RU2172050C1 - Устройство для защитного отключения электрической сети - Google Patents
Устройство для защитного отключения электрической сетиInfo
- Publication number
- RU2172050C1 RU2172050C1 RU2000101435A RU2000101435A RU2172050C1 RU 2172050 C1 RU2172050 C1 RU 2172050C1 RU 2000101435 A RU2000101435 A RU 2000101435A RU 2000101435 A RU2000101435 A RU 2000101435A RU 2172050 C1 RU2172050 C1 RU 2172050C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- relay
- frequency
- network
- protective gear
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 7
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 5
- 230000002633 protecting Effects 0.000 description 5
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 2
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001831 conversion spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Использование: для защиты электрических сетей и обслуживающего персонала, обеспечение пожаробезопасности. Технический результат заключается в защите электрической сети, питающей нагрузку, при возникновении искрения в ослабленных контактных соединениях или дугового замыкания через большие переходные сопротивления. Устройство содержит трансформатор тока, магнитопровод которого охватывает проводники питания защищаемой электрической сети. К его вторичной обмотке подключено промежуточное токовое реле. Преобразователь спектра высокочастотных электромагнитных колебаний включает трансформаторы тока, магнитопроводы которых охватывают каждый в отдельности фазные силовые проводники защищаемой электрической сети и связанное с ними реле, реагирующее на высокочастотные колебания тока, инициированные искрением ненадежных контактов или электрической дугой через большее переходное сопротивление. Это реле, а также промежуточное токовое реле связаны с системой автоматического отключения через логический элемент ИЛИ. Ввод устройства представляет собой фильтр низкочастотных колебаний. 6 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты электрических сетей и обслуживающего персонала от поражения электрическим током и обеспечения пожаробезопасности в промышленных и бытовых электрических сетях.
Известны устройства защитного отключения в электрических сетях жилых помещений и зданий стационарного и передвижного типа [1, 2]. Защита от коротких замыканий и перегрузки таких электрических сетей, содержащих, как правило, рабочую нейтраль, осуществляется широко применяемыми плавкими предохранителями или автоматическими выключателями, выполняемыми в однофазном или трехфазном исполнении. Плавкие предохранители или автоматические выключатели используются для защиты проводов и приемников электрической энергии от теплового действия тока при перегрузках и коротких замыканиях. При перегрузках перегорает плавкая вставка, установленная внутри пробки. Преимущество плавкого предохранителя состоит в том, что смена пробки происходит без прикосновения к токоведущим частям. Недостаток заключается в том, что при срабатывании плавкого предохранителя необходимо плавкую вставку заменять на новую. Этих недостатков лишены автоматические выключатели, при срабатывании которых достаточно повторно их включить.
Общим же недостатком плавких предохранителей и автоматических выключателей является то, что они не предохраняют обслуживающий персонал от поражения электрическим током. Не сработают указанные устройства также при появлении утечки тока на землю, если величина этого тока не превышает уставки данного предохранителя или уставки автоматического выключателя.
Частично эти недостатки устранены в известном устройстве защитного отключения электрической сети [3], принятом нами за прототип.
Устройство защитного отключения содержит трансформатор тока, магнитопровод которого охватывает проводники питания защищаемой электрической сети, к вторичной обмотке которого подключено промежуточное токовое реле, связанное с системой защитного отключения.
Это устройство обеспечивает отключение нагрузки при появлении утечки тока фазы на контур заземления порядка 10 мА.
При совместном применении плавких предохранителей, автоматического выключателя и устройства защитного отключения электрической сети возможна защита электрической сети от коротких замыканий и утечек тока на контур заземления. Однако устройство защитного отключения, принятое нами за прототип, при применении его без дополнительных автоматического выключателя и плавких предохранителей при появлении тока между фазным и рабочим нулевым проводниками вплоть до величины тока короткого замыкания не сработает, так как сумма токов в окне магнитопровода трансформатора тока равна нулю. Если в защищаемой электрической сети возникает дуговое замыкание через большое переходное сопротивление, при котором ток дуги меньше тока плавкой вставки или уставки автоматического выключателя, устройство автоматического отключения в этом случае не сработает. Устройство защитного отключения также не сработает при продолжительном интенсивном искрении и нагреве в ослабленных контактных соединениях защищаемой электрической сети, питающей электроприемник.
