SU738033A1 - Устройство дл защиты электрической сети от утечки тока на землю - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к 5лектротехнике , точнее к средствам электробеаопасности , предназначенным дл  человека от поражени  электрическим током преимущественно в трехфазных сет х напр жением до 1140 В включит е ьно, изолированных от земли.

Устройство дл  защиты сетей переменного тока от утечек на землю известно l. Известное устройство содержит вк:точник оперативного тока, включенный между сетью и заземлением через резисторы , исполнительное реле, включенное через звезду резисторов между сетью и добавочным заземлением .параллельно сопрог -ивлению изол ции сети и источнику onepaTHJBHoro тока, причем цепи основ ного и добавочного заземлени  соединены между собой через четырехклеммный . конденсатор,

В известном устройстве посто нное напр жение между сетью и землей, создаваемое источником оперативного тока, и поопорциональный этому напр жению

ТОК в обмотке исполнительного реле однозначно завис т от величины сопротив- леш1  изол ци  сети и утечки. Поэтому при утечке тока на землю, обусловленной либо прикосновением человека к сети, либо снижением сопротивлени  ее изол - , ции до величины отключающего сопротивлени , исполнительное реле своим контактом размыкает цепь отключающей катушки автоматического выключател , отключающего сеть.

Наиболее существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он отключает сеть как при .утечке тока на землю вследствие прикосновени  человека к сети, так и при утечке, обусловленной снижением сопротивлени  изол ции сети до величины отключающего сопротивлени , вызванным увеличением прот женности сети, числа подключенных к ней токоприемников, старением ее изол ции и другими причинами. Это приводит к необоснованным, с; точки зрени  электробезопасности, отключени м сётй и просто м технологической) обо руйо&ани . - Как известно, реальные сети имеют сравнительно низкий уровень сопротивденц  изол ции, а необходимость повьпцбни  безопасности их эксплуатации требует снижени  величины длит ельного нёотключаёмого тока через человека, что достигаетс  только путем повышени  сопрсхгив лёни  изол ции сети. Последнее вызывает необходимость увеличени  уставки отключающего сопротивлени  аппаратов защиты электрических сетей от утечек тока на землю. Несмотр  на то, что веро тность утечки тока на землю йслел ствие пршсоснойени  человека и ceWзна «jHteSbHo меньше, чем веро тность утечек , обусловленных сйиженйем сопротив . лени изол ции сети из-за увеличени  ее прот женности числа подключенных к ней токоприемников, CTapeifiHSt еёИЗОЛЯЦИИ и других причин, уставку отключаю щего сопротивлени  аппаратов .защиты от утечек приходитс  выбирать по допус тимому длительному неотключаемому, току через человека, равному 30 мА. . При соответствующих этому току ус тавках от)кл1бчак)Щего сопротивлени  в электрических сет х большой прот женност с большим числом токоприемников ашш раты защиты отключают сети значитель . но чаще, чем это необходимо по условию , бёэашснсйта их эксплуатации, т.е. дл  . защиты человека от поражени  электри- чёсКим toKOM при прикосновении к сети. Вследствие этого наблюдаютс  необоо новйнйые, с точки зрени  электробезопасности , отключени  сетей, Ebiiabieaidt. щйе излишние простои технологического, оборудовани . Во иабёЙШййё йршы . лось бы поддерживать сопротивление ИЗОЛЯЦИЙ сетей на вьгёЬкбм урошё,что рудно осуществимо; в реальных электрическ х сет х и требует значительных затрат. : Указанный недостато устранен в устройстве , реализующем способ защиты : 21, прйн тьй за прототип. Извёспгное устройство содержит включенные между защищаемой сетью и прйсоёдинительньй фильтр, истрчнйх оперативного тока, пороговый элемент и селективный дифференцирующий блок. . Недостатком известного устройства  вл етс  невысока  точность, так как дифферёвдиатор выполнен аналоговым. А как известно, у аналоговых дифферен7 334 диаторов невысока  точность работы, бпрёдел ейййих построением и используемой элементной базой. Цель изобретени  - повышение точности устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем. ,Что в известном устройстве, содержащем ttocneдоватбльнб сЬеДиненные, включенные между защищаемой сетью и землей присоединительные фильтр, источник оперативного посто нного тока, пороговый элемент и селективный дифференцирующий блок с исполнительньгм органом на выходе, при этом выходы порогового элемента и исполнительного органа включены в цепь отключающей катушки автома ическсвгр вьЕКЛючател . сети, селективный дифференцирующий блок вьшолнен в виде последовательно соединенных цифроаналогового преобразовател  и анализатора приращений, к выходу, которого подключен исполнительный орган, а к управл ющим входам анализатора приращений и )саналогового преобразовател  подсрединен блок управлени . На фет-. 1 дана принципиальна  схема устройства; на фиг. 2 - структурна  схема селективного дифференцирующего блока. Устройство дл  защиты сети от утеЧек тока на землю (фиг. 1) содержит ИСТОЧНИК 1 оперативного тока - выпр митель , который подключен к сети через присоединительный фильтр 2, пороговьй элемент 3, последовательно средннен- ный с ИСТОЧНИКОМ 1 и селектиный дифференцирующий блок 4, включенный между пфоговым элементом 3 и заземлением 5 сети параллельно сопротивлению 6 ее азолйЦйИ относительно земли и сопротивленшо 7 человека, по вл ющемус  при йрйкосйовении человека к сети. Пороговый элемент 3 служит дл  ограничени  й)ажнёгЬ предела сопротивлени  6 изол ций сети относительно земли, выбираемого по безопасной дл  человека величине кратковременного тока через него, обусловленной максимальной продолжительностью его пребывани  под напр жением. Сепе1КТйвный дйфференцирую1ций блок 4 Предназначен ДЛИ контрол  скорости нарастаний оперативного тока сравнени  ее с уставкой вьгбираемой по величине абсопкугно безопасного дл  человека длительного тока и селективного (избирательного ) отключени  сети при превышении последвей. Селективный дифференцирующий блок 4 ((jari, 2) выполнен в виде аналогоцифрового преобразовател  8, предназначенного дл  преобразовани  оперативного тока истошика 1 в цифровой двоичный код, и анализатора 9 приращений оперативного тока, которые соединены

