UA48839A

UA48839A - Device for disconnecting equipment from an electric network with earthed neutral

Info

Publication number: UA48839A
Application number: UA2001128844A
Authority: UA
Inventors: Олександр Петрович Ковальов; Александр Петрович Ковалев; Олександр Олександрович Васін; Александр Александрович Васин; Валентин Павлович Муха; Віктор Іванович Чурсінов; Валентин Іванович Ярмоленко; Ольга Андріївна Шевченко; Вікторія Вікторівна Якімішина; Олена Вікторівна Міц; Елена Викторовна Миц
Original assignee: Олександр Петрович Ковальов; Александр Петрович Ковалев; Олександр Олександрович Васін; Александр Александрович Васин; Валентин Павлович Муха; Віктор Іванович Чурсінов; Валентин Іванович Ярмоленко; Ольга Андріївна Шевченко; Вікторія Вікторівна Якімішина; Олена Вікторівна Міц; Елена Викторовна Миц
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2002-08-15

Abstract

The proposed device for disconnecting equipment from an electric network with earthed neutral after operation of protecting devices contains a current transformer with a magnetic circuit that wraps phase conductors of the load. The secondary winding of the current transformer is connected to a current relay. The current relay output is connected to an automatic switch. As the phase conductors for connecting the load, insulated leads with a metallic screen are used. The screen is connected to the load earth circuit.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для захисту електричних мереж і 2 обслуговуючого персоналу від поразки електричним струмом, а також для забезпечення пожежобезпеки промислових і побутових електричних мереж.The invention relates to electrical engineering and can be used to protect electrical networks and 2 service personnel from electric shock, as well as to ensure fire safety of industrial and household electrical networks.

Щорічно в Росії, у середньому, відбувається 330000 пожеж, із них понад 66000 через несправність електроустановок.Annually, on average, 330,000 fires occur in Russia, of which more than 66,000 are caused by faulty electrical installations.

За 9 місяців 1996 року тільки в житловому секторі зареєстровано 17218 пожеж через запалення кабелів і 70 проводів.In 9 months of 1996, 17,218 fires due to the ignition of cables and 70 wires were registered only in the residential sector.

Приведений нами аналіз даних УГПО УМВД Донецької області за період з 1999 по 2000 роки показав, що з усіх зафіксованих випадків пожеж від міжфазних коротких замикань (КЗ) у мережах напругою 380-2208 житлових будинків (квартир) відбулося 1500 пожеж. Пожежі відбувалися по наступній схемі сталося коротке замикання в схованої в стіні проводці; відмовив у спрацьовуванні найближчий до місця короткого замикання захисний 12 комутаційний апарат (автоматичний вимикач, запобіжник), Через який пройшов наскрізний струм короткого замикання; ушкоджена дільниця мережі відключилася з витримкою часу резервним захисним комутаційним апаратом, що забезпечує поздовжнє резервування, або в місці короткого замикання відбулося перегоряння провідників, при цьому пристрої захисту від коротких замикань не спрацювали.Our analysis of the data of the UGPO of the Ministry of Internal Affairs of the Donetsk region for the period from 1999 to 2000 showed that of all recorded cases of fires from interphase short circuits (short circuits) in networks with a voltage of 380-2208 residential buildings (apartments), 1,500 fires occurred. Fires occurred according to the following scheme: a short circuit occurred in the wiring hidden in the wall; the protective 12 switching device (automatic circuit breaker, fuse) closest to the short circuit failed to operate, through which the through current of the short circuit passed; the damaged section of the network was disconnected with a time delay by the backup protective switchgear that provides longitudinal redundancy, or the conductors burned out at the short-circuit point, while the short-circuit protection devices did not work.

За час відключення струму короткого замикання резервним захистом (або вигоряння частини провідника в місці короткого замикання) спостерігалося прогоряння стіни на глибину закладання кабелю (провідників) З отвору, що утворився, назовні (у помешкання) відбувалося розбризкування розплавленого металу, із якого виготовлений провідник і в житловому секторі (квартирах), у більшості випадків, спостерігалося загоряння паперових або матер'яних обоїв, килимів, дерев'яних панелей і тд Загоряння ізоляції проводів або кабелю усередині стіни не спостерігалося. 29 Причиною утворення часток металу в зоні короткого замикання є електричний вибух рідкої перемички, що « утворилася в результаті розплавлювання провідникових матеріалів під дією електричної дуги в місці їхнього торкання.During the shutdown of the short-circuit current by the back-up protection (or the burning of a part of the conductor at the point of the short-circuit), the burning of the wall to the depth of the laying of the cable (conductors) was observed. From the opening that was formed, the molten metal, from which the conductor is made, was splattered to the outside (at the residence). in the residential sector (apartments), in most cases, the ignition of paper or fabric wallpaper, carpets, wooden panels, etc. was observed. The ignition of the insulation of wires or cables inside the wall was not observed. 29 The reason for the formation of metal particles in the short-circuit zone is the electric explosion of the liquid bridge, which "was formed as a result of the melting of conductive materials under the action of an electric arc at the point of their contact.

