Устройство контроля сопротивления изоляции и тока утечки в электроустановках

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты электротехнических аппаратов и установок в трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью. Устройство содержит генератор сети с измерительной цепью в виде датчика нулевой последовательности, цепью контроля изоляции, исполнительным элементом, исполнительным органом, включенным последовательно с нагрузкой, и индикацию нормального и аварийного состояния. В устройство также введены второй ограничительный резистор и кнопка тестового контроля. Цепь контроля изоляции включает кнопку сброса, диод, обмотку первого реле и первый ограничительный резистор. Исполнительным элементом являются первое и второе реле. Исполнительный орган содержит автомат и магнитный пускатель. Обмотка магнитного пускателя подключена к линейному напряжению между контактами автомата и пускателя через второй размыкающий контакт второго реле. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства и повысить его надежность. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты электротехнических аппаратов и установок в трехфазных (многофазных) сетях с глухозаземленной нейтралью.

Известен принцип построения системы защитного отключающего устройства (УЗО) с использованием оперативного постоянного тока [1], принцип действия которого заключается в том, что искусственная нулевая точка по схеме "звезда" образуется с помощью дросселя-трансформатора, последовательно с общей точкой которого включены дроссель, токовое реле и источник постоянного тока, один из выводов которого подключен к корпусу ("земле"). При этом ток, протекающий по указанной выше цепи, является оперативным контролирующим током, величина которого зависит от сопротивления изоляции.

Недостатком такого устройства является пониженная чувствительность: при определенных соотношениях из-за отсутствия регулировок система защиты и контроля может оказаться неработоспособной.

По такому же принципу построено устройство [2], содержащее генератор сети, датчик, в качестве которого используются три индуктивных сопротивления, подключенные одними выводами к фазам сети, другими - объединенные в общую точку, к которой подключена одним выводом измерительная цепь, содержащая источник напряжения постоянного тока и измерительный элемент, другой вывод измерительной цепи подключен к корпусу ("земле"), индуктивные сопротивления представляют собой трансформатор-дроссель, источник питания образован с помощью вторичной обмотки одной из фаз трансформатора-дросселя.

Недостатками такого устройства являются сравнительно низкая чувствительность, определяемая, в основном, индуктивным сопротивлением дросселя, и значительные массогабаритные характеристики, обусловленные наличием трансформаторов-дросселей в трехфазных цепях. При этом диапазон контролируемых сопротивлений сети очень мал и при подключении устройства защиты к генератору сети сопротивление изоляции контролируемой сети еще более снижается.

Наиболее близким к предлагаемому устройству, принятому за прототип, является устройство защиты [3], содержащее генератор сети с измерительной цепью и исполнительным элементом. Измерительная цепь выполнена в виде индуктивного датчика, включенного в цепь нейтрального провода, и двух компараторов, один из выводов индуктивного датчика включен последовательно с переменным резистором, к точке соединения упомянутого резистора и конденсатора одним выводом подключен нагрузочный резистор, другой вывод которого подключен ко второму выводу индуктивного датчика, входы компараторов соединены инверсно, а выходы подключены к узлу задержки, выход которого подключен к ключевому усилителю - исполнительному элементу, воздействующему на исполнительный орган.

