Устройство для защиты от утечек тока в трехфазной электрической сети

 

Изобретение относится к устройствам защиты от утечек тока в .подземных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью и предназначено для защиты от поражения людей электрическим током. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки. В случае снижения сопротивления изоляции сети до опасной по условиям безопасности величины оперативный ток 1 превьпиает амплитудное значение имсо СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3880710/24-07 (22) 03.04,85 (46) 07. 12.87. Бюл. У 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (72) В.С.Дзюбан, О.М,Воронцов и В.П.Кононенко (53) 621..3 16.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 531227, кл. Н 02 Н 3/17, 1974.

Колосюк В.П. и др. Безопас. ая эксплуатация шахтных электроустановок. 1980, с.37-41.

„„SU„„>З58ОЗ2 А1 (51)4 Н 02 Н 3/17 9/08 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБРИТЫ ОТ УТЕЧЕК

ТОКА В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ (57) Изобретение относится к устройствам защиты от утечек тока в подземных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью и предназначено для защиты от поражения людей электрическим током. Цель изобретения — повышение надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки. В случае снижения сопротивления изоляции сети до опасной по условиям безопасности величины оперативный ток Т„„ превышает амплитудное значение им1358032

25 лельно между собой, к дополнительному источнику 28 питания, к минусу которого через резисторы 29 и 30 присоединены эмиттеры указанных повтопульсов эталонного тока I 1- первый усилитель 4 будет постоянно открыт, и исполнительный элемент 7 отключается, что ведет к отключению сети автоматическим выключателем. При изменении емкости сети 34 изменяется эквивалентная емкость, вносимая в колебательный контур, подключенный к генератору 12 повышенной частоты. В связи с этим изменяется собственная частота этого контура. По мере приближения собственной частоты к частоте задающего генератора 12 напряжение на выходе колебательного контура увеличивается. Ток, пропорциональный напряжению на контуре, проходит через база-эмиттерный переход транзистора 31> к база-коллекторному переходу которого подлкючены входы эмиттерных повторителей 26, 27. Ток от дополнительного источника 28 питания проходит через вход второго

Изобретение относится к устройствам для защиты от утечек тока в подземных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью и предназначено для защиты от поражения людей электрическим током.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для защиты от утечек тока состоит из блоков контроля изоляции и компенсации емкостных токов, включающих в себя компенсирующий. дроссель 1, присоединенный через трехфазный дроссель 2 и разделительный конденсатор 3 между фазами защищаемой сети и землей, первый усилитель 4, вход которого зашунтирован полупроводниковым прибором 5, фильтр

6 постоянной составляющей тока, исполнительный элемент 7, включенный через указанный фильтр в цепь нагрузки первого усилителя, источник

8 оперативного тока, присоединенный

t)

20 усилителя 13 и открытый этим током эмиттер-коллекторный переход эмиттерного повторителя 26. Выбором соотношений резисторов 30 и 37 регулируется открывание второго 27 и последующих эмиттерных повторителей.

Ток через вход второго усилителя 13 увеличивается в связи с уменьшением сопротивления в цепи дополнительного источника 28, так как резисторы

29 и 30 включаются параллельно между собой. Выбором соотношений указанных резисторов и напряжений, при которых подключаются последующие эмиттерные повторители, количеством эмиттерных повторителей можно как угодно близко приблизить характеристику блока измерения емкости сети (тока на входе второго транзисторного усилителя в зависимости от емкости сети) к требуемой характеристике тока управления компенсирующего дросселя,1 ил. через RC-фильтр 9 между входом первого усилителя 4 и разделительным конденсатором 3, источник 10 эталонного тока (плюс указанного источника расположен на земле), блок 11 измерения емкости сети с генератором

12 повышенной частоты, второй усилитель 13, вход которого соединен с блоком 11 измерения емкости сети, а выход — с обмоткой 14 управления компенсирующего дросселя 1.

