Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыканий на землю и поражения электротоком в трехфазных электричес ких сетях с изолированной нейтралью. Известно устройство для определения замкнувшейся на землю фазы в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, в котором поврежденную фазу выявляют по результату сравнения напряжений фаз сети относительно земли с напряжениями, пропорциональными линейным напряжени ям этой же сети. Этим обеспечивают изменяемую в зависимости от напряжения сети пороговую величину срабатывания, что позволяет в принципе резк повысить чувствительность определения поврежденной фазы . Недостатками известного устройства явлшотся невысокое быстродействие обусловленное необходимостью выпрямления с последующим оглаживанием сравниваемых напряжений (фазных с линейными), сдвинутых между собой по фазе а также низкая чувствительност связанная с использованием в качестве сравниваемой величины естественны значений фазных напряжений сети. Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты от замыкания на землю, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, блок формирования дополнительного напряжения, пропорционального по модулю напряжению нулевой последовательности и развернутого относительно него на определенный угол, блок суммирования дополнительного напряжения с напряжениями фаз сети относительно земли, по числу фаз пороговые элементы сравнения суммарных напряжений с уставкой срабатывания, за которую принято напряжение, превьшающее амплитуду номинального фазного напряжения в 1,5-1,7 раза, логический блок и исполнительные элементы. Устройство имеет зону чувствительности по величине переходного сопротивления в месте замыкания до ЗООр Ом и быстродействие не выше 15-25 мс 2J . Однако это устройство характеризуется значительным временем срабатывания, обусловленным использованием в блоках формирования дополнительного напряжения и суммированием его с фазными напряжениями элементов с большими постоянными времени (магнит ные системы, цепочки R-C с большими
емкостями и т.д., а также временем нарастания результирующего напряжения до амплитудного значения, на котором идет сравнение с уставкой срабатывания, и,-кроме того, изменением зоны чувствительности при колебании напряжения сети от номинального значения, что обусловлено неизменным «апряжением срабатывания пороговых элементов сравнения. Описанные выше недостатки затрудняют эффективное использование устройства в схемах зйщиты от поражения током методом защитного шунтирования.
Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия устройства.
Поставленная цель достигается тем что в устройство для защиты от заМыкания фазы на землю в сети переменного тока с изолированной нейтралью содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности,подключенный выходом к входу блока формирования дополнительного напряжения, а также для .каждой фазы последовательно соединенные измерительный датчик фазного напряжения, сумматор, блок сравнения и выходной пороговый элемент, причем выходы всех выходных пороговых элементов подключены к входам логического блока, выходы которого подключены к фазным исполнительным органам, а вторые входы всех сумматоров подключены к выходу указанного блока формирования дополнительного напряжения, введены разделительные диоды и по числу фаз двухполупериодные ограничители длительности сравнения, подключенные через разделительные диоды между выходами соответствующих измерительных датчиков фазного напряжения и,блокирующими входами блоков сравнения, выполнейных также двухполупериодными, причем вторые входы блоков сравнения подключены к входам соответствующих двухполупериодных ограничителей длительности сравнения, а логический блок реализует логические операции в соответствии с выражениями вида
,,, ,
где выходные фазные сигналы логического блока;
X.,Х ,Х - входные фазные сиг ° налы логического
блока.
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 диаграммы напряжений, поясняющие его работу.
Устройство содержит измерительные датчики фазных напряжений
(на фиг. 1 показаны только их выходы) , блок 1 формирования дополнительного напряжения ид, включающего в себя дифференцирующую цепочку (конденсатор 2 и резистор 3) и операционный усилитель-ограничитель 4.Блок 1 подключен входом к фильтру 5 напряжения нулевой последовательности, а выходом - к входам сумматоров 6-8, формирующих результирующие напряжения Uj- посредством суммирования дополнительного напряжения U с напряжениями фаз сети относительно земли, выходы сумматоров 6-8 подключены к входам двухполупериодных блоков 9-11 сравнения. Каждый из блоков 9-11 сравнения включает два однополярных сравнивающих сумматора 12 и 13 мгновенных значений напряжений, сравнивающих по модулю результирующие напряжения U-j с фазными и разделительные диоды 14-17. К блокирующим входам блоков 9-11 сравнения подключены ограничители длительности 18-20 сравнения накладывающих запрет на сравнение сумматорами 12 и 13 сигналов в зоне наибольших возможных угловых погрешностей, возникающих в результате искусственного формирования напряжения Da, а также при малых значениях остаточного напряжения (на поврежденной фазе) при переходных сопротивлениях замыкания, близких к нулю. Выходы сумматоров 12 и 13 подключены к выходным пороговым элементам 21-23, обеспечивающим отстройку устройства от напряжения естественного -смещения нейтрали. Ограничители 18-20 длительности сравнения подключены к измерительным датчикам фазного напряжения через разделительные диоды 24-29.
Выходы сравнивающих сумматоров 12 и 13 через диоды 16 и 17 подключены к соответствующим входам выходного порогового.элемента 21, выход которого присоединен к входу логического блока 30, а выходы последнего подключены к входам фазных исполнительных элементов 31-33, соответствующих фазам А,В,С. Для однозначного выбора поврежденной фазы по двум неповрежденным логический блок 30 реализует операции
.:
.
где X. ,Xg,Xj. - входные фазные сигналы логического блока , . У. ,У,Ур - выходные фазные сигналы логического блока.
