Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока

. И.:1,)1.О 4 у,ся к устроиствам ктрическим током едств напольного х средств) с электу кабелю и являетизобретения по является повыш расширение фу жн остей путе от междуфазн роустановки. инципиальна учает энертанции и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта(56) Авторское свидетельство СССР М 694929, кл. Н 02 Н 3/16, 1977.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к устройствам защиты от поражения электрическим током.Цель изобретения - повышение надежности работы и расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты от. Изобретение относитзащиты от поражения элеи предназначено для сртранспорта (транспортныроснабжением по гибкомся усовершенствованиемавт, св. Рв 694929.Целью изобретенияние Надежности работы икциональных возмообеспечения защитызамыканий в цепях элект На чертеже показана иема устройства, Транспортноесредствою от трансформаторной междуфазных замыканий и от замыкания в цепях электроустановки, При замыкании между Фазными пооводами соабатывают первые два токовых реле размыкаются их контакты в цепи первых двух конденсаторов, что приводит к нарушению симметрии токов в первичных обмотках трансформатора и срабатыванию магнитного пускателя. Отключение питания происходит также при повреждениях в самой электроустановке вследствие срабатывания вторых токовых реле и размыкания их контактов в цепи третьего конденсатора. Наличие блока 8 временной задержки, реле напряжения и бесконтактных переключателей позволяет коммутировать силовые контакты магнитного пускателя в обесточенных цепях, что повышает надежность работы устройства защитного отключения. 1 ил. питающей четырехпроводной сети 1 с нулевым проводом, который заземлен, и фазными проводами. Переменное напряжение питающей сети 1 через защитный выключатель 2 по четырехпроводному гибкому кабелю 3 подается к электроустановке (транспортному средству) 4. По трем фазным проводам сети 1 и кабеля 3 к транспортному средству поступает электроэнергия, обеспечивающая его передвижение и выполнение им других операций, например подьем груза, Четвертый нулевой провод кабеля 3 подключен к корпусу транспортного средства 4, заземляет корпус и таким образом обеспечивает защиту от поражения электрическим током людей, обслуживающих транспортное средство, 1675995Устройство включает в себя также бесконтактное переключатели 5 переменного напряжения, асимметрирующий блок 6, диодный мост 7, блок 8 временной задержки при срабатывании реле напряжения с обмоткой 9 и контактами 10, токовые реле с обмотками 11-14 и контактами 15-18 и симметрирующий блок 19.Защитный вцключатель 2 состоит из кнопки 20 "Пуск", кнопки 21 "Стоп 1" магнитного пускателя 22, содержащего силовые 23 и блокировочные 24 контакты и обмотку 25, трансформатора 26 тока нулевой последовательности, усилителя 27 напряжения, реле 28 с обмоткой 29 и контактами 30.Между силовыми контактами 23 магнитного пускателя 22 и потребителем, которым является транспортное средство 4, включены последовательно в фазные провода бесконтактные переключатели 5 переменного напряжения, Каждый такой переключатель имеет два тиристора 31 и 32, два диода 33 и 34, резистор 35 и контакты 10 реле напряжения, которые вклк)ченц последовательно в цепь, образованную диодами 33 и 34 и резистором 35,К точкам соединения одного конца гибкого кабеля 3 с нулевым проводом и с двумя фазными проводами подключен асимметрирующий блок 6, который имеет конденсаторы 36 и 37. В цепь конденсатора 36 включены контакты 15 и 16 токовых реле, обмотки 11 и 12 которых включены последовательно в цепи двух фазнцх проводов,Параллельно обмотке 25 магнитного пускателя 22 подключен своим входом диодный мост 7. Выход моста 7 соединен с блоком 8 временной задержки, который имеет конденсатор 38, диод 39 и резисторы 40 и 41. К выходу блока 8 временной задержки подключена обмотка 9 дополнительно введенного реле напряжения. Контакты 10 реле подключены к соответствующим цепям бесконтактных переключателей 5 переменного напряжения.К электрооборудованию транспортного средства 4 подключен второй конец гибкого кабеля 3. Его нулевой провод соединен с корпусом транспортного средства 4. Фазные провода гибкого кабеля 3 подключены к первичной обмотке трансформатора 42. Вторичная обмотка этого трансформатора соединена через обмотки 13 и 14 токовых реле с трехфазным диодным мостом 43, который питает выпрямленным напряжением исполнительные электродвигатели (не показаны) транспортного средства 4, которые обеспечивают передвижение, подъем грузаи выполнение других технологических операций,Установленный на транспортном средстве 4 симметрирующий блок 19 подключен к его корпусу и к тому фазному проводу, с которым не имеет электрического соединения асимметрирующий блок 6, Симметрирующий блок 19 имеет конденсатор 44 и кнопку 45 "Стоп 2". В цепь, образованную конденсатором 44 и кнопкой 45, включены контакты 17 и 18 токовых реле, обмотки 13 и 14 которцх включены в цепи, соединяю 10 щие трансформатор 42 и диодный мост 43.