PL195344B1 - Układ elektryczny zabezpieczenia upływowego - Google Patents

Abstract

1. Układ elektryczny zabezpieczenia upływowego zawierający zespół sprzęgający, zespół wskaźników, zespół próby, blok autokontroli i wyłącznika sterowanego blokiem przekaźnika wykonawczego, znamienny tym, że blok pomiarowy (4), zawarty w obwodzie pomiaru pojemności doziemnej, włączony jest, poprzez filtr środkowoprzepustowy (5), do określonego wyprowadzenia zespołu sprzęgającego (1) a ziemię, przy czym wyjście bloku pomiarowego (4) włączone jest do jednego z wejść bloku multiplikatorowego (6), a do węzła pomiarowego (a) włączone są źródło prądu stałego (7) i szeregowo z nim połączony, rezystor (8), które razem tworzą obwód pomiaru rezystancji izolacji, oraz włączony jest blok napięcia zerowego (9), którego wyjście połączone jest z innym wejściem bloku multiplikatorowego (6), a jego wyjście włączone jest do wejścia bloku różnicowego (11) oraz ponadto do węzła pomiarowego (a) włączony jest zespół wskaźników (16) oraz blok sygnału stanu izolacji (10), którego wyjście włączone jest do innego wejścia bloku różnicowego (11), a z kolei jego wyjście włączone jest do wejścia komparatora (12), przy czym do zespołu sprzęgającego (1) włączone jest źródło prądu stałego (7).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ elektryczny zabezpieczenia upływowego przeznaczony do ochrony przed niebezpiecznymi skutkami uszkodzenia izolacji doziemnej w trójfazowych sieciach elektroenergetycznych niskiego napięcia o izolowanym punkcie neutralnym, zwłaszcza w sieciach zakładów górniczych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 133103 układ elektryczny zabezpieczenia upływowego złożony z miernika rezystancji podłączonego do punktu zerowego źródła zasilania sieci oraz włączonych na zaciski źródła zasilania sieci zasilacza, członu kontrolnego i wyłącznika zabezpieczeniowego sterowanego członem wykonawczo-sygnalizacyjnym, zawiera człon pomiarowy włączony pomiędzy człon wykonawczo-sygnalizacyjny i źródło prądu stałego. Człon pomiarowy jest wyposażony w człon inwertujący, którego wyjście jest połączone z wejściem komparatora nieinwertującego poprzez rezystor zbocznikowany prostownikiem włączonym w kierunku wstecznym do wyjścia komparatora inwertującego. Do wejścia członu pomiarowego jest równolegle włączony szeregowy filtr rezonansowy indukcyjno-pojemnościowy złożony z kondensatora i dławika. Do wejścia komparator nieinwertujący ma włączony równolegle kondensator.

Znany jest ponadto z polskiego opisu patentowego PL 166432 układ zabezpieczenia upływowego, zwłaszcza dla izolowanych sieci kopalnianych jednofazowych lub trójfazowych, złożony z przekaźnika upływowego i zewnętrznych obwodów pomiarowych. Znany układ zawierający wyłączający i blokujący człon pomiarowy, filtr przeciwzakłóceniowy, barierę ochronną, układ czasowy, zasilacz stabilizowany oraz transformator sieciowy, charakteryzuje się tym, że przekaźnik upływowy z blokującym członem pomiarowym i wyłączającym członem pomiarowym, połączonymi tak, że wyjścia obu członów współpracują z przekaźnikiem elektromagnetycznym, zawiera zasilacz stabilizowany. Jego biegun dodatni jest połączony poprzez diodę i filtr przeciwzakłóceniowy z wyjściem uziemienia przekaźnika upływowego oraz przez pierwsze wejście-wyjście bariery ochronnej z pierwszym wejściem zasilania blokującego członu pomiarowego, jak również bezpośrednio z pierwszym wejściem zasilania wyłączającego członu pomiarowego i rezystorem układu czasowego. Biegun ujemny zasilacza jest połączony z drugim wejściem zasilania wyłączającego członu pomiarowego, a poprzez drugi rezystor i drugie wejście-wyjście bariery ochronnej z drugim wejściem zasilania wyłączającego członu pomiarowego, a poprzez drugi rezystor i drugie wejście - wyjście bariery ochronnej z drugim wejściem zasilania blokującego członu pomiarowego oraz kondensatorem układu czasowego i trzecim rezystorem, poprzez który połączone są ze sobą emitery trzech tranzystorów.

