Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изолированной нейтралью

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к защитно-отключающим Ю Фаза 5 устройствам, предназначенным для обеспечения безопасности персонала при прикосновении к токоведущим частям электроустановки , а также при пробое изоляции в сетях переменного тока, изолированных от земли. Цель изобретения - повышение надежности в работе устройства в двухфазной сети. При нормальной работе устройства компараторы 4, 8, 9 находятся в динамическом состоянии, что позволяет фиксировать неисправности в работе дублированного устройства при расхождении потенциалов напряжения между каналами до 10%. Частота F колебаний потенциалов напряжения задается преобразователем напряжение - частота 22, на выходах которого формируются противофазные сигналы со скважностью, равной двум. Компаратор 9 проверяет нор2 vj О 00 CJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС ТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 Н 3/16

ГОСУДАРСТВЕНЧЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, 4

С» 4

0с

00 (л) (21) 4482885/07 (22) 13.09.88 (46) 23.01,92. Бюл, Q 3 (71) Научно-производственное объединение автоматизации и систем управления на железнодорожном транспорте (72) Я.С.Спектор, Д.A,Êoãàí и А.С.Гряэнов (53) 621,316.225(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 641580, кл. Н 02 Н 3/16, 1977, Авторское свидетельство СССР

hk 885555882255, кл. Н 02 Н 3/16, 1979, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕ НИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ

СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (57) Изобретение относится к электротехнике. а именно к защитно-отключающим

„„SU„„1707683 А1 устройствам, предназначенным для обеспечения безопасности персонала при прикосновении к токоведущим частям электроустановки, а также при пробое изоляции в сетях переменного тока, изолированных от земли, Цель изобретения — по в ы ш ение надежности в работе устройства в двухфазной сети. При нормальной работе устройства компараторы 4, 8, 9 находятся в динамическом состоянии, что позволяет фиксировать неисправности в работе дублированного устройства при расхождении потенциалов напряжения между каналами до 10,ъ. Частота

F колебаний потенциалов напряжения задается преобразователем напряжение — частота 22, на выходах которого формируются противофазные сигналы со скважностью, равной двум. Компаратор 9 проверяет нор1707683

1 ., r

35

40 мированное соотношение рабочего и опорного потенциалов и формирует разрешающий сигнал с частотой 2F и скважностью, равной двум, который усиливается усилителем 5, проверяется полосовым фильтром 20 и через первый выпрямитель 7 поступает на вход исполнительного органа для разрешения его включения. В случае y меньшения

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защитно-отключающим устройствам, предназначенным для обеспечения безопасности персонала при прикосновении к токоведущим частям электроустановки, а также обеспечения безопасного функционирования устройств при пробое изоляции в сетях переменного тока, изолированных от земли, Известы устройства для зашнтного отключения электроустановки от сети переменного тока, содержащие датчик напряжения, входом подключенный л сети переменного тока, а выходом соединенный с первым и вторым компараторами. выходы которых связаны с отключак i,и-л элементом, Известно устроиство для защитн;с отключения электроустаноьки oz сети переменного тока с иэ,;ворованной ней.ралью. содержащее датчик напрамения. выл.од которого соединен с входом nepeor o i омпаратора и входом второ о комсара-ора. сглаживающий филь.р и пе":е и выпрямитель.

Недо "татком известногс ус г. йства авляется низкая надежност= за г ", недостаточной защищенности oò ложного разрешающего выходного сигнала при Håисправности и изменени —,а, ме-.ðoe элементов устройства

