Устройство защиты от утечки тока в трехфазной электрической сети Советский патент 1982 года по МПК H02H3/17 H02H9/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧКИ ТОКА В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Изобретение относится к устройствам защиты от утечек в подземных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью и предназначено для защиты от поражения людей электрическим током.

Известно устройство защиты от утечек , состоящее из устройства контроля активного сопротивления изоляции и автоматического компенсатора емкостных токов утечек на землю. Устройство контроля изоляции собрано на основе схемы трех вентилей, соединенных в звезду (ЗВ), общая точка которых через двухобмоточиое реле присоединена к земле. Автоматический компенсатор емкостных токов утечек, обеспечивающий в комплексе с устройством контроля изоляции защиту от утечек тока, состоит из источника питания, измерительного генератора повышенной частоты, выпрямителя, нагрузкой которого является обмотка управления дросселя насыщения, снижгиощего токи утечки путем автоматической компенсации их емкостной составляющей 1.

Недостатком устройства является отсутствие самоконтроля исправности элементов схемы, из-за чего сеть

при выходе из строя элементов схемы может эксплуатироваться с неисправной защитой.

Наиболее близким к изобретению является устройство защиты от утечек тока, состоящее из устройства контроля активного сопротивления изоляции, содержащего источник питания, коммутирующий конденсатор,

10 подключенный к исполнительному органу, источник оперативного тока, присоединенный между сетью и землей, и источник импульсного тока, включенные встречно между собой и параллель15но диоду, шунтирующему база-эмиттерный переход транзисторного усилителя, коллектор которого соединен через резистор с источником питания, и автоматического компенсатора ем20костных токов утечек на землю, включающего в себя генератор повышенной частоты, усилитель, нагрузкой которого является обмотка управления компенсирующего дросселя 2.

25

Недостатком указанного устройства является отсутствие самоконтроля исправности элементов схемы автоматического компенсатора емкостных токов утечек. При выходе из строя, на30пример, источника питания или генератора повышенной частоты автомати ческого компенсатора, последний не может выполнять функций по снижению длительных и, особеннЪ, кратковременных токов утечки, что приводит к нарушению условий электробеэопасности шахтной участковой электрической сети в течение всего времени эксплуатации аппарата защиты от утечек.

При открытом состоянии транзисторного усилителя на сопротивлении в ег 1соллекторной цепи и на самих транзисторах выделяется значительная мощи.ость, ввиду чего транзисторы необходимо выбирать большой мощности. Это приводит к значительному повышению температуры внутри устройства защиты от утечек.

Указанное обстоятельство особенно отрицательно сказывается в устройствах защиты от утечек, предназначенных для встраивания в распределительное устройство низкого напряжения шахтной передвижной трансформаторной подстанции, где окружающая температура достигает 65°С. Кроме того, при низкой частоте коммутации (100 Гц) транзисторного усилителя коммутирующий конденса,тор необходим значительной емкости, что увеличиваегт габариты устройства и снижает его быстродействие. Последнее объясняется тем,, что при значительной длительности открытого состояния усилительного транзистора, когде через реле не протекает ток от коммутирующего конденсатора, необходимо шунтирование его обмотки конденсатором значительной емкости.

Цель изобретения - повьдиенйе надежности работы и быстродействия устройства защиты от утечек.

Цель достигается тем, что в устройстве защиты, содержащем блок контроля активного сопротивления изоляции, включающем в себя источник питания, к которому подключен коллекторно-эмиттерный переход транзисторного усилителя через резистор, параллельно с которым сеединены стабилитрон и исполнительный орган, к одному из выводов которого через первый диод подключена одна обкладка коммутирующего конденсатора, источник оперативного тока, присоединенный между сетью и землей через параллельно включенные второй диод и аза-змиттерный переход транзисторого усилителя, к точке соединения базы транзисторного усилителя и катоду второго диода подключен выход источника импульсного тЬка, блок компенсации емкостного тока утечки, включающий в себя генератор повышенной частоты, соединенный с входом усилителя, подключенного между сетью и землей через фильтр присоединения выход усилителя подключен к обмотке

управления компенсирующего дросселя, источник импульсного тока выполнен в виде формирователя прямоугольных сигналов, управляющий вход которого соединен с генератором повышенной частоты через вновь введенный фильтр переменного тока, а коллектор транзисторного усилителя подключен к другой обкладке коммутирующего кон-, денсатора через вновь введенный защитный диод/ параллельнр змиттернобазовому переходу вновь ввденного дополнительного транзистора, коллектор которого соединен с источником питания.

