RU14096U1 - Устройство защитного отключения комбинированное - Google Patents

Abstract

1. Устройство защитного отключения комбинированное, содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, первый пороговый элемент с выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нейтральному проводу сети соответственно, выпрямитель, отличающееся тем, что введены датчик дифференциального тока, соединенный с первым усилителем, выход которого соединен со вторым пороговым элементом, третий пороговый элемент, связанный одним выводом с заземленным проводом, а другим - с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого подсоединен к нейтральному проводу, элемент ИЛИ, входы которого соединены с первым выводом второго резистора и выходом второго порогового элемента, а выход соединен через четвертый пороговый элемент, одновибратор, инерционное звено с первым пороговым элементом, два диода, минусовые выводы которых соединены между собой и катушкой независимого расцепителя автоматического выключателя, а плюсовые выводы соединены соответственно с нейтральным и заземленным проводами.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введены третий резистор, первый вывод которого соединен с выходом выпрямителя, а второй вывод - с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с общим проводом схемы, второй усилитель, вход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, а выход - со входом элемента ИЛИ и входом вычитающего устройства, выход которого соединен со входом элемента ИЛИ.3. Устройство защитного отключения комбинированно�

Description

Устройство защитного отключения комбинированное.

Устройство защитного отключения комбинированное (далее УЗОК) относится к электротехнике, в частности, к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током и защитного отключения электроустановок при отклонениях от нормальных электрических рабочих параметров питающей сети.

Известен модуль защитного отключения серии МЗОП (ТУ 16-90 ИГРФ.648229.001 ТУ), который в комплекте с автономным выключателем автоматическим представляет собой трехфазное устройство защитного отключения (УЗО) и объединяет признаки однофазного и трехфазного вариантов УЗО. Указанное устройство содержит выключатель автоматический с катушкой независимого расщепителя, пороговый элемент с выходным ключом, выпрямитель и дифференциальный трансформатор.

Однако известное устройство недостаточно надежно и ограничены его защитные функции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принятый нами за прототип, является устройство для защитного отключения в электрической сети переменного тока с заземленной нейтралью (патент РФ № 2124794, МПК Н02Ю/16, опубл. в бюл. № 1/99), содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, пороговый элемент с

H 02 H 3/14 ; 3/16 ; 3/20 ; 3/24 ; 3/26 ; 3/253

выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нулевому проводу сети соответственно, выпрямитель (для однофазного варианта УЗО) и три резистора, каждый из которых соединен одним выводом с соответствующим фазным проводом сети, а их другие выводы соединены между собой (для трехфазного варианта УЗО).

Недостатками известного устройства являются:

1.Потеря работоспособности при отсутствии одной из фаз, от которой питается УЗО (на Фиг.2).

2.Отсутствие защиты от повышенного и пониженного напряжений (на Фиг.1).

3.Отсутствие возможности построения системы с селективной защитой по времени срабатывания (на Фиг.1 и 2).

4.Отсутствие защиты от ложных срабатываний (помехозащищенность) (на Фиг.1 и 2).

Рассмотрим эти недостатки.

1. При включении выключателя 1 в сеть, где отсутствует фаза А1 (на Фиг.2), от которой питается пороговый элемент 3, устройство теряет работоспособность по той причине, что нет возможности воздействия на ключ 3.3. В этом случае при любых авариях невозможно образование замкнутой цепи: фаза А1 - 6 - 1.1 - 3.3 - 2.2 - заземленный провод для протекания тока.

2.Так как на обмотке 2.1 дифференциального трансформатора (ФигЛ) наводится ЭДС только при возникновении дифференциального тока, то ни при повышении, ни при понижении напряжения сети на обмотке 2.1 не наводится ЭДС. Значит, данная схема не будет реагировать на повышенное или пониженное напряжения.

3.В связи с тем, что устройства защитного отключения на Фиг.1 и Фиг.2 мгновенного действия, то возникновение аварийной ситуации (пояснение см. Фиг.7) у одного из потребителей электроэнергии может привести к срабатыванию как УЗО первого уровня, где возникла авария, так и УЗО второго уровня. Это приведет к обесточиванию других потребителей.