Конденсаторы 36, 37 и 44 имеют одинаковую емкость, соответственно, одинаковое сопротивление переменному току и при подключении к трем разным фазным проводам обеспечивают протекание по первичпри симметричной нагрузке на питающую сеть 1, создаваемую транспортным средством 4, напряжение на вторичной обмотке трансформатора 26 тока, равно нулю, соот 25 ветственно, напряжение отсутствует на обмотке 29 реле 28 и его контакты 30 замкнуты.Работа устройства характеризуется следующими режимами. 30 При наличии напряжения в питающей сети 1 переменное напряжение поступает только к усилителю 27 защитного выключателя 2, силовые контакть 23 магнитного пускателя 22 разомкнуты, и переменное напряжение к электрооборудованию транспортного средства 4 не гоступает,Для оперативной подачи напряжения на транспортное средство 4 требуется кратковременно нажать кнопку "Пуск". После нажатия этой кнопки ее контакты замыкают 40 ся и переменное напряжение поступает через замкнутые контакты кнопки "Стоп 1" и замкнутые контакты 30 реле 28 на обмотку 45 25 магнитного пускателя 22, последний замыкает свои силовые 23 и блокировочные 24 контакты. Блокировочные контакты 24 создают цепь, обеспечивающую включенное положение магнитного пускателя 22 после. 50 того, как кнопка "Пуск" будет отпущена и ееконтакты разомкнутся.В течение некоторого времени после замыкания силовых контактов 23 магнитного пуСкателя 22 бесконтактные переключатели 5 переменного напряжения находятся в выключенном состоянии, поэтому по отношению к моменту включения магнитного пускателя 22 на электрооборудование транспортного средства 4 напряжение подается с некоторой задержкой. 55, нцм обмоткам трансформатора 2620 симметричных токов (токи, геометрическая сумма которых равна нулю). В этом случаеОдновременно с подачей напряжения на обмотку 25 магнитного пускателя 22 переменное напряжение поступает и на вход диодного моста 7. Получаемое на его выходе выпрямленное напряжение прикладывается к блоку 8 временной задержки и заряжает конденсатор 38 через диод 39 и резистор 40. По мере зарядки конденсатора 38 растут его напряжение и напряжение на обмотке 9 реле напряжения, Таким образом, создается задержка включения реле напряжения по отношению к моменту включения магнитного пускателя 22, Чем больше емкость конденсатора 38, сопротивление резистора 40 и обмотки 9, тем больше длительность этой. временной задержки,По прошествии времени, равного длительности задержки, напряжение обмотки 9 достигает уставки срабатывания реле напряжения, реле срабатывает и замыкает контакты 10 в цепях бесконтактных переключателей 5 переменного напряжения, После. этого в начале каждого полупериода переменного напряжения в цепи управляющего электрода соответствующего тиристорапоявляется ток, и тиристор включается. При одной полярности переменного напряжения, когда, например, анод верхнего тиристора.32 положительнее его катода. через верхний диод 33, резистор 35 и контакты 10 реле напряжения и .цепь управляющего электрода этого тиристора протекает ток, этот тиристор включен и замыкает цепь фазного провода.При противоположной полярности переменного напряжения замыкание цепи выполняет нижний тиристор 31, После изменения этой полярности на противоположную нижний тиристор 31 выключается и снова включается верхний тиристор 32. Такие поочередные переключатели тиристоров происходят во всех бесконтактных переключателях 5 переменного напряжения при замкнутых контактах 10 реле напряжения, В.результате этого цепи фазных .проводов замкнуты,.и на электрооборудование транспортного средства 4 поступает переменное напряжение, Так как бесконтактные переключатели 5 замыкают цепи только после срабатывания реле напряжения с контактами 10, которое срабатывает с некоторым запаздыванием по отношению к моменту замыкания силовых контактов 23 магнитного пускателя 22, то контакты 23 замыкают цепи при выключенных бесконтактных переключателях 5, сле.- довательно, при отсутствии тока в коммутируемых этими контактами цепях.