Устройство для защиты электрическойСЕТи OT уТЕчКи TOKA HA зЕМлю Советский патент 1981 года по МПК H02H3/16 H02H5/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

1

Изобретение относится к электротехнике , точнее к средствам электробеэопасности,, предназначенным для эавшты человека от поражения электрическим током преимущественно в трехфазных сетях напряжением до 1140В включительно, изолированных от земли.

По основному авт.св. 738033 известно устройство,содержащее последовательно соединенные, включенные между защищаемой сетью и землей присоединительный фильтр, источник оперативного постоянного тока, пороговый элемент и селективный дифференцирующий блок с исполнительньв органом на выходе, причем контакты порогового элемента и исполнительного органа включены в Цепь отключающей катушки автоматического выключателя сети Селективный дифференци- , рукхдий блок выполнен в виде последовательно соединённых аналого-цифрового преобразователя и анализатора, а к выходу ангшизатора приреицений подключен исполнительный орган.

Такое устройство отключает сеть только в тех случаях, когда утечка тока на землю вызвана прикосновением человека к сети и представляет СЕТИ ОТ УТЕЧКИ ТОКА НА ЗЕМЛЮ

для него опасность, потому что лишь в таких случаях на выходе исполни- ; тельного органа селективного диф|| еренцнрующего блока появляется сигнал, замыкающий его контакт в цепи отключающей катушки автоматического выключателя сетн. При случайных кратковре1 юнных приращениях оперативного тока, вызванных не прикосновением человека

10 к сети, а другими причинами, сеть не отк.гаочается.

Благодаря этому такое устройство позволяет эксплуатировать электрические сети при более низком уровне

15 сопротивления изоляции и при этом исключает поражение человека электрическим при его прикосновении к сети l.

Однако автономный источник постоянного тока (выпрямитель) созда20ет оперативный ток низкого напряжения, что не позволяет снизить величину длительного (неотключаемого) тока через человека при его прикос25новении к сети ииже минимгшьной величины отпускгиощего тока, составляющей примерно 10 мА, поскольку величина тока, при которой устройство надежно дифференцирует тип утечки,

30 т.е. различает прикосновение чело-.века к сети от других гипов утечек, зависит от сопротивления изоляции сети относительно земли. Ток 10 мА достаточно велик в сравнении с абсолютно безопасным длительным током через человека, не превышающим 1 мА, и представляет опасность для организма человека.

Креоле того, индуктивный присоединительный фильтр при переходных режимах в некоторых случаях создает помехи, соизмеримые с полезным сигналом по величине и форме,, ито снижает помехоустойчивость устройства защиты и его функциональную надежность

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и надежности устройства защиты.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве защиты электрической сети от утечки на землю источник оперативного постоянного тока выполнен в виде диодов, согласно подключенных к фазам сети через при соединительный фильтр, который выполнен в виде резисторов.

Такое схемное решение позволяет использовать в качестве оперативного напряжения выпрямленное диодгми напряжение сети что обеспечивает снижение длительного тока через человека до величины 0,3 мА, поскольку исключается влияние сопротивления изоляции сети на величину тока, при которой надежно дифференцируется тип утечки, и конструктивно упростить устройство защиты. Ток 0,3 й оказывает минимальное травмирующее действие на организм человека, так как вызывает начальное болевое ощущение, что с общефизиологической точки зрения является критерием опасности действия электрического тока на организм в целом и что в конечном итоге повышает безопасность эксплуатации электрических сетей.

Активный присоединительный фильтр в виде резисторов, подключенных к фазам сети последовательно с выпрямительными диодами между ними и сеть позволяет исключить помехи, созмеримые с полезным сигналом, что обеспечивает повышение помехоустойчивости, а,следовательно,и надежности .устройства защиты.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства защиты, на фиг. 2 - структурная схема селективного дифференцирующего блока.

Устройство защиты электрической сети от. утечек тока на землю содержит источник 1 оперативного тока, подключенный к сети через присоединительный фильтр 2, пороговый злемент 3, последовательно соединенный с источником 1, и селективный дифференцирующий блок 4, включенный между пороговым элементом 3 и заэемлением 5 сети параллельно сопротивлению 6 ее изоляции относительно земли и сопротивлению 7 человека, появляющемуся при прикосновении человека к сети. Пороговый элемент 3 служит для ограничения нижнего предела сопротивления 6 изоляции сети относительно земли, выбираемого по безопасной для человека величине кратковременного тока через него, обусловленный максимальной продолжительностью его пребывания под напряжением. Селективный дифференцирующий блок 4 предназначен для контроля скорости нарастания оперативного тока, сравнения ее с. уставкой, выбираемой по величине абсолютно безопасного дл человека длительного тока через него и- селективного избирательного отключения сети при превышении уставки ..

