Устройство для защиты от утечки тока двухпроводной сети постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02H3/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧКИ ТОКА ДВУХПРОВОДНОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, касается защиты электроустановок постоянного тока и может йдть иепользовано в качестве защиты от утечек в цепях постоянного тока экскаваторов или оперативных цепей постоянного тока на электростанциях и подстанциях.

Например, только на горнорудных предприятиях черной металлургии находится в работе свьтше 700 экскаваторов типа ЭКГ-4,- ЭКГ-4,6 ЭКГ-В и др. Основное электрооборудование и цепи управления экскаваторов работают на постоянном токе. При эксплуатации из-за высокой запыленности окружающей среды и вибрации часто происходит .ловреждение изоляции обмоток полюсов электродвигателей и кабелей внутреннего монтажа. Это вызывает потерь управляемости экскаватором, снижает безопасность труда обслуживающего персонала, приводит к повреждению механических узлов.

В связи с этим необходимо устройство непрерывного контроля сопротивления изоляции, предотвращающее длительное существование утечек и замыканий на землю.

Известны устройства для защиты от утечек, основанные по принципу наложения оперативного переменного тока на контролируемую сеть. Наиболее совершенным является устройство, содержащее источник оперативного переменного тока, подключенный одним полюсом к земле, а другим через реагирующий орган и разделительный ем10костной фильтр - к полюсам сети постоянного тока, LC-генератор и регулируеколй дроссель для компенсации емкости сети относительно земли 1.

Недостатком устройства является

15 его сложность. Кроме того, при контроле изол-яции не учитывается неравномерное распределение проводимостей между полюсами сети и землей, что приводит к перезащите при воз20никновении утечки в области больших значений сопротивления изоляции, так как контролируется общее сопротивление обоих полюсов относительно . На работу устройства отрица25тельное влияние оказывает постоянная составляющая напряжения, возникающая между обшей точкой фильтра иземлей в момент возникновения утечки, что может привести к негтравильной работе устройства. Устранить влияние этого фактора можно только 39 счет увеличения времени срабатывания реле. Устройство малопригодно для работы в сетях постоянного тока с изменяющимся напряжением. Например, при работе экскаватора урове напряжения сети может изменяться в широких пределах, так как с изменением напряжения регулируется скорост вращения двигателей различных механизмов (н.апора, поворота и пр.), а с изменением величины напряжения сет изменяются условия обеспечения электробезопасности. Для того, чтобы обе печить электробезопасность, уставку срабатывания реагирующего органа при ходитея выбирать, исходя из максимально возможного значения напряжения в сети постоянного тока, что приводит к значительной перезащите и неоправданным простоям высокопроизво дительных механизмов. Данное устройство контролирует активное сопротивление изоляции, оно может отличаться по величине от омического. Это вноси дополнительные трудности при выборе уставки срабатывания устройства по условиям электробезопасности. Известны также устройства защиты в цепях постоянного тока, использующие мостовую схему. Среди них наибольшее распространение получила схема ОРГРЭС 2. Устройство состоит из потенциометра, имеющего три секции и подклю ченного двумя зажимами к контролиру мой сети, переключателя на три поло жения, измерительного прибора и реагирующзго органа реле). С помощью переключателя и прибора периодически можно измерять сопротивление изо ляции отдельных полюсов относительно земли и общее сопротивление изоляции сети. Для непрерывного кон.троля изоляции реагирующий орган подключают между землей и средней точкой потенциометра, который устанавливают в среднее положение, т.е. сопротивления секций потенциометра с сопротивлениями изоляции полюсов относительно земли образуют мост, в диагональ которого включен реагирую щий орган. При появлении утечки мост неурав новешен и в диагонале моста появляе ток, .реле срабатывает. Это устройст во простое, на его работу не оказывает влияние емкость сети, при изменеАии напряжения контролируемой сети уставка срабатывания реле авто матически изменяется в требуемом направлении. При одном и том же значении тока утечки ток в реагирующем органе будет иметь различное значение, в зависимости от величины и соотнсииения сопротивления изоляции и утечки. То в реагирующем органе выбирают, исхо дя из минимально допустимого по условиям электробезопасности значения сопротивления изоляции полюсов относительно земли, что приводит к перезащите в области средних и больших значений сопротивления изоляции . Для частичного устранения этого недостатка стремятся уменьшить сопротивления подключаемых резисторов. Однако это приводит к уменьшению общего сопротивления изоляции сети относительно земли, а следовательно, к увеличению длительного тока утечки и замыкания на землю. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство, содержащее два плеча- моста, в одну из дианоналей которого подается напряжение контролируемой сети, а два других плеча образованы сопротивлениями изоляции полюсов сети относительно земли, чувствительный орган, выполненный в виде блокинг-генератора с диоднойсхемой сравнения двух напряжений, выпрямитель, потенциометр и реагирующий орган в виде электронного реле 3. Применение блокинг-генератора и электронного реле повышает чувствительность устройства при большом его внутреннем сопротивлении/ т.е. уменьшает влияние сопротивления схемы на общее сопротивление изоляции сети относительно земли. Однако, как и в предыдущем случае, сохраняется зависимость тока в реагирующем органе от тока через утечку. Таким , и это устройство имеет неудовлетворительную защитную характеристику, а использование блокинг-генератора с диодной схемой сравнения двух напряжений существенно усложняет схему устройства. Целью изобретения является уменьшение количества неоправданных отключений контролируемой сети. Это достигается тем, что в устройстве для защиты от утечки тока двухпроводной сети постоянного тока, содержащем мост, одна из диагоналей которого под1бпючена к контролируемой сети, два плеча моста образованы сопротивлениями изоляции полюсов сети относительно ,земли/ и последовательно соединенные выпрямитель, потенциометр и реагирующий орган, два ЛФугих плеча моста выполнены в виде электролитических конденсаторов одинаковой емкости, точка соединения которых соединена с землей через первичную обмотку вновь введенного повышающего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена ко входу выпрямителя. Принципиальная схема устройства изображена на чертеже. Устройство для защиты состоит из двух электролитических конденсаторов 1, которые одними из полюсов подключаются к сети 2 постоянного тока, а другими соединена в общую точку, заземленную через первичную обмотку повышающего трансформатора вторичная обмотка которого через выпр51митель 4 и потенциометр 5 подсоединена ко входу реагирующего органа 6 с выходными контактами 7, по лучающего питание от контролируемой сети. Для проверки исправности элементов схемы предусмотрены резистор 8 и кнопка 9. Периодический контроль сопротивлений изоляции полюсов осуществляется измерительным блоксм 10 Устройство работает следующим образом. Для защиты от токов утечки и замыканий на землю зажимы + и - устройства подключают к соот ветствующим полюсам обесточенной сети 2, а з - к земле. При пода напряжения на контролируемую сеть к денсаторы 1 заряжаются до напряжения, равного напряжению между соответствующим полюсом сети и землей. Если сопротивления изоляции полюсов сети относительно земли оди наковы по величине, то результирующий ток через реагирующий орган 6 будет равен нулю. При возникновении утечки конденсаторы 1 перезаряжаются и на вход реагирующего органа подается напряжение, снимаемое с rfo тенцисянетра 5, максимальное значени которого пропорционально максимальному значению тока через утечку. Действительно, при равенстве сопротивлений изоляции полюсов относительно земли SH-I И2 и рез утечку (-fc ) в любой момент вр мени определяется выражением S--5S lf,e-), где Т - постоянная времени цепи; и -напряжение источника; - сопротивление утечки. В момент возникновения утечки, Т. е. при -t 0, - . -IV R;Если для простоты анализа пренебречь сопротивлением первичной обмотки повышающего трансформатора 3 по сравнению с сопротивлением изо ляции полюса, то ток в любой момент враиени через первичную обмотку тран форматора i { t) определяется ра-Иг

