RU2711217C1 - Combined digital protective cut-off device - Google Patents
Combined digital protective cut-off device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711217C1 RU2711217C1 RU2019120589A RU2019120589A RU2711217C1 RU 2711217 C1 RU2711217 C1 RU 2711217C1 RU 2019120589 A RU2019120589 A RU 2019120589A RU 2019120589 A RU2019120589 A RU 2019120589A RU 2711217 C1 RU2711217 C1 RU 2711217C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- leakage current
- rcd
- mains voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
- H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
Landscapes
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам для защиты людей от поражения электрическим током при снижении сопротивления изоляции и появлении тока утечки в землю, а также для отключения электропотребителей при превышении действующим значением фазного напряжения питающей сети предельно допустимого уровня 242 В, установленного ГОСТ 32144-2013. За счет использования в качестве источника информации дискретных сигналов, соответствующих скачкообразным процессам перемагничивания сердечника датчика токов утечки, и введения в устройство дополнительных элементов для цифровой обработки этих сигналов устраняется влияние высших гармоник напряжения сети на порог срабатывания по действующим значениям тока утечки и напряжения сети.The invention relates to electrical engineering, in particular to automatic devices for protecting people from electric shock while reducing insulation resistance and the appearance of leakage current to the ground, as well as to turn off consumers when the current value of the phase voltage of the supply network exceeds the maximum permissible level of 242 V, established by GOST 32144 2013. By using discrete signals as the source of information corresponding to spasmodic processes of the magnetization reversal of the core of the leakage current sensor, and introducing additional elements for digital processing of these signals into the device, the influence of higher harmonics of the mains voltage on the response threshold by the effective values of the leakage current and mains voltage is eliminated.
Известны электронные устройства защитного отключения (УЗО), содержащие усилитель сигнала датчика тока утечки, источник питания и стабилизатор напряжения [1, 2]. Их недостатком является отсутствие способности отключения защищаемых электроприемников при недопустимом повышении напряжения сети.Known electronic protective shutdown devices (RCD), containing the signal amplifier of the leakage current sensor, a power source and a voltage stabilizer [1, 2]. Their disadvantage is the lack of ability to disconnect the protected power consumers with an unacceptable increase in network voltage.
Известно устройства защитного отключения комбинированное, содержащее датчик тока утечки, пиковый выпрямитель-усилитель, инерционную RC-цепь с времязадающими резистором и конденсатором, пороговый элемент с исполнительным органом и стабилизатор напряжения питания на стабилитроне, соединенные так, что выход датчика тока утечки присоединен ко входу пикового выпрямителя-усилителя, выход которого соединен с времязадающим резистором, а времязадающий конденсатор соединен с входом порогового элемента с исполнительным органом, компаратор, элемент логического ИЛИ, второй времязадающий резистор, регулируемый делитель и резистор, при этом резистор одним выводом присоединен к аноду стабилитрона и неинвертирующему входу компаратора, другой вывод резистора присоединен к минусу источника питания и первому выводу регулируемого делителя, второй вывод которого присоединен к катоду стабилитрона, а третий к инвертирующему входу компаратора, выходы пикового выпрямителя-усилителя и компаратора через первый и второй времязадающие резисторы присоединены ко входам элемента логического ИЛИ, а его выход присоединен к времязадающему конденсатору [3]. Недостатком этого устройства является наличие влияния высших гармоник напряжения сети на порог срабатывания по действующим значениям тока утечки и напряжения сети, обусловленные аналоговым видом выходного сигнала датчика тока утечки и аналоговым способом обработки сигнала напряжения сети. Наличие высших гармоник сетевого напряжения является результатом подключения с сети нелинейных нагрузок, к которым относятся широко распространенные вентильные преобразователи различного назначения, например, управляемые выпрямители и преобразователи частоты электроприводов, устройства питания сварочных аппаратов, драйверы светодиодных светильников и др.Known protective circuit breakers combined, comprising a leakage current sensor, a peak rectifier-amplifier, an inertial RC circuit with a timing resistor and a capacitor, a threshold element with an actuator and a voltage stabilizer on a zener diode, connected so that the output of the leakage current sensor is connected to the peak input rectifier-amplifier, the output of which is connected to a time-setting resistor, and the time-setting capacitor is connected to the input of the threshold element with the actuator, comparator, electric a logical OR element, a second timing resistor, an adjustable divider and a resistor, while the resistor is connected to the anode of the zener diode and the non-inverting input of the comparator with one output, the other output of the resistor is connected to the minus of the power supply and the first output of the adjustable divider, the second output of which is connected to the zener diode cathode, and the third to the inverting input of the comparator, the outputs of the peak rectifier-amplifier and the comparator through the first and second timing resistors are connected to the inputs of the logic about OR, and its output is connected to a timing capacitor [3]. The disadvantage of this device is the presence of the influence of higher harmonics of the mains voltage on the response threshold according to the effective values of the leakage current and the mains voltage, due to the analog form of the output signal of the leakage current sensor and the analogue method of processing the mains voltage signal. The presence of higher harmonics of the mains voltage is the result of connecting non-linear loads to the network, which include widespread valve converters for various purposes, for example, controlled rectifiers and frequency converters of electric drives, power supplies for welding machines, drivers of LED lamps, etc.
