Устройство для защиты электрической сети от утечки тока на землю

 

ОПИСАНИЕ изов итеиия

<и) 55633

Союз Советскмк

Социалистически к

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено10.05.78 (21) 2617318/24-07 (5i)m. Кл.

Н 02 Н 3/16 с присоединением заявки.%

Государственный комитет (23:) П риоритет до делам изобретений н открытий

Опубликовано 30.05.80. Бюллетень,%20

Дата опубликования описания 30.05.80 (53) УДК 621.316. .925(088.8) B. В. Козловский, Ю. H. Камынин, В. П. Колосюк и B. А. Бобылев (72) Авторы изобретения

Конотопский ордена Трудового Красного Знамени электромеханическЫй завод Красный металлист (7l) Заявитель (54) УСТРОЙС ГВО,ПЛЯ ЗАШИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СЕТИ ОТ УТЕЧКИ ТОКА НА ЗЕМЛЮ

Изобретение относится к электротех- нике, точнее к средствам электробезопасности, предназначенным для человека от поражения электрическим током преимущественно в трехфазных сетях напряжением до 1140В включительно, изолированных от земли.

Устройство для зашиты сетей переменного тока от утечек на землю известно (1). Известное устройство содержит uct0 точник оперативного тока, включенный между сетью и заземлением через резисторы, исполнительное реле, включенное через звезду резисторов между сетью и добавочным заземлением, параллельно сопригивлению изоляции сети и источнику оперативного тока, причем цепи основ-, ного и добавочного заземления соединены между собой через четырехклеммный . конденсатор.

В известном устройстве постоянное напряжение между сетью и землей, создаваемое источником оперативного тока, и поопорциональный этому напряжению

2 ток в обмотке исполнительного реле однозначно зависят от величины сопротивления изоляции сети и утечки. Поэтому

GpH утечке тока на землю, обусловленной либо прикосновением человека к сети, либо снижением сопротивления ее изоляции до величины отключающего сопротивления, исполнительное реле своим контактом размыкает цепь отключающей катушки автоматического выключателя, отслючаюшего сеть.

Наиболее существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он отключает сеть как при .утечке тока на землю вследствие прикосновения ,человека к сети, так и при утечке, обусловленной снижением сопротивления изоляции сети до величины отключающего сопротивления, выэванны м увеличением протяженности сети, числа подключенных к ней токоприемников, старением ее изоляции и другими причинами. Это приводит к необоснованным, с точки зрь738033 4 ния электробезопасности, отключениям с ети и простоям технологического обо " рудования."

Как известно, реальные сети имеют сравнительно низкий уровень сопротивления изоляции, а необходимость повьпцьния безопасности их эксплуатации требует снижения величины длительного неотключаемого тока через -человека, что достигается только путем повышения сопротивленйя изоляпии сети. Последнее вызывает необходимость увеличения уставки . отключающего сопротивления аппаратов защиты электрических сетей от утечек . тока на землю. Несмотря на то, что вероятность утечки тока на землю вследствие прикосновения человека к сети"зна1 чительно меньше, чем вероятность утечек, обусловленных снижением сопротивления изоляции сети из-за увеличения ее протяженности, числа подключенньФ к ней токоприемников, старения ее изоляции и других причин, уставку отключаю-. щего сопротивления аппаратов, защиты .от утечек приходится выбирать по допустимому длительному неотключаемому. току через человека, равному 30 мА.

При соответствующих этому току уставках" отключающего сопротивления в электрических сетях боп ыпой протяженности с большим числом токоприемников аппа-раты защиты отключают сети значительно чаще, чем это необходимо по условию, безопасности их эксплуатации, т.е. для защиты человека от поражения электрическим током при прикосновении к сети.

Bcneacraae этого наблюдаются необоснованные, с точки зрения электробезопасности, отключения сетей, вызйваю щие излишние простои технологического оборудования. Во избежание этого йришлось бы поддерживать сопротивление изоляции сетей на выськом уровне, что трудно осуществимо в реальных электрических сетях и требует значительных

1 затрат.

