SU1061213A1 - Устройство дл защитного отключени в сети переменного тока с глухозаземленной нейтралью - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕМЕННО ГО ТОКА С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ , содержащее дифференциальный трансформатор тока (ДТТ), на выход которого подключены входы усилител  к усилител -ограничител , аналоговый вычитатель,первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно усилител  и усилител -ограничител , а выход - к информационному входу элемента ЗАПРЕТ, датчик тока нагрузки, блок формировани  сигнала ПО скорости изменени  тока нагрузки, вход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, а выход - к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ, инвертор, вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход - к выходному релейному элементу, отличающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности устройства, дополнительно введены дл  каждой фазы датчик активного тока утечки на землю, первый вход которого подсоединен к выходу ДТТ, а второй входк датчику фазного напр жени  сети, конденсатор , подключенный к выходу ДТТ,три пороговых элемента, входы которых соединены соответственно с выходами датчиков .активного тока утечки, три элемента ПА-, МЯТЬ, входы которых соединены соответстаенно с выходами пороговых элементов, а управл ющие входы элементов ПАМЯТЬ соединены между собой и подключены к о выходу блока формировани  сигнала по 9 скорости изменени  тока нагрузки, три элемента И, при этом ко входам первого элементаИ подключены выходы первого и второго элементов ПАМЯТЬ, ко входам второго -- выходы второго и третьего элементов ПАМЯТЬ, ко входам третьего - выходы первого и третьего элементов ПАМЯТЬ, трехвходовый элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам эле05 ментов И, а выход - ко входу инвертора.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к технике защиты людей от поражени  электрическим током.

Известен р д устройств защитного отключени  (УЗО), основанный на измерении тока утечки на землю, сравнении его с эталонной величиной и формировании по разности измеренной и эталонной величин отключающего сигнала 1.

Описанные устройства просты, однако имеют следующие основные недостатки: отсутствует самоконтроль исправности наименее надежных элементов; отсутствует отстройка от естественных токов утечки (через изол цию) на землю, что не позвол ет в р де случаев выполнить УЗО дл  групповой защиты с высокой чувствительностью (5-20 мА).

Известны другие УЗО, позвол ющие отстроитьс  от естественных токов утечки на землю 2,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  УЗО, включающее дифференциальный трансформатор тока (ДТТ), усилитель, усилитель-ограничитель , аналоговый вычитатель , трансформатор тока нагрузки, блок формировани  сигнала по скорости нарастани  тока нагрузки, элемент ЗАПРЕТ, инвертор и выходной релейный элемент 3.

Основной недостаток устройства - ненадежна  работа в трехфазных сет х с естественными токами утечки на землю до мА.

Распределение токов утечки на землю по фазам, как правило, несимметрично. Причем указанна  несимметри  растет со временем эксплуатации. В этих услови х прикосновение человека к разным фазам будет вызывать различный сигнал на выходе ДТТ УЗО, установленного в подобной сети.

Так, например, если фаза А имеет ослабленную изол цию относительно земли и ток утечки на землю превыщает соответствующие токи других фаз, то прикосновение челорвека к фазе В или фазе С не вызовет повыщени  амплитуды сигнала на выходе ДТТ, изменитс  лин1ь начальна  фаза сигнала на выходе ДТТ. Все это происходит, . если сигналы, обусловленные естественным током утечки и прикосновением челов.ека, равны. В случае, если они не равны, но соизмеримы, происходит фактическое загрубление защиты но величине уставки. Цель изобретени  - повыщение чувст

вительности устроисгва.Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее ДТТ, на выход которого подключены вхоаы усилите/т и усилител -ограничител , анало1Ч)гм111| иычитатель , первый и второй в,х() KOTciporo подключены к выходам cooTHereiiuinKj уси.ч.ител  и уснлител -ограничите.л , ;i HI.IXO.I к информационному входу -элемент Л,РЕТ , датчик тПка Haij)y.Kii. П.шк ||)| рмировани  сигнала по скорости изменени  тока нагрузки, вход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, а выход - к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ, инвертор , вход которого подю ючен. к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход - к выходному релейному элементу, дополнительно введены дл  каждой фазы датчик активного тока утечки на землю, первый вход которого подсоединен к выходу ДТТ, а второй вход - к датчику фазного напр жени  сети, конденсатор , подключенный к выходу ДТТ, три пороговых элемента, входы которых соединены соответственно с выходами датчиков активного тока утечки, три элемента ПАМЯТЬ, входы которых соединены соответственно с выходами пороговых элементов, а управл ющие входы элементов ПАМЯТЬ соединены между собой и подключены к выходу блока формировани  сигнала по скорости изменени  тока нагрузки, три эле мента И, при этом ко входам первого элемента подключены выходы первого и второго элементов ПАМЯТЬ, ко входам второго - выходы второго и третьего элементов ПАМЯТЬ , ко входам третьего - выходы первого и третьего элементов ПАМЯТЬ, трехвходовый элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам элементов И,.а выход - ко входу инвертора.

