Устройство для защиты от токов утечки в сети переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах защиты от токов утечки на землю в сетях с зацепленной нейтралью. Целью изобретения является снижение потребляемой мощности, При отсутствии тока утечки в защищаемой зоне сумма токов, протекающих через первичные обмотки 2 дифференИзобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах защиты от токов утечки на землю в сетях с заземленной нейтралью. Известно устройство защитного отключения , содержащее дифференциальный трансформатор тока, первичные обмотки которого включены последовательно с каждым соответствующим проводом сети, пороговое устройство, к входу которого подключена вторичная обмотка дифференциального трансформатора тока, тиристор, циального трансформатора тока 1, равна нулю , на выходе вторичной обмотки 3 этого трансформатора напряжение также равно нулю. При токах утечки, не превышающих заданный уровень или равных нулю, пороговый блок 4 не срабатывает, сигнал на его выходе равен нулю и генератор импульсов 5 не выдает импульсы. Тиристор 6 остается закрытым и на катушку электромагнита 7 электромеханического органа напряжение не подается. При токах утечки в защищаемой зоне выше заданного уровня поддействием сигнала, поступающего с обмотки 3, срабатывает пороговый блок 4, в результате генератор импульсов 5 выдает импульсы , которые будут воздействовать на управляющий электрод тиристора 6, открывая последний и тем самым обеспечивая подачу напряжения на катушку электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа. При этом срабатывает механизм свободного расцепления 8 электромеханического исполнительного органа и зазищаемая зона питания отключается. 2 ил. электромеханический исполнительный орган , катушка электромагнита которого подключена через диод и выходные электроды тиристора к зажимам сети, а контакты электромеханического исполнительного органа включены в разрыв проводов питающей сети . Недостатком данного устройства является большая потребляемая мощность из-за нерационального использования выходного сигнала порогового устройства при управлении тиристором. СО с VJ CJ 01 ) (л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1735958 À1 (! 9) (1! ) (si)s Н 02 Н 3/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ( 4 Cd

1 у

О (Л

ОО

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4820538/07 (22) 03.05.90 (46) 23.05.92. Бюл. ¹ 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт низковольтного ап паратостроения (72) В.Е. Райнин, В,Л. Карась, Б.А. Смирнов и В.А, Бондаренко (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1149341, кл. Н 02 Н 3/16, 1983.

Устройство защитного отключения УЗОВ ТУ НЖТШ,656111.058, 1981 r. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах защиты от токов утечки на землю в сетях с зацепленной нейтралью. Целью изобретения является снижение потребляемой мощности, При отсутствии тока утечки в защищаемой зоне сумма токов, протекающих через первичные обмотки 2 дифференИзобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах защиты от токов утечки на землю в сетях с заземленной нейтралью.

Известно устройство защитного отключения, содержащее дифференциальный трансформатор тока, первичные обмотки которого включены последовательно с каждым соответствующим проводом сети, пороговое устройство, к входу которого подключена вторичная обмотка дифференциального трансформатора тока, тиристор, циального трансформатора тока 1, равна нулю, на выходе вторичной обмотки 3 этого трансформатора напряжение также равно нулю. При токах утечки, не превышающих заданный уровень или равных нулю, пороговый блок 4 не срабатывает, сигнал на его выходе равен нулю и генератор импульсов 5 не выдает импульсы. Тиристор 6 остается закрытым и на катушку электромагнита 7 электромеханического органа напряжение не подается. При токах утечки в защищаемой зоне выше заданного уровня поддействием сигнала, поступающего с обмотки 3, срабатывает пороговый блок 4, в результате генератор импульсов 5 выдает импульсы, которые будут воздействовать на управляющий электрод тиристора 6, открывая последний и тем самым обеспечивая подачу напряжения на катушку электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа. При этом срабатывает механизм свободного расцепления 8 электромеханического исполнительного органа и зазищаемая зона питания отключается. 2 ил. электромеханический исполнительный орган, катушка электромагнита которого подключена через диод и выходные электроды тиристора к зажимам сети, а контакты электромеханического исполнительного органа включены в разрыв проводов питающей сети, Недостатком данного устройства является большая потребляемая мощность из-за нерационального использования выходного сигнала порогового устройства при управлении тиристором.

