SU1735958A1 - Устройство дл защиты от токов утечки в сети переменного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  использовани  в устройствах защиты от токов утечки на землю в сет х с зацепленной нейтралью. Целью изобретени   вл етс  снижение потребл емой мощности, При отсутствии тока утечки в защищаемой зоне сумма токов, протекающих через первичные обмотки 2 дифференИзобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  использовани  в устройствах защиты от токов утечки на землю в сет х с заземленной нейтралью. Известно устройство защитного отключени , содержащее дифференциальный трансформатор тока, первичные обмотки которого включены последовательно с каждым соответствующим проводом сети, пороговое устройство, к входу которого подключена вторична  обмотка дифференциального трансформатора тока, тиристор, циального трансформатора тока 1, равна нулю , на выходе вторичной обмотки 3 этого трансформатора напр жение также равно нулю. При токах утечки, не превышающих заданный уровень или равных нулю, пороговый блок 4 не срабатывает, сигнал на его выходе равен нулю и генератор импульсов 5 не выдает импульсы. Тиристор 6 остаетс  закрытым и на катушку электромагнита 7 электромеханического органа напр жение не подаетс . При токах утечки в защищаемой зоне выше заданного уровн  поддейст- вием сигнала, поступающего с обмотки 3, срабатывает пороговый блок 4, в результате генератор импульсов 5 выдает импульсы , которые будут воздействовать на управл ющий электрод тиристора 6, открыва  последний и тем самым обеспечива  подачу напр жени  на катушку электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа. При этом срабатывает механизм свободного расцеплени  8 электромеханического исполнительного органа и зазищаема  зона питани  отключаетс . 2 ил. электромеханический исполнительный орган , катушка электромагнита которого подключена через диод и выходные электроды тиристора к зажимам сети, а контакты электромеханического исполнительного органа включены в разрыв проводов питающей сети . Недостатком данного устройства  вл етс  больша  потребл ема  мощность из-за нерационального использовани  выходного сигнала порогового устройства при управлении тиристором. СО с VJ CJ 01 ) (л с

Description

Нерациональность использовани  выходного сигнала порогового устройства заключаетс  в том, что дл  управлени  тиристором достаточно иметь не длительный сигнал, как это имеет место в известном устройстве, а сигнал малой длительности пор дка 5-10 мкс. Так, например, дл  тиристора КУ 228 достаточно иметь сигнал длительностью 5 мкс и амплитудой 30 мА. Если управл ть тиристором с помощью длительного сигнала, то дл  такого тиристора потребуетс  мощность управлени  пор дка 0,15 Вт (при напр жении на управл ющем электроде 5 В), а с учетом шунтирующего резистора величиной 50 Ом на входе тиристора мощность управлени  составит 0,65 Вт. При управлении сигналами малой длительности 5 мкс, амплитудой 30 мА и периодом следовани  импульсов 5 мс (т.е. с относительной длительностью импульса 0,001) средн   мощность управлени  будет в 1000 раз меньше и составит 0,65 мВт.

Снижение мощности управлени  тиристором позвол ет уменьшить потребл емую энергию из сети, а следовательно, уменьшить тепловые потери в устройстве.

Целью изобретени   вл етс  снижение потребл емой мощности устройства.

Это достигаетс  тем, что в устройство дополнительно введен генератор импульсов , выход которого подключен к управл ющему электроду тиристора, а вход подключен к выходу порогового устройства, при этом генератор импульсов включает в себ  два транзистора разноименной проводимости , коллектор первого транзистора подключен через первый конденсатор к базе второго транзистора и через первый резистор - к выходу генератора импульсов, база первого транзистора подключена через второй резистор к коллектору второго транзистора, база второго транзистора через третий резистор подключена к эмиттеру первого транзистора, переходы эмиттер-база первого и второго транзистора зашунти- рованы соответственно четвертым и п тым резисторами, эмиттер первого транзистора через шестой резистор подключен к входу генератора импульсов, а выход зашунтиро- ван относительно общего зажима устройства седьмым резистором, при этом блок питани  включает в себ  диод, гас щий резистор , токоограничивающий резистор, конденсатор и стабилитрон, катод которого подключен к питающему плюсовому зажиму порогового устройства и одновременно через гас щий резистор - к аноду тиристора, а анод стабилитрона подключен к питающему минусовому зажиму порогового устройства и одновременно к общему зажиму устройства .

Введенный регенатор импульсов, выполненный по указанной схеме, позвол ет

снизить потребл емую мощность устройства .

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - схема порогового устройства.

0 Устройство содержит дифференциальный трансформатор 1 тока с первичными обмотками 2, которые включены последовательно с каждым соответствующим проводом сети, и вторичной обмоткой 3

5 дифференциального трансформатора 1, пороговый блок 4, генератор 5 импульсов, тиристор 6, электромеханический исполнительный орган с электромагнитом 7, механизмом свободного расцеплени  8 и

0 контактами 9, блок питани , содержащий диод 10, гас щий первый резистор 11, стабилитрон 12, токоограничивающий второй резистор 13 и первый конденсатор 14. Нагрузка 15 подключена к проводам сети в

5 защищаемой зоне (утечка тока на землю в защищаемой зоне условно показана пунктиром ).

