RU2191467C2

RU2191467C2 - Control device for automatic switch-off unit controlled by differential electric current

Info

Publication number: RU2191467C2
Application number: RU2001101143/09A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Райнин; Ю.К. Розанов; Ю.С. Королев; М.И. Берендеев
Original assignee: Райнин Валерий Ефимович
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: electrical engineering, possibly apparatuses for protecting people at indirect contact with accessible electrically conductive portions of electric installations connected with grounding device. SUBSTANCE: control device of automatic switch-off unit controlled by means of differential electric current includes differential electric current transformer, comparator, electronic switch for switching circuit of winding of de-energizing electromagnet, power unit supplied by voltage of protected circuit. Comparator includes two channels whose outlets are connected as OR-gate and they are connected to inlet of electronic switch. Secondary winding of differential electric current transformer is connected to inlet of one channel and through capacitor to inlet of other of said channels. Each channel of comparator includes inlet and outlet transistors of the same type and two resistors forming circuit of relay amplifier. EFFECT: high-speed response of control device. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в аппаратах защиты людей при косвенном контакте с доступными проводящими частями электроустановок, соединенных с соответствующим заземляющим устройством. The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for use in devices for protecting people with indirect contact with accessible conductive parts of electrical installations connected to the corresponding grounding device.

Известны устройства управления автоматического выключателя, управляемые дифференциальным током (1,2). Known device control circuit breaker controlled by differential current (1,2).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее дифференциальный трансформатор тока, имеющий одну вторичную обмотку и две первичные, включенные последовательно с главными контактами выключателя соответственно в цепь фазного и нулевого провода защищаемой сети, блок сравнения значения дифференциального тока с величиной тока срабатывания, к входу которого подсоединена вторичная обмотка дифференциального трансформатора тока, а выход подключен к входу электронного ключа, коммутирующего цепь катушки отключающего электромагнита выключателя, и блок питания, состоящий из выпрямителя, вход которого через упомянутую катушку подключен к главным контактам выключателя со стороны нагрузки, а выход подсоединен к электронному ключу, параллельно которому подключен через гасящий резистор стабилитрон, зашунтированный фильтрующим конденсатором (2). Closest to the proposed device is a differential current transformer having one secondary winding and two primary, connected in series with the main contacts of the switch, respectively, in the phase and neutral wires of the protected network, a unit for comparing the differential current value with the operating current value to the input of which the secondary winding of a differential current transformer, and the output is connected to the input of an electronic switch that commutes the coil circuit of a disconnecting electric circuit breaker magnet, and a power supply unit consisting of a rectifier, the input of which through the aforementioned coil is connected to the main contacts of the circuit breaker on the load side, and the output is connected to an electronic key, in parallel to which a zener diode connected through a quenching resistor is shunted by a filtering capacitor (2).

Недостатком данного устройства является недостаточное быстродействие, так как блок сравнения реагирует только на одну полуволну дифференциального тока и в связи с этим возможно запаздывание действия защиты на 10 мс. The disadvantage of this device is the lack of speed, since the comparison unit responds to only one half-wave of the differential current and, therefore, the protection action may be delayed by 10 ms.

Задачей изобретения является уменьшение времени срабатывания устройства управления выключателем. The objective of the invention is to reduce the response time of the control device of the switch.

Это достигается тем, что блок сравнения значения дифференциального тока с величиной тока срабатывания содержит два идентичных канала, выходы которых объединены по схеме ИЛИ, а вторичная обмотка дифференциального трансформатора тока соединена началом с входом одного из каналов и концом - через вновь введенный конденсатор с входом другого канала. Именно такое техническое решение позволяет уменьшить время срабатывания защиты, так как блок сравнения в заявляемом устройстве реагирует на обе полуволны дифференциального тока. This is achieved by the fact that the unit for comparing the differential current value with the operating current value contains two identical channels, the outputs of which are combined according to the OR circuit, and the secondary winding of the differential current transformer is connected at the beginning with the input of one of the channels and the end through the newly introduced capacitor with the input of the other channel . It is such a technical solution that allows reducing the response time of the protection, since the comparison unit in the inventive device responds to both half-waves of the differential current.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. The drawing shows a diagram of the proposed device.