В цепь нагрузки усилителя 15 генератора 12 повышенной частоты включены три параллельные цепи, две из которых состоят из последовательно соединенных диодов 16 и 17, резисторов 18 и 19 и колебательных контуров 20 и 21, третья — из диода 22, резистора 23 и эмиттер-базового перехода транзистора 24, в коллекторную цепь которого включен резистор

25. Вход второго усилителя присоединен через несколько эмиттерных повторителей 26 и 27, соединенных парал58032 4 з 13 рителей 26 и 27, а к плюсу источника 28 питания через база-коллекторный переход транзистора 31 присоединены входы эмиттерных повторителей

26 и 27 ° Вход указанного транзистора

31 зашунтирован встречно присоединенным диодом 32 и включен в цепь колебательного контура, в емкостную цепь которого через фильтр 33 также включена измеряемая емкость сети

34, а в цепь компенсирующего дросселя включен дополнительный источник

35 постоянного напряжения. Для создания начального оперативного тока при сопротивлении изоляции, равном между нулевой точкой трехфазного дроссел", 2 и землей включен резистор 36.

Устройство работает следующим образом.

При бесконечно большом сопротивлении изоляции сети оперативный ток

Т „ протекае г по цепи: резисторы

RC-фильтра 9, параллельно соединенные база-эмиттерный переход транзистора 4 и база-коллекторный переход транзистора 5, земля, резистор 36, обмотка компенсирующего дросселя 1.

От плюса (земля) источника 10 эталонного тока через база-эмиттерный переход транзистора 5, эмиттер-коллекторный переход транзистора 24, резистор 25 и минус источника 10 эталонного тока проходят прямоугольные импульсы эталонного тока.

Формирование прямоугольных импульсов происходит за счет работы усилителя 15 генератора 12 повышен— ной частоты в ключевом режиме, который получается при подключении вторичной обмотки колебательного контура 21 генератора 12 повышенной частоты к эмиттер-базовому переходу усилителя 15 указанного генератора 12.

Тогда при открытом состоянии усилителя 15 транзистор 24 открывается током по цепи: плюс источника питания генератора 12 (земля), база-эмиттерный переход транзистора 24, резистор 23, диод 22, эмиттер-коллекторный переход усилителя 15, минус источника питания генератора 12. При закрытом состоянии усилителя 15 генератора повышенной частоты транзистор 24 закрыт, При закрытом состоянии транзистора 24 оперативный ток проходит через база-эмиттерный пере ход первого усилителя 4, При откры30

55 том состоянии транзистора 24 опера— тивный ток проходит через база-коллекторный переход транзистора 4 и первый усилитель закрыт. Таким образом, первый усилитель 4 работает в ключевом режиме с повышенной частотой коммутации, соответствующей частоте переключения усилителя 15 генератора 12 повышенной частоты. При аботе транзисторного усилителя 4 в ключевом режиме производится питание исполнительного элемента 7 от плюса источника через фильтр б постоянной составляющей тока, эмиттер-коллекторный переход первого усилителя 4, минус источника (земля). В результате исполнительный элемент 7 срабатывает, позволяет подать напряжение в электрическую сеть. B случае снижения сопротивления изоляции сети до опасной по условиям безопасности величины оперативный ток I Ä превышает амплитудное значение импульсов эталонного тока I r, первый усилитель 4 постоянно открыт, а исполнительный элемент 7 отключается, что ведет к отключению сети автоматическим выключателем.

Подключение источника 35 постоянного напряжения только в цепь компенсирующего дросселя исключает броски оперативного тока при подаче напряжения на сеть, однако в этом случае имеет МрсТо задержка взвода исполнительного элемента 7 за счет медленного нарастания оперативного тока, так как первый усилитель 4 начинает работать в режиме переключения только при определенной величине оперативного тока, достаточной для четкого открывания транзисторного усилителя, Подключением дополнительного источника 35 постоянного напряжения в цепь компенсирующего дросселя и выбором соотношений между напряжениями источников оперативного тока можно обеспечить, с одной стороны, непревышение оперативным током I, амплитуды импульсов эталонного тока ?, в то же время быстрое нарастание оперативного тока в момент подключения устройства под напряжение, что необходимо для осуществления быстродействия взвода исполнительного элемента 7, Указанное подключение источников оперативного тока и повышенная частота переключения первого усилителя обеспечивают

1358032

45 быстродействие взвода исполнительного элемента 7 не более 30 мс, что позволяет выполнить задержку срабатывания промежуточного реле не преь

5 вышающую 100 мс „(например, с помощью задерживающего RC-фильтра) с контактами, рассчитанными на большие напряжения и ток, позволяющими воздействовать на отключающую катушку мощного автоматического выключателя (не показано), При изменении емкости сети 34 изменяется эквивалентная емкость, вносимая в колебательный контур, подключенный к генератору 12 повь шенной частоты. В связи с этим изменяется собственная частота этого контура.

