Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02H3/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам для защиты от поражения электрическим током. Известны устройства для защитног отключения, в которых для повьлшения помехоустойчивости используются интегрирующие ВС-контуры I. Они содержат трансформаторы тока, на выходе которых включены последователь но выпрямители, интегрирукнцйе ВС-ко туры, высокочувствительные усилители постоянного тока (нуль-органы), выходные реле и цепи положительной обратной связи между выходом и входе усилителей. Недостатками таких устройств явл ются ограниченная чувствительность из-за наличия выпрямительных диодов и сложность выполнения усилителей постоянного тока, выполненных в виде многокаскадных транзисторных уси лителей . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство д эаадитного отключения, которое содержит источник стабилизированного Питания, трансформатор тока нулевой последовательности, на выходе котоЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА рого включены последовательно транзисторньгй усилитель с положительной обратной связью, с цепью отстройки от высших гармоник и с цепью смещения на его входе и выходное реле. Указанное устройство более высокую чувствительность 2 .Однако отсутствие интегрирукедих цепей и наличие жесткой положительной обратной связи обусловливает невысокую помехоустойчивость устройства, которое имеет сравнительно сложную схему. Перспективным является выполнение устройств для защитного отключения с выносными трансформаторами тока утечки и выполненным отдельно чувствительным релейньэл блоком. Указанные устройства могут использоваться с любыми серийно выпускаег олми автоматическими выключателями, в том числе и на большие номинальные токи (100А и более) при неизменной конструкции релейного блока. При таком выполнении, необходим самоконтроль исправности входных цепей релейного блока, соединякяцих его с трансформаторами тока yтeчки так как обрыв указанных цепей, являквдихся внвиними/ приводит к отказу устройства.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и упрощение устройства при обеспечении самоконтроля входных цепей.

Это достигается тем, что в устройстве для защитного отключения, содержащем трансформатор тока нулевой последовательности, к выходу которого подключен многокаскадный усилитель с положительной обратной связью, выполненной в виде диода, с цепью отстройки от высших гармоник и с цепью смещения на его входе, включенной между выводом втори чной обмоткой трансформатора тока нулевой последовательности и полюсом источника стабилизированного питания, выходное реле, подсоединенное к выхоному каскаду упомянутого усилителя, выполненному на транзисторе, блок предварительного усиления многокаскадного усилителя выполнен на операционном усилителе, выход которого через выпрямитель подключен к интегрирующей RC-цепи,. конденсатор которой одной обкладкой соединен с отрицательным полюсом источника стабилизированного питания, а другой - с анодом диода положительной обратной связи и через резистор со входом выходного каскада упомянутого усилителя, а катод диода положительной обратной свяаи подключен к средней точке цеписмещения, выполненной на двух резисторах, и к первому входу операционного усилителя, при этом к выводам вторичной обмотки трансформатора тока нулевой последовательности подключены два резистора, соединеншле с полюсам источника стабилизированного питания, причем резистор, подключенный к положительному полюсу указанного источника, другим выводом присоединен к цепи смещения, а резистор, подключенный к отрицательному полюсу указанного источника выводом присоединен непосредственно ко второму входу операционного усилители ,

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграмма режима работы устройства.

Устройство содержит датчик I тока утечки и релейный блок 2. Датчик 1 содержит трансформатор 3 тока нулвой последоазательности и резистсф 4 служащий для подстройки уставки ера батыАания и обеспечения работы транформатора 3 в режиме трансформаторн тока.

Релейный блок 2 содержит конденсатор 5 фильтра, блокпредварительно усиления, выполненный на операционн усилителе 6, вьшрямитель 7, интегрирующий контур 8 и 9; диод 10 для обеспечения положительной обратной связи и исключения вибрации выходного реле, выходной усилитель/ выполненный на транзисторе 11, выходное реле 12, блок питания, выполненный использованием трансформатора 13, выпрямителя 14, сглаживающей емкости 15 и стабилитрона 16,

Конденсатор 5, включенный параллельно со вторичной обмоткой трансформатора 3 датчика 1, образует с ней резонансный контур, частота резонанса которого выбирается близкой к 50 Гц. Благодаря этому снижается возможность ложных отключений при наличии дополнительных небалансов, обусловленных наличием высших гармоник.

В исходном режиме через резисторы

5 17, 18 и 19 протекает ток, и на резисторе 18 формируется напряжение смещения, которое через вторичную обмотку трансформатора 3 датчика 1 подводится дифференциально ко вхо0-дам операционного усилителя 6. При этом напряжение на выходе усилителя б относительно отрицательного полюса источника стабилизированного питания примерно равно нулю, конденсатор 9 разряжен, транзистор 11 закрыт, а выходное реле 12 обесточено.

При появлении тока утечки, превышаквдего уставку реле, на выходе трансформатора 3 появляется напряжение, превышающее напряжение смещения.

