Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК а Н САНИЕ ИЗОБРЕТ Т ОДН лектровенное объедиром" и Душантрукторское и Спецавтомативам ре ния -ии Пр выходе тся Лукьянчук,ий иэ в н а со-распре оследн 1 й ход схе льство ССС 3/16, 1983 ство СССР3/16, 1980ее вхоЕпг р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетУ 1061211, кл. Н 02 НАвторское свидетелУ 736249, кл. Н 02 Н 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ 3 АЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА 3;лейной защиты. Цель изобретеповышение удобства эксплуатацпоявлении утечки на землю напорогового элемента 14 формирсигнал, поступающий на одиндов схемы И 24. При появленииответствующем выводе счетчикИ 3делителя 23 логического 0ний преобразуется в логическкоторая подается на другой вмы И 24. Поскольку на нервом1462445Изобретение относится к устройствам для централизованной индикацииили защиты от однофазного замыканияна землю в сетях с изолированной икомпенсированной нейтралью.Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации.На Фиг.1 изображена. Функциональнаясхема предлагаемого устройства; на Офиг.2 - трансформатор тока нулевойпоследовательности; на фиг.З - принципиальная схема преобразователя токнапряжение..15Предлагаемое устройство для защ- ты от однофазных замыканий на землюсодержит по числу присоединений.трансформаторы 1 тока нулевой после;20довательности, каждый из которыхсодержит в своем окне трубу 2 изферромагнетика, снабженную сплошнымкороткозамкнутым витком из высокоэлектропроводящего материала, например меди, охватывающим тРубу 2сквозь которую пропущены фазные проводники А, В, С, образующие первичнуюобмотку. Каждый трансформатор 1имеет две вторичные обмотки 3, 4 сравным числом витков (Фиг.2). Выходкаждого трансформатора 1 Функционально связан с преобразоЪателем 5 ток -напряжение (Фиг.З), который содержитизмерительный резистор 6", конденсаторы 7.и 8, резисторы 9 и 10, резистор11 отрицательной обратной связи, при 35этом средний вывод измерительногорезистора 6 является выходом преобразователя 5, его первый вывод соединен с общей шиной, а второй подключен к первому выводу вторичной обмот ки 4 и через резистор 9 к неинверти- ,рующему входу операционного усилителя 12. Параллельно этой же обмотке 4 подключены конденсатор 8 и резистор10. Первый вывод вторичной обмотки 3соединен с общей шиной, а ее второйвывод через конденсатор 7 подключенк инвертирующему входу операционногоусилителя 12, выход которого соединенс входом двухтактного эмиттерногоповторителя 13, а выход повторителя13 связан с вторым выводом обмотки4 и через резистор 11 отрицательнойобратной связи - с инвертирующим входом операционного усилителя 12. Выход преобразователя 5 каждого присоединения подключен к входу своего порогового элемента 14, выход которого Функционально связан с блоком формирования сигнала повреждения, который, в свою оче,редь, линией связи соединен с блоком уп,равления. Линия связи выполнена магистральной из двух проводников 15 и1.6, каждое из И электрических присоединений имеет свой номер, а их блоки Формирования сигнала повреждения подключены к линии связи параллельно друг другу. Блок управления состоит из генератора 17 тактовых имт: пульсов, а его вывод соединен через нормально открытый ключ 18 с проводником 15 линии связи и со счетным входом И+1-Разрядного распределителя19 импульсов, И+1 вывод которого соединен с управляющим входом ключа 18, а остальные Ю выводов - с синхронизирующими входами П-триггеров 20, выходы каждого из которых подключены через усилитель 21 к своему исполнительному органу 22, например лампе накаливания. Блок Формирования сигналаповреждения каждого присоединения выполнея в виде Н-разрядного счетчика- распределителя 23, вывод по номеру присоединения которого подключен к де присутствует логическая "1" сэлемента 14, на выходе схемы И 24сформируется логический "0", которыйподается по проводнику 16 линии связи на 0-входы всех триггеров 20.Этот сигнал запишется на неинвертирующем выходе 0-триггера 20 только поврежденного присоединения, поскольку в момент счета происходит записьимпульса с дешифратора распределителя 19 на этот триггер. Таким образом, изобретение повышает уровеньэлектробезопасности при обслуживанииэлектроустановок. 3 ил.3146244 одному из входов схемы И 24 с открытым коллекторои, второй вход схемы 24 связан с выходом порогового эле- . мента 14, а ее выход - с проводни-ком 16 линии связи, соединенными с информационными входами 0-триггеров 20 блока управления, при этом проводник 15 тактовых импульсов линии связи соединен в каждом блоке форми рования сигнала повреждения со счетным входом счетчика;.,распределителя 23, входом формирователя 25 временных интервалов и с одним из входов другой схемы И 26, второй вход кото рой подключен к выходу формирователя 25 временных интервалов, .а выход - к входу "Сброс" счетчика-распределю- теля 23.Распределитель 19 импульсов блока 2 О управления и счетчик-распределитель 23 блока формирования сигнала поврел- дения состоят из счетчика и дешифратора.