Устройство для защитного отключения сети постоянного тока при замыкании на землю

(53)5 Н 02 Н 3/17 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Патент США ЬЬ 4320433, кл, 361 - 45, 1982.Авторское свидетельство СССР М 1379858, кл. Н 02 Н 3/16, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ(57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты сетей постоянного тока. Цель иэобретения - обеспечение предварительной диагностики. М. 1686576 А 1 состояния изоляции путем аналогового отображения величины тока утечки. В предлагаемом устройстве частота на выходе генератора 9 зависит от уровня напряжения на управляющем входе, которое в данном случае есть функция тока через обмотки 6 и 7 от источника переменного напряжения постоянной величины, Этот ток зависит от величины индуктивностей обмоток 6 и 7, которые являются параметрической величиной в зависимости величины тока утечки (через величину магнитной проницаемости сердечника), Поскольку ток от ЭДС тока утечки (с переменной составляющей от генератора 9) в обмотках 6 и 7 не протекает иэ-за их встречного включения, величина тока по обмоткам 6 и 7 определя- Я ется только величинами их индуктивностей (параметрическими). Таким образом, создание в предлагаемом устройстве зависимости частоты генератора от величины то- ФЩс1686576 ка утечки позволяет отображать величину тока утечки с выхода обмотки 8 в аналоговой величине(в МА) и отключать поврежденную линию не по факту наличия замыкания на землю. а по величине гока утечки, пороИзобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам защитного отключения, и может быть использовано при эксплуатации сетей постоянного тока для защиты от замыканий на землю,Целью изобретения является обеспечение предаварийной диагностики состояния изоляции путем аналогового отображения величины тока утечки, а также расширение зоны контроля путем обеспечения сигнализации и аналогового отображения величины тока утечки при повреждении вне защищаемой зоны.На чертеже представлена структурная блок-схема предлагаемого устройства,Заявляемое устройство содержит коммутационный аппарат 1, предназначенный для отключения сети постоянного тока, пи" тающей нагрузку 2, Аппарат 1 снабжен механизмом 3 свободного расцепления, приводимого в действие при помощи ключевого элемента 4, Провода защищаемой сети пропущены сквозь окно сердечника 5 датчика тока утечки, а на сердечнике 5 по всей его окружности намотаны первая вторичная обмотка 6 и вторая вторичная обмотка 7 двойным проводом с равным числом витков, а поверх обмоток б и 7 намотана третья вторичная обмотка 8, Обмотки 6 и 7 включены встречно, для этого концы обмоток 6 и 7 обьединены между собой, а их начала представляют собой выводы обмотки возбуждения генератора 9 переменного тока, введенные в схему этого генератора. Иначе говоря, встречно включенные обмотки 6 и 7 датчика тока утечки являются обмоткой возбуждения генератора 9 переменного тока. Отрицательный полюс источника питания сети заземлен через разделительный конденсатор 10, вторичную обмотку первого трансформатора 11 и первичную обмотку второго транс" форматора 12. Первичная обмотка первого трансформатора соединена с выходом генератора 9 переменного тока. Третья вторичная обмотка 8 датчика тока утечки подключена к входу преобразователя 13 ток - напряжение, выход которого через первый пороговый элемент 14 соединен с пусковым входом ключевого элемента 4, Вторичная обмотка второго трансформато 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 говую величину которого можно задаватьэлементом 14, на вход которого поступаетаналоговый сигнал с выхода и реобразователя 13. 1 з и. ф лы, 1 ил. ра 12 с коэффициентом трансформации - единица - через усилитель 15 подключена к одному из входов блока 16 вычитания, к второму входу которого подключен выход преобразователя 13 ток - напряжение. Выход блока 16 вычитания через второй пороговый элемент 17 соединен с исполнительным органом сигнализатором 18, которым может являться лампа накаливания, К выходу усилителя 15 подключен гальванометр 19, служащий для непрерывного измерения суммарного тока утечки, к выходу преобразователя 13 подключен гальванометр 20, служащий для измерения тока утечки в зоне защиты, а к выходу блока 16 вычитания подключен гальванометр 21,.служащий для измерения тока (раэностного) на участке от источника питания до датчика,Генератор переменного тока 9 получает питание от выпрямителя 22, вход которого через разделительный трансформатор 23 соединен с выходом инвертора 24, связанного своим входом с проводом защищаемой сети.Предлагаемое устройство работает следующим образом.При включении коммутационного аппарата 1 и при отсутствии утечки на землю (идеальная изоляция) постоянный ток не наводит во вторичных обмотках б - 8 датчика тока утечки ЭДС, а разделительный конденсатор 10 отделяет провода сети по постоянному току от земли, в то время как и для переменного тока отсутствует цепь циркуляции через землю из-эа отсутствия связи с землей проводов сети. Поэтому включенный генератор 9 переменного тока работает на холостом ходу, ибо вторичная обмотка трансформатора 11 включена в разрыв цепи,В реальных условиях эксплуатации сети постоянного тока всегда существует утечка через изоляцию на землю, и в этом случае образуется цепь для прохождения тока утечки через землю, обмотки трансформаторов 11 и 12 и конденсатор 10 в защищаемую сеть, Прохождение тока утечки через конденсатор 10 обеспечивается тем, что на постоянную составляющую тока утечки накладывается переменная составляющая40 45 50 тока генератора 9. Прохождение по проводам сети тока утечки с переменной составляющей вызывает наведение во вторичных обмотках 6 - 8 датчиков ЭДС, частота которых равна частоте тока генератора 9, В предлагаемой схеме частота тока генератора тока является параметрической величиной в зависимости от величины тока утечки на землю или замыкания на землю. Происходит это так. ЭДС, наведенные током утечки (с переменной составляющей от генератора 9) в обмотках 6 и 7, включенных между собой встречно и имеющих равное число витков, взаимно компенсируют друг друга и по этим обмоткам ток. наводимый потоком от тока утечки, никогда не протекает, В свою очередь, ток во встречно включенных обмотках 6 и 7, являющихся одновременно обмоткой возбуждения генератора 9 переменного тока, зависит от величин индуктивностей обмоток 6 и 7, которые зависят от величины магнитной проницаемости сердечника 5 датчика тока утечки, Если учесть, что величина магнитной проницаемости сердечника 5 датчика зависит от напряженности магнитного поля, наводимого в нем потоком утечки (с переменной составляющей), а эта напряженность, в свою очередь, зависит от величины тока утечки, станет понятным, что величина индуктивностей б.