Оперативное снятие напряжения с электроустановки напольного транспортного средства осуществляется кнопками 21"Стоп 1" и 45 "Стоп 2". Кнопка "Стоп 2"установлена непосредственно на транспортном средстве, поэтому позволяет снимать5 напряжение прямо с места работы транспортного средства,При кратковременном нажатии кнопки21 "Стоп 1" ее контакты размыкаются, пропадает напряжение с обмотки 25 магнитно 10 го пускателя 22, с диодного моста 7 и,соответственно, с обмотки 9 реле напряжения. Благодаря наличию диода 39 блок 8временной задержки не оказывает влиянияна процессы в электромагнитной системе15 реле напряжения, и его быстродействие вэтом режиме определяется временем отпадания. Так как реле напряженйя имеет посравнению с магнитным пускателем меньшее время отпадания, например, если реле20 выполнено на герконах, обеспечивающихвремя отпадания десятые доли миллисекунды, то сначала реле напряжения отпадает иразмыкает контакты 10, потом выключаютсябесконтактные переключатели 5, и только25 после этого размыкаются силовые контакты24 (уже при отсутствии тока в размыкаемыхцепях). Таким образом, бесконтактные переключатели 5 размыкают рабочие токитранспортного средства 4 и снимают напря 30 жение с его электроборудования, а силовыеконтакты 23 магнитного пускателя 22 размыкают обесточенные цепи.После того, как кнопка 21 "Стоп 1" отпущена и ее контакты замкнули свою цепь,35 магнитный пускатель 22 и бесконтактныепереключатели 5 не включаются, так как доэтого блокирующий контакт 24 магнитногопускателя 22 успел разорвать цепи питанияобмотки 25, диодного моста 7 и, соответст 40 венно. обмотки 9 реле напряжения.После снятия напряжения с входа диодного моста 7 в блоке 8 временной задержкиконденсатор 38 разряжается через резистор 41, и напряжение этого конденсатора45 становится равным нулю.При кратковременном нажатии кнопки45 "Стоп 2" цепь конденсатора 44 симмет-рирующего блока 19 отключается от корпусанапольного транспорта 4 и прекращается50 ток в цепи этого конденсатора. При этом вцепях конденсаторов 36 и 37 асимметрирующего блока 6 продолжает протекать ток, Врезультате этого нарушается симметрия токов в первичных обмотках трансформатора55 26, При отсутствии симметрии токов их геометрическая сумма отключается от нуля и навторичной обмотке трансформатора 26 появляется напряжение, которое увеличивается усилителем 27. Увеличенное напряжениеприкладывается к обмотке 29 реле 28, По 1675995следнее срабатывает и размыкает контакты 30,После размыкания этих контактов напряжение снимается с обмотки 25 магнитного пускателя 22 и с выхода диоднога моста 7. Далее устройство работает в той же последовательности, что и после нажатия кнопки 21 "Стоп 1" и снимает напряжение с электрооборудования транспортного средства 4,После снятия напряжения с напольного транспортного средства 4 ток в цепи первичных обмоток трансформатора 26 прекращается, напряжение с обмотки 29 реле 28 снимается, реле отпадает и контакты ЗО замыкают цепь. При этом магнитный пускатель 22 и бесконтактные переключатели 5 переменного напряжения не включаются, так как к моменту замыкания цепи контактов 30 блокировочные контакты 24 магнитного пускателя 22 успевают разомкнуть свою цепь, и поэтому после замыкания контактов 30 переменное напряжение не поступает ни на обмотку 25 магнитного пу" скателя, ни на вход диодного моста 7, Рассмотрим работу устройства.При аварийном снятии напряжения с электрооборудования транспортного средст. ва 4 (при обрыве цепи нулевого провода, при касании человеком, находящегося под напряжением электрооборудования транспортного средства 4, при которых замыканиях) устройство работает следующим образом,Разрыв цепи нулевого провода на участке от точки подключения к нему ассиметрирующего блокаб до корпуса транспортного средства 4 (в кабеле 3) сопровождается йрекращением тока в цепи конденсатора 44 симметрирующего блока 19. Так как при этом в цепях конденсаторов 36 и 37 асимметрирующего блока 6 ток сохраняется, то имеет места нарушение симметрии токов в первичных обмотках трансформатора 26. В дальнейшем функциональные элементы устройства работают в той последовательности, что и при нажатии кнопки 45 "Стоп 2" и обеспечивают снятие напряжения с электрооборудования транспортного средства 4, Таким образом, исключается недопустимый по условиям электробезопасности режим работы наполь; ного транспортного средства, когда отсутствует электрическое соединение между его корпусом и.землей,Когда человек, стоящий на корпусе транспортного средства, касается находящихся под напряжением частей электрооборудования, последнего, та сопротивление человека шунтирует оцин из конденсаторов 36, 37 и 44, в зависимости ат того, какого изфазных проводов касается человек, В результате этого нарушается равенство токов,протекающих между фазными проводами и5 нулевым проводом, и, соответственно, симметрии токов в первичных обмотках трансформатора 26, Последующий порядокработы устройства не отличается от ранееописанного порядка при рассмотрении от 10 ключения от кнопки "Стоп 2" и происходитснятие напряжение с электрооборудованиятранспортного средства 4 и с находящегосяпод напряжением человека,Если имеет место пробой изоляции фаз 15 ного провода по отношению к заземленному корпусу транспортного средства 4,который является аварийным режимом иможет сопровождаться потенциально опасным для человека ситуациям, то в зтам слу 20 чае нарушается симметрия тока впервичных обмотках трансформатора 26,так как коратказамкнутой цепью шунтируется один из конденсаторов 36, 37, и 44.