U

il-ti2R,

в момент возникновения утечки, Т. е. при -t 0 .

.(о - Формула изобретения

Устройство для защиты от утечки тока двухпроводной сети постоямНапряжение, подаваемое на вход реагирукнцего органа и о -К-Но -К К - коэффициент, учитывающий параметры повышающего трансформатора 3 и потенциометра 5. При неравенстве сопротивления изоляции полюсов относительно земли, ток через утечку между первым полюсом изоляции в любой момент времени определяется равенством Ш . 4(t)r ,a,v.OL в момент возникновения утечки при . R( Ток через первичную обмотку повышающего трансформатора равен 1К„,и„ при t -О .- ,„ч URm /(o)-v,o) D ск R ) - u-j Таким образом, предлагаемое устройство позволяет непосредственно контролировать величину тока через утечку в первоначальный момент ее возникновения. В случае, когда величина тока утечки превышает допустимое значение, реагирующий орган б срабатывает и подает импульс в цепь сигнализации и отключения контролируемой сети с помощью контактов 7. После отключения сети реагирующий орган возвращается в исходное положение. Уставку срабатывания устройства регулируют потенциометром 5. Для проверки исправности элементов устройства искусственно создают утечку путем нажатия кнопки 9, при этом устройство должно сработать. -, Применение данного устройства позволяет уменьшить количество неоправданных отключений контролируемой сети за счет улучшения защитной характеристики устройства, уменьшить стоимость устройства и повысить надежность работы за счет упрощения его схемы.

ного тока, содержащее мост, одна из диагоналей которого подключена к контролируемой сети, два плеча указанного моста образованы сопротивлениями изоляций полюсов сети относительно земли, и последовательно соединенные выпрямитель, потенциометр и реагирующий орган, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения количества неоправданных отключений контролируемой сети, два других плеча моста выполнены в виде электролитических конденсаторов одинаковой емкости, точка соединеiH

ft

Т

НИН которых соединена с землей через первичную обмотку вновь введенного повыьиающего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена ко входу выпрямителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

,1. Авторское свидетельство СССР № 246641, кл. G 01 R 31/02.1968,

2,Гумин И.Я, и др, Вторичные схемы электрических станций и подстанций, М., Энергия, 1964, с, 131,

3,Авторское свидетельство СССР № 353214, кл, G 01 R 27/16, 1971.

0 9

r

(

f

СЩ