Устройство содержит дифференциальный трансформатор тока 1 с первичными обмотками 2, которые подключены последовательно с главными контактами 3 выключателя соответственно в цепь фазного и нулевого провода защищаемой сети, и с вторичной обмоткой 4, блок сравнения 5 значения дифференциального тока с величиной тока срабатывания, состоящий из двух идентичных каналов, каждый из которых выполнен на транзисторах 6 и 7 одинакового типа проводимости и резисторах 8 и 9, электронный ключ на основе полевого транзистора 10 и блок питания, состоящий из выпрямителя 11, гасящего резистора 12, стабилитрона 13 и фильтрующего конденсатора 14. Выпрямитель 11 своим входом подключен через катушку 15 отключающего электромагнита к главным контактам 3 выключателя со стороны нагрузки. К выходу выпрямителя параллельно подключены выводы "сток" и "исток" полевого транзистора 10 и через гасящий резистор 12 - стабилитрон 13, зашунтированный конденсатором 14. Каждый канал блока сравнения 5 построен по схеме релейного усилителя. Причем эмиттеры транзисторов 6 и 7 подсоединены к катоду стабилитрона 13, базы - через соответствующие резисторы 8 и 9 к аноду стабилитрона, а коллектор входного транзистора 6 соединен с базой выходного транзистора 7. Коллекторы обоих транзисторов 7 соединены вместе, образуя схему "проводного" (монтажного) ИЛИ, и подсоединены через помехозащитную цепь на элементах 16, 17, 18 к затвору полевого транзистора 10. Вторичная обмотка 4 трансформатора тока 1 подключена началом к базе одного из транзисторов 6 и концом через конденсатор 19 к базе другого транзистора 6. Конденсатор 19 необходим для "развязки" каналов по постоянному току. Базо-эмиттерные переходы транзисторов 6 зашунтированы защитными диодами 20. The device contains a differential current transformer 1 with primary windings 2, which are connected in series with the main contacts 3 of the switch, respectively, into the phase and neutral wires of the protected network, and with secondary winding 4, a comparison unit 5 of the differential current value with the operating current value, consisting of two identical channels, each of which is made on transistors 6 and 7 of the same type of conductivity and resistors 8 and 9, an electronic key based on field-effect transistor 10 and a power supply unit consisting of a frame 11, a quenching resistor 12, a zener diode 13, and a filtering capacitor 14. The rectifier 11 is connected to the main contacts 3 of the circuit breaker on the load side through the coil 15 of the disconnecting electromagnet. The drain and source terminals of the field-effect transistor 10 are connected in parallel to the rectifier output and, through the quenching resistor 12, a zener diode 13 shunted by the capacitor 14. Each channel of the comparison unit 5 is constructed according to the relay amplifier circuit. Moreover, the emitters of transistors 6 and 7 are connected to the cathode of the zener diode 13, the base through the corresponding resistors 8 and 9 to the anode of the zener diode, and the collector of the input transistor 6 is connected to the base of the output transistor 7. The collectors of both transistors 7 are connected together, forming a circuit "wired" (mounting ) OR, and are connected through the noise suppression circuit on the elements 16, 17, 18 to the gate of the field effect transistor 10. The secondary winding 4 of the current transformer 1 is connected first to the base of one of the transistors 6 and the end through the capacitor 19 to the base of the other trans torus 6. The capacitor 19 is necessary for the "isolation" of the channels in direct current. The base-emitter junctions of transistors 6 are shunted by protective diodes 20.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии, когда контакты 3 выключателя замкнуты, устройство находится в дежурном режиме. На стабилитроне 13 имеется напряжение для питания блока сравнения 5, причем ток, протекающий по катушке 15 электромагнита, несоизмеримо меньше тока трогания электромагнита. Входные транзисторы 6 блока сравнения 5 открыты, а выходные транзисторы 7 закрыты. Полевой транзистор 10 также закрыт. In the initial state, when the contacts 3 of the switch are closed, the device is in standby mode. At the zener diode 13 there is a voltage for supplying the comparison unit 5, and the current flowing along the coil 15 of the electromagnet is incommensurably less than the current of the electromagnet's starting. The input transistors 6 of the comparison unit 5 are open, and the output transistors 7 are closed. Field effect transistor 10 is also closed.

