Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электроустановке низкого напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02H3/16 

земляющим электродом и своим выходом связанный со входом бесконтактного выходного реле, и дополнительный заземляющий электрод, преобразователь напряжения выполнен на двух операдионных усилителях, неинвертирующие входы которых подключены к нулевой точке трехфазного вентильного фильт ра, при этом инвертирующийвход первого операционного усилителя соединен через резистор с дополнительным заземляющим электродом, а его выход соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого связан со входом бесконтактного выходного реле. При этом выход второго операционного усилителя соединен со входом бесконтактного выходного репе через активный фильтр низких частот,

Такое устройство имеет зйачительно большую чувствительнс5сть к току утечки, что особенно важно в период начала протаивания деятельного слоя грунта, когда заземлители находятся в основном в мерзлом грунте с высоким удельным сопротивлением, а возможные контакты человека с токоведущими частями на слое протаившего .грунта с низким удельным сопротивлением. Отсутствие в устройстве преобразования элементов с релейной характеристикой обуславливает отсутствие порога срабатывания и стабильность времени собственного срабатывания устройства, которая играет существенную роль в обеспечении безопасности обслуживающегоперсонала и в надежности электроснабжения потребителей. Так как величина допустимого тока через тело человека существенно зависит от времени его протекания, а.неотключенное однофазное замыкание стремится развиться с течением времени в двухфазное, то это отрицательно сказывается как на обеспечении безопасности обслуживающего персонала, так и на надежности электроснабжения потребителей и величины ущерба.

Улучшение селективных свойств устройства защиты значительно снижает количество необоснованных отключений и, следовательно,величину ущерба от перерывов в электроснабжении потребителейц

На чертеже представлена электрическая схема данного устройства.

Устройство содержит трехфазный вентильный присоединительный (фильтр 1, выполненный на полупроводниковых диодах 2-4 и резисторах 5-7, преобразователь 8 напряжения, активньгй фильтр 9 низких частот, бесконтактное выходное реле 10,

Преобразователь 8 напряжения состоит из двух операционных усилителей 11 и 12, резисторов 13-15, конденсаторов 26-31. Неинвертирующие входы операционных усилителей 11 и 12 подключены к вентильному присоединительному фильтру 1 и через резистор 13 - к заземляющему электроду 32 .

Инвертируюгций вход операционного усилителя 11 подключен к дополнительному заземляющему электроду 33, а инвертирующий вход операционного усилителя 12. подключен к выходу операционного усилителя 11.

К выходу преобразователя напряжения 8 подключен неинвертирующий вход операционного усилителя 34 активного фильтра низких частот (ФНЧ), содержащего, кроме того, резисторы 35 и 36 и конденсаторы 37 и 38, Выход активного ФНЧ подключен ко входу бесконтактного выходного реле 10, содержащего транзистор 39, полупроводниковый диод 40, тиристор 41 и резисторы 42 и 43, выход бесконтактного реле 44 и 45 подключается к катушке отключения коммутационного аппарата, а выводы 46 и 47 - к двухполярному источнику постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

Ток, выпрямленный вентилями 2, 3, 4 присоединительного фильтра 1, проходит последовательно через изоляцию сети, заземляющий электрод 32 и резистор 13 преобразователя напряжения 8, Величина этого тока зависит от омического сопротивления изоляции всех трех фаз и при достаточно высоком сопротивлении изоляции фаз относительно земли недостаточна для срабатывания бесконтактного выходного реле 10, При однофазном за1иыкании на землю или при общем недопустимом снижении сопротивления изоляции всех фаз относительно земли величина тока утечки, протекающего через вентильный присоединительный фильтр и резистор 13 преобразователя напряже- ния 8 увеличивается и будет тем больше, чем меньше сопротивление изоляции.