При этом с целью упрощения фильтр ;переменного тока может быть вы полнен в виде дополнительной обмотки колебательного контура генератора повышенной частоты.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предложенного устройства защиты от утечек.

Устройство защиты от утечек тока состоит из блока контроля активного сопротивления изоляции и блока компенсации 1 емкостного токов утечек на землю.

Блок контроля активного сопротивления изоляции содержит источник питания 2, коммутирующий конденсатор 3 исполнительный орган 4, источник оперативного тока 5, включенный между сетью и землей с помощью резисторов б и 7 и компенсирующей цеди, состоящей из дроссель-трансформатора 8, компенсирующего дросселя 9 и разделительного конденсатора 10. Источник оперативного тока 5 и источник импульсного тока, выполненный в виде формирователя прямоугольных сигналов 11, включены встречно между собой и параллельно диоду 12, шунтирующему база-эмиттерный переход транзисторного усилителя 13, коллектор которого соединен через резистор 14 с источником питания 2.

Формирователь прямоугольных сигналов 11 включает в себя транзистор 15, резисторы 16 и 17, диод 18. Управляющий вход формирователя прямоугольных сигналов 11 связан с блоком компенсации 1 через фильтр переменного тока 19. Коллектор транзисторного усилителя 13 подключен к коммутирующему конденсатору 3 через защитный диод 20, параллельно которому включен база-эмиттерный переход дополнительного транзистора 21. Исполнительный орган 4 зашунтирован стабилитроном 22, включенным согласовано с источником питания 2.