Источник 1 оперативного тока выполнен в виде выпрямительных диодов, согласно подключены к фазам сети между присоединительным фильтром 2 .и пороговым элементом 3. Присоединительный фильтр 2 выполнен в виде резисторов, подключенных к фазам сети последовательно с выпрямительными диодами источника 1 оператиного тока 4ежду никш и сетью.

Селективный дифференцирующий блок 4 выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя 8, предназначенного для преобразования оперативного тока источника 1 в цифровой двоичный код, и анализатора 9 приращений оперативного тока, которые соединены между собой и подключены к блоку 10 управления, синхронизирующему их работу. На выходе анализатора 9 имеется исполнительный орган 11 в видё управляемого вентиля или реле, контакт 12 которого включен параллельно контакту 13 порогового злемента 3 в цеп отключающей катушки 14 автоматического выключателя 15 сети.

Аналого-цифровой преобразователь 8 состоит из нуль-органа 16, соединенного с ним генератора 17 импульсов высокой частоты и подклоченных к последнему счетчика 18 и цифроаналогового преобразователя злемента 19, которые соединены между собой поразрядно, выход элемента 19 соединен с одним из входов Нуль-органа 16, а второй вход последнего присоединен к пороговому элементу 3. Нульорган 16 (компаратор) служит для сравнения величин, поступающих на fere входы оперативного тока источника 1 и выходного тока цифроаналогового пробразовательного элемента 19, который предназначен для обратного преобразования в ток двоичного цифрового кода, подаваемого на его входы счетчиксм 18. Двоичный счетчик 18 служит для накопления и счета импульсов , поступающих в него с генератоpa 17, вырабатываххцего последователь ность стандартных И14пульсов высокой частоты. Лнгшизатор 9 приращений оперативного тока содержит элемент сравнения 20, одни входы которого поразрядно соединены непосредственно с выходами двоичного счетчика 18, а вторые аналогично через блок 21 буферной памятиJ к элементу сравнения 20 подключей элемент 22 памяти, инверсный выход которого соединен с установочным входом сдвигающего регистра 23, счетный вход последнего подключен к выходу генератора 17, а прялю и ин версные выходы всех разрядов заведены на панель 24 программирования уставки отключающего сопротивления, пр мой выход панели 24 подкгаочен к счет ному входу счетчика 25, а инверсный выход - к разрешающему входу ключа 2 прямой вход которого соединен с раарешакяцим входом блока 21 буферной па мяти и одним из выходов блока 10 уп равления, второй выход последнего по ключен к установочным входам счетчика 18 и элемента 224памяти; на выходе счетчика 25 включен исполнительный орган 11. Блок 10 управления обеспечивает синхронизацию работы аналого-цифрового преобразователя 8 и анализатора 9 приращений оперативного тока. Замыкающие контакты 12 и 13 соответственно исполнительного органа 11 и по рогового элемента 3, включенные параллельно в цепь отключающей катушк 14, предназначены для аварийного отключения сети выключателем 15. Селективный дифференцирующий блок 4 с блоком 10 управления и генератором 17 импульсов высокой частоты аналого-цифрового преобразов ателя 8 получают питание от источника 1 оперативного тока. При включении сети выключателем 15 ток сети поступает в источник 1, выпрямительные диоды которого формируют постоянный оперативный ток, поступающий в пороговый элемент 3, и подает питание на элементы селективного дифференцирующего блока 4, в частности на блок 10 управления. На одном из входов последнего появляется пусковой си17нал, который устанавливает в исходное состояние счетчик 18 аналого-цифрового преобра зователя 6, элемент 22 памяти и ключ 26 ангшизатора 9 приращений опе ративного тока. При этом на выходе счетчика 18 возникает нулевая комбинация цифрового двоичного кода, а на выходе цифроангшогового преобразовательного элемента 19 появляется соответствующая этой комбинации нулевая величина тока, поступаю щая на один из входов нуль-органа 16, на другой вход которого подается оперативный ток. В результате с выхода нуль-органа 16 снимается сиг« нал, запускающий генератор 17, который посылает импульсы в счетчик 18. На выходах последнего появляются сигналы двоичного цифрового кода, поступающие в цифроаналоговый преобразовательный элемент 19, преобразующий их в ток , величина которого пропорциональна количеству импульсов . При определенном колячеютве импульсов ток на выходе элемента 19 превышает величину оперативного тока, подаваемого пороговым элементом 3 на нуль-орган 16, а на выходе последнего возникает сигнал, отключающий генератор 17, который прекращает подачу импульсов в счетчик 18. Восле возвращения элемента 19 в исходное состояние операция сравнения нуль-органом 16 величин оперативного тока и выходного тока элемента 19 повторяется. Выходные сигнатя счетчика 18 одновременно поступают на входы блока 21 буферной памяти и элемента сравнения 20. Блок 21 буферной памяти состоит и9 набора элементов памяти, которые служат для запоминания значений кшФрового кода предыдущего замера. Перезапись значения кода текущего замера из счетчика 18 осуществляется по сигналу блока 10 управления, вырабатываемому последним через некоторое время после появления пускового сигнала. Элементом 20 сравнения цифровой код очередного замера, выдаваеквый счетчиком 18, сравнивается с цифровым кодом предыдущего замера, записанным в блоке 21 буферной памяти. Если значение кода на выходе счетчика 18, соответствующее величине оперативного тока при очередном замере, равно или превышает записанное в блоке 21 буферной памяти значение кода, соответствующее величине оперативного тока при предыдущем замере, на выходе элемента 20 сравнения возникает сигнал приращения оперативного тока, поступающий на элемент 22 пгшяти, на прямом ьыходе которого появляется сигнал, а с инверсного выхода сигнал исчезает. Вследствие этого с установочного входа сдвигающего регистра 23 снимается сигнал, а поступающие с генератора 17 на счетный вход регистра 23 импульсы начингиот передвигать по его ячейкам единичный сигнгш. В результате в сдвигакхцем регистре 23 будет зафиксирована разность числа импульсов в предыдущем и текущем замерах значений оперативного тока, его приращение. Прямые и инверсные выходы сдвиг ощёго регистра 23, заведенные на панель 24 программирования уставки отключаккдего сопротивления, выполняют на ней коммутацию выходов одной из ячеек сдвигаюего регистра с выходом панели 24, т.е. программируют значение аварий кого.приращения оперативного тока. По достижении приращения оперативного тока аварийносо значения на прямом выходе панели 24 пйявляется сигнал ЕДИНИЦА, а на инверсном исчезает. Вследствие этого ключ 26 закрывается, а в счетчик 25 записывается ЕДИНИЦА. Когда такие циклы повторяются подряд в нескольких замерах, причем число ЕДИНИЦ заполняет счетчик 25, на его выходе появляется сигнгш аварийного приращения оперативного тока, включакедий исполнитель ный орган 11, который замыкает свой контакт 12 в цепи откгаоаакяцей катушкй 14. Если до заполнения счетчика 25 хотя бы один замер происходит без приращения оперативного тока, счетчик 25 возвращается в исходное аостояние сигналом блока 10 управления через ключ 26, на разрешающий вход которого с инверсного выхода панели 124 программирования уставки откяючающего сопротивления в этом случае поступает сигнал ЕДИНИЦА. Это поэводяет избежать отключений сети при случайных кратковременных приращения Оперативного тока, вызванных не прико новением человека к сети, а другими причинами. Поэтому предлагаемое устройство отключает сеть только в тех случаях, когда утечка тока на земле вызвана прикосновением человека к сети, причем представляет для него опасность, т.е. когда на выходе исполнительнооо органа 11 селективного дифференцирующего блока 4 появляется сигнал, згшЁПсгишшй контакт 12 в цепи отключающей катушки 14 которая отключает авт 1атический выклочатель 15 сети. Предлагаемое устрс ство позволяет эксплуатироватьэлектрические сети при более низком уровне сопротивления изоляции и при этом исключает поргикениа человека электрическим тот ком при его прикосновении к сети, а также обеспечивает яоъааение помехоустойчивости и надежности известного устройства, что, в конечном итоге, ведет к повышению электробезопасиости эксплуатации электрических сетей. Формула изобретения Устройство для 3еидиты электрической сети от утечки тока на землю по авт.св. 738033, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и надежности защиты, источник оперативного постоянного тока выполнен в виде диодов, согласно подключенных к фазам сети через присоединительный фильтр, который выполнен в виде резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2617318/24-07,кл. Н 02 И 3/16, 1978.