При появлении дифференциального тока вследствие косвенного контакта человека с доступными токопроводящими частями электроустановок или вследствие иных причин во вторичной обмотке 4 трансформатора 1 возникает вторичный ток. В блоке сравнения 5 оба канала поочередно (по полупериодам) производят сравнение амплитуды вторичного дифференциального тока с величиной опорного тока, втекающего в базу транзистора 6 и задаваемого стабилитроном 13 и резистором 8, при этом в зависимости от полупериода в базе одного транзистора 6 указанные токи вычитаются, а в базе другого суммируются. Как только разность сравниваемых токов достигает значения, при котором транзистор 6 запирается (в идеале это значение равно нулю), открывается транзистор 7 и на входе полевого транзистора 10 возникает напряжение, требуемое для его отпирания. Переход "сток-исток" транзистора 10 замыкает выход выпрямителя 11 и в катушке 15 отключающего электромагнита под действием напряжения сети возникает ток, достаточный для размыкания главных контактов 3 автоматического выключателя. When a differential current occurs due to indirect human contact with accessible conductive parts of electrical installations or due to other reasons, a secondary current occurs in the secondary winding 4 of the transformer 1. In the comparison unit 5, both channels alternately (in half periods) compare the amplitude of the secondary differential current with the magnitude of the reference current flowing into the base of transistor 6 and set by the zener diode 13 and resistor 8, while these currents are subtracted depending on the half-period in the base of one transistor 6, and in the base of another they are summed up. As soon as the difference of the compared currents reaches a value at which the transistor 6 is locked (ideally this value is zero), the transistor 7 opens and the voltage required to unlock it arises at the input of the field effect transistor 10. The "drain-source" transition of the transistor 10 closes the output of the rectifier 11 and a current sufficient to open the main contacts 3 of the circuit breaker occurs in the coil 15 of the disconnecting electromagnet under the influence of the mains voltage.

Таким образом, наличие двухканальной схемы сравнения, подсоединенной к выходу дифференциального трансформатора тока и к входу электронного ключа согласно тексту заявки, позволяет повысить быстродействие устройства в сравнении с прототипом за счет реагирования блока сравнения на обе полуволны дифференциального тока. Thus, the presence of a two-channel comparison circuit connected to the output of the differential current transformer and to the input of the electronic key according to the application text allows to increase the speed of the device in comparison with the prototype due to the response of the comparison unit to both half-waves of the differential current.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1149341, кл. Н 02 Н 3/16, 1983.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR 1149341, cl. H 02 H 3/16, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР 1735958, кл. Н 02 Н 3/16, 1992.0 2. Copyright certificate of the USSR 1735958, cl. H 02 H 3/16, 1992.0

Claims

A control device for a circuit breaker controlled by a differential current, comprising a differential current transformer having one secondary winding and two primary windings connected in series with the main contacts of the circuit breaker respectively to the phase and neutral wires of the protected network, a unit for comparing the differential current value with the operating current value, the output of which connected to the input of an electronic key switching the circuit of the coil of the circuit breaker solenoid, and the power supply, a rectifier, the input of which through the aforementioned coil is connected to the main contacts of the switch on the load side, and the output is connected to an electronic key, in parallel with which a zener diode shunted by a filtering capacitor is connected through a quenching resistor, characterized in that the said comparison unit contains two identical channels, outputs which are combined according to the OR scheme, and the secondary winding of the differential current transformer is connected at the beginning with the input of one of the channels and with the end through the newly introduced conden an amplifier with an input of another channel, each channel of the comparison unit contains an input and output bipolar transistor of the same type of conductivity and two resistors, each transistor connected by an emitter to the cathode of the zener diode, the base through the corresponding resistor to the anode of the zener diode, and the collector of the input transistor and output base connected together.