Устройство для защитного отключения в сети переменного тока

(51)502 Н 3 ОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР С.Ф Устроутечки,первый в ство содержит датчиктока перационный усилитель 2, прямитель 3, Фильтр 4 сигнаппленной частоты, выполненный ующем каскаде 5 и втором ле 6, блок 7 питания, вклюсебя третий выпрямитель 8, й преобразователь 9 со сглася к электрозоваться, вот поражения относитиспользащитыоком.теиияЫепредстаустройс етение и может и цля еским иэобре Изотехникчастноэлектр а промь на, иа огла я 2 амит овышени е дежности защитНа чертежеиальная схемаИ 819 им цио лен(21) 4255149/07 3 поддерживает элемент НЕ 11 в сос- (22) 31 А 3.87 тоянии логического "0", поступающего (72) Г.К.Дашин, С.И.Цыганков, на первый вход элемента ИЛИ 12. ПряВ,Н.Недосеков, А,Г.Порошенко, моугольные импульсы повышенной часто- С;Ф.Панфилов и Т.В.Еремина ты с выхода операционного усилителя2 поступают через согласующий каскад (5 б) Авторское свйцеТельство СССР5 на вход выпрямителя 6, поддерживая Вф 705587, кл. Н 02 Н 3/16, 1977. сигнал на его выходе на уровне логиАвторское свидетельство СССР ческого "0", поступающего на второй В 955327, кл. Н 02 Н 3/16, 1980.вход элемента ИЛИ 12, который, таким (54) УСТРОЙСТВО ДОЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛИ-образом, удерживает на своем выходе ЧЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕИЕННОГО ТОКА логический "0", поступающий на вход (57) Изобретение относится к электро- мультивибратора 13, обеспечивая срыв технике и может использоваться в , генерации импульсов и, следовательно, частности для защиты от поражения закрытие ключа 14. Ток через катушку электрическим током, Цель изобрете отключения при этом ограничиваетния - повышение надежности защиты. ся внутренним сопротивлением блока 7 . При отсутствии утечки тока в защищае.-. питания. Выход из строя датчикамой сети устройство для защитного , тока утечки, операционного усилителя отключения работает в режиме само, Фильтра 4 сигнала промышленной контроля неисправности, который осу- частоты, элементов НЕ 11 и Или 12, ,ществляется следующим, образом, Сиг- а также блока питания (прекращение нал с импульсного выхода првобраэо" . генерации высокочастотных импульсов вателя 9 поступает на,дополнитель- преобразователем 9, короткое замыканый первичный провод датчика 1 тока ние в элементах 8, 9, 10) приводит утечки и наводит в его вторичной об- к увеличению тока, протекающего чемотке импульсное напряжение повышен- рез катушку 16 отключения, что выиой частоты, которое через операцнон" эывает отключение защищаемой сети.ный усилитель 2 и первый выпрямительнл.Рз 48424 Оживающим фильтром и стабилизатор 1 Онапряжения, элемент НЕ 11, элементИЛИ 12, мультивибратор 3, ключ 14и коммутационный блок 15, содержащийкатушку 16 отключения и контактнуюгруппу 17,Устройство работает следующим образом.При включении коммутационного 10блока 15 (при замыкании контактнойгруппы 7) с одной из Фаз входнойсети питающее напряжение поступаетна вход третьего выпрямителя 8 блока7 питания. Выпрямпенное напряжение с 15выхода выпряиителя 8 поступает навход импульсного преобразователя 9со сглаживающим фильтром, на импульсном выходе которого (до сглаживающего Фильтра) формируется последовательность импульсов (сигнал самоконтроля) с частотой следования, равной,например, 2 кГц, С этого выхода им- .,пульсный сигнал поступает на дополнительный первичный провод датчика 1 25тока утечки, а также на сглаживающийЬС-Фильтр для формирования на дру, гои ныходе преобразователя 9 постоянного напряжения. Постоянное напряжение с выхода преобразователя 9 поступает на стабилизатор 1 О напряжения,обеспечивающий стабилизацию выходно"го постоянного напряжения блока 7питания, предназначенного дпя питания электронной части устройства.При отсутствии утечки тока в защищае"иой сети устройство для защитногоотключения работает в режиие самоконтроля исправности, Самоконтрольустройства осуществляется следующим щобразом. Сигнал с импульсного выходапреобразователя 9 поступает иа дополнительный первичный провод, проходящий через центральное отверстие датчика 1 тока утечки, и наводит в еговторичной обмотке импульсное напряже"ние. С выхода датчикаимпульсное.напряжение (сигиал самоконтроля), поступает на одни из входов операционно-го усилителя 2, на другой вход которого поступает опорное (цороговое)напряжение Е, определяющее уставкусрабатывания устройства для защитноФга отключения по току утечки. Амплитуда импульсов сигнала самоконтроляпревышает уровень порогового напряжения поэтому на выходе операционногоусилителя 2 будет Формироваться последовательность импульсов прямоугольной формы с амплитудой, близкбй к уровню питающего напряжения. С выхода операционного усилителя импульсный сигнал поступает на вход перного выпрямителя 3, на оыходе которого будует формироваться.