Устройство для защиты от утечки тока двухпроводной сети постоянного тока

 

О П И t А Н И Е

И 3 О Б Р Е Т Е Н И и ""743103

Союз Советскик

Социалистических

Веслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву2 (22) ЗаявлеHG 3101.78 (21) 2576292/24-07

Н 02 Я 3/16 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 250680. Бюллетень bK 23

Дата опубликования описания 250680 (S3) УДК 621. 316..925(088.8) (72) Авторы изобретения

В.М. Кутин и В.N. Хлыстов (71) Заявитель

Винницкий политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧКИ

ТОКА ДВУХПРОВОДНОЙ СЕТИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, касается защиты электроустановок постоянного тока и может быть использовано в качестве защиты от утечек в цепях постоянного тока экскаваторов или оперативных цепей постоянного тока на электростанциях и подстанциях.

Например,-только на горнорудных предприятиях черной металлургии находится в работе свыше 700 экскаваторов типа экГ-4, экГ-4,6 экГ-8 и др.

Основное электрооборудование и цепи управления экскаваторов работают на постоянном токе. При эксплуатации иэ-за высокой запыленности окружающей среды и вибрации часто происходит ,.повреждение изоляции обмоток полюсов электродвигателей и кабелей внутреннего монтажа. Это вызывает потерь управляемости экскаватором, снижает безопасность труда обслуживающего персонала, приводит к пов реждению механических узлов.

В связи с этим необходимо устрой— ство непрерывного контроля сопротивления изоляции, предотвращающее длительное существование утечек и замыканий на землю.

Известны устройства для защиты от утечек, основанные по принципу наложения оперативного переменного тока на контролируемую сеть. Наиболее сов ершенным явл яетс я устрой ство, содержащее источник оперативного переменного тока, подключенный одним полюсом к земле, а другим через реагирующий орган и разделительный емкостной фильтр — к полюсам сети постоянного тока, ЬС-генератор и регулируемый дроссель для компенсации емкости сети относительно земли (1).

Недостатком устройства является его сложность . Кроме того, при контроле изол яции не учитывается неравномерное распределение проводимостей между полюсами с ети и з емл ef., что приводит к переэащите при воэ— никновении утечки в области больших значений сопротивления изоляции, так как контролируется общее сопротцв— ление обоих полюсов относительно земли. На работу устройства отрица— тельное влияние оказывает постоянная составляющая напряжения, воэ— никающая между обшей точкой фильтра и землей в момент возникновения утечки, что может привести к неп, а743103 вильной работе устройства. Устранить влияние этого фактора можно только эа счет увеличения времени срабатывания реле. Устройство малопригодно для работы в сетях постоянного тока с изменяющимся напряжением. Например, при работе экскаватора уровень напряжения сети может изменяться в широких пределах, так как с изменением напряжения регулируется скорость вращения двигателей различных механизмов (напора, поворота и пр.), а с изменением величины напряжения сети изменяются условия обеспечения электробезопасности. Для того, чтобы обесходится выбирать, исходя иэ максимально возможного значения напряжения в сети постоянного тока, что приводит к значительной перезащите и неоправданным простоям высокопроизводительных механизмов. Данное устройство контролирует активное сопротивление изоляции, оно может отличаться по величине от омического. Это вносит дополнительные трудности при выборе уставки срабатывания устройства по условиям электробезопасности.

Известны также устройства защиты в цепях постоянного тока, использующие мостовую схему. Среди них наибольшее распространение получила схема ОРГРЭС (2).

Устройство состоит иэ потенциометра, имеющего три секции и подклю25 ченного двумя зажимами к контролйруе35 мой сети, переключателя на три положения, измерительного прибора и реагирующ го органа (реле) . С помощью переключателя и прибора периодически можно измерять сопротивление изоляции отдельных полюсов относительно земли и общее сопротивление изоляции сети. Для непрерывного контроля изоляции реагирующий орган подключают между землей и средней точкой потенциометра, который устанавливают в среднее положение, т.е. сопротивления секций потенциометра с сопротивлениями изоляции полюсов относительно земли образуют мост, в диагональ которого включен реагирующий орган.

При появлении утечки мост неурав"

45 новешен и в диагонале моста появляется ток, .реле срабатывает ° Это устройство простое, на его работу не оказывает влияние емкость сети, при измене*ии напряжения контролируемой сети уставка срабатывания реле автоматически изменяется в требуемом направлении.

При одном и том же значении тока утечки ток в реагирующем органе будет иметь различное значение, в зависимости от величины и соотношения сопротивления изоляции и утечки. Ток в реагирующем органе выбирают, исхобО печить электробезопасность, уставку срабатывания реагирующего органа при- 15 дя иэ минимально допустимого по условиям электробеэопасности значения сопротивления изоляции полюсов относительно земли, что приводит к перезащите в области средних и больших значений сопротивления изоляции.

Для частичного устранения этого недостатка стремятся уменьшить сопротивления подключаемых резисторов.

Однако это приводит к уменьшению общего сопротивления изоляции сети относительно земли, а следовательно, к увеличению длительного тока утечки и замыкания на землю.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство. содержащее два плеча. моста, в одну из дианоналей которого подается напряжение контролируемой сети, а два других плеча образованы сопротивлениями изоляции полюсов сети относительно земли, чувствительный орган, выполненный в виде блокинг-генератора с диодной схемой сравнения двух напряжений, выпрямитель, потенциометр и реагирующий орган в виде электронного реле (3).

