SU974487A1 - Устройство защиты от утечки тока в трехфазной электрической сети - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧКИ ТОКА В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Изобретение относитс  к устройствам защиты от утечек в подземных трехфазных электрических сет х с изолированной нейтралью и предназначено дл  защиты от поражени  людей электрическим током.

Известно устройство защиты от утечек , состо щее из устройства контрол  активного сопротивлени  изол ции и автоматического компенсатора емкостных токов утечек на землю. Устройство контрол  изол ции собрано на основе схемы трех вентилей, соединенных в звезду (ЗВ), обща  точка которых через двухобмоточиое реле присоединена к земле. Автоматический компенсатор емкостных токов утечек, обеспечивающий в комплексе с устройством контрол  изол ции защиту от утечек тока, состоит из источника питани , измерительного генератора повышенной частоты, выпр мител , нагрузкой которого  вл етс  обмотка управлени  дроссел  насыщени , снижгиощего токи утечки путем автоматической компенсации их емкостной составл ющей 1.

Недостатком устройства  вл етс  отсутствие самоконтрол  исправности элементов схемы, из-за чего сеть

при выходе из стро  элементов схемы может эксплуатироватьс  с неисправной защитой.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство защиты от утечек тока, состо щее из устройства контрол  активного сопротивлени  изол ции, содержащего источник питани , коммутирующий конденсатор,

10 подключенный к исполнительному органу , источник оперативного тока, присоединенный между сетью и землей, и источник импульсного тока, включенные встречно между собой и параллель15 но диоду, шунтирующему база-эмиттерный переход транзисторного усилител , коллектор которого соединен через резистор с источником питани , и автоматического компенсатора ем20 костных токов утечек на землю, включающего в себ  генератор повышенной частоты, усилитель, нагрузкой которого  вл етс  обмотка управлени  компенсирующего дроссел  2.

25

Недостатком указанного устройства  вл етс  отсутствие самоконтрол  исправности элементов схемы автоматического компенсатора емкостных токов утечек. При выходе из стро , на30 пример, источника питани  или генератора повышенной частоты автомати ческого компенсатора, последний не может выполн ть функций по снижению длительных и, особеннЪ, кратковременных токов утечки, что приводит к нарушению условий электробеэопасности шахтной участковой электрической сети в течение всего времени эксплуатации аппарата защиты от утечек.

При открытом состо нии транзисторного усилител  на сопротивлении в ег 1соллекторной цепи и на самих транзисторах выдел етс  значительна  мощи .ость, ввиду чего транзисторы необходимо выбирать большой мощности. Это приводит к значительному повышению температуры внутри устройства защиты от утечек.

Указанное обсто тельство особенно отрицательно сказываетс  в устройствах защиты от утечек, предназначенных дл  встраивани  в распределительное устройство низкого напр жени  шахтной передвижной трансформаторной подстанции, где окружающа  температура достигает 65°С. Кроме того, при низкой частоте коммутации (100 Гц) транзисторного усилител  коммутирующий конденса,тор необходим значительной емкости, что увеличиваегт габариты устройства и снижает его быстродействие . Последнее объ сн етс  тем,, что при значительной длительности открытого состо ни  усилительного транзистора, когде через реле не протекает ток от коммутирующего конденсатора , необходимо шунтирование его обмотки конденсатором значительной емкости.

Цель изобретени  - повьдиенйе надежности работы и быстродействи  устройства защиты от утечек.

Цель достигаетс  тем, что в устройстве защиты, содержащем блок контрол  активного сопротивлени  изол ции , включающем в себ  источник питани , к которому подключен коллекторно-эмиттерный переход транзисторного усилител  через резистор, параллельно с которым сеединены стабилитрон и исполнительный орган, к одному из выводов которого через первый диод подключена одна обкладка коммутирующего конденсатора, источник оперативного тока, присоединенный между сетью и землей через параллельно включенные второй диод и аза-змиттерный переход транзисторого усилител , к точке соединени  базы транзисторного усилител  и катоду второго диода подключен выход источника импульсного тЬка, блок компенсации емкостного тока утечки, включающий в себ  генератор повышенной частоты, соединенный с входом усилител , подключенного между сетью и землей через фильтр присоединени  выход усилител  подключен к обмотке

управлени  компенсирующего дроссел , источник импульсного тока выполнен в виде формировател  пр моугольных сигналов, управл ющий вход которого соединен с генератором повышенной частоты через вновь введенный фильтр переменного тока, а коллектор транзисторного усилител  подключен к другой обкладке коммутирующего кон-, денсатора через вновь введенный защитный диод/ параллельнр змиттернобазовому переходу вновь ввденного дополнительного транзистора, коллектор которого соединен с источником питани .

