Устройство для защиты от утечек тока в трехфазной электрической сети

) ( ИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт взрывозащищенного и рудничного электрооборудования(56) Авторское свидетельство СССР У 531227, кл. Н 02 Н 3/17, 1974.Колосюк В.П. и др. Безопасная эксплуатация шахтных электроустановок. 1980, с,37-41. 51)4 Н 02 Н 3/17 9/08(57) Изобретение относится к устройствам защиты от утечек тока в подземных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью ипредназначено для защиты от поражения людей электрическим током, Цельизобретения - повышение надежностиработы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки. В случае снижения сопротивления изоляциисети до опасной по условиям безопасности величины оперативный ток 1превышает амплитудное значение им1358032 25 лельно между собой, к дополнительному источнику 28 питания, к минусу которого через резисторы 29 и 30 присоединены эмиттеры указанных повтопульсов эталонного тока 1 г, первый усилитель 4 будет постоянно открыт, и исполнительный элемент 7 отключается, что ведет к отключению сети автоматическим выключателем. При изменении емкости сети 34 изменяется эквивалентная емкость, вносимая в колебательный контур, подключенный кгенератору 12 повышенной частоты. Всвязи с этим изменяется собственнаячастота этого контура. По мере приближения собственной частоты к частоте задающего генератора 12 напряжение на выходе колебательного контура увеличивается. Ток, пропорциональный напряжению на контуре, проходитчерез база-эмиттерный переход транзистора 31, к база-коллекторномупереходу которого подлкючены входыэмиттерных повторителей 26, 27. Токот дополнительного источника 28 питания проходит через вход второго Изобретение относится к устройствам для защиты от утечек тока в подземных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью и предназначено для защиты от поражения людей электрическим током,Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки.На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства,Устройство для защиты от утечектока состоит из блоков контроля изоляции и компенсации емкостных токов,включающих в себя компенсирующийдроссель 1, присоединенный черезтрехфазный дроссель 2 и разделительный конденсатор 3 между фазами защищаемой сети и землей, первый усилитель 4, вход которого зашунтированполупроводниковым прибором 5, фильтр6 постоянной составляющей тока, исполнительный элемент 7, включенныйчерез указанный фильтр в цепь нагрузки первого усилителя, источник8 оперативного тока, присоединенный) 1 О 15 20 усилителя 13 и открытый этим токомэмиттер-коллекторный переход эмиттерного повторителя 26. Выбором соотношений резисторов 30 и 37 регулируется открывание второго 27 и последующих эмиттерных повторителей.Ток через вход второго усилителя 13увеличивается в связи с уменьшениемсопротивления в цепи дополнительного источника 28, так как резисторы29 и 30 включаются параллельно междусобой. Выбором соотношений указанныхрезисторов и напряжений, при которыхподключаются последующие эмиттерныеповторители, количеством эмиттерныхповторителей можно как угодно близко приблизить характеристику блокаизмерения емкости сети (тока на входе второго транзисторного усилителяв зависимости от емкости сети) ктребуемой характеристике тока управления компенсирующего дросселя,1 ил. через КС-фильтр 9 между входом первого усилителя 4 и разделительным конденсатором 3, источник 10 эталонного тока (плюс указанного источника расположен на земле), блок 11 измерения емкости сети с генератором 12 повышенной частоты, второй усилитель 13, вход которого соединен с блоком 11 измерения емкости сети, а выход - с обмоткой 14 управления компенсирующего дросселя 1.В цепь нагрузки усилителя 15 генератора 12 повышенной частоты вклю" чены три параллельные цепи, две из которых состоят из последовательно соединенных диодов 16 и 17, резисторов 18 и 19 и колебательных контуров 20 и 21, третья - из диода 22, резистора 23 и эмиттер-базового перехода транзистора 24, в коллекторную цепь которого включен резистор 25. Вход второго усилителя присоединен через несколько эмиттерных повторителей 26 и 27, соединенных паралз 13 рителей 26 и 27, а к плюсу источника 28 питания через база-коллекторный переход транзистора 31 присоединены входы эмиттерных повторителей 26 и 27Вход указанного транзистора 31 зашунтирован встречно присоединенным диодом 32 и включен в цепь колебательного контура, в емкостную цепь которого через фильтр 33 также включена измеряемая емкость сети 34, а в цепь компенсирующего дросселя включен дополнительный источник 35 постоянного напряжения. Для создания начального оперативного тока при сопротивлении изоляции, равном со , между нулевой точкой трехфазного дросселя 2 и землей включен резистор 36. 