Цель изобретения — повышение на;,е ности работы в двухфаз .ой сети лостигается тем, что в устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее первый датчик напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого коипараторв и входом второго компаратора, сглаживающий фильтр и первый выпрямитель, введены третий компвратор, усилитель, первый и второй формирователи опорных напряжений, первый, второй и третий делители напряжения, первый, второй и трет; и резисторы, второй датчик напряжения, втоpoR выпрямитель, двухконтурный полосовыходного напряжения с фильтра 20 по причине расхождения дублированных каналов или изменений напряжений сети осуществляется снижение частоты работы преобразователя 22, которое приводит к снятию сигнала с выпрямителя 7 и последующему отключению электроустановки исполнительным органом 3 ил. вой LC-фильтр, накопительный конденсатор и преобразователь напряжения в частотные противофазные сигналы со скважностью 4. при этом входы первого и второго формирователей опорных напряжений и второго датчика напряжения соединены с клеммой для подключения к фазе, а выходы подключены, соответственно, к первому, второму и третьему делителям напряжения средняя точка г.ервого делителя напряжения соединена с инвертирующим входом второго компаратора, через первый резистор с выходами первого и третьего компараторов и через сглаживающий фильтр с инвертирующим входом третьего компаратсра средняя точка второго делителя напряжения соединена с неинвертирующим входом третье о компаратора и через второй резистор с первым выхсдом преобразователя напряжения в частотные противофазные сигналы со скважнсстью 4 второй выход которого через третий рез истор соединен с инвертирующим входом nepeoro компаратора и средней точкой третьего делитела напряжения а вход — через накопи-.ельный конденсатор с выходом второго выпрямителя, выход второго компаратора через усилитель — с входом полосового двухконтурного 1Сфильтра, первый выхсд которого соединен с входом s одого выпрамитела а втсрои выход — с входом первого выпрямителя вы1од которого является восходом устройства

На фиг,1 приведена функциональная электрическая схема заявляемого у=тройства; на фиг 2 — структурная схема преобразователя напряжения в противофазные частотные сигналы со скважностью 4 на фиг.3 — временные диаграммы. поясняющие работу основных узлов устройства.

Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изолированной ней1ралью содержит первый датчик 1 напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора 2 и входом второго компаратора 3. сглаживающий фильтр 4, первый выпрямитель 5, третий компаратор 6, 1707683 усилитель 7, первый 8 и второй 9 формирователи опорных напряжений, первый 10, второй 11 и третий 12 делители напряжения, первый 13, второй 14 и третий 15 резисторы. второй датчик 16 напряжения, второй выпрямитель 17, двухконтурный полосовой LC-фильтр 18, накопительный конденсатор 19 и преобразователь 20 напряжения в частотные противофаэные сигналы со скважностью 4, при этом входы первого 8 и второго 9 формирователей опорных напряжений и второго датчика 16 напряжения соединены с клеммой для подключения к фазе, а выходы подключены, соответственно, к первому 10, второму 11 и третьему 12 усилителям напряжения, средняя точка первого делителя 10 напряжения соединена с инвертирующим входом второго компаратора3, через первый резистор 13 с выходами первого 2 и третьего 6 компараторов и через сглаживающий фильтр 4 с инвертирующим входом третьего компаратора 6, средняя точка второго делителя 11 напряжения соединена с неинвертирующим входом третьего компаратора 6 и через второй резистор 14 с первым выходом преобразователя 20 напряжения в частотные противофазкые сигналы со скеажностью 4, второй выход которого через третий резистор 15 соединен с икеертирующим входом

nepeoro компаратора 2 и средней точкой третьего усилителя 12 напряжения, а вход соединен через накопительный конденсатор 19 с выходом второго выпрямителя 17, выход второго компаратора 3 через усилитель 7 — с входом полосового двухконтурного LC-фильтра 18, первый выход которого соединен с входом второго выпрямителя, а второй выход — с входом первого выпрямителя 5. выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Оперативный постоянный ток протекает от источника тока через резисторы первого 1 и второго 16 датчиков напряжения и далее через сопротивления изоляции относительно земли" (R») фаз контролируемой сети переменного тока с изолированной нейтралью. Сопротивления й» включены параллельно нижним сопротивлениям реэисторных делителей напряжения, входящих в состав датчиков 1 и 16. Поэтому при снижении сопротивления изоляции R» на выходах датчиков происходит уменьшение величины напряжения постоянного тока. если R» снижается ниже установленной нормы (например, 27 кОм). устройство осуществляет защитное отключение электроустановки от сети переменного тока, вы45

