Устройство защитного отключения

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2247455:

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) (RU)

Устройство предназначено для защиты электроустановок от аварийных режимов и людей, например, при случайных прикосновениях людей к токоведущим частям. Оно может быть использовано при реконструкции вводных электрических щитков в жилых квартирах. Устройство содержит расцепитель, тороидальные мини-трансформаторы тока, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, микропроцессор, блок кнопки проверки работоспособности устройства и блок кнопки настройки. Количество тороидальных мини-трансформаторов тока равно числу защищаемых проводов. Кнопка настройки устройства предназначена для включения записи в блок памяти информации о переходном процессе, возникающем при подключении нового электроприемника. Если при подключении нового электроприемника кнопка настройки не была нажата, устройство отключит защищаемый участок. Тем самым устройству придается функция “свой-чужой”. Устройство также обеспечивает защиту электроустановок и людей при возникновении тока утечки между любыми проводами электрической сети на защищаемом участке сети. 1 ил.

Предлагаемое изобретение имеет отношение к защите электроустановок, например, электроустановок жилых квартир, от аварийных режимов, включая случайные прикосновения людей к токоведущим частям. Оно может быть использовано при реконструкции вводных электрических щитков в жилых квартирах.

Широко известны устройства защитного отключения, срабатывающие от тока утечки на землю, например, из книги Н.В.Щипунова. Защитное отключение. М.: Энергия, 1968. Известные устройства, в принципе, могут работать как в однофазных электроустановках, так и в трехфазных. Общий недостаток их заключается в том, что они не обеспечивают защиту от утечек тока, возникающих между двух рабочих проводников (фазным и нулевым или между двухфазных) и тем самым не предотвращают возникновение коротких замыканий, которые, в свою очередь, являются источниками пожаров.

Наиболее близким к заявленному является устройство защитного отключения по току утечки, известное из книги М.Р.Найфельда. Заземление и другие защитные меры. М.: Энергия, 1975 г. В этой книге на стр. 35 дано описание, а на рис. 20, б приведена схема устройства защитного отключения, которое выбрано в качестве прототипа.

Известное устройство содержит дифференциальный (разностный, суммирующий) трансформатор тока нулевой последовательности, ко вторичной обмотке которого подключен чувствительный орган (реле), воздействующий на автоматический выключатель (защитный аппарат). Через окно сердечника трансформатора проходят нулевой и фазный провода, которые являются первичной обмоткой дифференциального трансформатора тока. В трехфазных электроустановках через окно сердечника проходят три фазных провода и нулевой. Работает прототип следующим образом. При равенстве токов в нулевом и фазном (или трехфазных) проводах (ток нагрузки) их геометрическая сумма, как известно, равна нулю (ток в фазном проводе течет в одном направлении, а ток в нулевом проводе точно такого же значения течет в противоположном направлении) и поэтому тока во вторичной обмотке дифференциального трансформатора нет. При замыкании или утечке тока на заземленный корпус электроприемника, а также при случайном прикосновении человека к фазному проводу электрической сети равенство токов в первичной обмотке дифференциального трансформатора нарушится, поскольку по фазному проводу помимо тока нагрузки будет проходить ток замыкания или утечки, и в его вторичной обмотке появится ток. Если он равен или превышает ток срабатывания чувствительного органа (реле), то буквально за считанные доли секунды произойдет отключение аварийного участка сети.

Недостатком прототипа является невозможность обеспечивать защиту электроустановки при возникновении тока утечки между рабочими проводниками (фазным и нулевым или между двумя или тремя фазными) и тем самым прототип не способен предотвращать возникновение коротких замыканий, являющихся в подавляющем числе случаев источниками пожаров, и не защищает людей, случайно прикоснувшихся к двум проводам электрической сети (одновременно к фазному и нулевому или к двум фазным проводам).

Задачей изобретения является устранение указанного выше недостатка, присущего прототипу.

В результате использования предлагаемого изобретения становится возможным обеспечивать защиту электроустановки при возникновении тока утечки не только на землю, но и между любыми проводами электрической сети в защищаемой зоне.

Достигается вышеуказанный технический результат применением принципиально нового устройства защитного отключения, которое включает автоматический выключатель с расцепителем, реагирующим на цифровой сигнал (например, как в компьютерах с корпусом и блоком питания типа АТХ), тороидальные мини-трансформаторы тока, число которых равно числу защищаемых проводов (двум в однофазных двухпроводных сетях и четырем в четырехпроводных трехфазных сетях), вторичные обмотки которых присоединены к преобразователю аналоговой информации в цифровую, блок памяти с модулями памяти на микросхемах, микропроцессор, соединенный с преобразователем аналоговой информации (т.е. значения тока) в цифровую и с блоком памяти, зависимые и независимые источники тока (источники питания микросхем), блок кнопки настройки и блок кнопки проверки работоспособности устройства.