Блок компенсации емкостного тока утечки .на землю включает в себя генератор повышенной частоты 23, усилитель 24, нагрузкой которого является обмотка управления компенсирующего дросселя 9, источник питания 25, i фильтр присоединения блока компенсации к сети 26. Исполнительный орган 4 своим выходным контактом 27 воздействует на расцепитель 28 авто матического выключателя 29, включающего сеть с сопротивлением изоляции 30. Устройство работает следующим об разом. При бесконечно большом сопротивл нии изоляции 30 оперативный ток Зоп протекает по цепи: земля, резис тор 7, обмотка компенсирующего дрос селя 9, резистор 6, параллельное со единение база-эмиттерного перехода транзистора 13 и диода 12.Кроме тог через это соединение встречно опера тивному току протекает эталонный то по цепи: плюс источника питания формирователь прямоугольных сигнало 11, указанное параллельное соединение, минус источника питания-2. При минимальной амплитуде прямоугольных сигналов открыт диод 12, при появлении максимальной амплитуды диод 1 заперт и открыт база-эмиттерный переход транзистора 13. формирователь прямоугольных сигналов работает следующим образом. При отрицательной полярности сигнала, снимаемого с фильтра переменного тока 19, по отношению к эмиттеру транзистора 15, диод 18 открыт и по цепи: плюс источника питания 2, резистор 17, диод 18, вторичная обмотка фильтра переменного тока 19, открытый переход диода 12, минус источника питания 2 проходит начальный ток. При положительной полярности сигнала, снимаемого с фильтра переменного тока 19, по отношению к эмиттеру транзистора 15, диод 18 заперт, база-эмиттерный переход транзистора 15 открыт тем же начальным током. В результате в цепи эмиттера транзистора 15 протекает максимальная амплитуда импульсного тока, состоящего из суммы начешьного тока и тока, протекающего по цепи: плюс источника питания 2, резистор.16, открытый коллектор-эмиттерный переход транзистора 15 и база-эмиттерный переход транзистора 13. Таким образом, транзистор 13 работает в ключевом режиме с повышенной частотой формирователя прямоугольных импульсов. При открытом состоянии транзисторного усилителя 13 от источника питания 2 через стабилитрон 22 защитный диод 20 и эмиттер-коллекторный переход транзистора 13 протекает зарядный ток коммутирующего конденсатора 3, который заряжается до величины напряжения источника питания 2. В этот промежуток времени дополни тельный транзистор 21 закрыт и в коллекторную цепь транзистора 13 вве дено достаточно большое сопротивление 14. Когда транзистор 13 закрывается, коммутирующий конденсатор 3 разряжается через исполнительный орган 4 (реле) и открытый эмиттерколлекторный переход дополнительного транзистора 21, что уменьшает постоянную времени разряда конденсатора 3.- В результате исполнительное реле 4 срабатывает и своим контактом 27 замыкает цепь, нулевого расцепителя 28 автоматического выключателя 29, позволяя подачу напряжения в электрическую цепь. В случае снижения сопротивления изоляции 30 сети до опасной по условиям безопасности ве- личины оперативный ток .TOR превышает максимальную амплитуду импульсов эталонного тока Зд-г . Так как разрядный ток коммутирующего конденсатора 3 че рез исполнительное реле 4 исчезает, якорь его отпадает, контакты 27 разрывают цепь расцепителя 28, что вызывает отключение выключателем 29 защищаемой сети. При повреждениях всех элементов блока контроля активного сопротивления изоляции, и, кроме того, элементов узлов блока компенсации, после которых присоединен фильтр переменного тока 19, например, источника питания и генератора, также происходит отключение сети, так как питание исполнительного реле возможно только при работе транзисторного .усилителя 13 в режиме переключения при периодическом перезаряде коммутирующего конденсатора 3, что не выполнимо при наличии повреждения. Вследствие этого устройство защиты от утечек обеспечивает защитный отказ, что препятствует эксплуатации электроустановок с неисправным устройством, в результате чего повышается безопасность экстуатации сети. Кроме того, значительно снижается мощность транзисторного усилителя 13, так к;:к при скрытом состоянии в его коллекторную цепь вводится достаточно болыаое сопротивление. Это позволяет уменьшить мощность, выделяемую на этом сопротивлении , что снижает температуру внутри аппарата, и, следовательно, увеличивается его надежность функционирования. При изменении распределительной емкости сети изменяется эквивалентная емкость, вносимая в колебательный контур генератора повышенной частоты. В связи с этим меняется собственная частота этого контура, по мере приближения собственной частоты к частоте задающего генератора напряжение на его выходе увеличивается, ток, пропорциональный этому напряжению, усиливается усилителем 24 и подается на обмотку управления компенсирующего дросселя 9. Таким образом, ток в обмотке управления,

а следовательно, и его индуктивность линейно зависят от емкости сети.

Предложенное техническое решение с присоединением управляющего входа формирователя прямоугольных сигналов к блоку компенсации через фильтр переменного тока позволяет обеспечить самоконтроль исправности элементов не только схемы блока контроля активного сопротивления язоляции, но и элементов блока компенсации емкост ных токов, Причем источник питания и генератор повышенной частоты являются наиболее ответственными элементами блока компенсации. Самокон- . троль исправности их элементов может быть осуществлен наиболее просто выполнением фильтра переменного тока в виде дополнительной обмотки 1колебательного контура генератора повышенной частоты. Кроме того,предложенное решение упрощает схему устройства защиты от утечек в целом, так как позволяет отказаться от необходимости иметь специальный автономный источник повышенной частоты. В связи с этим повышается не только функциональная, но и общая надежност устройства. .Питание блока контроля изоляции и блока компенсации производится от одного и того же трансфор матора, включенного до автоматического выключателя. Это обеспечивает предварительную настройку автоматического компенсатора в резонанс с емкостью магистрального кабеля до включения автоматического выключателя, что также обеспечивает повышение безопасности эксплуатации подземной сети.

Таким образом, устройство защиты от утечек в трехфазной электрической сети обладает более высокой надежностью в выполнении функции защиты от поражения электрическим током и быстродействием.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Там же, с. 37-42.