В исходном состоянии (сеть не повреждена) на входе блока 1 формирова-ния напряжение нулевой последовательности отсутствует, следовательно, и на его выходе дополнительное напряжение равно нулю.
К входам сумматоров 6-S оказываются приложенными только фазные напряжения сети, поэтому результирующие напряжения на их выходах равны по модулю напряжениям фаз сети. При этом потенциалы на инвертирующих входах сравнивающих сумматоров 12 и 13 будут равны нулю, следовательно, токи на из выходах отсутствуют, выходной пороговый элемент 21 закрыт, управляющие сигналы на входы логического блока 30 не поступают, и исполнительные элементы 31-33 не возбуждены.
При возникновении замыкания на .землю (например при повреждении фазы А) в сети появляется напряжение нулевой последовательности, которое через фильтр 5 напряжения нулевой последовательности оказывается приложенным к входу блока 1. .Учитывая,что ток замыкания на землю опережает на 90°напряжение нулевой последователь1ности, ток, проходящий через дифференцирующую цепочку, вследствие подбора определенных значений емкости конден.сатора 2 и сопротивления резистора 3 опережает напряжение на угол,близкий к 90 и,таким образом,оказывается совпадающим по фазе с током замыкания на земЬю. Поэтому напряжение на входе усилителя-ограничителя 4 будет совпадать по фазе, с током замыкания на землю.
Напряжения УдИ U оказываются одповременно приложеннымик входам сумматоров 6-8, вследствие чего на их входах появляются результирующие напряжения Uj с мгновенными значениями суммы ЦдИ Цф. Причем во всем диапазоне возможных значений сопротивлений в месте замыкания и при любом моменте замыкания мгновенные значения результирующих напряжений неповрежденных фаз, т.е. U-j.Ujc, превышают по модулю фазные напряжения и и и в течение большей части полупериода. Результирунмцее же напряжение поврежденной фазы протяжении практически всей части полупериода имеет модуль меньший, чем у остаточного напряжения фазы А.
Напряжение, пропорциональное USA прикладывается через диоды 14 и 15 к инвертирукнцим входам сравнивакнцих сумматоров 12 и 13. Одновремен11о к ним прикладывается напряжение относительно земли этой же фазы 1}д. Так как модуль течение всего полупериода меньше модуля Уд, то сумлатора 12 и 13 не будут реагировать на появление указанных сигналов (положительных потенциалов) на инвертирующих входах.
На фазах В и С Iнеповрежденных) модули мгновенных значений напряжений Uyji Ujf в течение части периода превышаиот модули мгновенных значений напряжений Up и Ug. Поэтому сумматоры 12 и 13 в блоках 10 и 11 сравнения будут в эти части периода реагироват на появление на инвертирующих входах напряжений U, U и (if-и, следовательно, выходные пороговые элементы 22 и 23 пропустят, сигналы Xg и Хона входы логическохг блока 30. Логический блой 30, предварительно запомнив информацию, реалиэуе функцию Уд ), т.е. по двум входным сигналам Х и Х определяет поврежденную фазу А и выдает команду на срабатывание исполнительного элемента 31, соответствующего поврежденной фазе.
Устройство работает аналогичным образом при закыкании на землю фаз В и С.
В случае, если замыкание происходит через малое (близкое к нулю) переходное сопротивление, результирующее напряжение на поврежденной фазе может превысить остаточное напряжение на этой фазе. Для исключения ложной работы устройства при таком режиме заьйлкания ограничитель 18 длительности сравнения блокирует работу сумматоров 12 и 13 на этой фазе посредством настройки порогов на величину, примерно равную дополнительному .напряжению.
Таким образом, использование устройства позволяет повысить электробезопасность при эксплуатации устано вок угольных разрезов и шахт, а также горных предприятий других отраслей промьаяленности.
Формула изобретения
Устройство для защиты от згшыкани фазы на землю в сети переменного ток с изолированной нейтралью, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный выходом к входу блока формирования дополнительного напряжения, а также для каждой фазы последовательно соединенные измерительный датчик фазного напряжения, сумматор, блок сравнения и выходной пороговый элемент, причем выходы всех выходных пороговых элеиентов подключены к входам логического блока, выходал которого подключены к фазным исполните ль органам,а вторые входы всех сумматоров подключены к выходу указанного блока формирования дополнительного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повьЕяения чувствительности и быстродействия, введены разделительные диоды и по числу фаз двухполупериодные ограничители длительности сравнения, подключенные через разделительные диоды между выходами соответствующих измерительных датчиков
.фазного напряжения и блокирующими входами блоков сравнения, выполненных также двухполупериодными, причем вторые Ъходы блоков сравнения подключены к вводам-соответствующих двухполупериодных ограничителей длительности сравнения, а логический блок реализует логические операции в соответствии с выражениями вида
где У. У У, выходные фазные сиг налы логического блока;
X. ,Х,Х. - входные фазные сигналы логического блока.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Коваленко И.И. Защита от поражения электрическим током в шахтных участковых сетях. - Безопасность труда в промыишенности, 1978, В 12, с, 47-48.
2.Авторское свидетельство СССР ; 744819, кл. Н 02 Н 3/16, 1978.
О Фаза (гто8реж еим0я)
п фазаС , {ffef7o8pe e Mr/fj
Фоза-В и f/fenoffjyey/eifHo }