4.Так как устройства заш;итного отключения на Фиг. 1 и Фиг.2 мгновенного действия, то возникновение сигнала помехи вызовет ложное срабатывание системы.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы и расширение заш;итных функций УЗОК, а именно, обеспечение нормальной работы схемы при отсутствии одной или двух фаз, отключение системы при повышенном или пониженном напряжениях сети, возможность построения системы селективной заш;иты по времени срабатывания, помехозапщщенность.

Технический результат в п.1 полезной модели достигается тем, что в известное устройство, содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, первый пороговый элемент с выходным ключом

и узлом питания, выводы которого подключены к одному из фазных проводов и к нулевому проводу сети соответственно, выпрямитель, введены датчик дифференциального тока, соединенный с первым усилителем, выход которого соединен со вторым пороговым элементом, третий пороговый элемент, связанный одним выводом с заземленным проводом, а другим - с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого подсоединен к нейтральному проводу, элемент ИЛИ, входы которого соединены с первым выводом второго резистора и выходом второго порогового элемента, а выход соединен через четвертый пороговый элемент, одновибратор, инерционное звено с первым пороговым элементом, два диода, минусовые выводы, которых соединены между собой и катушкой независимого расцепителя автоматического выключателя, а плюсовые выводы соединены соответственно с нейтральным и заземленным проводами. В п.2 формулы полезной модели технический результат достигается тем, что дополнительно введены третий резистор, первый вывод которого соединен с выходом выпрямителя, а второй вывод - с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с общим проводом схемы, второй усилитель, вход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, а выход - с входом элемента ИЛИ и входом вычитающего устройства, выход которого соединен с входом элемента ИЛИ. В п.З формулы полезной модели технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее

выключатель автоматический с катушкой независимого расщепителя, пороговый элемент с выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нейтральному проводу сети соответственно, выпрямитель, три резистора, каждый из которых соединен одним выводом с соответствующим фазным проводом сети, а их другие выводы соединены между собой, введены датчик дифференциального тока, соединенный с усилителем, выход которого соединен со вторым пороговым элементом, шестой резистор, соединенный первым выводом с обш;им выводом упомянутых резисторов, а вторым обш;им проводом схемы, пятый пороговый элемент, соединенный с выходом узла питания, второй ключ, входы которого соединены с выходом пятого порогового элемента и с выходом выпрямителя, а выход - с входом узла питания, третий пороговый элемент, связанный одним выводом с заземленным проводом, а другим - с первым выводом первого резистора, второй вывод которого подсоединен к первому выводу второго резистора, второй вывод которого подсоединен к нейтральному проводу, элемент ИЛИ, входы которого соединены с первым выводом второго резистора, выходом второго порогового элемента и первым выводом шестого резистора, а выход соединен через четвертый пороговый элемент, одновибратор, инерционное звено с первым пороговым элементом, два диода, минусовые выводы которых соединены между собой и катушкой независимого расцепителя автоматического выключателя, а плюсовые выводы соединены

соответственно с нейтральным и заземленным проводами, входы выпрямителя соединены со всеми фазными проводами.

На Фиг.З и 4 приведены функциональные схемы заявляемого устройства по п,п,1 и 2 формулы полезной модели, на которых изображено однофазное (двухпроводное) исполнение УЗОК; на Фиг.З - для трехфазного (четырехпроводного) исполнения УЗОК по п.З формулы; на Фиг.6 приведены временные диаграммы реализации функции задержки времени срабатывания; на Фиг. 7 - блок-схема двухуровневой системы селективной защиты; на Фиг.8 - временные диаграммы отработки импульса помехи.

Заявляемое устройство на Фиг.З и 4 содержит выключатель автоматический 1 с катушкой независимого расцепителя 1.1; первый пороговый элемент 2; выходной ключ 3; узел питания 4; выпрямитель 5; датчик дифференциального тока 6; первый усилитель 7; второй пороговый элемент 8; третий пороговый элемент 9; первый резистор 10; второй резистор 11; элемент ИЛИ 12; четвертый пороговый элемент 13; одновибратор 14; инерционное звено 15; первый диод 16; второй диод 17; третий резистор 18; четвертый резистор 19; второй усилитель 20; устройство вычитающее 21.