Руйнування перемички призводить до утворення ударної хвилі, що розприскує рідкий метал, після чого виникаючий дуговий розряд із температурою дуги 3000-6000" в зоні каналу викликає газодинамічний удар, що і о передає прискорення часткам металу Запалення пальних матеріалів може статися при перебуванні їх на со відстані 3-5м від місця виникнення КЗ.The destruction of the jumper leads to the formation of a shock wave that sprays liquid metal, after which the resulting arc discharge with an arc temperature of 3000-6000" in the channel area causes a gas-dynamic shock, which also transmits acceleration to the metal particles. Ignition of combustible materials can occur when they are at a distance 3-5 m from the place of occurrence of the short circuit.

Відомі пристрої захисного відключення в електричних мережах житлових помешкань і будинків стаціонарного со і пересувного типу |1,2) Захист від коротких замикань і перевантаження таких електричних мереж, що містять, с як правило, робочу нейтраль, здійснюється широко застосовуваними плавкими запобіжниками або автоматичними вимикачами, що випускаються в однофазному або трифазному виконанні Плавкі запобіжники М або автоматичні вимикачі використовуються для захисту проводів і приймачів електричної енергії від теплових перевантажень і коротких замикань При перевантаженнях перегоряє плавка вставка.Known devices for protective disconnection in electrical networks of dwellings and buildings of stationary and mobile type |1,2) Protection against short circuits and overloading of such electrical networks, which usually contain a working neutral, is carried out by widely used fuses or automatic switches, produced in single-phase or three-phase version M fuses or automatic switches are used to protect wires and electrical energy receivers from thermal overloads and short circuits. In case of overloads, the fuse burns out.

Основною гідністю плавких запобіжників є простота їхньої конструкції, мала вартість і можливість « обслуговування персоналом невисокої кваліфікації, зміна плавкої вставки відбувається без доторку до З 70 струмоведучих частин. с Недолік плавких запобіжників - однократність їхньої дії, тобто після спрацьовування запобіжника необхідноThe main advantage of fusible fuses is the simplicity of their design, low cost and the possibility of maintenance by low-skilled personnel, the change of the fusible insert takes place without touching Z 70 current-carrying parts. c The disadvantage of fusible fuses is their one-time action, that is, after the fuse has tripped, it is necessary

Із» замінити його вставку В умовах експлуатації найчастіше замість каліброваних вставок встановлюють випадкові вставки на інші струми або просто шматки дроту Форма захисних характеристик невдала для запобіжників низької напруги (380-22088) розкид струмочасових характеристик не нормується Для багатьох конструкцій запобіжників немає нормованих характеристик Методи калібрування вставок недосконалі В багатьох випадках т- неможливо забезпечити необхідні селективність і чутливість Цих недоліків позбавлені автоматичні вимикачі, приFrom" replace its insert. In operating conditions, random inserts for other currents or simply pieces of wire are often installed instead of calibrated inserts. The form of protective characteristics is unsuccessful for low-voltage fuses (380-22088). The dispersion of current-time characteristics is not standardized. For many fuse designs, there are no standardized characteristics. Methods of calibration of inserts imperfect. In many cases, it is impossible to ensure the necessary selectivity and sensitivity. Automatic circuit breakers are devoid of these shortcomings, when

Ге | спрацьовуванні котрих достатньо повторно їх увімкнути.Ge | activation of which it is enough to turn them on again.