Основными недостатками прототипа являются отсутствие возможности контроля изоляции при отключенном состоянии оборудования, возможны ложные срабатывания из-за изменения тока в нулевом защитном проводе, так как в реальных условиях корпуса электрооборудования имеют между собой электрическую связь через защитные нулевые проводники и заземленные коммуникации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор сети с измерительной цепью, исполнительным элементом, исполнительным органом, включенным последовательно с нагрузкой, и индикацией нормального и аварийного состояний, измерительная цепь выполнена в виде датчика тока нулевой последовательности, выход которого подключен ко входу первого выпрямителя, положительный выход которого соединен с одним выводом емкостного фильтра в виде конденсатора и управляющим электродом тиристора, отрицательный выход первого выпрямителя - с другим выводом емкостного фильтра, с катодом упомянутого тиристора и отрицательным выходом второго выпрямителя, положительный выход которого подключен к аноду тиристора, вход второго выпрямителя подключен параллельно первому индикатору узла индикации нормального и аварийного состояний, соединенному со вторым индикатором, другой вывод которого подключен к нулевому проводу, параллельно первому индикатору включены два замыкающих контакта первого и второго реле, входящих в исполнительный элемент, обмотка первого реле через диод подключена одним выводом к параллельно включенному конденсатору, другим - через первый ограничительный резистор к одной из фаз сети после контакта магнитного пускателя, включенного последовательно с автоматом, образующих исполнительный орган, к точке соединения анода диода и параллельно соединенных замыкающих контактов первого и второго реле подключена одним выводом кнопка сброса, другой вывод которой подключен к фазе сети между контактами автомата и магнитного пускателя, обмотка второго реле подключена одним выводом к точке соединения замыкающих контактов первого и второго реле и первого и второго индикаторов, другим - к нулевому проводу, между нулевым проводом и упомянутым фазным включены последовательно второй ограничительный резистор и кнопка тестового контроля, обмотка магнитного пускателя подключена к линейному напряжению между контактами автомата и пускателя через второй размыкающий контакт второго реле.

Последовательно в каждую из фаз (см. чертеж) сети включен автоматический выключатель (автомат) 1, магнитный пускатель 2 и электродвигатель 3, включенный, например, по схеме "звезда", корпус которого соединен с нулевым защитным проводом, который является элементом системы с глухозаземленной нейтралью; три фазы сети проходят через датчик тока нулевой последовательности 4, выход которого подключен ко входу первого выпрямителя 5, положительный выход которого соединен с одним выводом емкостного фильтра 6 и управляющим электродом тиристора 7, отрицательный - со вторым выводом упомянутого емкостного фильтра 6, с катодом упомянутого тиристора 7 и отрицательным выходом второго выпрямителя 8, положительный выход которого подключен к аноду тиристора 7, вход второго выпрямителя 8 подключен к первому индикатору 9, соединенному со вторым индикатором 10, другой вывод которого подключен к нулевому проводу; параллельно первому индикатору 9 включены замыкающие контакты 11’ и 12’, обмотки которых 11 - первого реле и 12 - второго; обмотка первого реле 11 подключена одним выводом через диод 13 к параллельно включенному конденсатору 14, другим - через первый ограничительный резистор 15 - к одной из фаз напряжения сети после магнитного пускателя 2 (точка "b"); к точке соединения элементов 13, 11’, 12’ подключена одним выводом кнопка сброса 16, другой вывод которой подключен к фазе сети между элементами 1 и 2 (точка "а"); обмотка 12 второго реле подключена одним выводом к точке соединения элементов 9, 10, 11’, 12’, другим - к нулевому проводу; между нулевым проводом (точка "с") и точкой "b" включены последовательно соединенные второй ограничительный резистор 17 и кнопка тестового контроля 18. Обмотка 19 магнитного пускателя 2 подключена к линейному напряжению через второй размыкающий контакт 12’’ (с целью упрощения чертежей в цепи обмотки управления 19 магнитным пускателем 2 не показаны кнопки "пуск" и "стоп", являющиеся обязательными для стандартных схем включения и отключения электрооборудования).

Устройство, изображенное на чертеже, работает следующим образом. При включении автомата 1 образуется цепь: точка "а" сети, размыкающие контакты кнопки сброса 16, диод 13, обмотка первого реле 11, первый ограничительный резистор 15, точка "b". Выпрямленное напряжение диодом 13 проложено между корпусом электродвигателя 3 и элементами сети после контактов магнитного пускателя 2. При снижении сопротивления изоляции в любой точке указанных выше элементов сети срабатывает первое реле 11 (выпрямленный ток протекает от фазы сети через элементы сети, сопротивление изоляции к нулевому проводу сети). Реле 11 срабатывает и своим контактом 11’ подключает к напряжению питания обмотку второго реле 12, которое своим вторым размыкающим контактом 12’’ разрывает цепь обмотки магнитного пускателя 2, предотвращая (блокируя) его включение. Второе реле 12 становится на блокировку через свой первый замыкающий контакт 12’. Индикатор нормальной работы 9 гаснет, а аварийного состояния загорается, свидетельствуя об аварийном снижении уровня изоляции.