При этом с целью упрощени  фильтр ;переменного тока может быть вы полнен в виде дополнительной обмотки колебательного контура генератора повышенной частоты.

На чертеже приведена принципиальна  электрическа  схема предложенного устройства защиты от утечек.

Устройство защиты от утечек тока состоит из блока контрол  активного сопротивлени  изол ции и блока компенсации 1 емкостного токов утечек на землю.

Блок контрол  активного сопротивлени  изол ции содержит источник питани  2, коммутирующий конденсатор 3 исполнительный орган 4, источник оперативного тока 5, включенный между сетью и землей с помощью резисторов б и 7 и компенсирующей цеди, состо щей из дроссель-трансформатора 8, компенсирующего дроссел  9 и разделительного конденсатора 10. Источник оперативного тока 5 и источник импульсного тока, выполненный в виде формировател  пр моугольных сигналов 11, включены встречно между собой и параллельно диоду 12, шунтирующему база-эмиттерный переход транзисторного усилител  13, коллектор которого соединен через резистор 14 с источником питани  2.

Формирователь пр моугольных сигналов 11 включает в себ  транзистор 15, резисторы 16 и 17, диод 18. Управл ющий вход формировател  пр моугольных сигналов 11 св зан с блоком компенсации 1 через фильтр переменного тока 19. Коллектор транзисторного усилител  13 подключен к коммутирующему конденсатору 3 через защитный диод 20, параллельно которому включен база-эмиттерный переход дополнительного транзистора 21. Исполнительный орган 4 зашунтирован стабилитроном 22, включенным согласовано с источником питани  2.

Блок компенсации емкостного тока утечки .на землю включает в себ  генератор повышенной частоты 23, усилитель 24, нагрузкой которого  вл етс  обмотка управлени  компенсирующего дроссел  9, источник питани  25, i фильтр присоединени  блока компенсации к сети 26. Исполнительный орган 4 своим выходным контактом 27 воздействует на расцепитель 28 авто матического выключател  29, включающего сеть с сопротивлением изол ции 30. Устройство работает следующим об разом. При бесконечно большом сопротивл нии изол ции 30 оперативный ток Зоп протекает по цепи: земл , резис тор 7, обмотка компенсирующего дрос сел  9, резистор 6, параллельное со единение база-эмиттерного перехода транзистора 13 и диода 12.Кроме тог через это соединение встречно опера тивному току протекает эталонный то по цепи: плюс источника питани  формирователь пр моугольных сигнало 11, указанное параллельное соединение , минус источника питани -2. При минимальной амплитуде пр моугольных сигналов открыт диод 12, при по влении максимальной амплитуды диод 1 заперт и открыт база-эмиттерный переход транзистора 13. формирователь пр моугольных сигналов работает следующим образом. При отрицательной пол рности сигнала , снимаемого с фильтра переменного тока 19, по отношению к эмиттеру транзистора 15, диод 18 открыт и по цепи: плюс источника питани  2, резистор 17, диод 18, вторична  обмотка фильтра переменного тока 19, открытый переход диода 12, минус источника питани  2 проходит начальный ток. При положительной пол рности сигнала, снимаемого с фильтра переменного тока 19, по отношению к эмиттеру транзистора 15, диод 18 заперт , база-эмиттерный переход транзистора 15 открыт тем же начальным током. В результате в цепи эмиттера транзистора 15 протекает максимальна  амплитуда импульсного тока, состо щего из суммы начешьного тока и тока, протекающего по цепи: плюс источника питани  2, резистор.16, открытый коллектор-эмиттерный переход транзистора 15 и база-эмиттерный переход транзистора 13. Таким образом, транзистор 13 работает в ключевом режиме с повышенной частотой формировател  пр моугольных импульсов. При открытом состо нии транзисторного усилител  13 от источника питани  2 через стабилитрон 22 защитный диод 20 и эмиттер-коллекторный переход транзистора 13 протекает зар дный ток коммутирующего конденсатора 3, который зар жаетс  до величины напр жени  источника питани  2. В этот промежуток времени дополни тельный транзистор 21 закрыт и в коллекторную цепь транзистора 13 вве дено достаточно большое сопротивление 14. Когда транзистор 13 закрываетс , коммутирующий конденсатор 3 разр жаетс  через исполнительный орган 4 (реле) и открытый эмиттерколлекторный переход дополнительного транзистора 21, что уменьшает посто нную времени разр да конденсатора 3.- В результате исполнительное реле 4 срабатывает и своим контактом 27 замыкает цепь, нулевого расцепител  28 автоматического выключател  29, позвол   подачу напр жени  в электрическую цепь. В случае снижени  сопротивлени  изол ции 30 сети до опасной по услови м безопасности ве- личины оперативный ток .TOR превышает максимальную амплитуду импульсов эталонного тока Зд-г . Так как разр дный ток коммутирующего конденсатора 3 че рез исполнительное реле 4 исчезает,  корь его отпадает, контакты 27 разрывают цепь расцепител  28, что вызывает отключение выключателем 29 защищаемой сети. При повреждени х всех элементов блока контрол  активного сопротивлени  изол ции, и, кроме того, элементов узлов блока компенсации, после которых присоединен фильтр переменного тока 19, например , источника питани  и генератора , также происходит отключение сети , так как питание исполнительного реле возможно только при работе транзисторного .усилител  13 в режиме переключени  при периодическом перезар де коммутирующего конденсатора 3, что не выполнимо при наличии повреждени . Вследствие этого устройство защиты от утечек обеспечивает защитный отказ, что преп тствует эксплуатации электроустановок с неисправным устройством, в результате чего повышаетс  безопасность экстуатации сети. Кроме того, значительно снижаетс  мощность транзисторного усилител  13, так к;:к при скрытом состо нии в его коллекторную цепь вводитс  достаточно болыаое сопротивление . Это позвол ет уменьшить мощность , выдел емую на этом сопротивлении , что снижает температуру внутри аппарата, и, следовательно, увеличиваетс  его надежность функционировани . При изменении распределительной емкости сети измен етс  эквивалентна  емкость, вносима  в колебательный контур генератора повышенной частоты. В св зи с этим мен етс  собственна  частота этого контура, по мере приближени  собственной частоты к частоте задающего генератора напр жение на его выходе увеличиваетс , ток, пропорциональный этому напр жению, усиливаетс  усилителем 24 и подаетс  на обмотку управлени  компенсирующего дроссел  9. Таким образом, ток в обмотке управлени ,