Вторична  обмотка 3 дифференциального трансформатора тока 1 подключена к

0 входу порогового блока 4, выход которого подключен через генератор импульсов 5 к управл ющему электроду тиристора 6, у которого катод подключен к общему зажиму устройства и одновременно подключен к за5 жиму одного из проводов сети, а анод тиристора 6 подключен через диод 10 и катушку электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа к зажиму другого провода сети. Подвижна  часть электромаг0 нита 7 электромеханического исполнительного органа механически св зана через механизм свободного расцеплени  8 с подвижными контактами 9.

Генератор 5 импульсов выполнен на

5 двух транзисторах 16 и 17 разноименной проводимости, переходы эмиттер-база которых зашунтированы п тым резистором 18 и восьмым резистором 19 соответственно. База первого транзистора 16 подключена

0 через шестой резистор 20 к коллектору второго транзистора 17, а база второго транзистора 17 подключена через третий конденсатор 21 к коллектору первого транзистора 16 и через четвертый резистор 22 к

5 эмиттеру первого транзистора 16, который подключен через третий резистор 23 к входу генератора 5 импульсов и через второй конденсатор 24 к общему зажиму устройства. Коллектор первого транзистора 16 подключен через седьмой резистор 25 к выходу

генератора 5 импульсов, который зашунти- рован на общий зажим устройства дев тым резистором 26.

Пороговый блок 4 может быть выполнен , например, по схеме фиг. 2. Он содержит интегральную микросхему усилител  27, резисторы 28-31, диоды 32-35 и конденсатор 36. Питание порогового блока 4 осуществл етс  от однополупериодного выпр мленного напр жени , получаемого от блока питани , состо щего из диода 10, гас щего первого резистора 11 и стабилитрона 12, токоограничивающего второго резистора 13 и первого конденсатора 14.

Пороговый блок работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на входе порогового блока 4 усилитель 27 заперт напр жением смещени , в результате на выходе порогового блока 4 будет нулевой сигнал. При по влении на входе порогового блока 4 напр жени , превышающего напр жение смещени , на выходе усилител  27 возникает напр жение, в результате начинаетс  зар д конденсатора 36. При превышении напр жени  на конденсаторе 36 величины напр жени  на резисторе 30 открываетс  диод 34 и в результате действи  положительной обратной св зи на выходе резко возрастает напр жение до полного открывани  усилител  27.

Генератор 5 импульсов работает следующим образом.

При по влении сигнал на входе генератора 5 положительной пол рности зар жаетс  второй конденсатор 24 по цепи: вход генератора 5 импульсов, третий резистор 23, второй конденсатор 24 и общий зажим устройства.

По мере зар да второго конденсатора 24 отрицательное смещение, подаваемое на базу второго транзистора 17 через восьмой резистор 19, компенсируетс  положительным потенциалом базы, поступающим через четвертый резистор 22, Дальнейший рост положительного потенциала базы по мере зар да второго конденсатора 24 приводит к открыванию второго транзистора 17, что вызывает протекание тока через управл ющие цепи транзистора 16, 17 и лавинообразное их открывание. В момент лавинообразного открывани  транзисторов 16, 17 начнет происходить разр д второго конденсатора 24 через переходы двух транзисторов 16, 17 и входную цепь тиристора 6. В процессе разр да второго конденсатора 24 зар жаетс  третий конденсатор 21. При этом в начале процесса разр да второго конденсатора 24 формируетс  вершина

импульса тока, протекающего через входную цепь тиристора 6.

По мере разр да второго конденсатора 24 и зар да третьего конденсатора 21 ток в

транзисторах 16 и 17 уменьшаетс , стрем сь к нулю, что приводит к запиранию транзисторов 16, 17. С момента запирани  транзисторов 16 и 17 начинаетс  процесс формировани  паузы между импульсами то0 ка.

К моменту наступлени  паузы второй конденсатор 24 разр дитс  до минимального напр жени , а третий конденсатор 21 зар дитс  до максимального напр жени  и

5 его потенциал будет прикладыватьс  через седьмой резистор 25 к переходу эмиттер-база второго транзистора 17, обеспечива  тем самым запирающее напр жение на базе транзистора 17 в процессе паузы между им0 пульсами тока. При этом в момент наступлени  паузы зар д второго конденсатора 24 происходит через входную цепь генератора 5 импульсов, а разр д третьего конденсатора 21 происходит на входную цепь второго

5 транзистора 17 через седьмой резистор 25 и восьмой резистор 19. Далее в конце паузы по мере зар да второго конденсатора 24 в результате увеличени  положительного потенциала базы второго транзистора 17 про0 изойдет лавинообразное открывание двух транзисторов 16 и 17, в результате начнет разр жатьс  второй конденсатор 24 через переходы двух транзисторов 16 и 17 и входную цепь тиристора 6, далее процесс повто5 р етс .