и 7 вторичных обмоток датчика является функцией величины тока утечки, Поскольку от величины индуктивностей обмоток 6 и 7, являющихся одновременной обмоткой возбуждения генератора 9, зависит частота тока, вырабатываемого этим генератором. эта частота всегда пропорциональна величине тока утечки, Таким образом, частота переменной составляющей тока утечки всегда изменяется пропорционально величине этого тока. Здесь следует еще раз подчеркнуть, что ЭДС в обмотках 6 и 7 от тока. утечки всегда взаимно компенсируются и не влияют на работу генератора 9, а ток в этих обмотках определяется только величиной их индуктивностей. Иначе говоря, работа генератора 9 определяется его обратной связью с проводами сети по величине тока утечки.Обеспечение упомянутой зависимости частоты тока генератора 9 от величины тока утечки позволяет обеспечить следующие преимущества для защитного отключения сети постоянного тока. ЭДС, наводимая во вторичной обмотке 8, всегда будет иметь частоту, равную частоте тока генератора 9, которая, в свою очередь, зависит от величины тока утечки. Поскольку величина сопротивления обмотки 8 зависит от частоты, ток,5 10 15 20 25 30 35 наводимый в ней поддействием ЭДС, будет пропорционален этой частоте, а следовательно, и величине тока утечки. Независимость величины этого тока от магнитных параметров сердечника 5 обеспечивается использованием магнитоэлектронного преобразователя 13 ток - напряжение.В естественных условиях эксплуатации сети постоянного тока утечка существует по обе стороны от сердечника 5 датчика. Ток утечки в зоне защиты выделяется в обмотке 8 датчика, а суммарный ток утечки протекает по цепи, соединяющей отрицательный полюс источника питания и землю, в том числе и во вторичной обмотке трансформатора 12 с единичным коэффициентом трансформации. С вторичной обмотки трансформатора 12 через усилитель 15 уровень напряжения, пропорциональный суммарному току утечки, подается на первый вход блока 16 вычитания, на второй вход которого подается уровень напряжения с выхода преобразователя 13, пропорциональный току утечки в зоне защиты, На выходе блока 16 вычитания формируется сигнал, пропорциональный разности входных величин и величине тока утечки вне зоны защиты от источника питания до сердечника 5 датчика тока утечки. 8 случае превышения этого сигнала заданной величины, определяемой пороговым элементом 17, исполнительный орган 18, например лампа накаливания, оповещает о наличии повреждения в сети вне зоны защиты датчика тока утечки,Для непрерывного контроля величины тока утечки служат гальванометры, Гальванометр 19, подключенный к выходу усилителя 15, служит для контрольного суммарного тока утечки, гальванометр 20, подключенный к выходу преобразователя 13, служит для контроля тока утечки в зоне защиты, а гальванометр 21, подключенный к выходу блока 16 вычитания, служит для контроля тока утечки вне зоны защиты,Использование предлагаемого устройства позволит повысить информативность состояния изоляции в сетях постоянного тока, что выгодно отличает его от известного,Формула изобретения 1, Устройство для защитного отключения сети постоянного тока при замыкании на землю, содержащее коммутационный аппарат, к входу которого через цепь отключения подключен выход первого порогового органа, трансформатор тока утечки с тремя вторичными обмотками, генератор переменного тока, о т л и ч а юЗаказ 3605 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 щ е е с я тем, что, с целью обеспечения предаварийной диагностики состояния изоляции путем аналогового отображения величины тока утечки, концы первой и второй вторичных обмоток трансформатора тока утечки объединены между собой, а их начала подключены к управляющему входу генератора переменного тока, в качестве которого использован генератор частоты, управляемый напряжением, выход которого подключен к первичной обмотке вновь введенного первого трансформатора,вторичная обмотка которого включена последовательно с вновь введенным конденсатором в цепь для подключения между полюсом контролируемой сети и землей, а.третья вторичная обмотка подключена через вновь введенный преобразователь ток - напряжение к входу первого порогового органа, при этом выход указанного преобразователя соединен с вновь введенным измерительным прибором величины тока утечки,2. Устройство по и. 1, о т л и ч э ю щ е ес я тем, что, с целью расширения зоны кон троля путем обеспечения сигнализации ианалогового отображения величины тока утечки при повреждении вне защищаемой зоны, последовательно с вторичной обмоткой первого трансформатора включена пер вичная обмотка вновь введенного второготрансформатора, вторичная обмотка которого соединена через вновь введенный усилитель с одним из входов вновь введенного блока вычитания, второй вход которого под ключен к выходу преобразователя ток - напряжение, а выход блока вычитания соединен с входом вновь введенного измерительного прибора и с входом вновь введенного второго порогового органа, к 20 выходу которого подключен вновь введенный сигнализатор.