Заявляемое устройство на Фиг.З содержит выключатель автоматический 1 с катушкой независимого расцепителя 1.1; первый пороговый элемент 2; выходной ключ 3; узел питания 4; выпрямитель 3; датчик дифференциального тока 6; усилитель 7; второй пороговый элемент 8; третий пороговый элемент 9; первый резистор 10; второй резистор 11;

элемент ИЛИ 12; четвертый пороговый элемент 13; одновибратор 14; инерцнонное звено 15; первый диод 16; второй диод 17; третий резистор 18; четвертый резистор 19; пятый резистор 20; шестой резистор 21; пятый пороговый элемент 22; второй ключ 23,

Заявляемое устройство работает следующим образом. При ручном включении выключателя 1 его контакты замыкаются и осуществляют подачу электроэнергии на защищаемую электроустановку и одновременно на схему. Если вся система исправна и в ней нет аварийных ситуаций, то на входы элемента ИЛИ 12 поступает некоторое напряжение. При этом на выходе этого элемента, соответственно и на входе порогового элемента 13 присутствует один из входных сигналов, уровень которого больше, чем уровень сигналов на других входах. Этот сигнал меньше напряжения Ucp2, поэтому на входе порогового элемента 13 сигнал равен нулю. Одновибратор 14 в состоянии ожидания входного сигнала, значит на его выходе сигнал равен нулю. Соответственно на выходе инерционного звена 15 сигнал меньше напряжения Ucp3. При этом на выходе порогового элемента 2 сигнал отсутствует, тогда ключ 3 разомкнут, это означает, что выключатель 1 остается включенным.

Теперь рассмотрим, как в заявляемом устройстве устраняются указанные недостатки прототипа. 2 2 питания схемы. Соответственно на входе и на выходе пятого порогового элемента 22 напряжения равны нулю. Отсутствие сигнала на входе нормальнозамкнутого второго ключа 23 приводит к тому, что выпрямленное напряжение сети с выхода вьшрямителя 5 подается через второй ключ 23 на вход узла питания 4 схемы. Таким образом, при отсутствии фазы, от которой питается схема, выпрямленное напряжение сети подается на вход узла питания 4, тем самым обеспечивается нормальная работа схемы. .1Пусть повышается напряжение на выходе выпрямителя 5 (см. Фиг.4), что ведет к повышению падения напряжения на четвертом резисторе 19. Это напряжение усиливается вторым усилителем 20 и подается на вход элемента 12. Если это напряжение больше, чем напряжения на других входах и напряжения Ucp2, то сигнал с выхода усилителя 20 проходит через цепь: элемент ИЛИ 12- 13-14-15-2-Зи вызывает срабатывание всего устройства .2Пусть понизилось напряжение сети. Тогда понижается напряжение на выходе выпрямителя 5, что ведет к понижению падения напряжения на четвертом резисторе 19. Это напряжение усиливается вторым усилителем 20 и подается на вход вычитающего устройства 21. На его выходе и соответственно на входе элемента РШИ 12 получается разница: UB - Uc. Эта разница тем больше, чем меньше напряжение Uc. Как только эта разница становится больше, чем напряжения на других входах и з 3 напряжения Ucp2, то сигнал с выхода вычитающего устройства 21 проходит через цепь: элемент ИЛИ 12- 13-14-15-2-Зи вызывает срабатывание всего устройства. Таким образом, при повышении или понижении напряжения сети, являемое устройство обеспечивает срабатывание всей системы. В заявляемых устройствах реализована функция задержки времени срабатывания следующим образом (см. Фиг. 6). При поступлении последовательности импульсов Ui на вход четвертого порогового элемента 13 амплитудой больще, чем напряжение Ucp2, то на его выходе появляются прямоугольные импульсы U2, которые запускают одновибратор 14, запускающийся по уровню входного сигнала. Если период следования импульсов на вход одновибратора 14 меньше чем длительность одиночного импульса одновибратора Ти (см. Фиг. 8), то на выходе одновибратора имеем постоянное напряжение Us, которое поступает на вход инерционного звена 15. На выходе инерционного звена 15 появляется линейно-изменяющееся напряжение U4. Как только U4 становится больше, чем Ucp3 то срабатывает пороговый элемент 2 и появляется постоянное напряжение, которое воздействуя на выходной ключ 3 замыкает цепыфаза А (В,С) -5-3-1.1- либо первый диод 16, либо второй диод 17 - соответственно нейтральный, либо заземленный провод. Таким образом, заявляемое устройство реализует функцию задержки времени срабатывания. 4 Реализация этой функции позволяет строить миогоуровневую систему селективной защиты, приведенной на Фиг.7. При возникновении аварии у потребителя 1 за время Tcpl срабатывает устройство УЗОК2, а устройство УЗОК1 не успеет сработать, так как время срабатывания УЗОК1 больше, чем УЗОК2 (Тср2 Tcpl). Это позволяет каждому потребителю электроэнергии работать независимо от состояния аварийности других потребителей в системе. При поступлении единичного импульса помехи Ui (см. Фиг.8) на вход четвертого порогового элемента 13, на его выходе появляется единичный прямоугольный импульс U2. Этот импульс запускает одновибратор 14, на выходе которого появляется импульс U3 длительностью Ти. Этот импульс поступает на вход инерционного звена 15. За время присутствия единичного импульса на выходе инерционного звена 15 линейно увеличивается напряжение U4 до значения Ue. А так как через время Ти на вход одновибратора 14 не поступает импульс, он не запускается и на выходе устанавливается сигнал нулевого значения. Начиная с этого времени на выходе инерционного звена 15 напряжение U4 падает до нуля. Так как Ue меньше Ucp3, то первый пороговый элемент 2 не срабатывает и выходной ключ 3 остается не замкнутым, значит выключатель 1 остается включенным. Таким образом, заявляемое устройство при поступлении сигнала помехи ложно не срабатывает, т.е. помехоустойчиво.