Период следовани  импульсов в основном определ етс  посто нной времени зар да RC-контура, т.е. величиной сопротивлени  третьего резистора 23 и ве0 личиной емкости второго конденсатора 24, а длительность импульса в основном определ етс  посто нной времени разр да RC- контура, т.е. величиной сопротивлени  дев того резистора 26 и величиной емкости

5 второго конденсатора 24.

Таким образом, генератор 5 импульсов обеспечивает преобразование малого сигнала большой длительности в импульсный сигнал большой амплитуды и малой дли0 тельности.

Устройство работает следующим образом ,

Установка электромеханического исполнительного органа в режим готовности

5 (контакты 9 замкнуты) и перевод в режим отключени  (контакты 9 разомкнуты) осуществл етс  ручным управлением путем механического воздействи  на соответствующий рычаг механизма свободного расцеплени  8.

В режим готовности устройства, когда контакты 9 электромеханического исполнительного органа замкнуты и нагрузка 15 подключена к питающей сети в защищаемой зоне, к зажимам питани  порогового блока 4 подведено через блок питани  выпр мленное стабилизированное напр жение .

При отсутствии тока утечки в защищаемой зоне сумма токов, протекающих через первичные обмотки 2 дифференциального трансформатора 1 тока, будет равна нулю, в этом случае на выходе вторичной обмотки 3 напр жение также будет равно нулю. При токах, не превышающих заданный уровень или равных нулю, пороговый блок 4 не сработает , следовательно, на его выходе сигнал будет равен нулю, Поэтому генератор 5 импульсов выдавать импульсы не будет. В результате тиристор 6 будет оставатьс  закрытым и к катушке электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа не будет подводитс  напр жение .

При токах утечки в защищаемой зоне выше заданного уровн  под действием сигнала , поступающего со вторичной обмотки 3, срабатывает пороговый блок 4, в результате возникновени  напр жени  на выходе порогового блока 4 начнет генерировать генератор 5 импульсов, импульсы генератора 5 будут воздействовать на управл ющий электрод тиристора 6, открыва  последний и тем самым обеспечива  подачу напр жени  на катушку электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа, при этом сработает механизм свободного расцеплени  8 электромеханического исполнительного органа. В результате контакты 9 разрываютс , нагрузка 15 и защищаема  зона питани  отключаютс .

Таким образом, благодар  дополнительному введению генератора 5 импульсов предлагаемое устройство по сравнению с прототипом потребл ет значительно меньшую мощность из сети, что значительно снижает тепловые потери и уменьшает перегрев элементов схемы, а это способствует повышению надежности в работе и увеличению срока службы устройства .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  защиты от токов утечки в сети переменного тока, содержащее дифференциальный трансформатор тока, первичные обмотки которого соединены с клеммами дл  последовательного включени  в фазы питающей сети, пороговый блок, к входу которого подключена вторична  обмотка дифференциального трансформатора

   тока, цепь, состо ща  из последовательно соединенных тиристора, диода и катушки исполнительного органа, подключенна  к клеммам дл  соединени  с питающей сетью, блок питани , выполненный на стабилитроне , первом конденсаторе, первом и втором резисторах, причем анод стабилитрона и первый вывод первого конденсатора соединены с катодом тиристора, отличающеес  тем, что, с целью снижени 

   потребл емой мощности, дополнительно введен генератор импульсов, содержащий первый и второй транзисторы разноименной проводимости, второй и третий конденсаторы , третий, четвертый, п тый, шестой,

   седьмой, восьмой и дев тый резисторы, первые выводы седьмого, восьмого и дев того резисторов соединены с эмиттером второго транзистора,  вл ющимс  выходом генератора импульсов и подключенным к

   управл ющему электроду тиристора, а другие выводы упом нутых угаданных резисторов подключены соответственно к коллектору первого транзистора и первому выводу третьего конденсатора, к базе второго транзистора, второму выводу третьего конденсатора и второму выводу четвертого резистора, к катоду тиристора и первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого соединен с первыми выводами

   третьего, четвертого, п того резисторов и эмиттером первого транзистора, база которого соединена с вторым выводом п того резистора и через шестой резистор соединена с коллектором второго транзистора, а

   второй вывод третьего резистора,  вл ющийс  входом генератора импульсов, соединен с выходом порогового блока, катод стабилитрона блока питани  соединен через последова- тельно соединенные первой и второй

   резисторы с вторым выводом первого конденсатора , обща  точка первого и второго резисторов соединена с анодом тиристора.

   Ручное управление

   Фиг.1

   QStnuti зажин

   Фиг. 2