Устройство для защиты человека от поражения электрическим током в сети с глухозаземленной нейтралью

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКОМ В СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ , содержащее трансформатор тока нулевой последовательности, включенньш между нулевой точкой трехфазного источника и землей, исполнительный орган с тремя замыкающими конфактами , триггер, первый блок задержки , элемент И, элемент НЕ,о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности электроснабжения потребителей за счет повьшения точности определения факта прикосновения человека, в него введены второй блок задержки, два компаратора, блок однофазного защитного замыкания, причем вторичная обмотка трансформатора тока нулевой последовательности подключена к двум входам двух компараторов , выход первого компаратора соединен с входом второго блока задержки , выход которого подключен к первому входу элемента И, а выход второго компаратора через элемент НЕ соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к R входу триггера, выход триггера подключен к входу электронного ключа, в выходную цепь которого включен (Л исполнительный орган, причем вновь введенный размыкающий контакт исполнительного органа включен между нулевой точкой источника питания и землей, а три замыкающих контакта этого исполнительного органа включены между соответствующими фазами сети и блоком однофазного защитного замыкания, соединенного с землей, приас чем выход триггера соединен с вхо-. дом первого блока задержки, выход которого соединен с S -входом триг-а гера.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Sl)4 Н 02 Н 5/12 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЪ|ТИЙ (21) 3660640/24-07 (22) 03. 11. 83 (46) 07.08.85. Бюл. У 29 (72) Ю.А.Шестопалов, А.П.Ксенофонтов, А.А.Медведев и В.Я.Островский (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (53) 621.316.925(.088.8) (56) Цаненко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 в. — Энергия, 1966, с..114-116..

Авторское свидетельство СССР

N- 1043777, кл. Н 02 Н 3/16, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ HEATPAJIbIO, содержащее трансформатор тока нулевой последовательности, включенный между нулевой точкой трехфазного источника и землей, исполнительный орган с тремя замыкающими контактами, триггер, первый блок задержки, элемент И, элемент НЕ,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повы-— шения надежности электроснабжения потребителей за счет повышения точности определения факта прикосновения:

„„SU„„1171897 человека, в него введены второй блок задержки, два компаратора, блок однофазного защитного замыкания, причем вторичная обмотка трансформатора тока нулевой последовательности подключена к двум входам двух компараторов, выход первого компаратора соединен с входом второго блока задержки, выход которого подключен к первому входу элемента И, а выход второго. компаратора через элемент НЕ соединен с вторым входом элемента

И, выход которого подключен к К— входу триггера, выход триггера подключен к входу электронного ключа, в выходную цепь которого включен исполнительный орган, причем вновь введенный размыкающий контакт исполнительного органа включен между нулевой точкой источника питания и землей, а три замыкающих контакта этого исполнительного органа включены между соответствующими фазами сети и блоком однофазного защитного замыкания,,соединенного с землей, причем выход триггера соединен с входом первого блока задержки, выход которого соединен с S -входом триггера.

1171897

Изобретение относится к технике электробезопасности в трехфазных сетях переменного тока с изменяющимся режимом работы нейтрали системы и может быть использовано в электрических установках любой отрасли народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение надежности электроснабжения потребителей за счет повышения точ- 10 ности определения фаХта прикосновения чедовека.

На фиг. 1,,подставлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -4 диаграммы напряжений, поясняющие ра-, 15 боту устройства; на фиг. 5 †вариант схемы устройства с тиристорным коммутатором.

Устройство содержит блок 1 коммутации,содержащий обмотку реле с раз- 20 мыкающим и тремя замыкающими контактами и источник питания; цепь 2 заземления нулевой точки источника 3 питания; трансформатор 4 тока нулевой последовательности, блок 5 25 вьщеления полезного сигнала, триггер 6, электронный ключ 7, блок 8 задержки, блок 9 однофазного защитного замыкания, 1

При этом блок выделения полезного сигнала состоит из двух компараторов 10 и 11, настроенных на различные уровни, элемента 12 задержки, логических элементов НЕ 13 и 14.

Устройство работоспособно в пяти- З5 проводных сетях с глухозаземленнои нейтралью, где два нулевых провода: первый — рабочий, к которому присоединяются однофазные потребители, он должен иметь изоляцию от корпуса и от земли; второй — защитный, к которому присоединяются корпуса электроприемников и должен иметь повторные заземлители.

В нормальном режиме работы сети блок 1 коммутации поддерживает цепь

2 заземления нейтрали источника 3 в исходном (замкнутом) состоянии, при этом через вторичную обмотку трансформатора тока нулевои последовательности (ТТНП) 4 ток не протекает и блок 5 выделения полезного сигнала, триггер 6, электронный ключ 7, 55 блок 8 задержки, блок 9 однофазного

I защитного замыкания находятся в исходном (ждущем ) состоянии.