Указанный йедостаток устрайен в уст- ройстве, реализующем способ защиты

: (2), принятый за прототип. Известное устройство содержит включенные между защищаемой сетью и землей присоединительный фильтр, источник оперативного тока, пороговый элемент и селективный дйфференцирующий блок.

Недостатком известного устройства является невысокая точность, так как диффереициатор выполнен аналоговым.

А как известно, у аналоговых дифференциаторов невысокая точность работы, определяемая" их построением и используемой элементной базой.

Gent изобретения — повышение точ-

5 ности устройства

Поставленная цель достигается тем,,что в известном устройстве, содержащем последовательно сЬепиненные, включенные между защищаемой сетью и землей

10 присоединительные фильтр, источник оперативного постоянного тока, пороговый элемент и селективный дифференцируюший блок с исполнительным органом на выходе, при этом выходы порогового элемента

15 и исполнительного органа включены в цепь отключающей катушки автоматического выключателя, сети, селективный дифференцирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя и анализатора приращений, к выходу которого подключен исполнительный орган, а к управляющим входам анализатора приращений и . цифроаналогового преобразователя под соединен блок управления.

На фиг. 1 дана принцийиальная схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема селективного дифференцируюшего блока.

Устройство для защиты сети от утеЗО чек тока на землю (фиг. 1) содержит источник 1 оперативного тока — выпрямитель, который подключен к сети через присоединительный фильтр 2, пороговый элемент 3, последовательно соединенный с источником 1, и селектиный дифференцирующий блок 4, включенный меж ду пороговым элементом 3 и заземлением

5 сети параллельно сопротивлению 6 . ее изоляции относительно земли и сопротив4О лению 7 человека. пОявляющемуся при йрикосновении человека к сети, Пороговый элемент 3 служит для ограничения нижйего предела сопротивления 6 изоля.ции сети относительно земли, выбираемо45 го по безопасной для человека величине кратковременного тока через него, обусловленной максимальной продолжитель,ностью eio пребывания под напряжением.

Селективный дифференцирую ций блок 4 предназначен для контроля скоростй нарастайия оперативного тока, сравнения ее с уставкой", выбираемой по величине абсолютно безопасного для человека длительного тока и селективного (избирательного) отключения сети при превышении

"п Осле деей.

Селективный дифференцируюший блок

4 (фиг. 2) выполнен в виде аналого5 73803 цифрового преобразователя 8, предназ-- наченного для преобразования оперативного тока источника 1 в цифровой дво ичный код, и анализатора 9 прирашенйй оперативного тока, которые соединены между собой и подключены к блоку 10 управления, синхронизирующему их работу. На выходе анализатора 9 имеется исполнительный элемент 11 (управляемый вентиль или реле), контакт 12 ко- Iо торого параллельно контакту 13 порого,,вого элемента 3 в цепь отключающей катушки 14 автоматического выключателя

15 сети.

Аналого-цифровой преобразователь 8 состоит из нуль-органа 16, соединенного с ним генератора 17 импульсов высокой частоты и подключенных к послед. нему счетчика 18 и цифроаналогового преобразовательного элемента 19, которые соединены между собой поразрядно; Bbrxon элемента 19 связан с одним из входов нуль-органа 16, а второй вход последнего присоединен к пороговому элементу 3. Нуль-орган 16 (компаратор)

25 служит для сравнения величин поступающих на его входы оперативного тока и выходного тока цифро-аналогового преобразовательного элемента 19, предназначенного для обратного преобразования зо в ток двоичного цифрового кода, подаваемого на его входы счетчиком 18. Йвоичный счетчик 18 предусмотрен для накоп ления и, счета импульсов, поступающих в него с генератора 17, вырабатывающе- З5 го последовательность стандартных импульсов высокой частоты.