Целью изобретения является повышение помехоустойчивости УЗО к влиянию высших гармоник напряжения сети. Указанная цель достигается тем, что в УЗО введены узел синхронизации, счетчик импульсов, цифровое сравнивающее устройство и блок уставок, а выходная обмотка датчика тока утечки выполнена двухсекционной, причем секции обмотки имеют одинаковое число витков и соединены последовательно-встречно.The aim of the invention is to increase the noise immunity of the RCD to the influence of higher harmonics of the mains voltage. This goal is achieved by the fact that in the RCD, a synchronization unit, a pulse counter, a digital comparison device and a setting block are introduced, and the output winding of the leakage current sensor is made in two sections, and the winding sections have the same number of turns and are connected in series with each other.
На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого устройства. Приняты следующие обозначения: 1 - датчик тока утечки, 2 - пиковый выпрямитель-усилитель, 3 - резистор, 4 - узел синхронизации, 5 - счетчик импульсов, 6 - цифровое сравнивающее устройство, 7 - исполнительный орган, 8 - контактная система УЗО, 9 и 10 - первый и второй входные провода сети, 11 и 12 - первый и второй выходные провода сети, 13 - нагрузка, блок уставок 14. Цифровое устройство защитного отключения комбинированное содержит соединенные последовательно датчик тока утечки 1 и пиковый выпрямитель-усилитель 2, выход которого подключен к суммирующему S-входу счетчика импульсов 5, причем обнуляющий R-вход счетчика импульсов 5 соединен с выходом узла синхронизации 4, вход которого подключен к выходным проводам сети 11 и 12, а резистор 3 подключен между первым входным проводом сети 9 и вторым выходным проводом сети 12, причем параллельный цифровой выход счетчика импульсов 5 присоединен к первому параллельному входу цифрового сравнивающего устройства 6, к выходу которого подключен исполнительный орган 7, механически связанный с контактной системой УЗО 8, а второй параллельный вход цифрового сравнивающего устройства 6 присоединен к выходу блока уставок 14.In FIG. 1 presents a functional diagram of the inventive device. The following notations are accepted: 1 - leakage current sensor, 2 - peak rectifier-amplifier, 3 - resistor, 4 - synchronization unit, 5 - pulse counter, 6 - digital comparing device, 7 - executive body, 8 - contact UZO system, 9 and 10 - the first and second input wires of the network, 11 and 12 - the first and second output wires of the network, 13 - load,
Устройство работает следующим образом. В случае, если действующее значение фазного напряжения питающей сети не превышает предельно допустимого уровня 242 В, установленного ГОСТ 32144-2013, а ток утечки I0 (через поврежденную изоляцию или в результате прикосновения человека к токоведущим элементам нагрузки) отсутствует, разность токов I1 и I2 в проводах, к которым подключена нагрузка 18, равна току I3 (фиг. 2). Сопротивление резистора 3 подобрано таким образом, что магнитный поток в сердечнике датчика тока утечки 1, вызванный неравенством токов I1 и I2, перемагничивает сердечник в пределах области начальной магнитной проницаемости, т.е. в той области, где скачкообразные изменения намагниченности (скачки Баркгаузена) отсутствуют. В этом случае гармонические э.д.с. первой и высших гармоник, наводимые в секциях обмотки датчика тока утечки 1, равны между собой, а выходной сигнал Uвых датчика отсутствует независимо от уровня несинусоидальности напряжения сети, т.к. секции обмотки имеют одинаковое число витков и соединены последовательно-встречно. В результате УЗО остается во включенном состоянии.The device operates as follows. If the current value of the phase voltage of the supply network does not exceed the maximum permissible level of 242 V established by GOST 32144-2013, and there is no leakage current I 0 (through damaged insulation or as a result of a person touching the current-carrying load elements), the current difference is I 1 and I 2 in the wires to which the load 18 is connected is equal to the current I 3 (Fig. 2). The resistance of the
