Устройство для защитного отключения в сети с глухозаземленной нейтралью

(19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) осковский ордена Ленина и орде: на Трудового 1",расного Знамени институт инженеров железнодорожного транс-порта(56) 1. Авторское свидетельство ССС 9 641580, кл, Н 025/12, 1979.2.Авторское свидетельство по заявке Р 3410811/24-07, кл. Н 02 Н 3/16 1982..(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее датчик тока утечки, выход которого через сумматор подсоединен к органу формирования токовре)ленной характеристики, состояще)лу из.последовательно соединенных выпрямителя, вход которого явля-. ется входом выюеупомянутогб органа, компаратора, интегратора с блоком . броса интегратора на ноль, порогового блока, выход которого является входом выиеупомянутого органа, орган авторегулирования, состоящий из бло 3 СЮ Н 02 Н 3 16 Н 02 Н 5 1 ка сравнения амплитуд, выход которого через второй интегратор подключен к первому входу блока подстройки амтлитуды, блока подстройки частоты и фазы, выход. которого через третий интегратор подсоединен к входу управляемого генератора выход которого подключен к второму входу блока подстройки амплитуды, а выход последнего подсоединен к вторым входам блока сравнения амплитуд и блока подстройки частоты и фазы и является выходом органа авторегулирования, первые входы блока сравнения амплк туд и блока подстройки частоты и фазы соединены и являются входом ор-гана авторегулирования, о т л и ч а- Ж ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения работоспособности устройства при токе утечки несинусоидальной формы, в него введены о полосовых фильтров, п -1) органов авторегулирования, многовходовой сумматор, при этом выход датчика тока утечки через соответствующие полосовые фильтры и органы авторегулирования подключен к входам многовходового сумматора, выход которого подключен к вычитающему входу сумматора.Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защитного отключения.Известно устройство, которое отключает напряжение от контролируемого участка сети при пробое изоля 5 ции и прикосновении человека к токоведущим частям электроустановок 11 .Наиболее близким к изобретению является устройство, которое содержит датчик тока утечки, сумматор орган формирования токовременной характеристики, состоящий пз выпрямителя, компаратора, интегратора, блока сброса интегратора на ноль и порогс вого блока, орган авторегулирования, состоящий иэ управляемого генератора, блока подстройки амплитуды, блока сравнения амплитуд, блока подстрой ки частоты и Фазы и двух интеграто ров21.Недо"таток известного устройства состоит в том, что в случае несинусоидальности тока утечки возможны ложные срабатывания устройства, так как система авторегулирования восстанавливает только гармонику сигнала датчика и на выходе сумматора появится разностный сигнал, определяемый высши и гармониками, ВЫсшие гармоники в токе утечки появляются из-эа наличия нелинейных нагрузок в зоне защиты (перемагничивание магнитопроводов,. тиристорные регуляторы и т.д.1Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения работоспособности устройств при токе утечки несинусоидальной формы.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защитного ,О отключения в сети с глухозаземленной нейтралью, содержащее датчик тока утечки, выход которого через сумматор присоединен к органу формирования токовременной характеристики, состоящему иэ последовательно соединенных выпрямителя, вход которого является входом вышеупомянутого органа, компаратора, первого интегратора с блоком сброса интегратора на ноль, порогового блока, выход которого является выходомвышеупомянутого органа, орган авто- регулирования, состоящий из блока сравнения амплитуд, выход которого через второй интегратор подключен к первому входу блока подстройки амплитуды, блока подстройки частоты и Фазы,. выход которого через третий интегратор подсоединен к входу управляемого генератора, выход кото рог подключен к второму входу блока подстройки амплитуды, а выход последнего подсоединенк вторым входам блока сравнения амплитуд и бло-, ка подстройки частоты и фазы и явля; ется выходом органа авторегулирова-ния, а первые входы блока сравненияамплитуд и блока подстройки частотыи фазы соединены и являются входоморгана авторегулирования, в неговведены и полосовых Фильтров,-11органов авторегулирования, многовходовой сумматор, при этом выходдатчика тока утечки через соответствующие полосовые Фильтры и органы авторегулирования поцключен квходам многовходового сумматора,выход которого подключен к вычитающему входу сумматора.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит датчик 1 тока утечки, сумматор 2 орган 3 Формирования токовременной характеристики, орган 4 авторегулирования, многовходовый сумматор 5, полосовыеФильтры б, выделяющий основную и высшие гармоники сигнала датчика токавыпрямитель 7, компаратор 8, первыйинтегратор 9, блок 10 сброса интегратора на ноль, пороговый блок 11,управляемый генератор 12, второй интегратор.13, блок 14 подстройки амплитуды, блок 15 подстройки частоты иФазы блок 1 б сравненья амплитуд,третий интегратор 17.Устройство работает следующим образом,Ток утечки в зоне защиты 3,Е "оэдает сигнал на выходе датчика 1 токаутечки, в общем случае отличный отсинусоидальной Формы, Этот сигналможно представить в видеСЬ) "К 3 = Ц еа,олаф Мг пФ++ 9 гЧ аюЬырь+Ц, зпрк:. у,где ,". - коэффициент трансформациидатчика,Сигнал датчика .ока утечки поступает на суммирующий вход сумматора,а также на входы полосовых Фильтровб, на выходе Фильтра первой гармоники появляется сигнал ЧД) = ;, 8 в( 05 + , на выходе Фильтра второйгармоники ;ф 1 =Ч, Зю ( 201+ Чг) ит.