Для приведения устройства в исходное состояние необходимо нажать кнопку "сброс". Во включенном положении пускателя 2 входные зажимы "а" и "b" измерительной цепи закорачиваются, тем самым указанная выше часть цепи из работы исключается, но индикатор 9 нормального состояния продолжает гореть.

Во включенном состоянии автомата 1 и пускателя 2 через датчик тока нулевой последовательности 4 проходит векторная сумма токов трех фаз нагрузки, равная нулю при отсутствии тока утечки на корпус ("землю"), индуктируемая ЭДС во вторичной обмотке датчика 4 равна нулю, ток управления тиристора 7 отсутствует, и он закрыт, не влияя на работу устройства.

При наличии утечки тока на "землю", что свидетельствует о неисправности изоляции, сумма токов, проходящих через датчик 4, не равна нулю, появляется индуктированная ЭДС на его вторичной обмотке, включается тиристор 7, реле 12, так как упомянутый тиристор шунтирует контакты 11’ и 12’. Контакт 12’’ разрывает цепь обмотки магнитного пускателя 19, и отключается узел 2, и нагрузка отключается от сети. Индикатор 9 гаснет, 10 - загорается. Для приведения устройства в исходное состояние необходимо нажать кнопку "сброс" 16, то есть сопротивление изоляции контролируется непрерывно и автоматически как в отключенном, так и во включенном состоянии нагрузки.

Кнопка тестового контроля 18 позволяет осуществлять проверку исправности устройства, где второй ограничительный резистор 17 играет роль сопротивления изоляции, на величину которого произведена настройка устройства.

Авторами испытано предложенное устройство. При этом получены следующие результаты: при сопротивлении изоляции 30-150 кОм и утечки тока более 0,1А происходило либо блокирование включения, либо отключение устройства. В качестве нагрузки использовались электродвигатели мощностью до 55 кВт, напряжением 380 В.

Таким образом, предложенное устройство может осуществлять автоматический и непрерывный контроль сопротивления изоляции электроустановки как в отключенном, так и во включенном ее состоянии.

Приведенные данные и сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.

Источники информации

1. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергия, 1979, рис.7.13, с.274.

2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергия, 1979, рис.7.14, с.274.

3. Патент РФ № 2183375, кл.Н 02 Н 3/16, G 01 R 31/08, опубл. 2002, Бюл. № 16.

Формула изобретения

Устройство контроля сопротивления изоляции и тока утечки в электроустановках, содержащее генератор сети с измерительной цепью, исполнительным элементом, исполнительным органом, включенным последовательно с нагрузкой, и индикацией нормального и аварийного состояний, отличающееся тем, что измерительная цепь выполнена в виде датчика тока нулевой последовательности, выход которого подключен ко входу первого выпрямителя, положительный выход которого соединен с одним выводом емкостного фильтра в виде конденсатора и управляющим электродом тиристора, отрицательный выход первого выпрямителя - с другим выводом емкостного фильтра, с катодом упомянутого тиристора и отрицательным выходом второго выпрямителя, положительный выход которого подключен к аноду тиристора, вход второго выпрямителя подключен параллельно первому индикатору узла индикации нормального и аварийного состояний, соединенному со вторым индикатором, другой вывод которого подключен к нулевому проводу, параллельно первому индикатору включены два замыкающих контакта первого и второго реле, входящих в исполнительный элемент, обмотка первого реле через диод подключена одним выводом к параллельно включенному конденсатору, другим через первый ограничительный резистор - к одной из фаз сети после контакта магнитного пускателя, включенного последовательно с автоматом, образующих исполнительный орган, к точке соединения анода диода и параллельно соединенных замыкающих контактов первого и второго реле подключена одним выводом кнопка сброса, другой вывод которой подключен к фазе сети между контактами автомата и магнитного пускателя, обмотка второго реле подключена одним выводом к точке соединения замыкающих контактов первого и второго реле и первого и второго индикаторов, другим - к нулевому проводу, между нулевым проводом и упомянутым фазным включены последовательно второй ограничительный резистор и кнопка включения тестового контроля, обмотка магнитного пускателя подключена к линейному напряжению между контактами автомата и пускателя через второй размыкающий контакт второго реле.

РИСУНКИ

Рисунок 1