Загальним же недоліком плавких запобіжників і автоматичних вимикачів є те, що вони не захищають со обслуговуючий персонал від поразки електричним струмом при випадковому доторку до струмоведучих частин. со 20 Зазначені пристрої не спрацьовують і коли з'являється струм небалансу, пов'язаний із замиканням фази на землю, якщо величина цього струму не перевищує уставки запобіжника або уставки автоматичного вимикача. с У ряді випадків дугові короткі замикання не відключаються апаратами захисту - запобіжниками або автоматичними вимикачами Причинами неспрацьовування існуючих захисних пристроїв є значне зниження струму короткого замикання через дію електричної дуги, що його обмежує Опір дуги в апаратах може 22 змінюватися в межах від 0,075 до 0,50м, а для кабелів і проводів 0,05-4,00м Величина струму в дузі іноді не в. досягає значення уставок струму відключення внаслідок переривистого характеру горіння дуги, при якому час безупинного проходження струму складає 0,05-0,04сек, тобто частіше усього, менше, ніж потрібно для спрацьовування захисту і, тим більше, для перегоряння плавкої вставки.The general disadvantage of fuses and circuit breakers is that they do not protect service personnel from electric shock when accidentally touching live parts. со 20 The specified devices do not operate when there is an unbalance current associated with a phase-to-ground short circuit, if the value of this current does not exceed the fuse setting or the automatic circuit breaker setting. c In some cases, arc short circuits are not turned off by protection devices - fuses or automatic switches. The reasons for the failure of existing protective devices are a significant decrease in the short circuit current due to the action of the electric arc, which limits it. The resistance of the arc in the devices can vary from 0.075 to 0.50 m , and for cables and wires 0.05-4.00m. The magnitude of the current in the arc is sometimes not in. reaches the value of the cut-off current settings due to the intermittent nature of the arc burning, in which the time of continuous current passage is 0.05-0.04sec, that is, more often than not, less than is required for the protection to operate and, even more so, for the fuse to burn out.

Частково ці недоліки усунуті у відомому пристрою захисного відключення (ПЗВ) електричної мережі, 60 визначеному як прототип, що містить трансформатор струму, магнитопроводи якого охоплюють провідники живлення електричної мережі, що захищається, до вторинної обмотки якого приєднано проміжне реле струму, пов'язане із системою захисного відключення |ІЗ| Цей пристрій забезпечує відключення навантаження як тільки з'явиться витік струму порядку 10мА з фази на контур заземлення.In part, these disadvantages are eliminated in the known protective disconnecting device (PFD) of the electrical network, defined as a prototype, containing a current transformer, the magnetic conductors of which cover the supply conductors of the electrical network to be protected, to the secondary winding of which is connected an intermediate current relay connected to the system protective shutdown |IZ| This device provides disconnection of the load as soon as a current leakage of the order of 10mA appears from the phase to the ground circuit.

При спільному застосуванні плавкого запобіжника, автоматичного вимикача і пристрою захисного бо відключення електричної мережі можливий захист електричної мережі від коротких замикань і витоку струму на контур заземлення Проте, відомий пристрій захисного відключення при застосуванні його без додаткового автоматичного вимикача і плавких запобіжників, не спрацює при появі струму між фазними і нульовим провідниками аж до його збільшення до величини струму короткого замикання, тому що сума струму у вікні магнфітопровода трансформатора струму дорівнюється нулю. З цієї ж причині ПЗВ не спрацює й у випадку появи в мережі дугового замикання через великий перехідний опір, струм якого не достатній для спрацьовування запобіжника або автоматичного вимикача.With the joint application of a fuse, automatic switch and a protective device for disconnecting the electrical network, it is possible to protect the electrical network from short circuits and current leakage to the ground circuit. However, the known protective disconnection device, when used without an additional automatic switch and fuses, will not work when the current appears between the phase and neutral conductors until it increases to the value of the short-circuit current, because the sum of the current in the window of the magnetoconductor of the current transformer is equal to zero. For the same reason, the PZV will not work in the event of an arcing in the network due to a large transient resistance, the current of which is not sufficient to trigger the fuse or automatic circuit breaker.

В основу винаходу поставлено завдання створити такий пристрій для захисного відключення електричної мережі з глухозаземленною нейтраллю, який дозволить крім захисту людини від випадкового доторку до 7/0 оголеного провідника, відключати мережу і при виникненні дугового короткого замикання з великим перехідним опором, а при металевому - забезпечити поздовжнє резервування комутаційного апарата і відключати ушкоджену мережу за час, не більший за 0,1с навіть при відмові в спрацьовуванні основного захисного комутаційного апарата.The invention is based on the task of creating such a device for protective disconnection of an electric network with a dead-grounded neutral, which will allow, in addition to protecting a person from accidental contact with a 7/0 bare conductor, to disconnect the network in the event of an arc short circuit with a large transient resistance, and in the case of a metal one - to ensure longitudinal redundancy of the switchgear and disconnect the damaged network in a time no longer than 0.1s even if the main protective switchgear fails to operate.

Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що в пристрої для захисного відключення електричної /5 мережі з глухозаземленною нейтраллю, що містить трансформатор струму, магнитопровід якого охоплює фазні провідники живлення навантаження, а вторинна обмотка трансформатора з'єднана з реле струму, вихід якого приєднано до автоматичного вимикача, відповідно з винаходом, кожний фазний провідник обладнано металевим екраном, який приєднано до заземленого корпусу навантаження, при цьому металевий екран накладено поверх ізоляції.The task is solved due to the fact that in the device for the protective disconnection of an electric /5 network with a blindly grounded neutral, containing a current transformer, the magnetic wire of which covers the phase conductors of the load power supply, and the secondary winding of the transformer is connected to a current relay, the output of which is connected to an automatic switch, according to the invention, each phase conductor is equipped with a metal shield, which is connected to the grounded body of the load, while the metal shield is placed on top of the insulation.

Таким чином зниження опору ізоляції фазного проводу до 10-20кОм призводить до появи в ланцюзі фаза-екран струму достатнього для спрацьовування ПЗВ. У випадку електричного пробою ізоляції фазного проводу час існування електричної дуги буде обмежено часом спрацьовування ПЗВ, що не повинне перевищувати О0,1с (ДЕРЖСТАНДАРТ 50807-94, МОК 755-833)In this way, the reduction of the insulation resistance of the phase wire to 10-20kΩ leads to the appearance in the phase-shield circuit of a current sufficient for triggering the PZV. In the event of an electrical breakdown of the insulation of the phase wire, the duration of the electric arc will be limited by the tripping time of the circuit breaker, which should not exceed О0.1s (State Standard 50807-94, IOC 755-833)

Очевидно, що за вказаний проміжок часу електричний вплив дуги на ізоляцію проводу не може привести до ов розвитку пожежі. Крім того, наявність металевого екрана запобігає впливу електричної дуги на пальні матеріали зовнішнього середовища. «It is obvious that during the specified period of time, the electric impact of the arc on the insulation of the wire cannot lead to the development of a fire. In addition, the presence of a metal screen prevents the impact of the electric arc on the combustible materials of the external environment. "

У випадку металевого короткого замикання захисне відключення буде забезпечувати поздовжнє резервування існуючих захистів (автоматичний вимикач, запобіжник) і у випадку їхньої відмови в спрацьовуванні відключить ушкоджену дільницю мережі з витримкою часу не більш 0,16. Ге! зо Запропонований пристрій може мати однофазне або багатофазне (наприклад, трифазне) виконання. У трифазній електричній мережі кожний фазний провідник .постачений гнучким металевим екраном, а в о однофазної - тільки один фазний, що з'єднуються з корпусами навантаження, що, у свою чергу, заземлюються соIn the event of a metal short circuit, the protective disconnection will provide longitudinal redundancy of the existing protections (automatic circuit breaker, fuse) and, in the event of their failure, will disconnect the damaged section of the network with a time delay of no more than 0.16. Gee! z The proposed device can have a single-phase or multi-phase (for example, three-phase) implementation. In a three-phase electrical network, each phase conductor is provided with a flexible metal shield, and in a single-phase network, only one phase is connected to the load bodies, which, in turn, are grounded with

Фазні провідники, що живлять навантаження, охоплюються магнітопроводом трансформатора струму, вторинна обмотка якого з'єднана з реле, що реагує на струми небалансу, які завжди будуть супроводжувати замикання со фази на землю. «ЕThe phase conductors feeding the load are covered by the magnetic conductor of the current transformer, the secondary winding of which is connected to a relay that responds to unbalance currents, which will always accompany a phase-to-ground fault. "IS

Запропоноване технічне рішення пояснюється кресленнями, де на фіг 1 і фіг.2 зображені принципові пристрої для захисного відключення однофазної і трифазної електричної мережі з глухозаземленною нейтраллю відповідно.The proposed technical solution is explained by the drawings, where Fig. 1 and Fig. 2 show the principle devices for the protective disconnection of a single-phase and three-phase electrical network with a blindly grounded neutral, respectively.