а следовательно, и его индуктивность линейно завис т от емкости сети.

Предложенное техническое решение с присоединением управл ющего входа формировател  пр моугольных сигналов к блоку компенсации через фильтр переменного тока позвол ет обеспечить самоконтроль исправности элементов не только схемы блока контрол  активного сопротивлени   зол ции, но и элементов блока компенсации емкост ных токов, Причем источник питани  и генератор повышенной частоты  вл ютс  наиболее ответственными элементами блока компенсации. Самокон- . троль исправности их элементов может быть осуществлен наиболее просто выполнением фильтра переменного тока в виде дополнительной обмотки 1колебательного контура генератора повышенной частоты. Кроме того,предложенное решение упрощает схему устройства защиты от утечек в целом, так как позвол ет отказатьс  от необходимости иметь специальный автономный источник повышенной частоты. В св зи с этим повышаетс  не только функциональна , но и обща  надежност устройства. .Питание блока контрол  изол ции и блока компенсации производитс  от одного и того же трансфор матора, включенного до автоматического выключател . Это обеспечивает предварительную настройку автоматического компенсатора в резонанс с емкостью магистрального кабел  до включени  автоматического выключател , что также обеспечивает повышение безопасности эксплуатации подземной сети.

Таким образом, устройство защиты от утечек в трехфазной электрической сети обладает более высокой надежностью в выполнении функции защиты от поражени  электрическим током и быстродействием.

Claims (2)

1. Устройство дл  защиты от утечки тока в трехфазной электрической сети, содержащее блок контрол  активного сопротивлени  изол ции, включающий в себ  источник питани , к которому подключен коллекторно-эмиттерный переход транзисторного усилител  через резистор, параллельно с которым соединены стабилитрон и исполнительный орган, к одному из выводов которого через первый диод подключена одна обкладка коммутирующего конденсатора, источник оперативного тока, присоединенный между сетью и землей через параллельно включенные второй диод и база-эмиттерный переход транзисторного усилител , к точке соединени  базы транзисторного усилител  и катоду второго диода подключен выход источника импульсного тока, блок компенсации емкостного тока утечки , включающий в себ  генератор повышенной частоты, соединенный с входом усилител , подключенного между сетью и землей через фильтр присоединени , выход усилител  подключен к обмотке управлени  компенсирующего дроссел , отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности работы и быстродействи , источник импульсного тока выполнен в виде формировател  пр моугольных сигналов, управл ющий вход которого соединен с генератором повышенной частоты через вновь введенный фильтр переменного тока, а коллектор транзисторного усилител  подключен к другой обкладке коммутирующего конденсатора через вновь введенный защитный дИод, параллельно эмиттерно-базовому переходу вновь введенного дополнительного транзистора, коллектор которого соединен с источником питани .

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  фильтр переменного тока выполнен в виде дополнительной обмотки колебательного контура генератора повьпиенной частоты.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Колосюк В.П., Шурин Э.С., Чупика А.Н. Безопасна  эксплуатаци  шахтных электроустановок. Киев, Техника , 1980, с. 29-32.

2.Там же, с. 37-42.