1735958

Нерациональность использования выходного сигнала порогового устройства заключается в том, что для управления тиристором достаточно иметь не длительный сигнал, как это имеет место в известном устройстве, а сигнал малой длительности порядка 5 — 10 мкс. Так, например, для тиристора КУ 228 достаточно иметь сигнал длительностью 5 мкс и амплитудой 30 мА. Если управлять тиристором с помощью длительного сигнала, то для такого тиристора потребуется мощность управления порядка

0,15 Вт (при напряжении на управляющем электроде 5 В), а с учетом шунтирующего резистора величиной 50 Ом на входе тиристора мощность управления составит 0,65

Вт. При управлении сигналами малой длительности 5 мкс, амплитудой 30 мА и периодом следования импульсов 5 мс (т.е. с относительной длительностью импульса

0,001) средняя мощность уп ра влен ия будет в 1000 раз меньше и составит 0,65 мВт, Снижение мощности управления тиристором позволяет уменьшить потребляемую энергию из сети, а следовательно, уменьшить тепловые потери в устройстве.

Целью изобретения является снижение потребляемой мощности устройства, Это достигается тем, что в устройство дополнительно введен генератор импульсов, выход которого подключен к управляющему электроду тиристора, а вход подключен к выходу порогового устройства, при этом генератор импульсов включает в себя два транзистора разноименной проводимости, коллектор первого транзистора подключен через первый конденсатор к базе второго транзистора и через первый резистор — к выходу генератора импульсов, база первого транзистора подключена через второй резистор к коллектору второго транзистора, база второго транзистора через третий резистор подключена к эмиттеру первого транзистора, переходы эмиттер-база первого и второго транзистора зашунтированы соответственно четвертым и пятым резисторами, эмиттер первого транзистора через шестой резистор подключен к входу генератора импульсов, а выход зашунтирован относительно общего зажима устройства седьмым резистором, при этом блок питания включает в себя диод, гасящий резистор, токоограничивающий резистор, конденсатор и стабилитрон, катод которого подключен к питающему плюсовому зажиму порогового устройства и одновременно через гасящий резистор — к аноду тиристора, а анод стабилитрона подключен к питающему минусовому зажиму порогового устрой5

45 ства и одновременно к общему зажиму устройства, Введенный регенатор импульсов, выполненный по указанной схеме, позволяет снизить потребляемую мощность устройства.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства на фиг, 2 —.схема порогового устройства, Устройство содержит дифференциальный трансформатор 1 тока с первичными обмотками 2, которые включены последовательно с каждым соответствующим проводом сети, и вторичной обмоткой 3 дифференциального трансформатора 1, пороговый блок 4, генератор 5 импульсов, тиристор 6, электромеханический исполнительный орган с электромагнитом 7, механизмом свободного расцепления 8 и контактами 9, блок питания, содержащий диод 10, гасящий первый резистор 11,.стабилитрон 12, токоограничивающий второй резистор 13 и первый конденсатор 14, Нагрузка 15 подключена к проводам сети в защищаемой зоне (утечка тока на землю в защищаемой зоне условно показана пунктиром).

Вторичная обмотка 3 дифференциального трансформатора тока 1 подключена к входу порогового блока 4, выход которого подключен через генератор импульсов 5 к управляющему электроду тиристора 6, у которого катод подключен к общему зажиму устройства и одновременно подключен к зажиму одного из проводов сети, а анод тиристора 6 подключен через диод 10 и катушку электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа к зажиму другого провода сети. Подвижная часть электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа механически связана через механизм свободного расцепления 8 с подвижными контактами 9.

Генератор 5 импульсов выполнен на двух транзисторах 16 и 17 разноименной проводимости, переходы эмиттер-база которых зашунтированы пятым резистором 18 и восьмым резистором 19 соответственно, База первого транзистора 16 подключена через шестой резистор 20 к коллектору второго транзистора 17, а база второго транзистора 17 подключена через третий конденсатор 2 1 к коллектору первого транзистора 16 и через четвертый резистор 22 к. эмиттеру первого транзистора 16, который подключен через третий резистор 23 к входу генератора 5 импульсов и через второй конденсатор 24 к общему зажиму устройства, Коллектор первого транзистора 16 подключен через седьмой резистор 25 к выходу

1735958 генератора 5 импульсов, который зашунтирован на общий зажим устройства девятым резистором 26.