постоянное напряжение, поддерживающее элемент Е 1 в состоянии логического "О 1 на его выходе. Импульсный сигнал самоконтроля с выхода операционного усилителя 2 поступает также на вход фильтра 4 сигнала промышленной частоты (на вход согласующего каскада 5). С ныхода согласующего каскада 5 сигнал самоконтроля поступает на вход выпрямителя 6 сигнала промышленной частоты, параметры КС-фильтра которого выбраны таким образом, что уровень сигнала самоконтроля с частотой, например, 2 кГц уменьшается на выходе выделителя до уровня логического "О". Таким образом, при отсутствии утечки тока в защищаемой сети или при токе утечки, меньшем уставки срабатывания, на обоих входах элемента-ИЛИ 2 будут поддерживаться уровни логических ",О", и на выходе элемента ИЛИ 12 будет также уровень логического "О". Мультивибратор 13 при этом находитсяв режиме срыва ванерации выходных импульсон, и ключ 14 будет закрыт. По катушке 16 отключения коммутационного блока 15 проходит ток, величина которого обусловлена внутреннии сопротивлением блока 7 питания. Величина этого тока недостаточна для сраба-.тывания катушки 16 отключения; приэтом контактная группа 17 коммутаци"онного блока 15 замкнута и обеспечивает поступление напряжения сети с контактов АВСО на выходные контакты АВ 1 СО и далее на защищаемый участок сети, При неисправности датчика 1 тока утечки (обрыв или замыкание его вторичной обмотки), при неисправности операционного усилителя 2 поступление импульсного сигнала самоконтроля на вход выпрямиТеля 3 прекратится, уронень сигнала на его ныходе уменьшится до. нуля, а уровень сигнала на выходе элемента НЕ 11 станет равным логической "1. На выходе элемента ИЛИ 12 при этом появится уровень логической , что вызоветгенерацию импульсов мультинибратором 13. Ключ 4 откроется и ток, протекающий по катушке 16 отключения, увеличится, так как его величина ужеие будет ограничиваться внутренннм сопротивлением бароха пктання, замкнутого накоротко ключом 14, Увелкченне тока через катушку 16 отключения вы"5 зовет срабатывание коииутацнонного блока 15 (раэилкание контактной группы 17) к отключение участка эащкщаеиой сети, а такыре отключенке самой катушкк 16 отключения, Прк необходкиостк световой скгйалнэацкн об отклю" ченкк участка защищаеиой сети параллельно катушке 6 отключения к контакту, обеспечкваощему ее лодключенке к выходу ключа 14, мотает быть . 16включен индикатор, например неоноваялампа с огранкчкваощкм резксторои.Прк нексправгостк блока 7 питания(обрывы, заицканкя элементов в вцпряиктеле 8, преобразователе 9, стабипк Озаторе О напряаенкя) формированиекмпульсного сйгнала самоконтроляпрекращается вследствие кзиекення потенцкалов иезду анодои к катодом тк-.ркстора в преобразователе 9. Напри- , 25мер, эаицканне (клн обрыв) элементоввыпрямитеЛя .8 .вызывает либо отсутст-.вке напряаенкя нв аноде ткрйстора,либо повцшенке напряжения пульсаций. Прк этом кзиененке разности ло- З 0тенцка 3 ов на электродах ткркстораприводит к тому, что он лкбо закрыт,.либо постоянно открыт, что вызываетсрыв генерации кипульсов самоконтроля. Аналогичное действие оказываетповреаденке элементов по цепк катодатнркстора. Дроссель во вреия генервцкк импульсов поддераквает ток в.момент перехода .через нулевой уровеньразности потенциалов анод-катод ткркстора, вызывая закрытие ткркстораа,прк окончвнкк формкрованкя импульса.Поэтому изменение его нндуктквйостйпрк поврезденнк (пробой) такае приводит к срыву генерации. К . сры- акву генерации приводит к отказсамого ткркстора в блоке преобразователя 9. При этом напряаенке навыходе первого выпрямителя 3 уиеньшктся до уровня логического "О", что 10вызовет срабатывание катушки,6 отключенкя, Конденсатор сглакнвающегофильтра, установленный на выходе кмпульсного преобразователя 9, выбрантаким образом, что заряд, накопленный на нем, обеспечивает питание элементов НЕ 11, ИЛИ 12, мультквкбратора 13 и ключа 14 на время, необходй, иое для срабатывания коммутационногое 14842 чОвблока 15. Таким образом, непснр;ность импульсного преобра:ювателн 9и стабилизатора 1 О напряжения вызовет срабатывание,устройстза для эащнтного отключения, Короткое эамыкснке в выпрямителе 8 блока 7 питаниятакже вызовет срабатыванке устройства н отключение защкщаеиой