Ключ 18 представляет собой логи ческую схему 2 И-НЕ, один вход которой связан с генератором 17 тактовых импульсов, а второй - с 0+1 выводом распределителя 19. Формирователь 25 временных интервалов блока Формирова ния сигнала повреждения состоит из последовательно соединенных инверто. ров, одновибратора и дифференцирующей цепочки. В предлагаемом схемном решении блока управления для сокраще- нияэлементной базы и повышения надежности и селективности использован принцип записи с информационного входа каждого из П-триггеров 20 задним Фронтом предыдущего трактиру 40 щего импульса с дешифратора распределителя 19 переводом О в.1. Для обеспечения этого в дешифраторе распределителя 19 импульсов задействован нулевой разряд, в то время как в 45 счетчике;распределителе 23 этот раз-ряд не задействован,Предлагаемое устройство для защиты от однофазных замыканий на земле работает следующим образом.При отсутствии утечки на землю в каком-либо из присоединений из-за повреждения изоляции генератор 17 так- тактовых импульсов формирует иа своем выходе последовательность импульсов со скажностью, равной единице., Последовательность этих импульсов подается на счетный вход распределите 54ля 19 и в проводник 15 линии связи, поскольку на входах клича 18 (схема 2 И-НЕ) присутствуют две "1", а на выходе - "0", что .соответствует открытому состоянии ключа 18, причем на выходе клича 18 последовательность импульсов идет в инвертированном вид де. Последовательность импульсов с проводника 15 линии связи подается на счетные входы счетчиков-распределителей 23 каждого присоединения, где происходит счет импульсов йри переходе из состояния "1" в "0", а на выводах дешифраторов при этом последовательно появляются сигналы счета, соответствующие состоянию "0". При отсутствии замыкания на землю с выхода схемы И 24 с открытым коллектором каждого присоединения по проводнику 16 на информационные входы всех 0-триггеров 20 постоянно подается состояние "1" и при переходе предыдущего импульса с дешифратора распределителя 19 блока управления с нуля в единицу на синхронизирующий вход, на неинвертирующем выходе каждого Р-триггера 20 записывается состояние ф 1", в то время как на инвертирующих выходах, являющихся выходами Р-триггеров 20, всегда будет присутствовать состояние "0". Следовательно, при отсутствии замыкания управляющий сигнал с каждого Р-триггера 20 на исполнительные органы 22 отсутствует.Для обеспечения сброса каждого счетчика-распределителя 23 в исходное состояние по окончании счета, равного числу присоединений, на пусковой вход одновибратора формирователя 25 через инвертор подается последовательность импульсов с проводника 15 линии связи и задним фронтом каждого импульса одновибратор переводится в неустойчивое состояние с 1 на выходе в состояние 0. Время запуска одновибратора выбрано не менее 75 Х от суммы длительности и периода следования тактовых импульсов. В результате с выхода дифференцирующей цепочки Формирователя 25 на один из входов схемы И 26 в период счета подается последовательность коротких импульсов с высоким уровнем напряжения, а поскольку на другом входе схемы И 26 в этот же момент времени также присутствует высокий уровень напряжения, на выходе схемы И 26 формируется "1" и сброса счет45 5 14624 чика-распредеЛителя 23 в период счета не происходит, По окончании счета, равного 1 присоединений, М+1 импульсом распределителя 19 блока управления на один из входов клича 18 подается уровень "О", и ключ 18,переходит в закрытое состояние, соответствующее уровню "1" на выходе., который длится время, равное сумме длительнос.О ти двух периодов следования тактовых импульсов. Этот удлиненный импульс через инвертор подается на пусковой вход одновибратора формирователя 25, который задуакается на время длитель ности этого импульса. Поскольку за это время перезапуска одновибратора йе происходит, на вход схемы И 26 подается уровень "О", в то время как на другой ее вход подается 20 уровень "1". Уровнем "О" на выходе схемы И 26 происходит сброс счетчика- распределителя 23 в исхоцное состояние Н+ импульсом с дешифратора распределителя 19. Этим же импульсом 25 возвращается в исходное состояние и распределитель 19. Затем счет импульсов повторяется, как повторяются и указанные в устройстве процессы.При появлении в электрическом при соединении, например, пятом, .утечки на землю (точка нулевой последовательности) в сердечнике трансформатора 1 создается магнитный поток и соответ ственно ЭДС во вторичных обмотках 3 и 4, пропорциональная этому току, так как суммарный ток, протевающий по фазным проводникам сети в короткозамкнутом витке из меди трубы 2, прониз, зывающий контур магнитопровода, не 40 включает в себя небалансы, обусловленные несимметричностью Фаэных проводников. Уменьшение погрешностей трансформатора 1 достигается тем, что короткоэамкнутый виток из меди обеспечивает размагничивание ферромагнитной трубы 2, поддерживая ее высокую магнитную проницаемость (предотвращая насыщение) и экранирующие свойства. Труба 2 экранирует 50 сердечник от полей, обусловленных несимметричностью размещения фазных проводов сети относительно центральной оси симметрии сердечника и неравномерностью укладки витков вторичных обмоток 3 и 4.по периметру сердечника.