между собой и подключены к блоку Ю управлени , синхронизирующему их работу . На выходе анализатора 9 имеетс  исполнительный элемент 11 (управл емый вентиль или реле), контакт 12 которого параллельно контакту 13 порого;Вого элемента 3 в цепь отключающей катушки 14 автоматического вьпслючател  15 сети.

Аналого-цифровой преобразователь 8 состоит из нуль-органа 16, соединенного с ним генератора 17 импульсов высокой частоты и подключенных к последнему счетчика 18 и цифроаналогового преобразовательного элемента 19, которые соединены между с.обой поразр дно; выход элемента 19 св зан с одним из входов нуль-органа 16, а второй вход последнего присоединен к пороговому элементу 3. Нуль-орган 16 (компаратор) служит дл  сравнени  величин поступающих на его входы оперативного тока и выходного тока цифро-аналогового преобразовательного элемента. 19, предназначенного дл  обратного преобразовани  в. ток двоичного цифрового кода, подаваемого на его входы счетчиком 18. .Двогчный счетчик 18 предусмотрен дл  накоплени и . счета импульсов, поступающих в него с генератора 17, вырабатывающего последовательность стандартных имПульсов высокой частоты.

Анализатор 9 приращений оперативно го тока содержит элемент 2О сравнени , одни входы которого поразр дно соединены непосредственно с выходами двоичного счетчика 18, а вторые входы - аналогично через блок 21 буферной пам ти. К элементу 2О сравнени  подключен элемент 22 пам ти, инверсный выход кото рого соединен с установочным входом сдвигающего регистра 23, счетный вход после/щего подключен к выходу генератора . 17 высокой частоты, а пр мые и инверсные выходы всех разр дов заведены на панель 24 программировани  уставки отключающего сопротивлени . Пр мой выход панели 24 программировани  уставки отключают его сопротивлени  подключен к счетному входу счетчика 25, а инверсный выход - к разрешающему входу ключ 26, пр мой вход которого соединен с разрешающим входом блока 21 буферной одним выходом блока 10 управлени . вход блока управлени  под- клк)чен к установочным входам счетчика 18 и элемента 22 пам ти. Исполнительный элемент 11 включен на выходе счетчика 25.