58032 4 30 35 40 45 50 55 Устройство работает следующим образом.При бесконечно большом сопротивлении изоляции сети оперативный ток 1протекае г по цепи: резисторы КС-фильтра 9, параллельно соединенные база-эмиттерный переход транзистора 4 и база-коллекторный переход транзистора 5, земля, резистор 36, обмотка компенсирующего дросселя 1. От плюса (земля) источника 10 эталонного тока через база-эмиттерный переход транзистора 5, эмиттер-коллекторный переход транзистора 24, резистор 25 и минус источника 10 эталонного тока проходят прямоугольные импульсы эталонного тока.Формирование прямоугольных импульсов происходит за счет работы усилителя 15 генератора 12 повышенной частоты в ключевом режиме, который получается при подключении вторичной обмотки колебательного контура 21 генератора 12 повышенной частоты к эмиттер-базовому переходу усилителя 15 указанного генератора 12. Тогда при открытом состоянии усилителя 15 транзистор 24 открывается током по цепи: плюс источника питания генератора 12 (земля), база-эмиттерный переход транзистора 24, резистор 23, диод 22, эмиттер-коллекторный переход усилителя 15, минус источника питания генератора 12. При закрытом состоянии усилителя 15 генератора повышенной частоты транзистор 24 закрыт, При закрытом состоянии транзистора 24 оперативный ток проходит через база-эмиттерный переход первого усилителя 4, При откры 5 10 15 20 25 том состоянии транзистора 24 опера - тивный ток проходит через база-коллекторный переход транзистора 4 и первый усилитель закрыт. Таким образом, первый усилитель 4 работает в ключевом режиме с повышенной частотой коммутации, соответствующей частоте переключения усилителя 15 генератора 12 повышенной частоты. При аботе транзисторного усилителя 4 в ключевом режиме производится питание исполнительного элемента 7 от плюса источника через фильтр б постоянной составляющей тока, эмиттер-коллекторный переход первого усилителя 4, минус источника (земля). В результате исполнительный элемент 7 срабатывает, позволяет подать напряжение в электрическую сеть. В случае снижения сопротивления изоляции сети до опасной по условиям безопасности величины оперативный ток 1превышает амплитудное значение импульсов эталонного тока 1, первый усилитель 4 постоянно открыт, а исполнительный элемент 7 отключается, что ведет к отключению сети автоматическим выключ ателем,Подключение источника 35 постоянного напряжения только в цепь компенсирующего дросселя исключает броски оперативного тока при подаче напряжения на сеть, однако в этом случае имеет место задержка взвода исполнительного элемента 7 за счет медленного нарастания оперативного тока, так как первый усилитель 4 начинает работать в режиме переключения только при определенной величине оперативного тока, достаточной для четкого открывания транзисторного усилителя, Подключением дополнительного источника 35 постоянного напряжения в цепь компенсирующего дросселя и выбором соотношений между напряжениями источников оперативного тока можно обеспечить, с одной стороны, непревышение оперативным током 1, амплитуды импульсов эталонного тока 1 , в то же время быстрое нарастание оперативного тока в момент подключения устройства под напряжение, что необходимо для осуществления быстродействия взвода исполнительного элемента 7, Указанное подключение источников оперативного тока и повышенная частота переключения первого усилителя обеспечивают45 быстродействие взвода исполнительного элемента 7 не более 30 мс, чтопозволяет выполнить задержку срабатывания промежуточного реле не преь5вышающую 100 мс (например, с помощью задерживающего ВС-фильтра) с контактами, рассчитанными на большиенапряжения и ток, позволяющими воздействовать на отключающую катушкумощного автоматического выключателя(не показано),При изменении емкости сети 34 изменяется эквивалентная емкость, вносимая в колебательный контур, подключенный к генератору 12 повьшеннойчастоты. В связи с этим изменяетсясобственная частота этого контура.