Дпя обеспечения унификации блоков формирования сигнала повреждения вне 45 ьзавискчостн от геометрических размеров и магнитных свойств материала сердечников трансформаторов 1 ток их первичной обмотки уравновешивается компенсируищим током, протекающим во вторичной обмотке 4. Разность этих токов наводит во вторичной обмотке 3 ЭДС рассогласования, которая усиливается операционным усилителеи 12, двухтактным эмиттерным повторителем 3 и создает компенсационный ток во вторичной обмотке 4. Следовательно, изменение тока в первичной обмотке вызывает пропорциональное изменение тока во вторичной обмотке 4, Ток, протекающий по вторичной обмотке 4 и измерительному резистору 6, вызывает на нем падение напряжения, пропорциональное току в первичной обмотке и совпадающее с ним по фазе. Таким образом, точность преобразования обеспечивается и именно тем, что выходное напряжение снимается с измерительного резистора 6, При прохождении через первичную обмотку больших токов требуемая величина компенсационного тока во вторичной обмотке 4 обеспечивается двухтактным эмиттерным повторителем 13.Контроль исправности трансформатора 1 достигается следующим образом, При обрыве или замыкании любой из обмоток трансформатора 1 нарушается отрицательная обратная связь по переменному току, образованная вторичными обмотками 3 и 4, вследствие чего глубина положительной обратной связи, образованной конденсатором 8 и резисторами 9, 1 О, становится достаточной для самовозбуждения операционного усилителя 12. В этом случае преобразователь 5 начинает работать в качестве генератора высокочастотных колебаний, Появление на выходе преобразователя 5 высокочастотного сигнала свидетельствует о повреждении трансформатора 1.При появлении на пятом присоединении однофазного,замыкания на землю напряжение с измерительного резистора 6 преобразователя 5 подается на вход порогового элемента 14, и при превышении напряжения заданного значения отстройка от естественных то - ков утечки) на выходе элемента 14 формируется сигнал (), поступающий на один иэ входов схемы И 24 с открытым коллектором. С учетом конкретнойреализации блока формирования сигнала повреждения схема И 24 с открытым каллектором состоит из инвертора и схемы И"НЕ. При появлении на пятами и выводе счетчика-распределителя 23 "О" последний инвертором преобразуется в "1", которая подается на другой вход схемы И-НЕ. Поскольку на первом ее входе присутствует "1" с элемента 14, на выходе схемы И 24 при пятом счете сформируется "0", который подается по проводнику 16 линии связи на 0-входы всех триггеров 20. Этот запишется на неинвертирующем 15 выходе только пятого П-триггера 20, поскольку в момент пятого счета происходит запись с заднего фронта предыдущего импульса, поступающего на синхронизирующий вход с дешифратора 20 распределителя 19, Остальные Э- триггеры 20 не осуществляют запись информации с Э-входов, поскольку в этот момент времени на их С-входах отсутствует синхроимпульсы с дешиф ратора распределителя 19.Таким образом, на неинвертирующем выходе пятого 0-триггера 20 записывается "0", а на его инвертируюшем выходе, который через усилитель 21 3 О связан со своим исполнительным органом 22, формируется "1". В этом случае исполнительный орган 22 пятого присоединения срабатывает, что является сигналом для контроля изоляции пятого присоединения, Исполнитель ным органом 22 может быть лампа накаливания (индикация), обмотка возбуждения выключателя (отклонение присоединения) и блок управления приО водом водяного насоса (пожаротуше-, ние). В аварийном режиме сброс счетчиков-распределителей 23 и распределителя 19 в исходное состояние осуществляется так же, как описано выше. 45 Формула изобретенияУстройство для защиты от однофазных замыканий на землю, содержащее по числу И присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности с включенными на их выходах преобразователями ток - напряжение, первые элементы И, усилители и исполнительные органы, общие для всех присоединений последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и ключ, распределитель импульсов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации, в него введены по числу И присоединений счетчики-распределители, вторые элементы И, формирователи временныхинтервалов, Э-триггеры, пороговыеэлементы, а также магистральная линия связи, выполненная на двух проводниках, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом распределителя импульсов,И+1-й выход которого соединен суправляющим входом ключа, а остальные выходы - с синхронизирующими входами Р-триггеров соответствующих присоединений, к первому проводнику линии связи подключены информационные входы В-триггеров, выходы каждого из которых подключены через соответствующие усилители к исполнительным органам, второй проводник линии связи подключен к счетному входу счетчиков-распределителей, к входу формирователей временных интервалов и первому входу первых элементов И, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих формирователей временных интервалов, выход ,первых элементов И подключен к входам "Сброс счетчиков-распределителей, выходы которых подключены к первому входу вторых элементов И, вторые входы которых подключены к выходу .пороговых элементов,.а выходы которых соединены с первым проводником линии связи, вход пороговых элементов соединен с выходом преобразователей ток - напряжение.1462445 г Л,шанцева ре аказ 733/ ир твенного комитета по изобретениям и открыти 113 О 35, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/ Гасу вводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул, Гагарина,10 Составитель Ю,ЗориРедактор О.Спесивых Техред А. Кравцук Подписноеям при ГКНТ С