Устройство для защиты электрической сети от утечки тока на землю Советский патент 1980 года по МПК H02H3/16 

1

Изобретение относится к 5лектротехнике, точнее к средствам электробеаопасности, предназначенным для человека от поражения электрическим током преимущественно в трехфазных сетях напряжением до 1140 В включит еяьно, изолированных от земли.

Устройство для защиты сетей переменного тока от утечек на землю известно l. Известное устройство содержит вк:точник оперативного тока, включенный между сетью и заземлением через резисторы, исполнительное реле, включенное через звезду резисторов между сетью и добавочным заземлением .параллельно сопрог -ивлению изоляции сети и источнику onepaTHJBHoro тока, причем цепи основ ного и добавочного заземления соединены между собой через четырехклеммный . конденсатор,

В известном устройстве постоянное напряжение между сетью и землей, создаваемое источником оперативного тока, и поопорциональный этому напряжению

ТОК в обмотке исполнительного реле однозначно зависят от величины сопротив- леш1я изоляция сети и утечки. Поэтому при утечке тока на землю, обусловленной либо прикосновением человека к сети, либо снижением сопротивления ее изоля- , ции до величины отключающего сопротивления, исполнительное реле своим контактом размыкает цепь отключающей катушки автоматического выключателя, отключающего сеть.

Наиболее существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он отключает сеть как при .утечке тока на землю вследствие прикосновения человека к сети, так и при утечке, обусловленной снижением сопротивления изоляции сети до величины отключающего сопротивления, вызванным увеличением протяженности сети, числа подключенных к ней токоприемников, старением ее изоляции и другими причинами. Это приводит к необоснованным, с; точки зрения электробезопасности, отключениям сётй и простоям технологической) обо руйо&ания. - Как известно, реальные сети имеют сравнительно низкий уровень сопротивденця изоляции, а необходимость повьпцбния безопасности их эксплуатации требует снижения величины длит ельного нёотключаёмого тока через человека, что достигается только путем повышения сопрсхгив лёния изоляции сети. Последнее вызывает необходимость увеличения уставки отключающего сопротивления аппаратов защиты электрических сетей от утечек тока на землю. Несмотря на то, что вероятность утечки тока на землю йслел ствие пршсоснойения человека и ceWзна «jHteSbHo меньше, чем вероятность утечек, обусловленных сйиженйем сопротив. ленияизоляции сети из-за увеличения ее протяженности числа подключенных к ней токоприемников, CTapeifiHSt еёИЗОЛЯЦИИ и других причин, уставку отключаю щего сопротивления аппаратов .защиты от утечек приходится выбирать по допус тимому длительному неотключаемому, току через человека, равному 30 мА. . При соответствующих этому току ус тавках от)кл1бчак)Щего сопротивления в электрических сетях большой протяженност с большим числом токоприемников ашш раты защиты отключают сети значитель. но чаще, чем это необходимо по условию , бёэашснсйта их эксплуатации, т.е. для . защиты человека от поражения электри- чёсКим toKOM при прикосновении к сети. Вследствие этого наблюдаются необоо новйнйые, с точки зрения электробезопасности, отключения сетей, Ebiiabieaidt. щйе излишние простои технологического, оборудования. Во иабёЙШййё йршы. лось бы поддерживать сопротивление ИЗОЛЯЦИЙ сетей на вьгёЬкбм урошё,что рудно осуществимо; в реальных электрическях сетях и требует значительных затрат. : Указанный недостато устранен в устройстве, реализующем способ защиты : 21, прйнятьй за прототип. Извёспгное устройство содержит включенные между защищаемой сетью и прйсоёдинительньй фильтр, истрчнйх оперативного тока, пороговый элемент и селективный дифференцирующий блок. . Недостатком известного устройства является невысокая точность, так как дифферёвдиатор выполнен аналоговым. А как известно, у аналоговых дифферен7334 диаторов невысокая точность работы, бпрёделяейййих построением и используемой элементной базой. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем. ,Что в известном устройстве, содержащем ttocneдоватбльнб сЬеДиненные, включенные между защищаемой сетью и землей присоединительные фильтр, источник оперативного постоянного тока, пороговый элемент и селективный дифференцирующий блок с исполнительньгм органом на выходе, при этом выходы порогового элемента и исполнительного органа включены в цепь отключающей катушки автома ическсвгр вьЕКЛючателя. сети, селективный дифференцирующий блок вьшолнен в виде последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя и анализатора приращений, к выходу, которого подключен исполнительный орган, а к управляющим входам анализатора приращений и )саналогового преобразователя подсрединен блок управления. На фет-. 1 дана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема селективного дифференцирующего блока. Устройство для защиты сети от утеЧек тока на землю (фиг. 1) содержит ИСТОЧНИК 1 оперативного тока - выпрямитель, который подключен к сети через присоединительный фильтр 2, пороговьй элемент 3, последовательно средннен- ный с ИСТОЧНИКОМ 1 и селектиный дифференцирующий блок 4, включенный между пфоговым элементом 3 и заземлением 5 сети параллельно сопротивлению 6 ее азолйЦйИ относительно земли и сопротивленшо 7 человека, появляющемуся при йрйкосйовении человека к сети. Пороговый элемент 3 служит для ограничения й)ажнёгЬ предела сопротивления 6 изоляций сети относительно земли, выбираемого по безопасной для человека величине кратковременного тока через него, обусловленной максимальной продолжительностью его пребывания под напряжением. Сепе1КТйвный дйфференцирую1ций блок 4 Предназначен ДЛИ контроля скорости нарастаний оперативного тока сравнения ее с уставкой вьгбираемой по величине абсопкугно безопасного для человека длительного тока и селективного (избирательного) отключения сети при превышении последвей. Селективный дифференцирующий блок 4 ((jari, 2) выполнен в виде аналогоцифрового преобразователя 8, предназначенного для преобразования оперативного тока истошика 1 в цифровой двоичный код, и анализатора 9 приращений оперативного тока, которые соединены