Znane są powszechnie stosowane w sieciach kopalnianych centralne zabezpieczenia upływowe, których działanie ochronne polega na spowodowaniu centralnego wyłączenia napięcia roboczego sieci w przypadku awaryjnego zmniejszenia rezystancji izolacji doziemnej. Są to jednoparametrowe zabezpieczenia niedomiarowo-rezystancyjne, które monitorują stan izolacji doziemnej sieci metodą niezależnego źródła pomiarowego. W tej metodzie pomiarowej mierzona jest wypadkowa rezystancja izolacji doziemnej całej sieci znajdującej się pod napięciem roboczym. Źródło pomiarowe jest źródłem stałoprądowym napięciowym lub prądowym. Niedogodnością tego rozwiązania jest pogorszenie skuteczności działania ochronnego w przypadku włączenia do sieci urządzeń energoelektronicznych, takich jak, przemienniki częstotliwości.

Istnieją także zabezpieczenia typu RRgFx-05 firmy ZEG Tychy, przewidziane do pracy w sieciach zasilających przemienniki częstotliwości. Długi czas zadziałania tych zabezpieczeń zmusza użytkowników do stosowania transformatora separującego galwanicznie linię zasilającą urządzenie energoelektroniczne od pozostałej sieci.

Celem niniejszego wynalazku jest taki układ zabezpieczenia, który umożliwiałby szybką i prawidłową ochronę sieci niezależnie od tego czy są włączone do sieci urządzenia energoelektroniczne.

Cel ten udało się osiągnąć dzięki zastosowaniu, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, układu zabezpieczenia wieloparametrowego.

Według wynalazku, układ elektryczny zabezpieczenia upływowego charakteryzuje się tym, że blok pomiarowy, zawarty w obwodzie pomiaru pojemności doziemnej, włączony jest poprzez filtr środkowo-przepustowy do określonego wyprowadzenia zespołu sprzęgającego a ziemię. Wyjście bloku pomiarowego włączone jest do jednego z wejść bloku multiplikatorowego. Do węzła pomiarowego włączone są źródło prądu stałego i rezystor. Źródło prądu stałego połączone jest szeregowo z rezystorem i tworzą razem obwód pomiaru rezystancji izolacji. Do tego węzła pomiarowego ponadto włączone są blok napięcia zerowego i blok sygnału stanu izolacji. Blok napięcia zerowego połączony

PL 195 344 B1 jest wyjściem z innym wejściem bloku multiplikatorowego, którego wyjście włączone jest do wejścia bloku różnicowego, który realizuje różnicę sygnałów analogowych. Wyjście bloku sygnału stanu izolacji włączone jest do innego wejścia bloku różnicowego. Wyjście bloku różnicowego połączone jest z wejściem komparatora. Jednocześnie do tego węzła włączony jest zespół wskaźników, który wizualizuje stany pracy sieci i zabezpieczeń.

Źródło przemienno-prądowe jest połączone w innym węźle z wejściem przetwornika AC/DC. Razem tworzą blok pomiarowy. Wyjście przetwornika AC/DC jest wyjściem tego bloku pomiarowego.

Filtr pasmowo-przepustowy jest szeregowo połączony swoim wyjściem z wejściem przetwornika wartości średniej, tworząc razem blok napięcia zerowego. Wyjście przetwornika wartości średniej jest zarazem wyjściem tego bloku napięcia zerowego.

Wyjście prostownika pełno okresowego połączone jest z wejściem filtra dolnoprzepustowego. Razem tworzą blok stanu izolacji, którego wyjście stanowi zarazem wyjście tego filtra dolnoprzepustowego.