Анализатор 9 приращений оперативно .4О

ro тока содержит элемент 20 сравнения, одни Bxonbl которого поразрядно соединены непосредственно с выходами двоичного счетчика 18, а вторые входы — аналогично через блок 21 буферной памяти.

К элементу 0 сравнения подключен эле2

45 мент 22 памяти, инверсный выход которого соединен с установочным входом сдвнгаюшего регистра 23, счетный вход йоследнего подключен к выходу генера50 тора 17 высокой частоты, а прямые и инверсные выходы всех разрядов заведены на панель 24 программирования уставки отключающего сопротивления. Прямой выход панели 24 программирования уставки отключающего сопротивления йодключен;.

;55 к счетному входу счетчика 25, а инверсный выход — к разрешающему входу ключа

26, прямой вход которого соединен с раз3 6 решающим входом блока 21 буферной памяти и одним выходом блока 10 управления. Второй вход блока управления подключен к установочным входам счетчика 18 и элемента 22 памяти. Исполнительный элемент 11 включен на выходе счетчика 25.

Блок 10 управления обеспечивает синхронизацию работы аналого-цифрового преобразователя 8 и анализатора 9 приращений оперативного тока, Селективный дифференцирующий блок

4, в том числе блок 10 управления игенератор 17, получают питание от источ- ника 1 — выпрямителя.

Замыкающие контакты, 12 al3 соответственно исполнительного элемента ..

11 и порогового элемента 3, включенйые параллельно в цепь отключающей катуш.ки 14, предназначены для аварийного отключения сети автоматическим выклкьчате лем 15.

Устройство работает следующим об- разом.

При включении сети выключателем 15

/ ток сети поступает в источник 1 — вы прямитель, который формирует постоянный оперативный ток, подаваемый в пороговый элемент 3, и подает питание на элементь1 селективного дифференцируюшего блока 4, в частности на блок 10 управления, На одном из входов последнего появляется пусковой сигнал, которым счетчик 18 аналого-цифрового преобразователя 8 и элемент 22 памяти анализатора 9 приращений оперативного тока устанавливаются в исходное состояние.

При этом на выходе счетчика 18 возникает нулевая комбинация цифрового двоичного кода, а на выходе цифроаналогового преобразовательного элемента 19 появляется соответствующая этой комби-" нации нулевая величина тока, поступающая на один из входов нуль-органа 16, на npyrofi вход которого подается оперативный ток. В результате с выхода нульоргана 16 снимается сигнал, запускающий генератор 17, который посылает импульсы в счетчик 18. На выходах последнего при этом появляются сигналы двоичного цифрового кода, поступающие в цифроаналоговый преобразовательный элемент 19, преобразующий их в ток, величина которого пропорциональна количеству импульсов. При определенном количестве импульсов ток на выходе элемента 19 превышает величину оперативного тока, подаваемого на нуль-орган 16 пороговым

7 7380 элек:ентом 3, и тогда на выходе последнего возникает сигнал, отключающий генератор 17, который прекращает подачу

« импульсов в счетчик 18. После.возвращения элемента 19 в исходное состояние операция сравнения нуль-органом

16 величин оперативного тока и выходного тока элемента 19 повторяется. Выходные сигналы счетчика 18 одновременно поступают на входы блока 21 бу- о ферной памяти и элемента 20 сравнения. Блок буферной памяти состоит из набора элементов памяти, служащих дпя запоминания значений цифрового кода предыдущего замера. Перезапись значения кода текущего замера из счетчика

18 аналого цифрового преобразователя

8 осуществляется по сигналу, вырабатываемого блоком 10 управления через некоторое время после. появления пуско- 20 вого сигнала.