По мере приближения собственной частоты к частоте задающего генератора 12 напряжение на выходе колебательного контура увеличивается. Ток,пропорциональный напряежнию на контуре, проходит через база-эмиттерныйпереход транзистора 3 1, к база-коллекторному переходу которого подклю.чены входы эмиттерных повторителей26 и 27. Ток от дополнительного источника 28 питания проходит черезвход второго усилителя 13 и открытыйэтим током эмиттер-коллекторный переход эмиттерного повторителя 26. Выбором соотношений резисторов 30 и 3регулируется открывание второго 27и последующих эмиттерных повторителей. Ток через вход второго усилителя 13 увеличивается в связи суменьшением сопротивления в цепи дополнительного источника 28, так какрезисторы 29 и 30 включаются параллельно между собой, Выбором соотношений указанных резисторов и напряжений, при которых подключаются последующие эмиттерные повторители, количеством эмиттерных повторителей можно как угодно близко приблизить хара"теристику блока измерения емкос.сети тока на входе второго транзисторного усилителя в зависимостиот емкости сети к требуемой характе 50ристике тока управления компенсирующего дросселя. Это позволяет не только снизить ток, проходящий черезчеловека при его случайном прикосновении к фазе сети, во всем диапазоне изменения емкости сети, но и да 55ет возможность в серийном производстве обеспечить работоспособностьуказанных устройств при значительном изменении температуры окружающей среды от -40 до +65 С и разбросах параметров элементов, Снижениекратковременных токов во всем диапа.зоне изменения емкости сети позволяет также увеличить допустимый диапазон изменения емкости сети. В настоящее время при емкости сети, больше1 мкФ на фазу, необходимо применятьв шахтной участковой сети вместо одной трансформаторной подстанции две,питающие раздельно части кабельнойсети, Применение одной трансформаторной подстанции и одной сети вместодвух позволяет получить большой экономический эффект,Формула изобретенияУстройство для защиты от утечек тока в трехфазной электрической сети, содержащее цепь из последовательно соединенных компенсирующего дросселя, трехфазного дросселя и разделительного конденсатора, выводы которой предназначены для подключения между защищаемой сетью и землей,первый усилитель, вход которого зашунтирован полупроводниковым элементом, исполнительный элемент, включенньй через фильтр постоянной составляющей тока в цепь нагрузки первого усилителя, источники оперативного тока, эталонного тока и питания, генератор повышенной частоты, включающий в себя усилитель и первый колебательный контур 1.С-типа, включенный в цепь нагрузки усилителя, блок измерения емкости сети с вьводами для подключения к сети, включающий в себя второй колебательный контур ,С-типа, цепь которого служит для включения измеряемой емкости сети, к выходу которого подключен вход трансформатора, второй усилитель, вход которого соединен с выходом блока измерения емкости сети, а выход - с обмоткой управления компенсирующего дросселя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки, в указанньй первый колебательный контур включены вновь введенные соединенные последовательно первые резистор и диод, а второй колебательный контур и эмиттер-базовый пере - ход вновь введенного дополнительного1358032 1 О Составитель Л.ВаськоваТехред А.Кравчук Корректор И,Иуска Редактор Л.Лангазо Заказ 6003/53 Тираж 618 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5Производственно-полиграФическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4 транзистора, включенного в цепь эталонного тока, включены каждый черезвновь введенные последовательно соединенные соответственно вторые итретьи диод и резистор параллельно цепи с первым колебательным контуром, а в блок измерения емкостисети введены вновь по крайней мередва эмиттерных повторителя, соединенных параллельно между собой, итранзистор, вход которого зашунтирован встречно включенным диодоми подключен к выходу упомянутоготрансформатора, а к выходу транзистора подключен вход эмиттерногоповторителя, выход которого соединен с входом второго усилителя, приэтом источник питания подключен квходу питания блока измерения емкости сети,а в цепь компенсирующегодросселя включен дополнительный источник постоянного напряжения.