Между тем известно, что контактное соединение (контакт) в электрической сети, питающей электропотребители, является одним из наиболее важных ее элементов, при нарушении (ослаблении или окислении) которого могут возникнуть аварийные ситуации, сопровождающиеся повреждением электропотребителя, приводящие к пожарам, а при наличии в помещении взрывоопасной среды достаточной концентрации возникновение искры между контактами может привести к взрыву.
Состояние контакта зависит от сопротивления в переходном слое между контактными поверхностями, сжатыми друг с другом. Общая площадь надежного соприкосновения зависит от силы нажатия и сопротивления смятию материала контактов. В процессе же эксплуатации контакты могут подвергаться окислению от воздействия атмосферы, что приводит к возрастанию переходного сопротивления, от длительного пользования электрических приборов состояние контактов может ухудшаться по мере их механического срабатывания, ослабления из-за вибраций и в результате приводит к нагреванию, а в конечном итоге может вызвать замыкание в месте соприкосновения контактов и, следовательно, к выходу из строя питаемых аппаратов, устройств, а также к возгоранию изоляции проводов, а в случае благоприятных условий для горения - к пожару, значительному экономическому ущербу и человеческим жертвам.
В основу изобретения поставлена задача создать устройство защитного отключения, которое позволило бы обеспечить защиту электрической сети, питающей нагрузку, при возникновении искрения в ослабленных ее контактных соединениях или дугового замыкания через большие переходные сопротивления.
Решение поставленной задачи достигнуто тем, что устройство защитного отключения электрической сети, содержащее трансформатор тока, магнитопровод которого охватывает проводники питания защищаемой электрической сети, к вторичной обмотке которого подключено промежуточное токовое реле, связанное с системой автоматического отключения, снабжено устройством преобразования спектра высокочастотных электромагнитных колебаний, включающим трансформаторы тока, магнитопроводы которых охватывают каждый в отдельности фазные силовые проводники защищаемой электрической сети, и связанное с ними реле, реагирующее на высокочастотные колебания тока, инициированные искрением ненадежных контактов или электрической дугой через большое переходное сопротивление, причем упомянутые промежуточное токовое реле и реле, реагирующее на высокочастотные электромагнитные колебания тока, связаны с системой автоматического отключения через введенный логический элемент ИЛИ, а ввод устройства представляет собой фильтр низкочастотных колебаний.
Предложенное устройство может иметь однофазное или многофазное (например, трехфазное) исполнение.
В трехфазной электрической сети источник информации появления в силовых проводниках определенного спектра высокочастотных колебаний содержит трансформаторы тока, магнитопроводы которых охватывают каждый в отдельности фазные силовые проводники, а вторичные их обмотки соединены с реле, реагирующим на инициированный искрой спектр высокочастотных электромагнитных колебаний.
Указанные существенные признаки достигнуты во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.
Между совокупностью существенных признаков изобретения и достигнутым техническим результатом - отключением электрической сети, питающей нагрузку, при возникновении искрения в ослабленных ее контактных соединениях или дугового замыкания через большие переходные сопротивления - существует причинно-следственная связь, заключающаяся в том, что при введении источника информации и преобразования спектра высокочастотных электромагнитных колебаний, включающего трансформаторы тока, магнитопроводы которых охватывают каждый в отдельности фазные силовые проводники защищаемой электрической сети, и связанного с ним реле, реагирующего на инициированные электрической искрой или дугой с большим переходным сопротивлением высокочастотных колебаний, связанного с системой автоматического отключения, и вводом устройства, представляющего собой фильтр низкочастотных колебаний, обеспечивается защита электрической сети, питающей нагрузку, при возникновении искрения в ее ослабленных контактных соединениях или электрической дуги через большие переходные сопротивления.
Изобретение отвечает требованию изобретательского уровня, так как существенные признаки защитного устройства отключения, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, в известных устройствах не обнаружены, что позволяет сделать вывод о наличии существенных отличий в предложенном техническом решении.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема защитного устройства отключения однофазной электрической сети с рабочим нулевым проводом; на фиг. 2 и 3 представлены схемы устройства, предназначенного для использования в сетях с глухозаземленной и изолированной нейтралью соответственно; на фиг. 4, 5 и 6 показаны примеры включения устройства в однофазную и трехфазные сети с глухозаземленной и изолированной нейтралью соответственно.