Пороговый блок 4 может быть выполнен, например, по схеме фиг. 2. Он содержит интегральную микросхему усилителя

27, резисторы 28 — 31, диоды 32 — 35 и конденсатор 36. Питание порогового блока 4 осуществляется от однополупериодного выпрямленного напряжения, получаемого от блока питания, состоящего из диода 10. гасящего первого резистора 11 и стабилитрона 12, токоограничивающего второго резистора 13 и первого конденсатора 14.

Пороговый блок работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на входе порогового блока 4 усилитель 27 заперт напряжением смещения, в результате на выходе порогового блока 4 будет нулевой сигнал.

При появлении на входе порогового блока 4 напряжения, превышающего напряжение смещения, на выходе усилителя 27 возникает напряжение, в результате начинается заряд конденсатора 36, При превышении напряжения на конденсаторе 36 величины напряжения на резисторе 30 открывается диод 34 и в результате действия положительной обратной связи на выходе резко возрастает напряжение до полного открывания усилителя 27.

Генератор 5 импульсов работает следующим образом.

При появлении сигнал8 на входе генератора 5 положительной полярности заряжается второй конденсатор 24 по цепи: вход генератора 5 импульсов, третий резистор

23, второй конденсатор 24 и общий зажим устройства.

По мере заряда второго конденсатора

24 отрицательное смещение, подаваемое на базу второго транзистора 17 через восьмой резистор 19, компенсируется положительным потенциалом базы, поступающим через четвертый резистор 22, Дальнейший рост положительного потенциала базы по мере заряда второго конденсатора 24 приводит к открыванию второго транзистора

17, что вызывает протекание тока через управляющие цепи транзистора 16, 17 и лавинообразное их открывание, В момент лавинообразного открывания транзисторов

16, 17 начнет происходить разряд второго конденсатора 24 через переходы двух транзисторов 16, 17 и входную цепь тиристора

6. В процессе разряда второго конденсатора 24 заряжается третий конденсатор 21.

При этом в начале процесса разряда второго конденсатора 24 формируется вершина

55 импульса тока, протекающего через входную цепь тиристора 6.

По мере разряда второго конденсатора

24 и заряда третьего конденсатора 21 ток в транзисторах 16 и 17 уменьшается, стремясь к нулю, что приводит к запиранию транзисторов 16, 17, С момента запирания транзисторов 16 и 17 начинается процесс формирования паузы между импульсами тока.

К моменту наступления паузы второй конденсатор 24 разрядится до минимального напряжения, а третий конденсатор 21 зарядится до максимального напряжения и

его потенциал будет прикладываться через седьмой резистор 25 к переходу эмиттер-база второго транзистора 17, обеспечивая тем самым запирающее напряжение на базе транзистора 17 в процессе паузы между импульсами тока. При этом в момент наступления паузы заряд второго конденсатора 24 происходит через входную цепь генератора

5 импульсов, а разряд третьего конденсатора 21 происходит на входную цепь второго транзистора 17 через седьмой резистор 25 и восьмой резистор 19. Далее в конце паузы по мере заряда второго конденсатора 24 в результате увеличения положительного потенциала базы второго транзистора 17 произойдет лавинообразное открывание двух транзисторов 16 и 17, в результате начнет разряжаться второй конденсатор 24 через переходы двух транзисторов 16 и 17 и входную цепь тиристора 6, далее процесс повторяется.

Период следования импульсов в основном определяется постоянной времени заряда RC-контура, т.е. величиной сопротивления третьего резистора 23 и величиной емкости второго конденсатора 24, а длительность импульса в основном определяется постоянной времени разряда RCконтура, т.е. величиной сопротивления девятого резистора 26 и величиной емкости второго конденсатора 24.