между собой и подключены к блоку Ю управления, синхронизирующему их работу. На выходе анализатора 9 имеется исполнительный элемент 11 (управляемый вентиль или реле), контакт 12 которого параллельно контакту 13 порого;Вого элемента 3 в цепь отключающей катушки 14 автоматического вьпслючателя 15 сети.

Аналого-цифровой преобразователь 8 состоит из нуль-органа 16, соединенного с ним генератора 17 импульсов высокой частоты и подключенных к последнему счетчика 18 и цифроаналогового преобразовательного элемента 19, которые соединены между с.обой поразрядно; выход элемента 19 связан с одним из входов нуль-органа 16, а второй вход последнего присоединен к пороговому элементу 3. Нуль-орган 16 (компаратор) служит для сравнения величин поступающих на его входы оперативного тока и выходного тока цифро-аналогового преобразовательного элемента. 19, предназначенного для обратного преобразования в. ток двоичного цифрового кода, подаваемого на его входы счетчиком 18. .Двогчный счетчик 18 предусмотрен для накопленияи. счета импульсов, поступающих в него с генератора 17, вырабатывающего последовательность стандартных имПульсов высокой частоты.

Анализатор 9 приращений оперативно го тока содержит элемент 2О сравнения, одни входы которого поразрядно соединены непосредственно с выходами двоичного счетчика 18, а вторые входы - аналогично через блок 21 буферной памяти. К элементу 2О сравнения подключен элемент 22 памяти, инверсный выход кото рого соединен с установочным входом сдвигающего регистра 23, счетный вход после/щего подключен к выходу генератора. 17 высокой частоты, а прямые и инверсные выходы всех разрядов заведены на панель 24 программирования уставки отключающего сопротивления. Прямой выход панели 24 программирования уставки отключают его сопротивления подключен к счетному входу счетчика 25, а инверсный выход - к разрешающему входу ключ 26, прямой вход которого соединен с разрешающим входом блока 21 буферной одним выходом блока 10 управления. вход блока управления под- клк)чен к установочным входам счетчика 18 и элемента 22 памяти. Исполнительный элемент 11 включен на выходе счетчика 25.

БЛОК 10 управления обеспечивает синхронизацию работы аналого-цифрового преобразователя 8 и анализатора 9 приращений оперативного тока.

Селективный дифференцирующий блок 4, в том числе блок 10 управления и генератор 17, получаютпитание от источника 1 - выпрямителя.

Замыкающие контакты ;12 соответственно исполнительного элемента . 11 и порогового элемента 3, включенйые параллельно в цепь отключающей катушки 14, предназначены для аварийнсхго отключения сети автоматическим выклю4aTeVieM 15.

Устройство работает следукяцим образом.