40 ключая сигналом со своего выхода магнитный пускатель (не показан), В конкретном случае применения заявляемое устройство отключает пускатель электрообогрееа стрелочных переводов железнодорожного транспорта, Ввиду того, что устройство отвечает эа безопасность движения поездов и за безопасность обслуживающего персонала, в нем обеспечивается повышенная защищенность от ложного разрешающего выходного сигнала при отказах и изменении параметров элементов схемы. Для этого ответственные узлы схемы дублироеаны с обеспечением са.моконтроля правильности их функционирования, При обнаружении неисправностей в процессе самоконтроля происходит автоматическое блокирование устройства в состоянии защитного отключения, требующее для повторного включения устройства вмешательства человека-оператора, Обнаружение неисправностей в дублированной части схемы устройства осуществляется сравнением работы дублированных узлов, а в недублироеанной части устройства — за счет логического объединения сигналов дублированных узлов с общим выходным сигналом устройства, контролируемым по частоте полосоеым LC-фильтром

18. Полосоеой LC-фильтр 18 выполнен по схеме со связанными контурами и является вполне надежным элементом, так как при неисправности любого из элементов его схемы сопротивление передачи фильтра резко уееличиеаетса. выходной сигнал устройства становится близким к 0 и устройстео переходит в состояние защитного отключения.

При исправном LC-фильтре устройство имеет нормальный выходкой сигнал включения пускателя обогрева. если он соответствует по частоте полосе пропускания

LC-фильтра. а скеакность его близка к 2.

Чувствительность к изменению параметров выходного сигнала обеспечивается обратной связью с выхода LC-фильтра через второй выпрямитель 17 на вход преобразователя 20 напряжения в противофазные частотные сигналы со скважностью

4. Структурная схема преобразователя 20 приведена на фиг.2. Из фиг.2 видно. что преобразователь 20 обладает пороговыми свойствами по входу за счет ограничителя напряжения, Пока напряжение на входе выше порога срабатывания ограничителя, оно имеет постоянную величину, равную порогу ограничения. В противном случае, из-за снижения напряжения на входе, начинает изменяться частота сигналов. формируемых симметричным мультивибратором. Это при1707683 водит к тому, что увеличивается затухание для частотного сигнала, проходящего через

LC-фильтр, и еще больше снижается напряжение на входе преобразователя 20. Развивается необратимый процесс, приводящий к выключению устройства, Для повторного включения устройства должны быть устранены неисправности, вызвавшие изменение параметров частотного сигнала, и кратковременно извне подано постоянное напряжение в цепь пуска. При нормальной работе симметричный мультивибратор формирует на своих противофазных выходах сигналы с0 скважностью 2 прямоугольной формы и с заданной частотой, а одновибраторы преобразуют эти сигналы в противофаэные сигналы со скважностью 4 для воэможности их дальнейшего логического объединения в частотный выходной сигнал, 1о. каким образом в процессе функцонирования устройства происходит логическое объединение сигналов, поясняется временными диаграммами работы, приведенными на фиг.3. Компараторы 2 и 6 служат для сравнения между собой, соответственно, дублированных сигналов от датчиков 1, 16 напряжения и дублированных опорных напряжений, поступающих от формирователей 8. 9 опорных напряжений. На инвертирующие входы компараторов поступают постоянные напряжения, а на неинвертирующих входах к постоянным напряжениям добавляется переменная составляющая из-за влияния подключенных к ним через резисторы 14 и 15 выходов преобразователя 20. В результате переменная составляющая образует поле допуска для постоянного напряжения, действующего на другом входе.

Если сигнал на другом входе компаратора находится в поле допуска. то компаратор переключается по выходу в соответствии с частотой и скважностью сигнала, поступающего от преобразователя 20, На инвертирующем входе второго компарзтора 3 действует постоянный сигнал от первого формирователя опорного напряжения и переменный сигнал, образующий поле допуска. Этот переменный сигнал представляет собой за счет сложения выходных сигналов компараторов 2 и 6. имеющих открытые коллекторные выходы, сигнал с частотой, удвоенной по отношению к частоте преобразователя 20, и со скважностью, равной 2.