сети, таккак в этом случае катушка 1 б отключе-,ния оказывается подключенной к однойкз фаэ сетя через короткоэамкнутыйвыпрямитель 8 блока 7 пктанкя. Нексправности блока 4, связанные с ухудшенкей его фкльтрующкх свойств в отно"шенкк скгнала проьвппленной частоты квызывающие лревышенке аиллнтуды снг"нала саиоконтроля уровня логической"1" на. выходе элемента ИЛИ 12, вызывают срабатыванке устройства аналогичным образом. Кроме того, некоторые нексправностн элемента ИЛИ 12,мультквкбратора 13", ключа 4 к коммутационного блока 5 такяе вызываютсрабатыванке устройства, Нвлркиер,обрыв коллекторной цепн транзистораэлемента ИПИ 12 вызовет появлениелогической . а выходе элемента,что лркведет к срабатыванкю устройства. Заиыканке баз однолереходноготранзнстора в мультквкбраторе 3 вызовет кзиененке лотенцйалв управляющего электрода тнрксторв.от О до напрвкенйя пктання, что вызовет переходего в проводящее состояние к срабатыванке коимутацконного блока 15. Про. бой перехода змкттер-база однопереходного транэкстора вызовет разрядконденсатора в цепи эикгтера на управляющнй электрод ткрнстора, чтотакае лркведет к срабатываккю коммутацкокного блока 5.Контроль обрыва катушки 6 отключейкя коииутацконного блока 15 мощетосуществляться путем вкпючення параллельно с ней последовательно соедкненнцх неоновой ламаа к токоогранкчнвающего резнстора (на чертеже не показаны). Прк обрыве катушкк 16 отключения напряаенке нв ее концах превыскт напряаенке звакганкя неоновойлампы к она качнет светиться, индкцкруя обрыв квтушкн 16, Таким образом,в предлагаеиои устройстве осуществляется самоконтроль исправности датВчикатока утечки; операционногоусклнтеля 2, блока 7 пнтанкя, часткчный самоконтроль других элементов1484240 щаемой сети при воэникнояейии в ней утечки тока на землю, превышающей уставку срабатывания, осуществляется следукщим образом. Сигнал утечки то" ка с выхода датчика 1 поступает на один из входов операционного усилите" ля "2, иа выходе которого при этом будут формироваться импульсы, частота следования которых равна промышлен ной частоте, На выходе вапрямителя 6, КС-фильтр которого имеет большую постоянную времени и поэтому большое внутреннее сопротивление для сигнала промышленной частоты, выделяется сиг нал с уровнем, превышающим уровень. логической "1". Уровень логической "1" поступит на выход элемента ИЛИ : 12. и разрешит формирование серии им- пульсов на выходе мультивибратора 13, 26 11 бявление импульсов на выходе мультивибратора 13 вызовет открывание ключа 14, срабатывание коммутационного блока 15 и отключение защищаемой сети, Согласующий каскад 5,. преднаэна чениый для согласования параметров операционного, усилителя. 2 и выпрямители б, мо;.,ет быть .выполнен по схеме эмиттериого повторителя. Мультивибра- тор 13 выполнен на однопереходном ЗО транзисторе, при этом в устройстве предусмотрена возможность срыва генерации импульсов уровнем логического "О", поступающего на вход мультивибратора 13. 35Формула изобретенияУстройство для защитного отключения в сети переменного тока, содержашее датчик тока утечки с дополнительным первичным проводом, к вторичнойобмотке которого подключен операционный усилитель, выход которого подключен к входу первого выпрямителя, катушка отключения и блок питания, выход которого подключен к питающимвходам элементов устройства, о т л ич а ю щ е е. с я ем, что, с цельюповышение надежности защиты, в негодополнительно введены фильтр сигналапромышленной частоты, выполненный напоследовательно соединенных согласующем каскаде и втором выпрямителе,элемент НЕ, элемент ИЛИ, мультивибратор и ключ, а упомянутый блок питания включает в себя последовательносоединенные третий выпрямитель, импульсный преобразователь со сглаживающим фильтром и стабилизатор напряжения, причем выход операционногоусилителя подключен к входу согла"сующего каскада, выход первого выпрямителя через. элемент НЕ подключенк первому входу элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выходвторого выпрямителя, выход элементаК)И подключен к входу мультивибратора, выход которого подключен к управляющему входу ключа. импульсныйвыход импульсного,преобразователяподключен к дополнительному первичному проводу датчика тока утечки,ключ и входы блока питания соединены параллельно и включены в цепьпитания катушки отключения,аказ 1086 раж нэдательскнй комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина, 101Ъ Производствен ВНИИПИ Государственного комитета ао иэобретения113035, Москва, Ж, Раушская Подписноеи открытиям при ГЕНТ СС б., д 4/5