0 На выходе усилителя б появляется напр жение,и начинается заряд конденсатора 9. При превышении напряжения на конденсаторе 9 величины напряжения на резисторе 19 открывается диод 10

5 и начинается действие положительной обратной связи. Напряжение на выходе усилителя возрастает, транзистор 11 открывается, и вьвсодное реле 12 срабатывает, обеспечивая с

Q помощью дополнительного когдлутационнрго аппарата отключение электроустановки. Благодаря положительной обратной связи улучшается релейность и исключается вибрация выходного реле при токах утечки, близких к току

5 срабатывания реле.

Возврат устройств происходит путем снятия напряжения питания, осуществляемого коммутационным аппаратом.

При Обрыве хотя бы одного из

проводов, соединяющих релейный блок 2с датчиком 1, происходит срабатывание устройства, так как через

резистор 20 подается отрицательный сигнал на вход 21 усилителя б и осуществляется таким образом самоконтроль схемы.

Транзистор 13 релейного блока изолирует устройство от сети и повышает

0 электробезопасность его обслуживания. Диоды 22 и 23 обеспечивают защиту усилителя от возможных перенапряжений.

Помехоустойчивость устройства

5 повышается за счет выполнения входных цепей усилителя 6. При выборе сопротивлений резисторов 17 20 и 19«20 в исходном режиме напряжение ()(см, фиг, 2) на резисторе 19 мало и определяется в основном соотношением сопротивлений резнеторов 17 и 19 (влиянием сопротивлений вторичной обмотки трансформатора 3 и резистора 18 иэ-за их малой величины можно пренебречь). В момент времени i, когда Utj ), происходит открытие диода 10 и начинается действие положительной обратной связи. Однако пйдхвата схемы не происходит, так как заряд конденсатора 9 протекает медленно, и начинается постепенное увеличение напряжения Uo - При этом напряжение смещения, снимаемое с резистора 18, медленно уменьшается и в момент времени tn становится равным нулю. При этом наступает равенство напряжений Lig - иJQ 1)2 При дальнейшем заряде конденсатора 9 напряжение смещения, снимаемое с резистора 18, меняет свой знак, и обеспечивается жесткий подхват схемы. Параметры резисторов 8 и 24 выбираются таким образом, чтобы открытие транзистора 11 происходило в момент времени -fc, когда напряжение Uq-U несколько превышает напряжение Uo

; . Таким образом, помимо основиой задержки на срабатывание -fc Т устройство имеет дополнительную задержку на подхват положительной обратной связи 2 о, обусловленную прнятым выполнением входных цепей усилителя 6 и определяемую соотношениями между резисторами 17, 20 и 19. Пр этом повышается помехоустойчивость схемы при наличии внешних помех и обеспечивается правильная работа в режимах коммутации источника пидаиия реле при имеющейся утечке в сети, а время срабатыванияустройства при больших токах утечки практически не увеличивается, что обеспечивает необходимое быстродействие. Упрощение устройства обусловливается выполнением основной и дополнительной задержек на основе одного и того же интегрирующего КС-контура, а также тем, что резистор 19, используемый в схеме дополнительной задержки подхвата обратной связи, одновременно обеспечивает и самоконтроль исправности входных цепей устройства, необходимый для контроля отказа устройства.

Формула изобретеккя

Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока, содержащее трансформатор тока нулевой последовательности, к выходу которого подключен многокаскадный усилитель с положительной обратной связью, выполненной в виде диода, с цепью отстройки от внешних гармоник и с цепью на его входе, включенной между выводом вторичной обмотки трансформатора тока нулевой последовательности и полчсом источника стабилизированного питания, выходное реле, .подсоединенное к выходному каскаду упомянутого усилителя, выполненному на транзисторе, о т личающеес я тем, что, с целью повьвления помехоустойчивости и упрощения устройства при обеспечении .самоконтроля входных цепей, блок предварительного усиления многокаскадного усилителя выполнен на операционном усилителе, выход которого через выпрямитель подключен к интегрирующей RC-цепи, конденсатор которой одной обкладкой соединен с отрицательным полюсом источника стабилизированного питания, а другой - с анодом диода положительной обратной связи и резистор - со входом выходного каскада упомянутого усилителя, а катод диода положительной обратной связи подключен к средней точке цепи смещения, вьшолненной на двух резисторах, и к первому входу операционного усилителя, при к выходам вторичной обмотки трансформатора тока нулевой последовательности подключены резисторы, соединенные с полюсами источника стабилизированного итания, причем резистор, подключенный к положитёльнс у полюсу указанного источника, другим выводом приоединен к цепи смещения, а резистор, одключенный к отрицательному полюсу казанного источника, другим выводом рисоединен непосредственно ко второу входу операционного усилителя.

Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

1.Грейвулис Я.П. и др. Полупроводиковые реле тока и напряжения. М., нергия, 1970, с. 58-66.

2.Авторское свидетельство СССР 450279, кл. Н 02 Н 3/16, 1970.

Hatptfiifo

rrni

и te t,