Zaletą rozwiązania, według wynalazku, jest skuteczna ochrona ziemnozwarciowa sieci, również sieci zawierających w swoim obwodzie urządzenia energoelektroniczne, przy jednocześnie krótkim czasie zadziałania zabezpieczenia. Zaletą jest ponadto zastosowanie prostszej konfiguracji sieci, ponieważ nie wymaga ona galwanicznej separacji instalacji przemiennika.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony, w przykładzie wykonania, na rysunku, przedstawiającym schemat blokowy układu zabezpieczenia.

W układzie, według wynalazku, wyróżnia się obwód pomiaru pojemności doziemnej i rezystancji izolacji doziemnej, które połączone są z siecią poprzez zespół sprzęgający 1 włączony do zacisków źródła zasilania 2. Obwód pomiaru pojemności doziemnej złożony jest z bloku pomiarowego 4, który połączony jest z ziemią oraz poprzez filtr środkowo przepustowy 5 z zespołem sprzęgającym 1. Blok pomiarowy 4 składa się z źródła przemiennoprądowego 4.1 i przetwornika AC/DC 4.2, które są ze sobą połączone w innym węźle pomiarowym b. Przetwornik AC/DC 4.2 włączony jest do wejścia bloku multiplikatorowego 6.

Obwód pomiaru rezystancji izolacji składa się z szeregowo połączonych źródła prądu stałego 7 i rezystora 8, który jest połączony z ziemią. Źródło prądu stałego 7 jest włączone do określonego wyprowadzenia zespołu sprzęgającego 1.

Do węzła pomiarowego a włączone są wejścia bloku sygnału stanu izolacji 10 i bloku napięcia zerowego 9. Blok napięcia zerowego 9, składa się z filtru pasmowo-przepustowego 9.1 i przetwornika wartości średniej 9.2, którego wyjście jest równocześnie wyjściem tego bloku 9 i połączone z drugim wejściem bloku multiplikatorowego 6. Blok sygnału stanu izolacji 10 składa się z prostownika pełnookresowego 10.1 połączonego z filtrem dolnoprzepustowym 10.2. Wyjścia bloku sygnału stanu izolacji 10 i bloku multiplikatorowego 6 włączone są do bloku różnicowego 11, którego wyjście włączone jest do wejścia komparatora 12 sterującego blokiem przekaźnika wykonawczego 13, który oddziaływa na obwód wyzwalania wyłącznika zabezpieczeniowego 3.

Układ zabezpieczenia złożony jest ponadto z zespołu próby 15, włączonego pomiędzy jedną fazę sieci a ziemię, z zespołu wskaźników 16, który połączony jest kolejno z węzłem pomiarowym a, blokiem przekaźnika wykonawczego 13 i wyjściem bloku napięcia zerowego 9. Nadto włączony jest korzystnie do układu blok autokontroli napięcia zasilania 14, którego obwód wyjściowy włączony jest do obwodu wyzwalania wyłącznika zabezpieczeniowego 3.

Działanie nowego układu polega na ciągłym pomiarze rezystancji izolacji, pojemności oraz napięcia zerowego, które stanowią parametry doziemne sieci. Pomiary rezystancji izolacji i pojemności realizowane są metodą „niezależnego źródła, przy czym rezystancja izolacji mierzona jest prądem stałym, a pojemność prądem przemiennym o odpowiednio dobranej częstotliwości.

W układzie można wyróżnić dwa sygnały kształtujące jego działanie, a mianowicie: sygnał stanu izolacji występujący w węźle pomiarowym a, obwodu pomiaru rezystancji izolacji oraz sygnał pojemności powstający w węźle pomiarowym b, obwodu pomiarowego pojemności doziemnej. Sygnał stanu izolacji stanowi funkcję wypadkowej rezystancji izolacji doziemnej i napięcia zerowego sieci. W prostowniku pełno-okresowym 10.1 ten sygnał przetwarzany jest na sygnał jednokierunkowy, a po przejściu przez filtr dolnoprzepustowy 10.2. w postaci stałoprądowej, doprowadzony jest do wejścia bloku różnicowego 11. Przemienno-prądowy sygnał pojemności, będący funkcją wypadkowej pojemności doziemnej sieci, przetwarzany jest w przetworniku AC/DC 4.2 na sygnał stałoprądowy, który stanowi jeden z sygnałów wejściowych dla bloku multiplikatorowego 6. Natomiast drugim sygnałem wejściowym tego bloku multiplikatorowego 6 jest sygnał napięcia zerowego doprowadzony z bloku napięcia zerowego 9. Sygnał ten wydzielony jest za pomocą filtru pasmowo-przepustowego 9.1 z sy4

PL 195 344 B1 gnału stanu izolacji, a następnie w przetworniku wartości średniej 9.2 przekształcony jest w sygnał stałoprądowy.

