Устройство для защитного отключения в трехфазной сети с изолированной нейтралью

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) (11) 02 Н 3 16 зю И ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ аков и ордена Ттут инженеро 53) 621,316,925 (088 56) 1. Шипунов Н,М "Энергия", 1968,2. Там же, с, 55 3. Заявка Франции л, Н 02 Н 3/16, опуВ, Защитное отключениес 66 Н 2299750 блик. 1976,ВО ДЛЯ ЗА 1 ЦИТНОГОЕХФАЗНОЙ СЕТИ СНЕЙТРАЛЬЮ, содержащеенулевой точкой сети и зкоторого через выпрями(54) (57,) УСТРОИСТ ОТКЛЮЧЕНИЯ В Т ИЗОЛИРОВ АННОЙ включенный между лей датчик, выход ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленидового Красного Знамени инстижелезнодорожного транспорта тель соединен с входом транзисторного ключа, к выходной цепи которого подключен реагирующий узел, отличающее ся тем, что, с целью повышения надежности рабо ты в сетях с несимметрией фазных напряжений, датчик выполнен в виде индуктивного элемента с параллельно включенной дифферен. цирующей цепочкой из конденсатора и являющегося выходом датчика резистора, а реагиру - ющий узел состоит из одновибратора, подключенного своим вьмодом к первому входу логического элемента 2 И - НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом транзис торного усилителя, в выходной цепи которого включена первичная обмотка развязывающегое трансформатора, две выходные обмотки которо го соединены через выпрямители с управляющими входами соответствующих симисторов, . включенных между фазными проводами сети..эВ Изобретение относится к электротехникеи может быль использовзно для защиты человека от поражения электрическим током припопадании под напряжение в трехфазных элек.трических сетях с изолированной нейтралью, атакже для отключения режимов, вызванныхзамыканием проводов сети на землю,пробоем изоляции на корпуса .заземленныхэлектроустановок,Известны устройства защитного отключения 1 Отрехфазных сетей с изолированной нейтралью,реагирующие на изменение напряжения фазотносительно земли 11,Известны устройства, принцип работы которых основан на появлении принужденной составляющей напряжения нулевой последователь.ности, нанрнмер асимметр РА/2 завода"Энергоприбор, содержащий фильтр напряже.ния нулевой последовательности, включенноемежду искусственной нулевой точкой и зем Олей электромагнитное реле, при срабатываниикоторого подается напряжение на обмоткуболее мощного реле, производящего отключение сети 2,Однако применение известных устройств не 25возможно в сетях с несимметрией фазныхнапряжений, В этом случае постоянно изменяются напряжения фазных проводов относительно земли, напряжение нулевой последовательности достигает значительной величины и внеаварийных режимах. Более того, возможнырежимы, когда при прикосновении человекак фазе с наибольшим сопротивлением несим.метрия в сети снижается,Наиболее близким по технической сути ипредлагаемому является устройство для ойре 35деления дефекта изоляции между проводниками питания электрической машины, работакоторого также основана на появлении принужденной составляющей напряжения нулевой40последовательности, содержащее включенныймежду нулевой точкой сети и землей резистнвный датчик, а также выпрямитель, трап.зисторный ключ и реагирующий узел 31. Выпрямленный сигнал с выхода датчикапоступает на базу транзистора, в выходнойцепи которого включены реле мощности и,загорающийся в аварийном режиме световойиндикатор.Ненадежность работы в сетях, характеризу Оющихся несимметрией питающих напряжений,Цель изобретения - повышение надежностиработы устройств защитного отключения всетях с несимметрией фазных напряжений,Поставленная цель достигается тем, что вустройстве зашиты, содержащем включенныймежду нулевой точкой сети и землей дат.чик, выход которого через выпрямитель соединен с входом транзисторного ключа, квыходной цепи которого подключен реагирующий орган, датчик выполнен в виде иидуктив. ного элемента с параллельно включенной дифференцирующей цепочкой из конденсатора и являющегося выходом датчика резистора, а реагирующий узел состоит из одновибратора, подключенного своим выходом к первому входу логического элемента 2 И - НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом . транзисторного усилителя, в выходной цепи которого включена первичная обмотка раэвязывающего трансформатора, две выходные. обмотки которого соединены через вьптрямители с управляющими: входами соответствую; щих симисторов, включенных между, фазными проводами сети.В предлагаемом устройстве информационным сигналом, свидетельствующим об аварийной ситуации, служит не напряжение смещения нейтрали, а скорость изменения тока через фильтр напряжения нулевой последовательности. Данный ток фунционально связан с током через тело попавшего под напряжение человека (составляет часть от него). Основным элемен. том датчика скорости изменения указанного тока является включенный между искусственной нулевой точкой и землей индуктивный элемент.При попадании человека под фаэное напряжение, замыкании проводов на землю на индуктивности появляется скачок напряжения, рас. считываемый по формулей оЦЗС где- ток, протекающий через индуктив.Ф ность.Анализ электромагнитных процессов в таких сетях показывает, что переходной токможет быть рассчитан по формулерм1 фа1-3 ЯФ111915 где 1-, ар 2 Вг 4 1 ОЬ С 8 индуктивность и активное сопротивление питаю.щего трансформатора итрехфазной нагрузки;полное сопротивление изо.,5ляции нулевого проводаи проводов электрической сети;начальная фаза напряжения, к которому прикасается человек;максимальное значениефазового напряжения; .сопротивление человека,сопротивления растека. 15ния с ног и обуви;время;круглая частота свободных колебаний; Ц - аргумент сопротивления Е . Э при Я = 314 с .; С р - расчетная емкость сети.