При включении сети выключателем 15 ток сети поступает в источник 1 - выпрямитель, который формирует постоянный оперативньй ток, по/юваемьпй в пороговьй элемент 3, и подает питание на элементы селективного дифференцирующего блока 4, в частности на блок 10 управления. На одном из входов последнего появлйется пусковой сигнал, которьв«1 счетчик 18 аналого-цифрового преобра- . зователя 8 и элемент 22 памяти анализатора 9 приращений оперативного тока устанавливаются в исяодно© состояние. При этом на вь1Ходе счетчика 18 возникает нулевая комбинация цифрового двоичного кода, а на выходе цифроаналогового преобразбвательнсяго элемента 19 появляется соответствующая этой комбн-. нации нулевая величина тока, поступак щая на один из входов нуль-с згана 16, на другой вход которого подается оператрвный ток. В результате с выхода нульоргана 16 снимается сигнал, запускающий генератор 17, который посылает импульсы в счетчик 18, На выходах последнего при этом появляются сигналы двоичного цифрового кода-, поступающие в ци оаналоговый преобразовательный элемент 19, преобразующий их в ток, величина которого пропорциональна количеству импульсов. При определенном количестве импульсов ток на выходе эле мента 19 превыщает величину оперативного тока, подаваемого на нуль-орган 16 пороговым . элекгентом 3, и тогда на выходе по(-лед него возникает сигнал, .отключающий генератор 17, который прекращает подачу импульсов Б счетчик 18. После. возвращения элемента 19 в исходное состояние операция сравнення нуль-органом 16 величин оперативногд тока и выходного тока элемента 19 повторяется. Вы ходные сигналы счетчика 18 одновреме но поступают на входы блока 2.1. буферной памяти и элемента 2О сравнения. Блок буферной памяти состоит из набора элементов памяти, служащих для запоминания значений цифрового кода предыдущегЬ замера. Перезапись значения кода текущего замера из счетчика 18 аналого-цифрового преобразователя 8 осуществляется по сигналу, вьфабаты ваемого блоком 10 управления через некоторое время посла-появления пускового сигнала. Элементом 20 сравнения цифровой код очередного замера, выдаваемый счетчиком 18, сравнивается с цифровым кодом предьщущего замера, записанным в блоке 21 буферной памяти. Если знач ние кода на выходе счетчика 18, соответствующее величине оперативного тока npia очередном замере, равно или превыщает записанное в блоке буферной памяти значение кода,- соответствующее вели чине оперативного тока при предыдущем замере , на выходе элемента сравнения всоникает сигнал приращения оперативЕого тока, поступающий на элемент 22 памяти, на щэямом выходе которого появляется сигнал, а с инверсного выхо сигнал исчезаег. Вследствие этого с установочного входа сдвигающего регистра 23 снимается сигнат, а поступаю щие на счетный вход импульсы с выход генератора 17 начинают передвигать ед ничный сигнал по ячейкам сдвигающего регистра 23. Таким образом, в сдвигающем регистре 23 будет зафиксирована разность в числе импульсов в предьщущем и текущем замер значений оперативного тока, т.е. приращение. Прямые и инверсные выходы сдвигающего регистра 23 заведены на панель 24 программирования уставки отключаюь.его сопротивления, на которой вьщодняют коммутацию выходов одной из ячеек сдвигающего ретастра на выход панели 24, т.е. программируют значение аварийного приращения оперативного тока. При достижении приращением оперативного тока аварцйигзго ал)чения на прямом выходо иаиоли 24 программирования уставки отключающегх сопротивления появляется сишал единица, а на инверсном - иснооает. Вследствие этого к:люч 26 закрывается, а в счетчик 25 записывается единица . Когда такие циклы повторяются подряд в нескольких замерах и при этом число единиц заполняет счетчик 25, на его выходе появляется сигнал аварийного приращения оперативного тока, которым включается исполнительный элемент 11, замыкающий свой контакт 12 в цепи отключающей катушки 14. Если до заполнения счетчика 25 хотя бы один замер происходит без приращения оперативного тока, счетчик 25 возвра1цается в исходное состояние сигналом блока 10 управления через ключ 26, на разрешающий Входкоторого с и шерсного выхода панели 24 программирования уставки ОТКЛЕОчающего сопротивления в этом случае поступает сигнал единица. Это позволяет избежать 6тклк чений сети при случайных кратковременных приращениях оперативного тока, вызванных не прикосновением человека к сети, а другими причинами. Устройство отключает сеть только в тех случаях, когда утечка тока на земЯю вызвана прикосновением человека к сети и представляет для него опасность; только в таких случаях на выходе исполнительного элемента 11 селективного дифференцирующего блока появляется сигнал, замыкающий контакт 12 в цепи отключающей катушки 14, которая отключает автоматический выключатель 15 сети. Благодаря этому изобретению позволяет эксплуатировать электрические сети при более низком уровне сопротивления изоляции и при этом исключает поражение человека электрическим током при его прикосновении к сети и обладает к тому же высокой точностью работы, что выгодно отличает его от устройства-прототипа. Ф о р м у, л а и 3 о б р е т е н, и я Устройство для защиты электрической сети от утечки тока на землю, содоржащее последовательно соодинешн.гс, пклк ченные между защищаемой сот)ло и землей лрвсоедвнвтельаый фвпнгр гатгочник оператя)шюго постоянного тока, пороговый элвмевт в селективный двг ференциртющив бяок с ecnoiffncreiibBtaM оргавом на выходе, при WOM порогового элв1«ю гта к всполнитепьного органа включеаы в цепь anuuoqainnet кеетуткл авг томатичвского вьошкяатвпа сети, а т лячаюшееса тем, что, с поаьифешш точности, селектвввыа дифферевогруюошй блек Енпрлнев в ввде последовательно соеднаенных 1шфроаналс гового 1фёо6разоватеяя в анапв атсра

приращений, к выходу которого подключен исполнительный срган, а к управлягесяцим входам анализатора приращений н инфроаналогового преобразователи подключен блок управления.

Источники информадвн, щзннятые во внимание при экспертизе

1,Автсфское свидетельство СССР hfe 275206ь Н 02 Н 3/16, 1968,

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2345283, кл.Н02НЗ/16, 1976.