Устройство для защиты от тока утечкиНА зЕМлю B ТРЕХфАзНОй СЕТи C изОлиРО-ВАННОй НЕйТРАлью Советский патент 1981 года по МПК H02H3/16 

1

Изобретение относится к защитным устройствам и предназначено для защиты от опасных утечек тока на землю, в Частности для защиты от по ражения электрическим током человека, прикоснувшегося к трехфазной сети с изолированной нейтралью.

К устройствам защиты от утечек наряду с требованиями обеспечения безопасности (минимально допустимые сопротивления срабатьтания, быстродействие и др.) , предьявляется также .требование устойчивости против ложных срабатываний при коммутационных процессах в сети. Обеспечение этой устойчивости необходимо для нормальной -эксплуатации сетей, при которой исключаются отключения сети, простои электрооборудования и потери добычи угля. При коммутации ответвлений сети аппаратура защиты не должна срабатьшать при сопротивлении однофазной утечки, равном и большем полуторакратного

значения сопротивления срабатьшания, отхределенного из условий безопасное-, ти (на 100 включений - отключений ответвления с заторможенным двигателем и емкостью 0,15 мкФ на фазу допускается не более одного ложного срабатьшания). Чем j eHbme сопротивление однофазной утечки, при котором аппарат не срабатывает при коммутации в сети, тем выше помехоустой0чивость защиты.