В зависимости от снижения сопротивления изоляции сети (включая прикосновение человека) токи утечки проходят по цепи заземления нейтрали источника, крутизна нарастания этого тока зависит от снижения сопротивления изоляции на одной. из фаз (фиг ° 2).

Перевод сети из режима работы с глухозаземленной нейтралью в режим сети с изолированной нейтралью необходимо только в случае прикосновения человека к токоведущей части (общепринятые значения сопротивления тела человека в зависимости от условий работы составляют 300-1000 Ом).

Если человек, прикасаясь к сети с заземленной нейтралью, оказывается под фазным напряжением, так как ток протекает через человека, землю, цепь 2 заземления нейтрали источника 3, то, переводя сеть в изолированную, напряжение прикосновения становится меньше, чем фазное, и определяется состоянием сопротивления изоляции сети. В случае понижения сопротивления изоляции, включая однофазное короткое замыкание (о.к.з), сеть из режима глухозаземленной нейтр пи не должна переводиться в другой режим работы, так как, учитывая высокое быстродействие предлагаемого устройства, штатная защита отдельных потребителей электроэнергии (плавкие вставки, автоматы и др.), обладающие более низким быстродействием, не успевают срабатывать, тем самым затрудняется поиск поврежденного потребителя (снижение сопротивления изоляции, включая о.к.з.). Поэтому в этом случае целесообразно поврежденный электроприемник отключать штатной защитой от токов, возникающих при значительном понижении сопротивления изоляции, включая о.к.з., оставив сеть в режиме с глухозаземленной нейтралью.

Факт прикосновения человека к токоведущей части определяется блоком 5 вьщеления полезного сигнала, работа которого основана на определении наличия превышения снимаемого с вторичной обмотки ТТНП .4 напряжения нижнего горогового уровня 1 (фиг.2), (ПУ1 для R ) и на я анализе крутизны нарастания этого напряжения, характеризуемого временем пересечения и/или двух поро3 1 1 говых уровней ПУ1 и ПУ2 (для R в в > t q ). При понижении сопротивления изоляции ниже R в tп c t„ схема блока 5 работает следующим образрм.

Напряжение с вторичной обмотки ТТНП 4 (UT THq ) поступает на компараторы 10 и 11, настроенные на равные уровни срабатывания (ПУ1 и ПУ2). При превышении этим напряжением пороговых уровней на выходах компараторов формируются сигналы "Логическая 1" (фиг.3). Сигнал "1" с выхода компаратора 10 поступает на элемент 12 задержки, на выходе которой через время, равное tv,также формируется сигнал "1", поступающий на логический элемент И 14. Сигнал с компаратора 11 поступает на инвертирующий логический элемент НЕ 13, выход которого подключен на вход логического элемента И 14.

Сигналом, показывающим наличие прикосновения человека к токоведущей части, является "1" любой длительности, формируемая на выходе элемента И 14.

Рассмотрим работу блока выделения полезного сигнала 5 в различных случаях понижения изоляции.

При понижении сопротивления изоляции и в случае Uт типа ПУ1, ПУ2 сигналы на выходах компараторов 10 и 11 остаются в состоянии "0", элемент задержки не запускается и сигнал на ее выходе равен "0" . С элемента НЕ 13 поступает "1" и, таким образом, на входы элемента И 14 пос-. тупают сигналы "0" и "1", в результате чего на его выходе формируется сигнал "0".

При прикосновении человека к токо. ведущей части и в случае ПУ2 >

Эт т„„o ПУ1 на выходе компаратора 10 рормируется сигнал "1", запускает"я элемент 12 задержки и через вречя t«г с него на вход элемента 1 14 поступает "1". Состояние комтаратора 11 не меняется и на элемент

14 также постпает "1". В резульгате на выходе элемента И 14 формируется сигнал "1", показывающий натичие прикосновения человека к токоведущей части.

При прикосновении человека к гоковедущей части и в случае Птт„„>

ТУ1, ПУ2 на выходе компаратора 14 формируется "1" и через время на вход элемента И 14 поступа71897 4

55 ет "1". Через время t после формиро вания сигнала на компараторе 10 и на выходе компаратора 11 также формируется сигнал "1", при этом выход элемента НЕ 13 переходит в состояние "0", заблокировав элемент И 14, но, так как в описываемом случае tz ) t „г, то на выходе элемента И 14 формируется сигнал "1" длительностью t„ — „, показывающий наличие прикосновения человека в токоведущей части.