Таким образом, генератор 5 импульсов обеспечивает преобразование малого сигнала большой длительности в импульсный сигнал большой амплитуды и малой длительности.

Устройство работает следующим образом, Установка электромеханического исполнительного органа в режим готовности (контакты 9 замкнуты) и перевод в режим отключения (контакты 9 разомкнуты) осуществляется ручным управлением путем механического воздействия на соответствующий рычаг механизма свободного расцепления 8.

1735958

В режим готовности устройства, когда контакты 9 электромеханического исполнительного органа замкнуты и нагрузка 15 подключена к питающей сети в защищаемой зоне, к зажимам питания порогового блока 4 подведено через блок питания выпрямленноее стабилизированное напряжение.

При отсутствии тока утечки в защищаемой зоне сумма токов, протекающих через первичные обмотки 2 дифференциального трансформатора 1 тока, будет равна нулю, в этом случае на выходе вторичной обмотки 3 напряжение также будет равно нулю. При токах, не превышающих заданный уровень или равных нулю, пороговый блок 4 не сработает, следовательно, на его выходе сигнал будет равен нулю, Поэтому генератор 5 импульсов выдавать импульсы не будет. В результате тиристор 6 будет оставаться закрытым и к катушке электромагнита

7 электромеханического исполнительного органа не будет подводится напряжение.

При токах утечки в защищаемой зоне выше заданного уровня под действием сигнала, поступающего со вторичной обмотки

3, срабатывает пороговый блок 4, в результате возникновения напряжения на выходе порогового блока 4 начнет генерировать генератор 5 импульсов, импульсы генератора

5 будут воздействовать на управляющий электрод тиристора 6, открывая последний и тем самым обеспечивая подачу напряжения на катушку электромагнита 7 электромеханического исполнительного органа, при этом сработает механизм свободного расцепления 8 электромеханического исполнительного органа. В результате контакты 9 разрываются, нагрузка 15 и защищаемая зона питания отключаются, Таким образом, благодаря дополнительному введению генератора 5 импульсов предлагаемое устройство по сравнению с прототипом потребляет значительно меньшую мощность из сети, что значительно снижает тепловые потери и уменьшает перегрев элементов схемы, а это способствует повышению надежности в работе и увеличению срока службы устройства.

Формула изобретения

Устройство для защиты от токов утечки в сети переменного тока, содержащее дифференциальный трансформатор. тока, первичные обмотки которого соединены с клеммами для последовательного включения в фазы питающей сети, пороговый блок, к входу которого подключена вторичная обмотка дифференциального трансформатора тока, цепь, состоящая из последовательно соединенных тиристора, диода и катушки исполнительного органа, подключенная к клеммам для соединения с питающей сетью, блок питания, выполненный на стабилитроне, первом конденсаторе, первом и втором резисторах, причем анод стабилитрона и первый вывод первого конденсатора соединены с катодом тиристора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью снижения потребляемой мощности, дополнительно введен генератор импульсов, содержащий первый и второй транзисторы разноименной проводимости, второй и третий конденсаторы, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, первые выводы седьмого, восьмого и девятого резисторов соединены с эмиттером второго транзистора, являющимся выходом генератора импульсов и подключенным к управляющему электроду тиристора, а другие выводы упомянутых угаданных резисторов подключены соответственно к коллектору первого транзистора и первому выводу третьего конденсатора, к базе второго транзистора, второму выводу третьего конденсатора и второму выводу четвертого резистора, к катоду тиристора и первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого соединен с первыми выводами третьего, четвертого, пятого резисторов и эмиттером первого транзистора, база которого соединена с вторым выводом пятого резистора и через шестой резистор соединена с коллектором второго транзистора, а второй вывод третьего резистора, являющийся входом генератора импульсов, соединен с выходом порогового блока, катодстабилитрона блока питания соединен через последовательно соединенные первой и второй резисторы с вторым выводом первого конденсатора, общая точка первого и второго резисторов соединена с анодом тиристора.

1735958 узкое управце,чу

Фиг.1

50

Редактор А.Бер

Заказ 1822 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Ь

Ц в 1 ф о о ф

Составитель Л.Васькова

Техред М.Моргентал . Корректор Т.Малец