Основной причиной ложных срабатываний являются переходные процессЫ| возникающие при отключении от сети электродвигателей в результате по5явления напряжения между нейтралью сети и землей. Для подземных электриг ческих сетей напряжением 380 и 660 В удовлетворительная помехоустойчивость достигается, в основном, выбором параметров измерительных цепей, разделительных и шунтирующих конденсаторов. Однако с увеличением напряжения подземньк сетей с 380-660 3 до 1140 В увеличивается напряжение смещения нейтрали при отключении ответвлений и, соответственно, брос ки тока в измерительной цепи аппара туры защиты, В сетях напряжением , 1140 В обеспечение устойчивости защиты от утечек против ложных срабатьшаний затрудняется также уменьшением нормируемого времени срабатывания до 0,07 с (вместо 0,1 с при 660 В). Известны устройства защиты от-уте чек с использованием постороннег источника оперативного напряжения, так и образованного посредством трех вентилей (схемы ЗБ в серийно выпускаемых аппаратах УАКИ и АЗЛК}, подключенных к фазам контролируемой сети, в которых для ис1слючения лож ных срабатьшаний из-за переходных процессов вводят фильтры в виде ком бинаций активных сопротивлений и шунтирующих и разделительных конден саторов. Для обеспечения устойчивости апп ратуры защиты от утечек против ложн срабатьшаний емкости разделительных и шунтирующих конденсаторов наращивают. Увеличение емкости разделительного конденсатора, включенного между землей и компенсатором емкост ных токов утечек, необходимо также для обеспечения максимальной эффективности компенсации. При этом в режиме отключения сети кратковременные импульсы тока, вызванные появлением напряжения смещения нейт ли, отводятся в основном через разделительный конденсатор и частично через конденсатор, шунтирующий вход реагирующего органа fQ , Однако при разработке и внедрении аппаратуры защиты от утечек, особенно в протяженных сетях напряжением 1140 В с большей емкост ответвлений - до 0,25 мкФ на фазу, добиться известными техническими решениями требуемой устойчивости против ложных срабатываний, а тем более повысить ее, затруднительно. Вследствие этого увеличиваются неоправданные простои, вьшужденно сокращаются длины ответвлений или не используются в полной мере Преимущества повышенного напряжения - обе печение нормальных пусков и работы электроприводов при удаленных источниках питания. 154 Наиболее близким к предлагаемому является устройство, работа которого основана в наложении на сеть постоянного тока от постороннего источника оперативного напряжения, содержащее источник оперативного напряжения, включенный между заземлением и сетью через реагирующий орган, в качестве которого служит элемент сравнения, выполненный на транзисторе, эмиттер-базовый переход которого присоединен к источнику опорного напряжения, подключенному встречно источнику напряжения нулевой последойательности, а база-коллекторный переход включен в измерительную цепь через шунтирующий конденсатор параллельно входу усилителя,нагрузкой которого служит исполнительный орган, компенсатор емкостных токов, подключенный через разделительный конденсатор между землей и сетью с помощью блока присоединения.Шунтирующий и разделительный конденсаторы выбирают значительной емкости для исключения ложных срабатьшаний 2 . Несмотря на то, что в устройстве обеспечено-высокое быстродействие за счет эффективного действия введенного в схему источника напряжения нулевой последовательности, емкость шунтирующего конденсатора не может быть увеличена до очень больших значений. Это объясняется тем, что величина шунтирующей емкости увеличивается до тех пор,пока обеспечивается требуемое быстродействие при трехфазном дуговом замыкании на kopnyc оболочки, при котором это быстродействие определяется шунтирующим конденсатором, так как напряжение нулевой последовательности появляется только при несимметричных, утечках, в частности прикосновения человека к фазе сети. Наиболее тяжелым режимом по уело- , ИЯМ устойчивости против ложных срабатьтаний является режим отключения ответвления с максимальной емкостью относительно земли при существовании утечки на неотключаемом участке сети, емкость которого равна нулю. Появившееся напряжение нулевой последовательности при погасании дуги на первогасящем полюсечерез емкость ответвления воздействует частично (через резисторы в этой 5 цепи) на шунтирующий конденсатор и в основном на разделительный кон денсатор. Под действием этого нап жения разделительный конденсатор, заряженный от источника оперативного напряжения, может быть дозаряжен или разряжен, В случае, если он дополнительно заряжается, то ложное срабатывание произойти не может,так как после отключения ответвления напряжение его разряда направлено встречно напряжению источника опера тивного напряжения и приводит к кра ковременному уменьшению тока в измерительной цепи. При этом разделительный конденсатор разряжается до установившегося напряжения. Опасность ложного срабатывания появляется только при разряде разделитель ного конденсатора под действием импульсов напряжений нулевой последовательности, так как после отклю чения указанный конденсатор заряжае от источника оперативного напряжени и ток в измерительной цепи возрасти ет. Процесс заряда на этой стадии протекает значительно медленнее по сравнению с процессами, протекающими в аппарате под действием напря женйя нулевой последовательности в момент отключения ответвления. При этом с целью обеспечения устойчивости аппаратуры защиты от у чек против ложных срабатываний на период отключения емкость разделительного конденсатора выбирается как можно большей, а на период заряда его через измерительные цепи от источника оперативного напряжения - меньшей ( уменьшения энерг броска тока и исключения ложных срабатываний). Таким образом, требования устойчивости против ложных срабатываний аппаратуры защиты от утечек на разных стадиях переходного процесса, вызванного коммутацией ответвлений сети (на период отключения и дугогашения и на период после отключени вступают в противоречие, так как достигаются одними и теми же техническими средствами, требующими изменения одного и того же параметра (величины емкости разделительного конденсатора) в противоположных направлениях. Увеличение емкости разделительного конденсатора, приводя56щее к увеличению устойчивости защиты на момент отключения, приводит к снижению помехоустойчивости после отключения из-за заряда эт-ого конденсатора от источника оперативного напряжения и броска тока через измерительную цепь. Поэтому в данном устройстве обеспечение требуемой устойчивости против ложных срабатьшаний а тем более ее повьшение с увеличением напряжения сети и длины коммутируемых ответвлений, затруднительно . Цель изобретения - повьпиение устойчивости аппаратуры защиты от утечек против ложных срабатываний. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве,содержащем блок компенсации емкостного тока утечки, подключенный через разделительный конденсатор между фазами сети и землей, источник постоянного оперативного напряжения, подключенный через реагирующий орган между выходом указанного блока компенсации и землей, параллельно разделительному конденсатору подключены последователь,но соединенные конденсатор и диод, причем диод включен встречно источнику оперативного напряжения и зашунтирован резистором.На чертеже представлена блок-схема устройства защиты от токов утечки, в трехфазной сети с изолированной нейтралью трансформатора. Устройство содержит блок 1 кo meнсации емкостных токов утечки, подключенный через разделительный конденсатор 2 между заземлением и сетью, и источник 3 оперативного напряжения, включенный через реагирующий орган 4 и блок 1 компенсации емкостных токов утечки также между сетью и заземлением. Параллельно разделительному конденсатору 2 подключены последовательно соединенные конденсатор 5 и диод 6, причем диод включен встречно источнику 3 оперативного напряжения и зашунтирован резистоом 7. Устройство работает следующим бразом., Постоянный ток отположительного олюса источника 3 протекает через емлю, сопротивление изоляции сети, лок 1 компенсации емкостных токов, еагируклций орган 4 к отрицательному олюсу источника 3.