БЛОК 10 управлени  обеспечивает синхронизацию работы аналого-цифрового преобразовател  8 и анализатора 9 приращений оперативного тока.

Селективный дифференцирующий блок 4, в том числе блок 10 управлени  и генератор 17, получаютпитание от источника 1 - выпр мител .

Замыкающие контакты ;12 соответственно исполнительного элемента . 11 и порогового элемента 3, включенйые параллельно в цепь отключающей катушки 14, предназначены дл  аварийнсхго отключени  сети автоматическим выклю4aTeVieM 15.

Устройство работает следук цим образом .

При включении сети выключателем 15 ток сети поступает в источник 1 - выпр митель , который формирует посто нный оперативньй ток, по/юваемьпй в пороговьй элемент 3, и подает питание на элементы селективного дифференцирующего блока 4, в частности на блок 10 управлени . На одном из входов последнего по влйетс  пусковой сигнал, которьв«1 счетчик 18 аналого-цифрового преобра- . зовател  8 и элемент 22 пам ти анализатора 9 приращений оперативного тока устанавливаютс  в ис одно© состо ние. При этом на вь1Ходе счетчика 18 возникает нулева  комбинаци  цифрового двоичного кода, а на выходе цифроаналогового преобразбвательнс го элемента 19 по вл етс  соответствующа  этой комбн-. нации нулева  величина тока, поступак ща  на один из входов нуль-с згана 16, на другой вход которого подаетс  оператрвный ток. В результате с выхода нульоргана 16 снимаетс  сигнал, запускающий генератор 17, который посылает импульсы в счетчик 18, На выходах последнего при этом по вл ютс  сигналы двоичного цифрового кода-, поступающие в ци оаналоговый преобразовательный элемент 19, преобразующий их в ток, величина которого пропорциональна количеству импульсов. При определенном количестве импульсов ток на выходе эле мента 19 превыщает величину оперативного тока, подаваемого на нуль-орган 16 пороговым . элекгентом 3, и тогда на выходе по(-лед него возникает сигнал, .отключающий генератор 17, который прекращает подачу импульсов Б счетчик 18. После. возвращени  элемента 19 в исходное состо ние операци  сравненн  нуль-органом 16 величин оперативногд тока и выходного тока элемента 19 повтор етс . Вы ходные сигналы счетчика 18 одновреме но поступают на входы блока 2.1. буферной пам ти и элемента 2О сравнени . Блок буферной пам ти состоит из набора элементов пам ти, служащих дл  запоминани  значений цифрового кода предыдущегЬ замера. Перезапись значени  кода текущего замера из счетчика 18 аналого-цифрового преобразовател  8 осуществл етс  по сигналу, вьфабаты ваемого блоком 10 управлени  через некоторое врем  посла-по влени  пускового сигнала. Элементом 20 сравнени  цифровой код очередного замера, выдаваемый счетчиком 18, сравниваетс  с цифровым кодом предьщущего замера, записанным в блоке 21 буферной пам ти. Если знач ние кода на выходе счетчика 18, соответствующее величине оперативного тока npia очередном замере, равно или превыщает записанное в блоке буферной пам ти значение кода,- соответствующее вели чине оперативного тока при предыдущем замере , на выходе элемента сравнени  всоникает сигнал приращени  оперативЕого тока, поступающий на элемент 22 пам ти, на щэ мом выходе которого по вл етс  сигнал, а с инверсного выхо сигнал исчезаег. Вследствие этого с установочного входа сдвигающего регистра 23 снимаетс  сигнат, а поступаю щие на счетный вход импульсы с выход генератора 17 начинают передвигать ед ничный сигнал по  чейкам сдвигающего регистра 23. Таким образом, в сдвигающем регистре 23 будет зафиксирована разность в числе импульсов в предьщущем и текущем замер значений оперативного тока, т.е. приращение . Пр мые и инверсные выходы сдвигающего регистра 23 заведены на панель 24 программировани  уставки отключаюь.