Защитное устройство отключения электрической сети содержит трансформатор тока, магнитопровод которого 1 (фиг. 1, 2 и 3) охватывает фазные проводники питания 2 электрической сети. К вторичным обмоткам 3 трансформатора тока подключено промежуточное токовое реле 4.
Устройство преобразования спектра высокочастотных электромагнитных колебаний представляет собой трансформаторы тока, магнитопроводы 5 которых охватывают фазные проводники 2, обмотки 6 которых связаны с реле 7, реагирующим на высокочастотные колебания тока, инициированные электрической искрой или дугой с большим переходным сопротивлением. Вторичные обмотки 3 трансформатора, магнитопровод которого 1 охватывает фазный 2 проводники электрической сети и реле 7, реагирующее на ВЧ колебания тока, инициированные электрической искрой или дугой с большим переходным сопротивлением с системой автоматического отключения 8 (фиг. 4, 5 и 6) связаны через логический элемент ИЛИ 9. На вводе устройства установлен фильтр низкочастотных колебаний 10, обеспечивающий селективность действия защитного отключения, препятствуя проникновению высокочастотных помех из сети со стороны источника питания.
Работа предложенного устройства защитного отключения электрической сети основана на срабатывании реле, реагирующего на высокочастотные колебания в токе, инициированные электрической искрой в ослабленных силовых контактах или дуговыми замыканиями через большие переходные сопротивления.
С целью эффективной отстройки реле 7 от воздействия рабочего тока нагрузки промышленной частоты 50 (60) Гц, трансформаторы тока 5 выполняются с воздушным зазором магнитопровода (на чертежах не показано), что, как известно, позволяет получить вторичное напряжение, пропорциональное скорости изменения первичного тока - производной тока.
Указанное свойство трансформаторов тока с воздушным зазором в магнитопроводе значительно повышает чувствительность реле 7 к высокочастотным компонентам первичного тока и обеспечивает эффективную отстройку от тока нагрузки промышленной частоты. Следовательно, трансформатор тока с воздушным зазором в магнитопроводе одновременно выполняет функцию преобразователя спектра тока.
На фиг. 4, 5 и 6 изображены схемы присоединения устройств защитного отключения в сетях с однофазной и трехфазной электрической нагрузкой 11.
При возникновении электрической искры, например, между контактами n и m (фиг. 3) или дугового замыкания через большое переходное сопротивление (например, по влажной или загрязненной изоляции) в токе питающей электрической сети возникают высокочастотные колебания. При появлении в кривой тока нагрузки высокочастотных компонентов, во вторичной обмотке трансформатора 5 наводится электродвижущая сила, пропорциональная производной тока. Таким образом, на вход реле 7 будет подано напряжение, пропорциональное высокочастотным колебаниям первичного тока, появление которых связано с электрическим искрением либо с возникновением в сети электрической дуги.
Реле 7 преобразовывает поступающие на его вход колебания в единичный дискретный логический сигнал, поступающий на элемент ИЛИ 9, а через него сигнал поступает на систему автоматического отключения 8, что приводит к отключению защищаемой сети. При питании трехфазной нагрузки (фиг. 5, 6) устройство работает аналогичным образом, контролируя его состояние во всех трех фазах a, b и с. Благодаря элементу 9 ИЛИ защитные свойства, присущие аналогу, взятому нами за прототип, также сохраняются. Высокочастотные помехи, поступающие в защищаемую электрическую сеть приемника электроэнергии 11 подавляются при помощи фильтра 10 низкочастотных колебаний.
Предложенное защитное устройство отключения электрической сети позволяет обеспечить защиту при возникновении в электрической сети электрических искр между контактами, дуговых замыканий через большие переходные сопротивления и, при правильной эксплуатации устройства, практически исключить возникновение аварий и их последствий.
Защитное устройство отключения может выполняться как автономно без автоматического выключателя, так и совместно с ним в виде единого блока. Изготовление его не требует высокой квалификации и может выполняться на сравнительно небольших площадях. Применение его в электрических сетях жилых помещений, а также в промышленных установках в сетях с рабочим нулевым проводом и в сетях с изолированной нейтралью позволяет существенно повысить надежность эксплуатации электрооборудования.
Источники информации
1. Основы теории электрических аппаратов. И.С. Таев и др. - М.: Высшая школа, 1987. - 352 с.