На чертеже приведена схема устройства. Оно содержит автоматический выключатель 1, тороидальные мини-трансформаторы тока 2, расцепитель, реагирующий на цифровой сигнал 3, преобразователь аналоговой информации (значения тока) в цифровую 4, блок памяти 5, зависимый источник питания 6, микропроцессор 7, независимый источник питания (аккумулятор) 8, блок кнопки настройки 9 и блок кнопки проверки работоспособности устройства 10.

Тороидальные трансформаторы тока 2 присоединены к преобразователю аналоговой информации в цифровую 4, который в свою очередь присоединен к блоку памяти 5 и микропроцессору 7, а он присоединен к расцепителю 3, реагирующему на цифровой сигнал, зависимому источнику питания 6, независимому источнику питания 8, блоку кнопки настройки 9 и к блоку кнопки проверки работоспособности устройства 10.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. При включении в защищаемой зоне любого электроприемника (электрической лампочки, холодильника, утюга, электроплиты, электробритвы, фена и т. п.) через тороидальный мини-трансформатор в момент включения потечет ток переходного процесса, который наведет ток во вторичной обмотке тороидального мини-трансформатора. Ток со вторичной обмотки трансформатора попадет на преобразователь аналоговой информации в цифровую и затем в виде оцифрованного сигнала длительностью, измеряемой долями секунды, попадет на микропроцессор и затем в блок памяти. Если в этот момент будет нажата кнопка настройки, то блок памяти запомнит эту информацию, а если кнопка настройки не нажата, то микропроцессор и блок памяти начнут искать эту информацию среди ранее записанных в блоке памяти, и если информация не будет найдена, устройство в доли секунды отключит защищаемый участок. Чтобы исключить ложные срабатывания, необходимо периодически нажимать кнопку настройки, после чего по очереди включать и отключать все электроприемники, находящиеся в защищаемой зоне. Тем самым после отжатия кнопки “настройка” устройству буде придана функция “свой-чужой”. На “своих” устройство реагировать не будет. Но если под напряжение попадет человек или в случае нарушения изоляции в защищаемом участке появится ток утечки, устройство сработает и в доли секунды отключит питание. Кнопкой проверки работоспособности, как говорит само ее название, проверяется работоспособность устройства путем подключения к защищаемой зоне “чужой” нагрузки автоматически для всех возможных вариантов.

Устройство защитного отключения, содержащее автоматический выключатель, отличающееся тем, что содержит расцепитель, реагирующий на цифровой сигнал, тороидальные мини-трансформаторы тока, число которых равно числу защищаемых проводов, вторичные обмотки которых присоединены к преобразователю аналоговой информации в цифровую, блок памяти с модулями памяти на микросхемах, микропроцессор, соединенный с преобразователем аналоговой информации в цифровую и с блоком памяти, зависимые и независимые источники питания микросхем, блок кнопки настройки и блок кнопки проверки работоспособности устройства.

Изобретение относится к релейной защите обмоток шунтирующих реакторов, трансформаторов, автотрансформаторов. .

Устройство защиты от коротких замыканий параллельных линий электропередач переменного тока // 2224342

Изобретение относится к релейной защите кабельных и воздушных параллельных линий электропередач переменного тока с общим выключателем на фазу. .

Способ дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения электроустановки и устройство для его реализации // 2176429

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты шин низшего уровня напряжения от различного вида повреждений (проходной, подвесной или опорной изоляции, вводов выключателей и трансформаторов и т.д.), сопровождаемых различными видами коротких замыканий.

Способ токовой направленной защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки и устройство для его реализации // 2159980

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки при превышениях токов в отдельных фазах и линиях номинальных значений, вызванных, например, повреждениями в электроустановке и на одной из защищаемых линий, сопровождаемыми короткими замыканиями.

Способ направленной дифференциальной защиты двух трехфазных параллельных линий и устройство для его реализации // 2159490

Изобретение относится к области электротехники, к релейной защите, в частности к токовой направленной дифференциальной защите, и может быть использовано для защиты параллельных линий трехфазной электрической установки при превышениях токов в отдельных фазах и линиях номинальных значений, вызванных, например, повреждениями в электроустановке в одной из защищаемых линий, сопровождаемыми короткими замыканиями.

Устройство для дифференциального фильтра токов обратной последовательности (i2) трехфазной электрической установки // 2137277

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для фиксации токов обратной последовательности в устройствах релейной защиты энергосистем.