д, ( где О 3 - частота питающей сети),Сигналы с выходов полосовых фильтров поступают на входы соответствую -щих органов 4 авторегулирования,Рассмотрим работу органов авторегулирования на примере органа первой(основной) гармоники,С выхода полосового фильтра б напряжение первой гармоники сигнала датчика тока утечки поступает на пер. вые входы блоков 15 и 16. На вторые входы тех же блоков поступает сигнал генератора 12, прошедщий через блок 14, В случае отличия частоты и Фазы сигнала генератора от сигнала датчика, который используется в качестве опорного сигнала, блок 15,.10 выполненный, например, по схеме дискриминатора частоты и фазы, вырабатывает сигнал перестройки, которыйчерез третий интегратор 17, в качестве которого может быть применена обычная интегрирующая цепь с достаточно большой (единицы минут) постоянной времени, подается на входгенератора 12. В качестве управляемого генератора может быть использован С-генератор с мостом Вина,в плечи которого установлены резистивные оптроны, управляемые напряжением с входа блока 15. Генераторподстраивается таким образом, чтона его выходе сигнал будет с точ-15ностью до фазы совпадать с напряжением первой гармоники сигнала датчика 1 тока утечки. Если сигнал свыхода блока 14 отличается по амплитуде от сигнала первой гармоники 20датчика 1, то блок 16, выполненный,например, по схеме дифференциального усилителя, на входы которогопосле выпрямления подаются сравниваемые сигналы, вырабатывает сигнал 25подстройки ампдитуды, который черезвторой интегратор 13 поступает на управляющий вход блока 14 подстройкиамплитуды, в качестве которого может быть применен управляемый делитель на 30оптронах.В результате работы органа авторегулирования на выходе образуетсясигнал с точностью до фазы и амплитуды, совпадающей с напряжением первойгармоники сигнала датчика, которыйпост, пает на один из входов многовходового сумматора 5.Органы авторегулирования высшихгармоник сигнала датчика работаютаналогичным образом. На выходах этих органов будут сформированы напряжения, совпадающие по амплитуде, частоте и фазе с соответствующими гармониками сигнала датчика тока утечки. количество органов 4 выбира ется в зависимости от частотного состава сигнала датчика тока утечки и необходимой точности его восстановления, которая определяется чувствительностью устройства в целом. 50 В реальных сетях существенное влияние на работу оказывает кроме первой ) третья гармоника, так как третьи гармоники токов утечки различных фаз всегда суммируются. Поэтому в 55 большинстве случаев достаточно ограничиться двумя органами авторегулирования.Синтезированные напряжения гармоник суммируются на многовходовом 60сумматоре 5, на выходе которого образуется сигнал, совпадающий с сигналом датчика тока утечки, которыйподается на вычитающий вход сумматора 2. Напряжение на выходе сум матора 2 будет равно нулю, и устрой-ство в целом будет находиться вдежурном режиме.При прикосновении человека к токоведущим частям в зоне защиты черезего тело потечет ток Л, который.,суммируется с током утечки Дц,напряжение на выходе датчика токаутечки примет видЧ М-чЪ Ц ьп(6 о. М.О,зпаА ,". + О 11 з М фВ то же время синтезированные напряжения гармоник сигнала датчикана выходе органов 4 останутся неизменными эа счет инерционности второго 13 и третьего 17 интеграторов,входящих в органы авторегулирования,Напряжение на выходе многовходовогосумматора 5 и на вычитающем входесумматора 2 останется неизменным,На выходе сумматора 2, таким образом, появится напряжение, равноеразности ЧсЯ - Ъ 1 Ц , т.е.1 р= Кс 3. Это напряжение поступаетна з;:од органа Формирования токовременной характеристики, на выходе выпрямителя которого образуется постоянное напряжение, равное амплитуденапряжения 7 . Выпрямленное напряжение Чр подается на входе компаратора8, где сравнивается с опорным напряТжением оп, которое определяет уставку срабатывания устройства в целом.Если Ур)оп, то. на выходе блока 8появится сигнал Ар - 1 оп), который поступает на вход интегратора 9; на выходе которого появится напряжение,возрастающее по законуОдиФ (Ор-Осс:,и, поскольку Ур - пропорциочально токучерез человека, а о определяет токуставки срабатывания Д 7 щ , можнозаписатьЦЫ-.К, / Рп-Дцс,сК,где 1 - момент прикосновения человека к токоведущим частям;К К - коэффициенты пропорциональности, учитывающие чувствительность датчика и постоянную интегрирования интегратора,Напряжение %ещ 1) подается на вход порогового блока 11, и при превышении им напряжения срабатывачия Ч порогового блока вызовет срабатывание всего устройства и отключение напряжения от контролируемого участка сети.Если же за время нарастания напряжения на выходе интегратора Чина Ы до величины Чсз произойдет самостоятельное отсоединение челове1069054 НИИПИ Заказ 11433/51 Тираж 618 Погписно лиал. ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,ка от токоведущих частей, тс сигнална выходе датчика 1 тока утечки станет равным начальному, и напряжениена выходе сумматора вновь станетравно нулю, так как за время самостоятельного отсоединения человекаот токоведущих частей (доли секунды)не произойдет сколько-нибудь значительной перестройки амплитудыи фазы управляемого генератора. Напряжение на выходе блока 8 также будет равно нулю, и блок 10 сбро- сит сигнал интегратора на ноль, срабатывания не произойдет, и устройство вернется в исходное состояние.Применение предлагаемого устройства позволяет повысить надежность энергоснабжения и уровень электро- безопасности в сетях с несинусоидальной формой тока утечки, превышающего уставку срабатывания.