При появлении тока утечки I0 или при превышении действующим значением фазного напряжения питающей сети предельно допустимого уровня 242 В, установленного ГОСТ 32144-2013, разность токов I1 и I2 становится достаточной для перемагничивания сердечника датчика тока утечки 1 в области необратимых скачкообразных изменений намагниченности. В этом случае в секциях выходной обмотки датчика кроме гармонических составляющих э.д.с. первой и высших гармоник наводятся случайные импульсные сигналы, вызванные скачками Баркгаузена. При встречном соединении секций выходной обмотки гармонические составляющие взаимно компенсируются независимо от уровня высших гармоник напряжения сети, а случайные импульсные сигналы складываются и поступают на вход пикового выпрямителя-усилителя 2, который формирует из них прямоугольные импульсы одинаковой амплитуды. Эти импульсы поступают на суммирующий вход счетчика 5, который обнуляется с периодом 10 мс (половина периода сетевого напряжения) импульсом, поступающим на вход R (reset) и формируемым узлом синхронизации 4 при переходе сетевого напряжения через нулевой уровень. Таким образом, содержимое счетчика импульсов каждые 10 мс сначала нарастает до максимального значения, соответствующего числу скачков Баркгаузена в сердечнике датчика тока утечки 1, а затем сбрасывается на ноль. Текущее значение содержимого счетчика импульсов 5 в двоичном параллельном коде подается на первый параллельный цифровой вход цифрового сравнивающего устройства 6. Если максимальное значение содержимого счетчика импульсов превышает уставку УЗО, представленную в виде двоичного числа в параллельном коде, и поступающую на второй параллельный цифровой вход сравнивающего устройства 6 с выхода блока уставок 14, то на выходе последнего формируется импульсный сигнал, поступающий на исполнительный орган 7 и вызывающий срабатывание УЗО путем воздействия на контактную систему 8.When the leakage current I 0 appears or when the current value of the phase voltage of the supply network exceeds the maximum permissible level of 242 V established by GOST 32144-2013, the difference between the currents I 1 and I 2 becomes sufficient for magnetization reversal of the core of the leakage
Испытания опытного образца цифрового УЗО были проведены при несинусоидальности сетевого напряжения, соответствующей предельно допустимым по ГОСТ 32144-2013 значениям коэффициентов пятой и седьмой гармоник, т.е., соответственно, шести и пяти процентам от действующего значения основной гармоники. При испытании УЗО были проведены прямые измерения с многократными (n=75) наблюдениями токов утечки и напряжения сети, при которых УЗО фактически срабатывало для уставок 30 мА и 242 В, соответственно. Статистическая обработка результатов измерений показала, что при доверительной вероятности 95% доверительные границы отклонения действующих значений тока утечки, при достижении которых УЗО срабатывало, от значений уставки 30 мА составили ±1,8%, а доверительные границы отклонения действующих значений напряжения сети, при достижении которых УЗО срабатывало, от значений уставки 242 В составили ±1,5%. Таким образом, результаты испытаний свидетельствуют о более высокой помехоустойчивости цифрового УЗО к влиянию несинусоидальности сетевого напряжения по сравнения с аналогами и прототипами, для которых в тех же условиях названные доверительные границы составляют, соответственно, 10 и 4%.Tests of the prototype digital RCD were carried out with non-sinusoidality of the mains voltage corresponding to the maximum permissible values of the fifth and seventh harmonics, according to GOST 32144-2013, i.e., six and five percent of the effective value of the fundamental harmonic, respectively. During the RCD test, direct measurements were made with multiple (n = 75) observations of leakage currents and mains voltage, at which the RCD actually worked for the 30 mA and 242 V settings, respectively. Statistical processing of the measurement results showed that, with a confidence level of 95%, the confidence limits of the deviation of the effective values of the leakage current, at which the RCD tripped, from the setpoints of 30 mA were ± 1.8%, and the confidence limits of the deviation of the effective values of the mains voltage, at which The RCD was triggered, from the settings of 242 V amounted to ± 1.5%. Thus, the test results indicate a higher noise immunity of the digital RCD to the influence of the non-sinusoidality of the mains voltage in comparison with analogs and prototypes, for which under the same conditions the said confidence limits are 10 and 4%, respectively.