Blok multiplikatorowy 6 realizuje iloczyn analogowy sygnałów pojemności i napięcia zerowego i wytwarza na swym wyjściu sygnał korekcyjny, który włączony jest do drugiego wejścia bloku różnicowego 11.

W tym bloku 11 następuje korekcja sygnału stanu izolacji, uwzględniająca zmienność napięcia zasilania i pojemności doziemnej sieci. Sygnał wyjściowy tego bloku różnicowego 11, stanowiący różnicę analogową sygnałów stanu izolacji i korekcyjnego, porównywany jest w komparatorze 12 w zakresie wartości i czasu. Jeżeli nastąpi uszkodzenie izolacji doziemnej w dowolnym miejscu sieci o określonych wartościach rezystancji i czasu trwania, wówczas na wyjściu komparatora 12 wystąpi sygnał zadziałania pobudzający blok przekaźnika wykonawczego 13, który wysyła sygnał powodujący otwarcie wyłącznika zabezpieczeniowego 3.

Gdy wyłącznik zabezpieczeniowy 3 wyposażony jest w wyzwalacz wzrostowy, wówczas jego otwarcie uwarunkowane jest stanem wyjścia bloku autokontroli napięcia zasilania 14.

Zespół wskaźników 16 zawiera zintegrowaną sygnalizację obecności napięcia pomocniczego zasilania, stanu izolacji doziemnej sieci, rodzaju uszkodzenia doziemnego i zadziałania zabezpieczenia.

Claims (4)

1. Układ elektryczny zabezpieczenia upływowego zawierający zespół sprzęgający, zespół wskaźników, zespół próby, blok autokontroli i wyłącznika sterowanego blokiem przekaźnika wykonawczego, znamienny tym, że blok pomiarowy (4), zawarty w obwodzie pomiaru pojemności doziemnej, włączony jest, poprzez filtr środkowo-przepustowy (5), do określonego wyprowadzenia zespołu sprzęgającego (1) a ziemię, przy czym wyjście bloku pomiarowego (4) włączone jest do jednego z wejść bloku multiplikatorowego (6), a do węzła pomiarowego (a) włączone są źródło prądu stałego (7) i szeregowo z nim połączony, rezystor (8), które razem tworzą obwód pomiaru rezystancji izolacji, oraz włączony jest blok napięcia zerowego (9), którego wyjście połączone jest z innym wejściem bloku multiplikatorowego (6), a jego wyjście włączone jest do wejścia bloku różnicowego (11) oraz ponadto do węzła pomiarowego (a) włączony jest zespół wskaźników (16) oraz blok sygnału stanu izolacji (10), którego wyjście włączone jest do innego wejścia bloku różnicowego (11), a z kolei jego wyjście włączone jest do wejścia komparatora (12), przy czym do zespołu sprzęgającego (1) włączone jest źródło prądu stałego (7).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stanowiące blok pomiarowy (4) źródło przemienno-prądowe (4.1) jest połączone w innym węźle pomiarowym (b) z wejściem przetwornika AC/DC (4.2), a jego wyjście stanowi wyjście tego bloku pomiarowego (4).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w bloku napięcia zerowego (9) filtr pasmowoprzepustowy (9.1) jest szeregowo połączony swoim wyjściem z wejściem przetwornika wartości średniej (9.2), którego wyjście stanowi jednocześnie wyjście tego bloku (9).

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w bloku sygnału stanu izolacji (10) prostownik pełno-okresowy (10.1) połączony jest swoim wyjściem z wejściem filtra dolnoprzepustowego (10.2), którego wyjście stanowi jednocześnie wyjście tego bloku (10).