Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока Советский патент 1982 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к технике зацщты людей от поражения электрическим током.

Известен ряд устройств защитного отключения (УЗО) , основанных на иэме-т рении тока утечки на землю, сравнении его с эталонной-величиной и формировании по разности измеренной и эталонной величин отключающего сигнала 1 .

Эти устройства просты, однако обладают существенными недостатками: отсутствует самоконтроль исправности наименее надежных элементов; невозможность применения для групповой защиты УЗО с высокой чувствительностью (5-20 мА), так как естественные токи утечки в этом случае . могут превышать их уставку.

Известны УЗО, основанные на формировании отключающего сигнал1а по скорости нарастания тока утечки и позволяющие отстроиться от естест- . венных токов утечки на землю 2.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является УЗО, содержащее дифференциальный трансформатор тока, блок формирования сигнала по скорости нарастания тока утечки, элемент Запрет , электронный

ключ, операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, трансформатор тока нагрузки, блок формирования сигнала по скорости нарастания тока нагрузки и выходной релейный элемент 3.

Недостаток устройства - сложность технической реализации блока формирования сигнала по скорости нараста10ния тока утечки, если учесть что на его вход поступает несинусоидальный сигнал с уровнем амплитуды десятки, милливольт и мощностью, измеряемой микроваттами. Кроме того,

15 этот достаточно сложный блок не обладает самоконтролем исправности.

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности устройства . ,

20

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее дифференциальный трансформатор тока, на выход которого подключен первый операционный усилитель с резистив25ной отрицательной обратной связью, трансформатор тока нагрузки, блок формирования сигнала по скорости нарастания тока нагрузки, вход которого подключен к. выходу трансфор30матора тока нагрузки, а в.ыход к запрещающему входу элемента Запрет, выходной релейный элемент, воздейст вующий на коммутационный аппарат, введены второй операционный усилитель-ограничитель, вход которого подключен к выходу дифференциальног трансформатора тока, аналоговый вычислитель, первый и второй входы подключены соответственно к выходам первого и второго операционных усилителей, а выход - к разрешающему входу элемента Запрет инвертор, вхо которого подсоединен к выходу элемента Запрет, а выход - ко входу вы ходного релейного элемента. На чертеже изображена структурна схема. Устройство содержит дифференциал ный трансформатор тока 1, трансформатор тока нагрузки 2, операционный усилитель 3 с резистивной обратной связью, операционный усилитель-огра ничитель 4, аналоговый вычислитель 5,элемент Запрет 6, инвертор 7, выходной релейный элемент 8, блок 9 формирования сигнала по скорости нарастания тока нагрузки, катушку коммутационного аппарата 10. Коэффициенты усилителей 3 и 4 од11наковы. Для описания принципа работы устройства в качестве одного из вариантов исполнения устройства ограничения амплитуды выходного сиг нала усилителя 4 использована схема с двумя стабилитронами, включенными между собой последовательно и встреч но и параллельно резистору обратной связи. В -исходном состоянии при отключенной электроустановке питание усилителей 3 и 4 и остальных блоков отсутствует, релейный элемент 8 обе точен. При включении коммутационного аппарата подается питание на электр установку, усилители 3 и4 и блоки 6,7 и 9. На вход каждого усилителя за счет естественного тока утечки на землю подается сигнал, который каждым усилителем усиливается одина ково. При этом величина коэффициент усиления и напряжение стабилизации стабилитронов подобраны таким образом, чтобы в этом режиме (максималь ного естественного тока утечки и отсутствии прикосновения человека к едущим частям) не происходило ограничения сигнала по амплитуде в усилителе 4. В результате этого на входы блока 5 поступают практически одинаковые сигналы по амплитуде, а на выходе его напряжение близко к нулю. На входе инвертора 7 сигнал равен нулю, релейный элемент 8 срабатывает и контакты коммутационного аппарата остаются замкнутыми, а электроустановка - подключенной к сети. При включении нагрузки, например, группы потребителей,- имеющих относительно большую долю тока утечки в общем естественном токе утечки на землю всей электроустановки, возникает также скачок тока утечки. В результате амплитуда сигнала на выходе дифференциального трансформатора тока 1 может возрасти до величины, при которой происходит ограничение выходного сигнала в усилителе.4. В этом случае равенство амплитуд сигналов на входах в блок 5 нарушается, на его выходе возникает сигнал, который проходит элемент Запрет и поступает на вход инвертора 7. Релейный элемент 8 обесточиваетсяи электроустановка отключается от сети. Для предотвращения подобного ложного отключения с блока 9 поступает сигнал на запрещающий вход элемента Запрет 6, сигнал на выходе его остается равным нулю, а электроустановка - подключенной к сети. Блок 9 отрегулирован таким образом, что сигнал на его выходе появляется- при определенной скорости нарастания тока переходного режима, соответствующей опасности ложного отключения. Броски тока нагрузки по причине изменения механических характеристик нагрузки не приводят к ложным срабатываниям устройства, так как оии не связаны с бросками т-ока утечки на зе.млю. При прикосновении человека к токоведущим частям в зоне защиты сигнал на выходе дифференциального трансформатора тока 1 возрастает. Выходной сигнал на выходе усилителя 3 возрастает пропорционально, а на выходе усилителя 4 - непропорционально/ так как ограничивается стабилитронами и амплитуда его равна напряжению стабилизации. В результате на выходе блоки 5 появляется сигнал, приводящий как описано выше, к отключению электроустановки от сети. Устройство автоматически фиксирует отказы элементов в усилителях 3 и 4, блоках 7 и 9, некоторые неисправности блоков 5 и б. Испытания макета устройства показывают возможность, создания УЗО с чувствительностью 5 мА в сетях с естественными токами утечки на землю до 40 м. Таким образом, предлагаемое устройство обладает высокой чувствительностью при применении в сетях с повышенными естественными токами утечки, имеет достаточно простое, схемное решение и высокую степень

самоконтроля исправности и надежности.

Формула изобретения

Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока, содержащее дифференциальный трансформатор тока, на выход которого I подключен первый операционный усилитель с реэистивной отрицательной обратной связью, трансформатор тока нагрузки, блок формирования сигнала по скорости нарастания тока нагрузки, вход которого подключен к выходу трансформатора тока нагрузки, а выход .к запрещающему входу элемента Запрет , выходной релейный элемент, воздействующий на коммутационный аппарат, о. т л и ч а ю щ е е -с я тем, что, с целью упрощения и повымения надежности, введены второй операционный усилитель-ограничитель, вход которого подключен к выходу дифференциального.трансформатора тока, аналоговый вычитатель,первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго операционных усилителей, а выход - к разрешающему входу элемента Запрет, инвертор, вход которого подсоединен к выходу элемента Запрет, а выход - к входу выходного релейного элемента.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР W 609160, кл, Н 02 Н 3/16, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР № 465690, кл. Н 02 Н 3/14, 1973.

0 3. Авторское свидетельство СССР по № 2838423/24-07, кл. Н 02 Н 3/16, 15.11.79.