Запропонований пристрій для захисного відключення електричної мережі з глухозаземленною нейтраллю «The proposed device for protective disconnection of an electric network with a blind-grounded neutral "

Містить трансформатор струму, магнитопровід 1 якого охоплює нульовий 2 і фазні З провідники живлення з с навантаження 4 Поверх ізоляції кожного фазного провідника накладено металевий екран 5, що приєднується з боку навантаження 4 до його заземленого корпусу 6. Вторинна обмотка 7 трансформатора струму приєднана до з входу реле струму 8, вихід якого з'єднаний із системою відключення 9 автоматичного вимикача 10.It contains a current transformer, the magnetic conductor 1 of which covers the zero 2 and phase C power supply conductors from the load 4. A metal screen 5 is placed over the insulation of each phase conductor, which is connected from the load side 4 to its grounded body 6. The secondary winding 7 of the current transformer is connected to the input current relay 8, the output of which is connected to the disconnection system 9 of the automatic switch 10.

Працює пристрій таким чином. У справному стані мережі сума струмів провідників 2 і З у вікні магнитопровода трансформатора струму дорівнює нулю, тобто струм у його вторинній обмотці 7 відсутній і реле ї5» струму 8 не працює.The device works like this. In a healthy state of the network, the sum of the currents of conductors 2 and З in the window of the magnet wire of the current transformer is zero, that is, there is no current in its secondary winding 7 and the current relay Я5» 8 does not work.

Якщо станеться пробій ізоляції фазного проводу З на екран 5 у межах дільниці мережі трансформатор струму со - корпус 6, то баланс струмів у вікні трансформатора струму порушується. У його вторинній обмотці 7 о з'являється струм, що призводить до спрацьовування реле струму 8 і системи відключення 9.If there is a breakdown of the insulation of the phase wire C to the screen 5 within the network section of the current transformer so - housing 6, then the balance of currents in the window of the current transformer is disturbed. In its secondary winding 7 o, a current appears, which leads to the operation of the current relay 8 and the disconnection system 9.

У випадку появи в мережі металевого короткого замикання "К' і відмові в спрацьовуванні автоматичного о вимикача 9 ушкоджена дільниця мережі відключається автоматичним вимикачем 10 (запобіжником), щоIn the event of a metal short circuit "K" in the network and failure of the automatic circuit breaker 9, the damaged section of the network is disconnected by the automatic circuit breaker 10 (fuse), which

Ге) забезпеч)е поздовжнє резервування ПЗВ.Ge) provided longitudinal reservation of PZV.

Застосування запропонованих провідників спільно з відомим ПЗВ в мережах 380-220 В с глухозаземленною нейтраллю дозволяє одержати пристрій, що крім захисту людей від поразки людей електричним струмом дв дозволяє забезпечувати і пожежну безпеку мережі, тобто відключати як металеві, так і дугові короткі замикання в мережі з великими перехідними опорамиThe use of the proposed conductors together with the known PZV in 380-220 V networks with a dead-grounded neutral makes it possible to obtain a device that, in addition to protecting people from electrocution, also ensures fire safety of the network, that is, disconnects both metal and arc short circuits in the network with large transition resistances

Р» ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1. Пацкевич И. Р., Деєв Г. Ф. Поверхневі явища в зварювальних процесах. -М:: Металургія, 1974. -122 с. 2. Характер утворення пожежонебезпечних часток металу при коротких замиканнях / А. А. Александров, Г. И. во Смелков, В. А. Пехотин і ін. - Промислова енергетика, 1997, Мо2 с. 45-46.R» SOURCES OF INFORMATION 1. Patskevich I.R., Deev GF. Surface phenomena in welding processes. -M:: Metallurgy, 1974. -122 p. 2. The nature of the formation of fire-hazardous metal particles during short circuits / A. A. Aleksandrov, G. I. vo Smelkov, V. A. Pehotyn and others. - Industrial energy, 1997, Mo2 p. 45-46.

З. До питання про пожежонебезпечних часток металу, що утворяться при КЗ / А. А. Александров, В. А.Z. To the question of fire-hazardous metal particles formed during short-circuiting / A. A. Aleksandrov, V. A.

Пехотин, П. А Федоров і ін. - Промислова енергетика, 1978, ЗЗс.30-32.Pehotyn, P. A Fedorov and others. - Industrial energy, 1978, ZZs. 30-32.

Claims

The formula of the invention b5

A device for the protective disconnection of an electric network with a dead-earthed neutral, containing a current transformer, the magnet wire of which covers the phase conductors of the load supply, and the secondary winding of the transformer is connected to a current relay, the output of which is connected to an automatic circuit breaker, which is characterized by the fact that each phase conductor is equipped a metal screen that is attached to the grounded load body, while the metal screen is placed on top of the insulation. « (o) Zo so (ee) (ee) «

- and? sh" (ee) (ee) (95) 3e) 60 b5