Применение блокинг-генератора и электронного реле повышает чувствительность устройства при большом его внутреннем сопротивлении, т.е. уменьшает влияние сопротивления схемы на общее сопротивление изоляции сети относительно земли.

Однако, как и в предыдущем случае, сохраняется зависимость тока в реагирующем органе от тока через утечку.

Таким образом, и это устройство имеет неудовлетворительную защитную характеристику, а использование блокинг-генератора с диодной схемой сравнения двух напряжений существенно усложняет схему устройства.

Целью изобретения является уменьшение количества неоправданных отключений контролируемой сети.

Это достигается тем, что в устройстве для защиты от утечки тока двухпроводной сети постоянного тока, содержащем мост, одна из диагоналей которого подключена к контролируемой сети, два плеча моста образованы сопротивлениями изоляции полюсов сети относительно .земли, и последовательно соединенные выпрямитель, потенциометр и реагирующий орган, два других плеча моста выполнены в виде электролитических конденсаторов одинаковой емкости, точка соединения которых соединена с землей.через первичную обмотку вновь введенного повышающего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена ко входу выпрямителя.

Принципиальная схема устройства изображена на чертеже.

743103

Устройство для защиты состоит из двух электролитических конденсаторов 1, которые одними из полюсов подключаются к сети 2 постоянного тока, а другими соединена в общую точку, заземленную через первичную обмотку повышающего трансформатора 3, вторичная обмотка которого через выпрямитель 4 и потенциометр 5 подсоединена ко входу реагирующего органа 6 с выходными контактами 7, получающего питание от контролируемой сети. Для проверки исправности элементов схемы предусмотрены резистор

8 и кнопка 9. Периодический контроль сопротивлений изоляции полюсов осуществляется измерительным блоком 10.

Устройство работает следующим образом.

Для зашиты от токов утечки и замыканий на землю зажимы + и устройства подключают к соот- 20 ветствующим полюсам обесточенной сети 2, а з — к земле. При подаче напряжения на контролируемую сеть конденсаторы 1 заряжаются до напряжения, равного напряжению между соот- 25 ветствующим полюсом сети и землей. Если сопротивления изоляции полюсов сети относительно земли одинаковы по величине, то результирующий ток через реагирующий орган 6 30 будет равен нулю. При возникновении утечки конденсаторы 1 перезаряжаются и на вход реагирующего органа подается напряжение, снимаемое с rfoтенциометра 5, максимальное значение которого пропорционально максимальному значению тока через утечку.

Действительно, при равенстве сопротивлений изоляции полюсов относительно земли Яи1 = В„„= Р„ ток через утечку 1 (4 ) в любой момент вре. мени определяется выражением

45 где à — постоянная времени цепи; напряжение источника; сопротивление утечки.

В момент возникновения утечки, т. е. при 4 =О, 50 .((о)=

° с

Если для простоты анализа пренебречь сопротивлением первичной обмотки повышающего трансформатора 55

3 по сравнению с сопротивлением изоляции полюса, то ток в любой момент времени через первичную обмотку трансформатора a (4 ) определяется равенством, (, -(! г 60

2Р 3

В момент возникновения утечки, т. е. при 1 =О.

Ц

2й

Напряжение, подаваемое на вход реагирующего органа

U(o)=K- (o) =к ю где К вЂ” коэффициент, учитывающий параметры понышающего трансформатора 3 и потенциометра 5.

При неравенстве сопротивления изоляции полюсов .-относительно земли, ток через утечку между первым полюсом изоляции в любой момент времени определяется равенством

0%И м и 2. + г

1 3(+) =

R>(R„1 R>z)+R 9 R (R и1 и и и

В момент возникновения утечки при

t--0 .

UR÷ (о1 = к,(к„„.- „,1

Ток через первичную обмотку .повышаю щего трансформатора равен и

j(t)= е t

"4"и1 " при 9 =0 () ки ()=" () (в +)

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет. непосредственно контролировать величину тока через утечку в первоначальный момент ее возникновения. В случае, когда величина тока утечки превышает допустимое значение, реагирующий орган 6 срабатывает и подает импульс в цепь сигнализации и отключения контролируемой сети с помощью контактов 7. После отключения сети реа— гирующий орган ноэвращается в исходное положение. Уставку срабатывания устройства регулируют потенциометром

5. Для проверки исправности элементов устройства искусственно создают утечку путем нажатия кнопки 9, при этом устройство должно сработать.

= Применение данного устройства позволяет уменьшить количество неоправданных отключений контролируемой сети за счет улучшения защитной характеристики устройства, уменьшить стоимость устройства и повысить надежность работы за счет упрощения его схемы.

Формула изобретения

Устройство для защиты от утечки тока двухпроводной сети постоян743103

Составитель Л. Васькова

Редактор В . Фельдман Техред О.Андрейко Корректор И. Муска

Заказ 3479/47 Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного тока, содержашее мост, одна из диагоналей которого подключена к контролируемой сети, два плеча указанного моста образованы сопротивлениями изоляции полюсов сети относительно земли, и последовательно соединенные выпрямитель, потенциометр и реагирующий орган, о т л ич а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения количества неоправданных отключений контролируемой сети, два других плеча моста выполнены в виде электролитических конденсаторов одинаковой емкости, точка соединения которых соединена с землей через первичную обмотку вновь введенного повышающего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена ко входу выпрямителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ,1. Авторское свидетельство СССР

9 G R 31/02,1968.

2. Гумин И.Я. и др. Вторичные схемы электрических станций и подстанций, M., Энергия, 1964, с. 131.

3. Авторское свидетельство СССР

9 353214, кл. G 01 R 27/16, 1971.