Попадание человека под фазное напряжениеприводит к возникновению скачка напряжения.25иа индуктивном элементе, значительно превышающего напряжение на нем в нормальном режиме работы, вызванное несимметрией фазныхнапряжений,При включении однофазной нагрузки, например осветительной (лампы накаливания),скачка напряжения на индуктивном элементепрактически не бывает.При включении трехфазной нагрузки, носящейактивно-индуктивный характер (обмотки двига 5теля), одновременное замыкание контактов ком-мутационного устройства приводит к возникновению переходного процесса в сети. Однако,так как сопротивления и индуктивности фазобмоток трехфазной нагрузки обычно равны 40между собой, ток свободной составляющей через индуктивность не изменяется, скачка напряжения на ней нет При неодновременном включении фаз трех. фазной нагрузки из-за наличия в цепи включе-. ниъ индуктивности электродвигателя уровень напряжения на индуктивности датчика сутцественно ниже, чем при прикосновении человека, Трехфазная нагрузка обладает емкостью отно сительно земли,В момент включения емкость 50 не заряжена. Напряжение на ней, согласно второму закону коммутации, скачком изме.ниться не может. Следовательно, в момент включения (т = О) напряжение источника питания Распределяется между индуктивное. 55 тями датчика, питающего трансформатора и электродвигателя (.1 г, 1. исоответственно). Таким образом при прикосновении человека к фазному напряжению ( в момент т = О) напряжение на индуктивности . может быть рассчитано по приближенной формулеО = Нзпеф т при включении же активно. индуктивной на- грузки О = Ч МпЮ1.г.,ч .,Наличие во втором случае в знаменателедроби 1.э позволяет отстроиться от пуско.вых режимов активно. индуктивной трехфазной11нагрузки, так как О м О.На чертеже приведена электрическая схемаустройства,В состав устройства входят датчик скорости изменения тока, соединенный через диодный мост 1 с транзисторным ключом, в выходную цень которого включен реагирующий .узел,В качестве индуктивности датчика используется первичная обмотка импульсного трансформатора, включенная между искусственной нулевой точкой, полученной с помощью фильтра напряжения нулевой последовательности, и землей. К вторичной обмотке импульсного трансформатора подсоединена дифференцирующая цепочка, выходной резистор которой является входом транзисторного ключа. В состав реаги-у рующего узла входит одновибратор 2, включающий в себя ВЯ-триггер и схему его сброса, выход одновибратора соединен с входом логического элемента 2 И - НЕ 3, второй вход которого подключен к выходу генератора 4 тактовых импульсов, а выход - к входу транзисторного усилителя 5, выход которого в свою очередь соединен через развязывающнй трансформатор и диодные мосты 6 и 7 с управляющими электродами симисторов, включенных между фазньгми проводами сети.Устройство работает следующим образом.Возникающее в аварийном режиме резкое изменение тока через фильтр вызывает скачок напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора, Напряжение вторичной обмотки трансформатора дифференцируется ВС-це. почкой (это позволяет более четко выделить резкое приращение напряжения) и после вы-. прямления поступает на вход транзисторного ключа. Прн достижении этим сигналом величины уставки срабатывания устройства транзистор открывается. Появившийся на выходе транзис. торного ключа нулевой потенциал переводит триггер одновибратора 2 в состояние логиче кой единицы. Единичный сигнал с выхода Ц триггера попадает на один иэ входов элемента1119115 Составитель Л. ВаськоваТехред А. Бабинец 1 Фрректор А. Знмокосов Редактор Л. Веселовская Тираж 613 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7467/41 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 2 И - НЕ 3. При этом через элемент йроходитпоследовательносгь формируемых генератором4 импульсов. Едийичпый сигнал с выходапоступает и на вход схемы сброса, назначениекоторой - установка триггера в первоначальное состОяние логического нуля. Это происходит после того, как через элемент 3 проходитпа ка импульсов от генератора 4. Время нахождения триггера в единичном состояниидолжно быль больше времеви нахождения навходе 8 триггера нулевого сигнала, а следова.тельно, больше длительности возникающего наиндуктивности датчика скачка напряжения,Проходящие через элемент 3 импульсы пошщают .на вход транзисторного усилителя 5, Ведомый этими импульсами усилитель работает включевом режиме, осуществляя ряд переходовиз открытого состояния в закрытое и иаобо.рот. В результате этого на включенной в нагрузочную цепь выходного транзистора первич 2 бной обмотке развязывающего трансформатораи на его выходных обмотках появляютсяскачки напряжения. После выпрямления диодными мостами 6 и 7 эти сигналы попадают Ьна управляющие электроды симисторов,включенных между фазными проводами сети.Симисторы переходят в открытое состояние,в сети возникает режим искусственного корот.кого замыкания между фазами, приводящийк срабатыванию автоматического выключателя.Пачки управляющих импульсов используютсядля обеспечения большей надежности срабатыва-ния симисторов. Уровень усгавки срабатыванияустройства регулируется базовым сопротивлещь.ем транзисторного ключа так, чтобы обеспепь.вать его нахождение в неаварийном режимев закрытом состоянии.Использование в составе устройства вместосветовой индикации о неисправности вышеопи."санного реагирующего узла также .позволяетповысить безопасность обслуживающего персо.нала,Применение устройства позволит существенноповысить электробезопасность обслуживащятрехфазных сетей с изолированной нейтралью, 1характеризуюппгхся несимметрией фазных на.пряжений.