Claims (3)

1. Устройство защитного отключения комбинированное, содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, первый пороговый элемент с выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нейтральному проводу сети соответственно, выпрямитель, отличающееся тем, что введены датчик дифференциального тока, соединенный с первым усилителем, выход которого соединен со вторым пороговым элементом, третий пороговый элемент, связанный одним выводом с заземленным проводом, а другим - с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого подсоединен к нейтральному проводу, элемент ИЛИ, входы которого соединены с первым выводом второго резистора и выходом второго порогового элемента, а выход соединен через четвертый пороговый элемент, одновибратор, инерционное звено с первым пороговым элементом, два диода, минусовые выводы которых соединены между собой и катушкой независимого расцепителя автоматического выключателя, а плюсовые выводы соединены соответственно с нейтральным и заземленным проводами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введены третий резистор, первый вывод которого соединен с выходом выпрямителя, а второй вывод - с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с общим проводом схемы, второй усилитель, вход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, а выход - со входом элемента ИЛИ и входом вычитающего устройства, выход которого соединен со входом элемента ИЛИ.

3. Устройство защитного отключения комбинированное, содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, пороговый элемент с выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нейтральному проводу сети соответственно, выпрямитель, три резистора, каждый из которых соединен одним выводом с соответствующим фазным проводом сети, а их другие выводы соединены между собой, отличающееся тем, что введены датчик дифференциального тока, соединенный с усилителем, выход которого соединен со вторым пороговым элементом, шестой резистор, соединенный первым выводом с общим выводом упомянутых резисторов, а вторым - общим проводом схемы, пятый пороговый элемент, соединенный с выходом узла питания, второй ключ, входы которого соединены с выходом пятого порогового элемента и с выходом выпрямителя, а выход - с входом узла питания, третий пороговый элемент, связанный одним выводом с заземленным проводом, а другим - с первым выводом первого резистора, второй вывод которого подсоединен к первому выводу второго резистора, второй вывод которого подсоединен к нейтральному проводу, элемент ИЛИ, входы которого соединены с первым выводом второго резистора, выходом второго порогового элемента и первым выводом шестого резистора, а выход соединен через четвертый пороговый элемент, одновибратор, инерционное звено с первым пороговым элементом, два диода, минусовые выводы которых соединены между собой и катушкой независимого расцепителя автоматического выключателя, а плюсовые выводы соединены соответственно нейтральным и заземленным проводами, входы выпрямителя соединены со всеми фазными проводами.