8торой компаратор 3 проверяет, что постоянное напряжение, поступающее íà его вход от первого датчика 1, находится в поле допуска сформированного из выходного напряжения первого формирователя 8. Пока

55 это условие выполняется, компаратор 3 переключается с частотой, соответствующей середине полосы пропускания LC-фильтра

18, и скважностью выходного сигнала. равной 2. Этот сигнал усиливается усилителем

5, проходит через LC-фильтр 18 с минимальным затуханием и через первый выпрямитель 5 действует на магнитный пускатель (не показан), подключенный к выходу устройства. а также через второй выпрямитель 17 и накопительный конденсатор 19 действует на вход преобразователя 20. обеспечивая нормальную работу последнего. Конденсатор 19 обеспечивает сохранение сигнала в цепи пуска для обеспечения устойчивой работы при кратковременных перерывах (до

1,6 с) в электропитании устройства.

Таким образом, частотный сигнал несет в себе информацию о том, что сформированные дублированными узлами рабочие и опорные потенциалы попарно соответствуют друг дру у с точностью заданного допуска (практически -10-20ф,). а также, что проверенный рабочий потенциал, отражающий состояние изоляции, соответствует допустимому уровню, задаваемому проверенным опорным потенциалом. При снижении R„, рабочий потенциал на неинвертирующем входе второго компаратора 3 снижается и опускается ниже поля допуска, создаваемого опорным потенциалом на инвертирующем входе. 8 результате прекращается формирование импульсного сигнала омпаратором 3 и происходит выключение магнитного пускателя и переход устройства в рассмотренное ранее состояние защитного отключения.

При неисправностях элементов схемы устройства, в частности обрывах, коротких замыканиях, увеличении сопротивлений резисторов согласующих делителей 10. 11, 13 напряжения, генерации на высокой частоте неисправных усилительных элементов происходит изменение параметров частотного сигнала. приводящее к фиксации неисправностей и переходу устройства в состояние защитного отключения. Чувствительность схемы самоконтроля устройства к изменению параметров частотного сигнала обеспечена за счет узкой полосы LC-фильтра и крутой зависимости частоты преобразователя 20 от напряжения íà его входе. В то же время схема устойчиво работает в широком диапазоне температур (от -40 до +50 С) за счет температурной стабильности параметров (стабилитрон KC191A) ограничителя напряжения при нормальном уровне выходного сигнала LC-фильтра.

Таким образом, по сравнению с известным устройством в заявляемом существен10

17076В3

О раничи гжель

1 нопояз гендя Симмегп икании

Ю ю юула.а

otnop гттор но расширен перечень контролируемых неисправностей, что повышает его надежность эа счет защищенности от выдачи ложного разрешающего сигнала. В результате повышается безопасность движения поездов и безопасность персонала, обслу,живающего устройства электрообогрева стрелочных переводов на железнодорожном транспорте.

Формула изобретения

Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее первый датчик напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора и входом второго компаратора, сглаживающий фильтр и первый выпрямитель,отличающееся тем,что,с целью повышения надежности работы в двухфазной сети. дополнительно введены третий компаратор. усилитель, первый и второй формирователи опорных напряжений, первый, второй и третий делители напряжения. первый, второй и третий резисторы, второй датчик напряжения, второй выпрямитель. двухконтурный полосовой LC-фильтр, i,àêîïèòeëüíûé конденсатор и преобразователь напряжения в частотные протиьофазные сигналы со скважностью 4, при этом входы первого и второго формирователей опорных напряжений и второго датчика напряжений соединены с клеммой для подключения к фазе, а выходы подключены

5 соответственно к первому, второму и третьему делителям напряжения, средняя точка первого делителя напряжения соединена с инвертирующим входом второго компараторв, через первый резистор — с выходами

10 первого и третьего компараторов и через сглаживающий фильтр — с инвертирующим входом третьего компаратора, средняя точка второго делителя напряжения соединена с неинвертирующим входом третьего ком15 паратора и через второй резистор — с первым выходом преобразователя напряжений в частотные противофаэные сигналы со скважностью 4. второй выход которого через третий резистор соединен с неинверти20 рующим входом первого компаратора и средней точкой третьего делителя напряжения. а вход соединен через накопительный конденсатор с выходом второго выпрямителя, выход второго компаратора через усили25 тель соединен с входом полосового двухконтурного LC-фильтра, первый выход которого соединен с входом второго выпрямителя, а второй выход соединен с входом первого выпрямителя, выход которого явля30 ется выходом устройства.

1707683

Составитель Я.Спектор

Техред М.Моргентал Корректор Т,Малец

Редактор B.Äàíêo

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 271 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5