По мере приближения собственной частоты к частоте задающего генератора 12 напряжение на выходе колебательного контура увеличивается. Ток, пропорциональный напряежнию на контуре, проходит через база-эмиттерный переход транзистора 3 1, к база-кол- 25 лекторному переходу которого подклю.чены входы эмиттерных повторителей

26 и 27. Ток от дополнительного источника 28 питания проходит через вход второго усилителя 13 и открытый этим током эмиттер-коллекторный переход эмиттерного повторителя 26. Выбором соотношений резисторов 30 и 37 регулируется открывание второго 27 и последующих эмиттерных повторителей. Ток через вход второго усилителя 13 увеличивается в связи с уменьшением сопротивления в цепи дополнительного источника 28, так как резисторы 29 и 30 включаются параллельно между собой. Выбором соотношений указанных резисторов и напряжений, при которых подключаются последующие эмиттерные повторители, количеством эмиттерных повторителей можно как угодно близко приблизить хар -".""теристику блока измерения емкос. сети тока на входе второго транзисторного усилителя в зависимости от емкости сети к требуемой характе50 ристике тока управления компенсирующего дросселя. Это позволяет не только снизить ток, проходящий через человека при его случайном прикосновении к фазе сети, во всем диапазоне изменения емкости сети, но и да55 ет возможность в серийном производстве обеспечить работоспособность указанных устройств при значительном изменении температуры окружающей среды от -40 до +65 С и разбросах параметров элементов. Снижение кратковременных токов во всем диапазоне изменения емкости сети позволяет также увеличить допустимый диапазон изменения емкости сети. В настоящее время при емкости сети, больше

1 мкФ на фазу, необходимо применять в шахтной участковой сети вместо одной трансформаторной подстанции две, питающие раздельно части кабельной сети, Применение одной трансформаторной подстанции и одной сети вместо двух позволяет получить большой экономический эффект.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для защиты от утечек тока в трехфазной электрической сети, содержащее цепь из последовательно соединенных компенсирующего дросселя, трехфазного дросселя и разделительного конденсатора, выводы которой предназначены для подключения между защищаемой сетью и землей,первый усилитель, вход которого зашунтирован полупроводниковым элементом, исполнительный элемент, включенньй через фильтр постоянной составляющей тока в цепь нагрузки первого усилителя, источники оперативного тока, эталонного тока и питания, генератор повышенной частоты, включающий в себя усилитель и первый колебательный контур LÑ-типа, включенный в цепь нагрузки усилителя, блок измерения емкости сети с вь водами для подклю| чения к сети, включающий в себя второй колебательный контур LC-типа, цепь которого служит для включения измеряемой емкости сети, к выходу которого подключен вход трансформа— тора, второй усилитель, вход которого соединен с выходом блока измерения емкости сети, а выход — с обмоткой управления компенсирующего дрос— селя, о т л и ч а а щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки, в указанньй первый колебательный контур включены вновь введенные соединенные последовательно первые резистор и диод, а второй колебательный контур и эмиттер-базовый пере— ход вновь введенного дополнительного

1358032

1О

Составитель Л.Васькова

Техред A.Kðàâ÷óê Корректор И.Иуска

Редактор Л.Лангазо

Заказ 6003/53 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4 транзистора, включенного в цепь эталонного тока, включены каждый через вновь введенные последовательно соединенные соответственно вторые и третьи диод и резистор параллельно цепи с первым колебательным контуром, а в блок измерения емкости сети введены вновь по крайней мере два эмиттерных повторителя, соеди1 ненных параллельно между собой, и транзистор, вход которого зашунтирован встречно включенным диодом и подключен к выходу упомянутого трансформатора, а к выходу транзистора подключен вход эмиттерного повторителя, выход которого соединен с входом второго усилителя, при этом источник питания подключен к входу питания блока измерения емкости сети,а в цепь компенсирующего дросселя включен дополнительный источник постоянного напряжения.