Устройство для фильтра токов обратной последовательности трехфазной электрической установки // 2134475

Устройство контроля чередования и обрыва фаз трехфазной сети // 1474785

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в схемах защиты от аварий, в частности в схемах контроля наличия и порядка чередования фаз трехфазной сети.

Дифференциальный трансформатор тока // 2260865

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для защиты человека от поражения электрическим током, противопожарной защиты от теплового проявления токов утечки, а также токов перегрузки и к.з

Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин // 2396661

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам защиты электрических линий, машин и приборов, в частности к схемам защиты, реагирующим на разность токов

Способ выбора короткозамкнутой фазы и определения типа короткого замыкания // 2540851

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Согласно способу детектируют возникновение короткого замыкания и оценивают сигналы токов короткозамкнутой фазы, сигналы токов перед коротким замыканием и тока нулевой последовательности для того, чтобы получить абсолютную величину сигналов нарастающих токов (IAB, IBC, ICA) и их максимальное значение (Imax), из которых определяют действительные значения индикаторов (SA, SB, Sc) короткого замыкания фазы на фазу, действительные значения индикаторов (S3A, S3B, S3C,) трехфазного короткого замыкания и действительное значение индикатора (SG) короткого замыкания на землю, при этом способ дополнительно содержит этапы, на которых: вычисляют максимальное значение всех индикаторов (Fflt) типа короткого замыкания в соответствии с формулой: Fmax = max((Fflt)), где индекс (flt) является целым числом от 1 до 10 и обозначает один конкретный тип из всех типов короткого замыкания, определяют тип короткого замыкания как один из индикаторов (Fflt), где индекс (flt) означает тип короткого замыкания; и представляют индикатор (Fmax) действительного типа короткого замыкания в защитное реле (2) или в средство, подключенное к защитному реле. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Трехфазное измерительное устройство продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины // 2544012

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам защиты трехфазных электрических линий, машин и приборов, в частности к схемам защиты, реагирующим на разность токов. Оно предназначено для защиты синхронных генераторов компенсаторов, а также синхронных и асинхронных двигателей. В устройство дополнительно введены второй четырехфазный мостовой выпрямитель, выходные зажимы которого являются вторыми выходными зажимами устройства, и три третьих дифференцирующих индукционных преобразователя тока, причем начала вторых обмоток тока подключены к общему нулевому зажиму защищаемой электрической машины, а концы этих обмоток тока соединены с концами соответствующих фазных обмоток этой машины, начала которых подключены к концам соответствующих третьих обмоток тока, начала которых непосредственно подключены к концам соответствующих по фазе токопроводящих жил линии для присоединения защищаемой машины к ее выключателю, при этом входные зажимы второго выпрямителя подключены по одному к общему нулевому зажиму устройства и началам третьих катушек всех групп, концы которых подключены к упомянутым соединительным узлам соответствующей фазы устройства. Технический результат: защита от внутренних коротких замыканий на двух участках зоны защиты: первый участок - сама электрическая машина, второй участок - выключатель, подключающий ее к электроэнергетической системе, и линия для присоединения защищаемой машины к этому выключателю, а также получение информации о том, на каком из двух участках зоны защиты произошло внутреннее короткое замыкание, одновременно с моментом срабатывания устройства продольной дифференциальной токовой защиты электрической машины. 1 ил.

Измерительное устройство дифференциальной токовой защиты шин // 2551632

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в качестве реагирующей на разность токов схемы защиты электрических линий, машин, приборов и может быть использовано для обеспечения электробезопасности судовых и корабельных электроэнергетических систем. Техническим результатом является то, что заявленное устройство расширяет арсенал технических средств, используемых в электротехнике для решения поставленной технической задачи. Устройство содержит три идентичные группы катушек токопроводов для питающей и отходящих линий, по числу фаз в трехфазной электроэнергетической системе. Его отличием от уровня техники является выполнение тороидов в форме полой трубки. В каждой группе катушек часть единого обмоточного провода помещена внутри соответствующего тороида вдоль осевой линии катушки и повторяет кольцевую форму тороида. При этом начало обмоточного провода, помещенного внутри тороида и повторяющего его кольцевую форму, соединено с концом последней секционной обмотки, а конец обмоточного провода на выходе его из тороида соединен со второй клеммой катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока. Указанная конструкция устройства позволяет уменьшить в два раза количество всего обмоточного провода, используемого для изготовления секционных обмоток, что приводит к улучшению геометрических, конструкционно-технологических и массогабаритных показателей устройства, удешевляет и облегчает его изготовление при сохранении основных существенных функциональных возможностей измерительного устройства дифференциальной токовой защиты шин. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фильтр тока обратной последовательности // 2574038