его сопротивлени , на которой вьщодн ют коммутацию выходов одной из  чеек сдвигающего ретастра на выход панели 24, т.е. программируют значение аварийного приращени  оперативного тока. При достижении приращением оперативного тока аварцйигзго ал)чени  на пр мом выходо иаиоли 24 программировани  уставки отключающегх сопротивлени  по вл етс  сишал единица , а на инверсном - иснооает. Вследствие этого к:люч 26 закрываетс , а в счетчик 25 записываетс  единица . Когда такие циклы повтор ютс  подр д в нескольких замерах и при этом число единиц заполн ет счетчик 25, на его выходе по вл етс  сигнал аварийного приращени  оперативного тока, которым включаетс  исполнительный элемент 11, замыкающий свой контакт 12 в цепи отключающей катушки 14. Если до заполнени  счетчика 25 хот  бы один замер происходит без приращени  оперативного тока, счетчик 25 возвра1цаетс  в исходное состо ние сигналом блока 10 управлени  через ключ 26, на разрешающий Входкоторого с и шерсного выхода панели 24 программировани  уставки ОТКЛЕОчающего сопротивлени  в этом случае поступает сигнал единица. Это позвол ет избежать 6тклк чений сети при случайных кратковременных приращени х оперативного тока, вызванных не прикосновением человека к сети, а другими причинами. Устройство отключает сеть только в тех случа х, когда утечка тока на земЯю вызвана прикосновением человека к сети и представл ет дл  него опасность; только в таких случа х на выходе исполнительного элемента 11 селективного дифференцирующего блока по вл етс  сигнал, замыкающий контакт 12 в цепи отключающей катушки 14, котора  отключает автоматический выключатель 15 сети. Благодар  этому изобретению позвол ет эксплуатировать электрические сети при более низком уровне сопротивлени  изол ции и при этом исключает поражение человека электрическим током при его прикосновении к сети и обладает к тому же высокой точностью работы , что выгодно отличает его от устройства-прототипа . Ф о р м у, л а и 3 о б р е т е н, и   Устройство дл  защиты электрической сети от утечки тока на землю, содоржащее последовательно соодинешн.гс, пклк ченные между защищаемой сот)ло и землей лрвсоедвнвтельаый фвпнгр гатгочник операт )шюго посто нного тока, пороговый элвмевт в селективный двг ференциртющив б ок с ecnoiffncreiibBtaM оргавом на выходе, при WOM порогового элв1«ю гта к всполнитепьного органа включеаы в цепь anuuoqainnet кеетуткл авг томатичвского вьошк атвпа сети, а т л чаюшееса тем, что, с поаьифешш точности, селектвввыа дифферевогруюошй блек Енпрлнев в ввде последовательно соеднаенных 1шфроаналс гового 1фёо6разовате   в анапв атсра

приращений, к выходу которого подключен исполнительный срган, а к управл гес цим входам анализатора приращений н инфроаналогового преобразователи подключен блок управлени .

Источники информадвн, щзнн тые во внимание при экспертизе

1,Автсфское свидетельство СССР hfe 275206ь Н 02 Н 3/16, 1968,

2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2345283, кл.Н02НЗ/16, 1976.

Claims (1)

1. Форм у ла и зобретен, ия защиты электрической

   Устройство для сети от утеЧки тока на землю, содержащее последовательно соединенные, включенные между защищаемой сетью и зем9 728033 10 лей присоединительный фильтр, источник оперативного постоянного тока, пороговый элемент и селективный дифференцирующий блок с исполнительным органом на выходе, при этом выводы порогового элемента р исполнительного органа включены в цепь отключающей катушки автоматического выключателя сети, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, селективный дифференцирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя и анализатора приращений, к выходу которого подключен исполнительный орган, а к управляющим входам анализатора приращений и цифроаналогового преобразователя подключен ₅ блок управления.