Источники информацииSources of information
1. Монаков В.К. УЗО. Теория и практика. М.: Энергосервис. 2007. - 368 с. Режим доступа: http://dl.lux.booksee.org/genesis/215000/46efdb15c97bfb33676b1dd0117ca554/_as/[Monakov_V._K.]_UZO._Teoriya_i_praktika(BookSee.org).pdf.1. Monakov V.K. RCD. Theory and practice. M .: Energoservice. 2007 .-- 368 p. Access Mode: http://dl.lux.booksee.org/genesis/215000/46efdb15c97bfb33676b1dd0117ca554/_as/[Monakov_V._K.†_UZO._Teoriya_i_praktika(BookSee.org).pdf.
2. Устройство защитного отключения сети переменного тока. Патент РФ на изобретение №2124795, МПК Н02Н 3/00, опубл. 1999.01.10.2. The device of protective shutdown of a network of alternating current. RF patent for invention №2124795, IPC Н02Н 3/00, publ. 1999.01.10.
3. Устройство защитного отключения комбинированное. Патент РФ на изобретение №2214664, МПК Н02Н 3/32, опубл. 2002.07.3. Residual current circuit breaker combined. RF patent for the invention No. 2214664, IPC
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120589A RU2711217C1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Combined digital protective cut-off device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120589A RU2711217C1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Combined digital protective cut-off device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2711217C1 true RU2711217C1 (en) | 2020-01-15 |
Family
ID=69171622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019120589A RU2711217C1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Combined digital protective cut-off device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2711217C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2124795C1 (en) * | 1997-03-25 | 1999-01-10 | Слободкин Адольф Ходосович | Gear for protective cut-off of electric a c network |
RU2214664C2 (en) * | 2000-06-15 | 2003-10-20 | Слободкин Адольф Ходосович | Composite protective disconnection device |
WO2010069012A1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Protectelec Pty Limited | A protection system for an it electrical distribution system having a floating reference conductor |
RU2441305C1 (en) * | 2010-08-10 | 2012-01-27 | Владимир Иванович Винокуров | Combined protective cutout device |
-
2019
- 2019-07-01 RU RU2019120589A patent/RU2711217C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2124795C1 (en) * | 1997-03-25 | 1999-01-10 | Слободкин Адольф Ходосович | Gear for protective cut-off of electric a c network |
RU2214664C2 (en) * | 2000-06-15 | 2003-10-20 | Слободкин Адольф Ходосович | Composite protective disconnection device |
WO2010069012A1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Protectelec Pty Limited | A protection system for an it electrical distribution system having a floating reference conductor |
RU2441305C1 (en) * | 2010-08-10 | 2012-01-27 | Владимир Иванович Винокуров | Combined protective cutout device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100299014B1 (en) | Ground circuit breaker with broadband noise immunity | |
KR101068718B1 (en) | Abnormal current detecting circuit for circuit breaker | |
CN107819317B (en) | Energy supply device | |
US8976494B2 (en) | Device for detecting a fault in an AC supply | |
EP2293401A1 (en) | Protective system for voltage transformers | |
US10164520B2 (en) | Short circuit protection for switching power converters | |
AU2006243066A1 (en) | Circuit protection device and test facility to simulate a fault condition | |
GB2258095A (en) | Residual current device | |
EP0453196B1 (en) | Transformer differential relay | |
US7068047B2 (en) | Residual current detection circuit | |
RU2711217C1 (en) | Combined digital protective cut-off device | |
US3609458A (en) | Electronic safety system | |
CN101752831B (en) | Electrical switch device and electricity leakage protective device | |
RU2381614C1 (en) | Power filter (versions) | |
IE56011B1 (en) | Improved residual current device | |
Bauer et al. | Demagnetization of current transformers using PWM burden | |
PL199098B1 (en) | Circuit arrangement for a residual-current circuit breaker | |
RU2708378C1 (en) | Combined residual current device | |
RU2680817C1 (en) | Power transformer protection package | |
KR20150025202A (en) | Non-polar earth leakage breaker | |
RU2632658C1 (en) | Device for protecting synchronous generator | |
RU124453U1 (en) | PROTECTIVE CIRCUIT BREAKER (OPTIONS) | |
Czapp et al. | The effect of current delay angle on tripping of residual current devices | |
SU736248A1 (en) | Device for short-circuiting protection of ac equipment | |
US3579043A (en) | Reverse power relay |