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для выявления токов обратной последовательности в токопроводах фаз электроустановки. Фильтр тока обратной последовательности для электроустановки с токопроводами фаз А, В, С, расположенными по вершинам треугольника, содержит геркон с надетой на него обмоткой управления, подключенной к катушке индуктивности через последовательно включенные резистор, фазоповоротную схему и усилитель. Две крепежные планки хомутами и тягами прикреплены к траверсе и опоре. Первый и второй корпуса с пластинами с закрепленными внутри них герконом и катушкой индуктивности прикреплены к первой и второй крепежным планкам. Третий корпус, в который помещены резистор, фазоповоротная схема и усилитель, установлен во втором корпусе над второй пластиной. Причем обмотка управления соединена через резистор с фазоповоротной схемой с помощью кабеля, который уложен в короб. Короб закреплен на второй крепежной планке, траверсе и первой крепежной планке. Технический результат: выявление токов обратной последовательности в токопроводах фаз А, В, С электроустановки, расположенных по вершинам произвольного треугольника. 3 ил.

Устройство для испытания управляемого шунтирующего реактора // 2592253

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат - повышение устойчивости испытаний. Для испытаний резонансным методом реактора 5 в схеме используются кроме основного резонансного конденсатора 4 два разделительных конденсатора 6, 7, общая точка которых заземлена. Выпрямитель подмагничивания 9 подключен через сглаживающий дроссель 8. Испытания проводятся от статического преобразователя частоты 1, снабженного входами управления по частоте и напряжению. Использован также измеритель 12 фазы тока. 1 ил.

Устройство для межфазного распределения тока (варианты) // 2633958

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для повышения энергетической эффективности однофазных потребителей, путем рекуперации большей части потребляемой энергии в сеть за счет межфазного распределения тока (МРТ). Техническим результатом является расширение диапазона рекуперации потребляемой энергии в случае использования для однофазных потребителей. Первый вариант устройства для межфазного распределения тока содержит два однофазных трансформатора, промежуточный вывод обмотки каждого из которых подключен к первой клемме потребителя, а крайние выводы - к фазным входным выводам. Вторая клемма потребителя подключена к общей точке двух крайних выводов упомянутых обмоток, число витков каждой из которых разделено промежуточным выводом на два неравных участка. К фазным входным выводам подключены участки обмоток с большим числом витков. Второй вариант устройства отличается от первого варианта тем, что промежуточный вывод каждой обмотки трансформатора делит ее число витков на равные участки. Согласно первому варианту диапазон рекуперации расширяется от величины, превышающей половину потребляемой энергии до величины, ограниченной только конструктивным усложнением трансформаторов МРТ, связанным с сильно выраженным неравенством сечений участков каждой фазной обмотки. Согласно второму варианту рекуперация равна половине потребляемой энергии. При этом сечения участков каждой фазной обмотки равны, что упрощает их изготовление. Магнитопроводы трансформаторов МРТ могут иметь различную конфигурацию, в том числе витую ленточную кольцевидной формы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство определения витковых замыканий в обмотках силового трансформатора с переключением без возбуждения // 2642445

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты силовых трансформаторов, и может быть использовано для определения витковых замыканий в обмотках силовых трансформаторов напряжением 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ с переключением без возбуждения. Технический результат состоит в повышении чувствительности к межвитковым замыканиям и исключении влияния высших гармоник. Устройство содержит включенные в рассечку фаз силовой цепи трехфазной сети, подключенной к электроустановке, трансформаторы тока, соединенные между собой по схеме треугольника по числу сторон электроустановки, образующие дифференциальную схему защиты, токовые цепи и дифференциальное реле с первой и второй уравнительными и дифференциальной обмотками, расположенными на одном стержне магнитопровода и соединенными между собой. Полярные выводы трансформаторов тока разных фаз и сторон электроустановки подключены к одному дифференциальному реле. Для определения межвиткового замыкания в обмотках на автотрансформаторе предусмотрены выводы обмотки, имеющие соответствующую цифровую маркировку по числу ступеней переключателя без возбуждения силового трансформатора и позволяющие увеличивать или уменьшать коэффициент трансформации автотрансформатора в зависимости от ступени переключателя без возбуждения силового трансформатора. На выводах по числу фаз трансформатора установлены накладки переключения витков регулируемой обмотки, каждая из которых представляет собой металлическую пластину сечением не менее 2,5 мм, прикрепленную одним концом к клемме диэлектрической пластины, а другим концом - к одному из выводов регулируемой обмотки автотрансформатора, расположенного на той же диэлектрической пластине. Фиксация накладки осуществляется на выводах автотрансформатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.