Введение новых элементов позвол ет повысить чувствительность устройства по току уставки в трехфазных сет х с глухозаземленной нейтралью с повыщенными токами утечки на землю.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ДТТ 1, на выход которого подключены конденсатор 2, усилитель 3 и усилитель-ограничитель 4, аналоговый вычитатель 5, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам усилител  3 и усилител -ограничител  4, элемент ЗАПРЕТ 6, информационный вход которого подключен к выходу аналогового вычитател  5, а выход - ко входу инвертора 7, выходной релейный элемент 8, подключенный к выходу инвертора 7 и управ л ющий катущкой 9 коммутационного аппарата , датчик тока нагрузки 10, блок II формировани  сигнала по скорости изменени  тока нагрузки, вход которого подключен к выходу трансформатора 10, а выход - к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 6, датчики активного тока утечки на землю 12-14 , первые вхо.гы которых подключены к выходу ДТТ 1, а BTOpi ie входы - соответственно на фазные напр жени , пороговые элементы . входы которых подключены cooTBCTcTFjeiiHo к выходам датчиков 1214 . элементы 18-20, входы которых подк.чшчсиы соотнстственип к вых()Дс1м :i.HNKfiTOB If) 17. iipiin.i4i)Huie BX(), э.к. ПАЛАЯ Г) ГОСЛ11НСИЫ между собпй II 1|11лклк)чг111,| к и,,)ч 6.|(1к;1 II. -j.нлнНгм и 21 2Л. при лом ко входам л-Кмещу 21 110ДК.1ЮЧС11Ы выходы члгмонтов 18, 19, ко вхолпм ломоитп 22 -- выходы элементов 19,, 20, ко входам э; е иита 23 - выходы эле( ментов 18, 20, трехвходовый элемент ИЛИ 24, входы которосо подсоединены соответственно к выходам элементов 21-23, а выход -} ко входу интвертора 7. Элементы ПАМЯТЬ 18-20 выполнены на базе схем И/1И-НЕ (как один из возможных вариантов). Выбранный вариант отличаетс  простотой. Коэффициенты усилителей 3, 4 равны. Устройство работает следующим образом. В исходном состо нии питание блоков отсутствует, выходной релейный элемент 8 обесточен. При вк,пючении коммутационного аппарата подаетс  питание на электроустановку, на блоки 3-7, 12-24. На вход каждого усилител  за счет естественного тока утечки на землю подаетс  сигнал, который каждым усилителем усиливаетс  одинаково. При этом величина коэффициента усилени  и напр жение стабилизации стабилитронов (на схеме приведен простейший ва .риант усилител -ограничител ) -подобраны таким образом, чтобы в этом режиме - допустимого естественного тока утечки и отсутствии прикосновени  человека - не происходило ограничени  амплитуды в усилителе 4. В результате на входы блока 5 поступают практически одинаковые сигналы по амплитуде, а на выходе его напр жение близко к нулю. На входе интвертора 7 сигнал равен нулю, релейный элемент 8 срабатывает и контакты коммутационного аппарата остаютс  замкнутыми, а электроустановка - подключенной к сети. Одновременно на выходе блоков 12-14 по вл ютс  сигналы. Напр жение сигнала LJ на выходе любого блока 12-14 определ етс  но формуле и kUT-Cost,(I,) гдеUT - напр жение на выходе дифференциального трансформатора тока 1; f --угол сдвига между напр жением UT и фазным напр жением сети. Дл  об.есг1ечени  минимальной погрешности (до ) сигнал, пропорциональный току утечки, подаетс  не с выхода усилител  3, а непосредственно of ДТТ 1. Выбором величины емкости конденсатора 2 обеспечивают минимальный сдвиг между напр жением UT и напр жением той фазы, в которой происходит наибольша  утечка тока на землю , и одновременное существенное улучшение формы кривой UT. Так, экспериментально установлено, что дл  ДТТ, используемом в серийном устройстве ЗОУП-25, эта величина емкости находитс  в пределах 0,7- 1,2 мкФ. Таким of)pa:i()M. счми предположить, чго утечка тока в фа;н- Л. то сигналы на выходах атчиков 12-14 согласно выражению (1) авны UI UT, CosСо) u,HUr, Соатж) (2) , Соэе|Л) 0,5. Сигналы, поступающие на вход пороговых элементов 15-17, представл ющих по сути электронные ключи, преобразуютс  в логические сигналы дл  каждой фазы, т. е. на выходе элемента 15 будет логическа  единица, а элементов 16, 17 - логические нули. Таким образом, возможные колебани  величин Uiz , Uij , Uu , св занные с несимметрией фазных напр жений, не вли ют на качество работы, так как сохран ютс  соотношени  , , -у u,j - JiT - Логическа  информаци  поступает на входы элементов ПАМЯТЬ 18-20. На выходе элементов 18-20 будут соответственно «1, «О, «О. На выходе элементов И 21-23 и элемента ИЛИ 24 будут логические нули. Следовательно, изменени  состо ни  релейного элемента 8 не происходит. При включении нагрузки, например груп пы потребителей, имеющих относительно большую долю тока утечки в общем естественном токе утечки на землю, возникает также скачок тока утечки. В результате амплитуда сигнала на выходе ДТТ 1 может возрасти до величины, при которой происходит ограничение выходного сигнала в усилителе 4. В этом случае равенство амплитуд сигналов на входах в блоке 5 нарушаетс , а на его выходе возникает сигнал, который проходит элемент ЗАПРЕТ 6 и поступает на вход инвертора 7. Релейный элемент 8. обесточив-аетс  и электроустановка отключаетс  от сети. Дл  предотвращени  подобного ложного отключени  с блока 11 поступает сигнал на запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ 6, сигнал на ее выходе остаетс  равным нулю, а электроустановка -иодключенной к сети. Одновременно сигнал с блока II подаетс  на управл ющие входы элементов ПАМЯТЬ. Это необходимо дл  того, чтобы запись информации в элемент ПАМЯТЬ производилась после окончани  переходного процесса. При прикосновении человека к токоведуижм част м, например к фазе, имеющей максимальную величину тока утечки на землю , в зоне защиты, сигнал на выходе ДТТ I возрастает до такой величины, что происходит его ограничение в усилителе 4 и, как было описано, отключение электроустановки от сети. В случае прикосновени  человека к гоковедущим част м, например фазы В, амплитуда на выходе его не измен етс  или измен етс  незначительно (в худшем случае сигналы на выходе ДТТ 1, обусловленные естестбеиным током утечки или прикосновением человека, равны).