При понижении сопротивления изо.ляции (включая о.к.з.) и в случае Бт sn 7 ПУ1, ПУ2 сигнал на выходе компаратора 11 сформируется через время t < c t „,после сформирования сигнала компаратором 10, вследствие чего блокирующий сигнал на элемент И 14 с элемента НЕ 13 поступит раньше, чем сформируется сигнал

"1" на выходе элемента задержки, в результате чего сигнал на выходе элемента И 14 не изменит своего состояния (останется в состоянии

«О").

Рассмотрим теперь работу всего предлагаемого устройства в целом.

При прикосновении человека, например, к фазе g через цепь 2 заземления нейтрали источника 3 начинает протекать ток. Во вторичной обмотке ТТНП 4 выводится ЭДС, которая поступает на вход блока 5 выделения полезного сигнала 5-3-3.

На выходе блока 5 выделения полезного сигнала вырабатываются прямоугольные единичные импульсы, поступающие на вход R триггера 6, при этом триггер 6 переходит в состояние

"1". Сигнал с триггера 6 подается на электронный ключ 7, который под-. ключает обмотку реле, находящейся в блоке 1 коммутации (источник питания служит для обмотки реле), при этом размыкающий контакт реле размыкается, тем самым переводят сеть из режима заземленной нейтрали в режим изолированной нейтрали источника.Замыкающие контакты реле замыкаются, подключая блок 9 однофазного защитного замыкания. При подключении блока 9 к сети устройство срабатывает и замыкает поврежденную фазу на землю, тем самым обеспечивается безопасность человека при прикосновении к фазному проводу (токоведущей части). Сигнал с выхода триггера 6

1171897 также поступает на вход блока 8 задержки, на выходе которого через заданнос время задержки (t ) вырабатывается единичный импульс, посту- пающий íà S — вход триггера б (время задержки вырабатывается из расчета времени, необходимого для самостоятельнбго осовобождения человека от токоведущей части). Сигнал, посту- 1р пающий с блока 8 задержки íà S --вход триггера 6, возвращает.его в исходное нулевое состояние, вследствие чего электронный ключ 7 размыкается, обмотка реле обесточивается иего контакты приходят в исходное состояние.

На этом цикл работы устройства закончен. Если человек не успел самостоятельно освободиться от токоведущей части, то устройство будет 20 повторять цикл работы до его самостоятельного освобождения. Так как быстродействие блока 9 однофазного защитного замыкания достаточно высокое, то время между циклами является безопасным для человека. Блок 9 снабжен звуковой и световой сигнализацией, При осовождении человека от токоведущей части устройство находится в ждущем режиме. Работа устройства 30 поясняется временной диаграммой (фиг.4).

Работа предлагаемого устройства в режиме аварийного понижения сопротивления изоляции, включая о.к.з. была рассмотрена при описании работы блока 5. В этом случае электрическая сеть остается в режиме глухозаземленнной нейтрали.

Особенностью работы датчика 4 40 в этих режимах является возможность его перемагничивания токами о.к.з... после которого он будет неспособен чувствовать сигналы о прикосновении человека. Для .исключения этого явления (перемагничивания токами о.к.з.) магнитопровод ТТНП 4 выполнен с немагнитной прокладкой (воздушным зазором).

В устройстве (фиг.1) блок 1 коммутации выполнен на базе реле, его размыкающих контактов и источника питания, что не является единственным схемным решением этого блока.

В частности, блок 1 коммутации может быть выполнен на базе тиристоров. На фиг.5 представлен вариант устройства, выполненный на базе симметричных тиристоров с оптронным входом, согласуемый по уровню с логическими элементами. . Схема работает аналогично описанной за исключением работы блока коммутации, принцип работы которого состоит в следующем. В исходном состоянии нулевой уровень триггера б поступает на входы симисторов с оптронным входом, включенных между фазами сети и блоком однофазного защитного замыкания, а также на вход логического элемента НЕ, включенного в управляющую цепь симистора, установленного в цепи заземления нейтрали источника. Вследствие этого сеть работает в режиме с глухозаземленной нейтралью, и блок 9 не подключен к сети. При переходе выхода триггера в состояние "1", наблюдающееся в случае прикосновения человека к токоведущей части, симисторы, подключенные к фазам сети, открываются, а симистор в цепи заземления нейтрали закрывается.

1171897

IM

fig/ юи

Айвам 1

Ф-Ю

Г! 71897 ам о > ,ЛЯЙиж,йй&юм

ЛОФЯтЯI7ц7Ящ ), у р р Я .4 4 котутотор

Составитель Л.Васькова

Редактор Н.Пушненкова. Техред М.Пароцай . Корректор В.Бутяга

Заказ 4897/46 Тираж 620

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4