1. Основы теории электрических аппаратов. И.С. Таев и др. - М.: Высшая школа, 1987. - 352 с.
2. Чунихин А.А. Электрические аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 720 с.
3. Цапенко Е. Ф. К вопросу о применении устройств защитного отключения при эксплуатации электроустановок. Промышленная энергетика, N 11, 1997 г.
Claims (1)
- Устройство защитного отключения электрической сети, содержащее трансформатор тока, магнитопровод которого охватывает проводники питания защищаемой электрической сети, к вторичной обмотке которого подключено промежуточное токовое реле, связанное с системой автоматического отключения, отличающееся тем, что оно снабжено устройством преобразования спектра высокочастотных электромагнитных колебаний в напряжение, пропорциональное высокочастотным колебаниям первичного тока, с последующим преобразованием его в единичный логический дискретный сигнал, включающим трансформаторы тока, магнитопроводы которых охватывают каждый в отдельности фазные силовые проводники защищаемой электрической сети, и связанное с ним реле, реагирующее на высокочастотные колебания тока, инициированные искрением ненадежных контактов или электрической дугой через большое переходное сопротивление, причем упомянутые промежуточное токовое реле и реле, реагирующее на высокочастотные колебания тока, связаны с системой автоматического отключения через введенный логический элемент ИЛИ, а ввод устройства представляет собой фильтр низкочастотных колебаний.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2172050C1 true RU2172050C1 (ru) | 2001-08-10 |
Family
ID=
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЦАПЕНКО Е.Ф. К вопросу о применении устройств защитного отключения при эксплуатации электроустановок. -Промышленная энергетика, № 11, 1997. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11588324B2 (en) | Electrical fault detection and recovery power distribution system and its construction method | |
US6782329B2 (en) | Detection of arcing faults using bifurcated wiring system | |
KR100423886B1 (ko) | 아크 결함 보호용 차단기 및 이를 구비하는 회로 차단기 | |
KR102277716B1 (ko) | 배전계통 전원선로 고장시 실시간 탐지/복구시스템 및 그 공사방법 | |
US5793587A (en) | Dual trip level ground fault interrupter | |
KR20220056052A (ko) | 감전에 대한 기본보호, 고장보호 및/또는 추가 보호장치 | |
KR102169232B1 (ko) | 전기고장에 의한 감전 및 화재방지 장치와 방법 | |
CN103683225A (zh) | 核电站低压配电***全供电范围接地故障保护方法 | |
RU2172050C1 (ru) | Устройство для защитного отключения электрической сети | |
US3780348A (en) | Self-controlled differential sectionaliser for the protection of low voltage electric power consumers | |
KR840001584B1 (ko) | 휴대용 비상 안전장치 | |
GB2128047A (en) | Earth leakage monitor and earth proving apparatus | |
KR20220056319A (ko) | 누전, 지락에 의한 감전, 화재방지 임시배전반(분전반) | |
KR20220056060A (ko) | 누전, 지락, 서지에 의한 감전, 화재, 정전사고방지 자동제어반 | |
KR20220056064A (ko) | 전기고장 사고(누전, 침수, 서지, 감전, 화재, 정전 등)방지 교통시설 전원공급장치 | |
KR20020041973A (ko) | 누전 차단기 | |
KR20000053944A (ko) | 아크 결함 보호용 차단기 및 이를 구비하는 회로 차단기 | |
KR20170042070A (ko) | 전력계통에서의 단락 발생시 재해 방지장치 및 방법 | |
EP1734632B1 (en) | Safety device for a circuit breaker | |
RU2124794C1 (ru) | Устройство для защитного отключения в электрической сети переменного тока с заземленной нейтралью | |
US3308346A (en) | Ground cable continuity check circuit | |
JP7505686B2 (ja) | 漏電および地絡時の感電および火災を防止する装置、方法および配電システム | |
RU2695643C1 (ru) | Способ трансформации систем электроснабжения TN-C-S и ТТ и система электроснабжения для осуществления способа с защитным вводным разнономинальным коммутационным аппаратом (ВРКА) | |
RU2300165C1 (ru) | Устройство защиты человека от поражения электрическим током в распределительном пункте переменного тока | |
SU860196A2 (ru) | Устройство защитного отключени электроустановки переменного тока |