s

Й этом случае наир же(и  на выходах датчиков 1-2-14 станов тс  равными

Un 0,5kUr, lCos(-f) 0,

и;э o,5kU-r; Cos(,(3)

U -kU, (Cos(-fr)-ll.

Ha входах элементов И 21-23 по вл ютс  соответственно логические ноль, ноль Н единица, а на выходах - соответственно логические единица, ноль и единица.

На выходе элемента И 23 по вл етс  Логическа  единица, проходит схему ИЛИ 24 и подаетс  на вход инвертора 7, что при6

водит к обесточиванию релейного злемента и и отключению электроустановки от сети.

Устройство автоматически фиксирует отказы элементов в блоках 3, 4, 7,8, 10, II, некоторые отказы (обрыв или короткое замыкание ) элементов в блоках 2-24.

Положительный эффект от применени  предлагаемого устройства заключаетс  в снижении уровн  электротравматизма за счет применени  чувствительной защиты и обеспечени  самоконтрол  исправности основных элементов устройства.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее дифференциальный трансформатор тока (ДТТ), на выход которого подключены входы усилителя и усилителя-ограничителя, аналоговый вычитатель; первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно усилителя и усилителя-ограничителя, а выход — к информационному входу элемента ЗАПРЕТ, датчик тока нагрузки, блок формирования сигнала по скорости изменения тока нагрузки, вход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, а выход — к запрещающему вхо- ду элемента ЗАПРЕТ, инвертор, вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход — к выходному релейному элементу, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, дополнительно введены для каждой фазы датчик активного тока утечки на землю, первый вход которого подсоединен к выходу ДТТ, а второй входк датчику фазного напряжения сети, конденсатор, подключенный к выходу ДТТ,три пороговых элемента, входы которых соединены соответственно с выходами датчиков .активного тока утечки, три элемента ПА-, МЯТЬ, входы которых соединены соответственно с Выходами пороговых элементов, а управляющие входы элементов ПАМЯТЬ соединены между собой и подключены к выходу блока формирования сигнала по $ скорости изменения тока нагрузки, три элемента И, при этом ко входам первого элемента И подключены выходы первого и второго элементов ПАМЯТЬ, ко входам второго — выходы второго и третьего элементов ПАМЯТЬ, ко входам третьего — выходы первого и третьего элементов ПАМЯТЬ, трехвходовый элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам элементов И, а выход — ко входу инвертора.

   SU ,.„1061213 >

   i06l213