7

Разделительньш конденсатор 2 и дополнительный 5 заряжены до установившегося напряжения от источника 3. В момент коммутации ответвлений на оперативную цепь аппарата защиты действуют импульсы напряжения нулево последовательности разной полярности. Ложное срабатьшание происходит только под действием таких импульсов напряжения нулевой последовательност которые разряжают конденсаторы 2 и 5. При этом на первом этапе перехоного процесса от момента погасания, дуги в одной фазе до момента погасания в двух других фазах энергия импульса напряжения нулевой последовательности воспринимается суммаргной емкостью конденсаторов 2 и 5. На втором же этапе после окончания процесса коммутации ответвления в результате того, что последовательно с емкостью 5 встречно источнику 3 включен диод о, ток заряда ее от источника 3 через реагирующий орган 4 резко уменьшается, а через реагиру ющий орган проходит только ток заряда конденсатора 2. Конденсатор 5, в цепь которого включен диод 6, заряжается через резистор 7, включенны параллельно диоду.

Величина резистора 7 выбирается значительно больше величины резисторов, включенных в цепь реагирующего органа 4. Поэтому энергия заряда конденсатора 5 практически вся рассеивается в.резисторе 7.

Таким образом, дополнительный конденсатор 5, отбирая большую часть энергии импульса напряжения смещения нейтрали, обеспечивает меньшее снижение напряжения на конденсаторе 2 и тем самым уменьшает ток через реагирующий орган 4 в переходньй режим.

Выбрав отношение емкостей разделительного конденсатора 2 и дополни8

тельного 5, например, 1:4, можно примерно в четыре раза уменьшить ток в измерительной цепи при заряде конденсатора 2, чем и обеспечивается повышегше устойчивости против ложных срабатьшаний при,коммутации ответвлений с большой длиной. Это расширяет эксплуатационные возможности подземных сетей, особенно с повьш1енным напряжением 1140 В и коммутацией дпинных ответвлений (до 500 м) с емкостью 0,25 мкф на фазу, что позволяет обеспечить и повысить устойчивость защиты от утечек.

Формула изобретения

Устройство для защиты от тока утечки на землю в трехфазной сети с изолированной нейтралью, содержащ блок компенсации емкостного тока утечки, подключенный через разделительный конденсатор между.фазами сети и землей, источник постоянного оперативного напряжения, подключенный через реагирующий орган между выходом указанного блока компенсации и. землей, отличающеес тем, что, с целью повьш1ения устойчивости против ложных срабатываний, параллельно разделительному конденсатору подключены последовательн соединенные конденсатор и диод, причем диод включен встречно источнику оперативного напряжения и зашунтирован резистором.

Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе

1.Цапенко Е. Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 В. Энергия, с. 93-.133.

2.Авторское свидетельство СССР № 595825, кл. Н 02 Н 3/16, 1975.

CD