Образующееся на резисторе 13 падение напряжения, пропорциональное току утечки, подается на инвертирующие входы усилителей 11 и 12 преобразователя 8,

От протекания по заземляющему электроду 32 тока утечки, на заземляющих электродах 32 и 33 образуется разность потенциалов, представляющая собой величину, пропорциональную шаговому напряжению, которая будет тем больше, чем больше удельное соП1}отивление грунта. Это напряжение подается на инвертирующий диод усилителя 11,

Следовательно, на выходе усилителя 11 напряжение будет- зависеть от двух величин - тока утечки и удельного сопротивления грунта. Оно буде прямо пропорционально току утечки и обратно пропорционально удельному сопротивлению грунта. Чтобы получит прямо пропорциональную зависимость как от тока утечки, так и от удельного сопротивления грунта напряжени с выхода усилителя 11 подается на инвертирующий вход усилителя 12,, Тогда для напряжения выхода усилителя 12 можно записать: м. V Ч- - ) , где К., и коэффициенты пропор циональности входных величин усилителей 11 и 12 соот ветственно; R-fif- сопротивление резистора 14; Тцт- ток утечки; входное напряжение неинвертирующего входа усилителя; Вх- входное напряжение инвертирующего входа усилителя; Rj3- сопротивление растеканию заземляющег электрода 32, Если принять коэффициент пропорци ональности усилителя 11-К равным то выходное напряжение преобразовате ля 8 будет: ./2 (2 Из этого выражения видно, что на пряжение на выходе устройства преоб разования будет иметь требуемую зависимость, т,е, напряжение будет тем больше, чем больше ток утечки и чем больше удельное сопротивление грунта, так, как сопротивление расте канию заземлителя прямо пропорционально удельному сопротивлению.грунта, С выхода преобразователя напряжение Ц подается на неинвертирующий вход операционного усилителя 34, на котором собран активный фильт 9 низких частот с частотой среза 50 Гц, Фильтр низких частот имеет спад характеристики на высоких частотах 9 дб/октава, что обеспечивает хорошие селективные свойства устройства защиты, С выхода ФНЧ напряжение поступает на базу транзистора 39, на котором выполнен усилитель тока бесконтактного реле 1.0 и с усилителя тока через стабилитрон 40, который определяет минимальную уставку срабатывания устройства заидаты, поступает на управляющий злектроц тиристора 41, Тиристор 41 включается и подключает к источнику питания катушку коммутационного аппарата. Использование предлагаемого устройства позволит повысить надежность срабатывания защиты от однофазных заг-иканий на землю в весенне-зимний период эксплуатации электроустановок и тем самым обеспечит большую безопасность обслуживания нестационарных электроустановок низкого напряжения, работающих в районахраспространения многолетней мерзлоты. Формула изобретения 1,Устройство для защиты от однофазного заг лкания на землю в электроустановке низкого напряжения, содержащее подключенный к фазам защищаемой электроустановки трехфазный вентильный фильтр, к нулевой точке которого присоединен вход преобразователя напряжения, соединенный с заземляющим электродом, и своим вы- ходом связанный со входом бесконтактного выходного реле, и дополнительный заземляющий электрод, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения надежности срабатывания при малом уровне сигнала тока утечки, преобразователь напряжения выполнен на двух операционных усилителях, неинвертирующие входы которых подключены к нулевой точке трехфазного вентильного фильтра, при этом и гвертирующий вход первого операционного усилителя соединен через резистор с дополнительным заземляющим электродом, а его выход соединен с инвертирующим входом второго операцирнного усилителя, выход которого связан со входом бесконтактного выходного реле, 2,Устройство по п,1, о т л и чающеес я тем, что, с целью повышения селективности, выход второго операционного усилителя соединен со входом бесконтактного выходного реле через активный фильтр низких частот, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Колосюк В.П, Рудничная аппаратура защиты от утечек тока и ее проверка в условиях эксплуатации. М., Недра, 1972, с,18, 2,Авторское свидетельство СССР 547897, кл, Н 02 Н 3/16, 1375,