Элементом 20 сравнения цифровой код очередного замера, выдаваемый счетчиком 18, сравнивается с цифровым кодом предыдущего замера, записанным в блоке 21 (буферной памяти. Если значение кода на выходе счетчика 18, соответствующее величине оперативного тока при очередном замере, равно или превышает записанное в блоке буферной памяти значение кода; соответствующее величине оперативного тока при предыдущем замере, на выходе элемента сравнения возникает сигнал приращения оператив- 35 ного тока, поступающий на элемент 22 памяти, на прямом выходе которого появляется сигнал, а с инверсного выхода сигнал исчезает. Вследствие этого с установочного входа сдвигающего регистра 23 снимается сигнал, а поступающие на счетный вход импульсы с выхода генератора 17 начинают передвигать единичный сигнал по ячейкам сдвигающего регистра 23. Таким образом, в

45 сдвигающем регистре 23 будет зафиксирована разность в числе импульсов в предыдущем и текущем замерах значений оперативного тока, т.е. приращение. Прямые и инверсные выходы сдвигающего регистра 23 заведены на панель 24 программирования уставки отключаю :его сопротивления, на которой выполняют коммутацию выходов одной из ячеек сдвигающего регистра на выход панели 24, т.е. программируют значение аварийного приращения оперативного тока. При достижении прираще33 H нием оперативного тока «варийлого:зл»чения на прямом вь ход<. наполи 24 программирования уставки отключаюьцего сопротивления появляется сигнал единица,, а на инверсном — исчезает. Вследствие этого ключ 26 закрывается, а в счетчик 25 записывается "единица .

Когда такие циклы повторяются подряд в нескольких замерах и при этом. число единиц" заполняет счетчик 25, на его выходе появляется сигнал аварийного приращения оперативного тока, которым включается исполнительный элемент 11, замыкающий свой контакт 12 в цепи err ключающей катушки 14. Если до заполнения счетчика 25 хотя бы один замер происходит без приращения оперативного тока, счетчик 25 возвращается в исходное состояние сигналом блока 10 управления через ключ 26, на разрешающий вход которого с инверсного выхода панели 24 программирования уставки отключающего сопротивления и этом случае поступает сигнал единица .

Это позволяет избежать отключений сети при случайных кратковременных при ращениях оперативного тока, вызванных не прикосновением человека к сети, а другими причинами.

Устройство отключает сеть только в тех случаях, когда утечка тока на землю вызвана прикосновением человека к сети и представляет для него опасность; только в таких случаях на выходе исполнительного элемента 11 селективно— го дифференцирующего блока появляется сигнал, замыкающий контакт 12 в цепи отключающей катушки 14, которая отключает автоматический выключатель

15 сети.

Благодаря этому изобретению позволяет эксплуатировать электрические сети при более низком уровне сопротив1 ления. изоляции и при этом исключает поражение человека электрическим током при его прикосновении к сети и обладайт к тому же высокой точностью работы. что выгодно стличает его от устройства-прототипа.

Формула изобретения

Устройство для зашиты электрической сети от утеЧки тока на землю, содержащее последовательно соодинешп.re вклк ченные между защищаемой сот> ю и зем9 738033 1О лей дрисоединительный фильтр, источник приращений, к выходу которого подклкяен оперативного nocrosaaoro тока, порого- исполнительный орган, а к управляющим вый элемент и селективный -дж ференци- входам анализатора приращений н цифрорувщий блок с йсполиитеньным органом аналогового преобразователя подключен на выходе, при этом вьщоды порогового блок управления. элемента и исполнительного органа включены в цепь отключаицей катушки as- Источники информшхии, томатичаского выклкяателн сети, о т- принятые во внимание при экспертизе л и ч а ю m е е с а тем, что, с це- - 1. Авторское свидетельство СССР лыо повьпйення точности, селективный 0 % 275206, Н 02 Н 3/16, 1968. днфференцирукнций блок выполнен в виде, 2. Авторское свидетельство СССР последовательно соеднненнык цифроанала= по заявке % 2345283, кл.Н 02 Н3/16, гового преобразователи и анализатора 1976.

ЦНИИПИ Заказ 2676/32 Тираж 783 Подписное

Филиал ППП Патент"„г. Ужгород, ул. Проектная, 4