации, принятые во внимание экспертизе

1.Тонкошкур А.С, и др. Деформирование защитных характеристик реле утечки с помощью переходных процес.сов, - Электричество ,

: 1 , 1973, С. 85-87.

2.Авторское свидетельство СССР Nf 417868, Н 02 Н 3/16, .1972.

3.Авторское свидетельство СССР 442543, Н 02 Н 3/16, 1972.

4.Авторское свидетельство СССР f 445095, Н 02 Н 3/16, 1972.