После этога устройство работает в тай по 25 следовательнасти, которая описана выше, ис напольного транспортного средства напряжение снимается и прекращается протекание недопустимо большого токакороткого замыкания,30 При замыкании между фазными проводами гибкого кабеля 3 (такой аварийный режим имеет места при разрыве кабеля иявляется характерным для эксплуатационных условий) срабатывакт токовые реле,35 обмотки 11 и 12 которых ключены последовательна с фазными проводами гибкого ка-,беля 3, по которым протекают аварийныетоки короткого замыкания, Да срабатывания токовых реле и размыкания контактов40 15 и 16 симметрия токов в первичных обмотках трансформатора 26 не нарушается. Например, при замыкании между двумяфазными проводами гибкого. кабеля 3 поэтим проводам протекает аварийный ток,45 который имеет одинаковую величину и противоположное направление в первичных обмотках трансформатора 26. В случаекороткого замыкания между тремя проводами гибкого кабеля 3 геометрическая сумма.50 токов, текущих по этим прс водам и, соответственно, по первичным обмоткам трансформатора 25, всегда равна нулю,После срабатывания токавьх реле и размыкания контактов 15 и 16 ток в цепи конденсатора 36 асимметрирующего блока 6 прекращается, и .в перзичных обмотках трансформатора 26 нарушается симметрия токов, Далее устройство работает в описанной выше последовательности, с транспортного средства 4 снимается напряжение ипрекращается протекание авариный токов.Следует отметить, что при коротком замыкании между средним и правым (левым)проводом аварийный ток протекает по обмотке 11(12) токового реле, его контакты 1516) размыкаются. При замыкании междутремя фазными проводами аварийный токпротекает по обмоткам 11 и 12 обоих токовых реле контакты 15 и 16 размыкаются.В случае короткого замыкания в цепях,подключенных к вторичным обмоткамтрансформатора 42 (пробой диодов моста43, замыкание на корпусе его обоих полюсов, короткое замыкание в цепях электродвигателей транспортного соедства),аварийный ток протекает по обмоткам 13 и14 токовых реле, В результате этого онисрабатывают, размыкают контакты 17 и 18,после чего прекращается протекание тока в.цепи конденсатора 44 симметрирующегоблока 19, т. е. имеет место режим, аналогичный режиму, который начинается после нажатия кнопки 45 "Стоп 2" и размыкания ееконтактов,После каждого из оперативных и аварийных отключений, которые описаны,включение устройства осуществляется путем кратковременного нажатия кнопки 20"Пуск", Порядок работы устройства посленажатия этой кнопки описан выше,Таким образом, введение в известноеустройство токовых реле и включение ихконтактов в асимметрирующий и симметрирующий блоки позволяет дополнительнопри помощи устройства защитного отключения отключить токи междуфазных замыканий и замыкания в цепи нагрузки, чторасширяет функциональные возможностиустройства защитного отключения. Поскольку контакты магнитного пускателя осуществляют коммутацию цепей без тока, тоустраняется сваривание, повышенный износ контактов, тем самым повышается надежность их работы,5 Формула изобретенияустройство для защитного отключенияэлектроустановки в сеги переменного токапо авт. св. М 694929, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения надежности10 работы и расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты отмеждуфазных замыканий в цепях электроустановки, оно дополнительно снабжено почислу фазных проводов бесконтактными пе 15 реключателями переменного напряжения,четырьмя токовыми реле, диодным мостом,реле напряжения и блоком временной задержки, причем бесконтактные переключа. тели имеют выводы для включения в сеть20 последовательно с силовыми контактамимагнитного пускателя со стороны электроустановки, параллельно обмотке магнитного пускателя подключен вход диодногомоста, его выход соединен с входом блока25 временной задержки, выход которого подключен к обмотке реле напряжения, замыкающие контакты этого реле включены вцепи управления бесконтактных переключателей, обмотки первого и второго токовых30 реле соединены последовательно с бесконтактными переключателями, а обмоткитретьего и четвертого токовых реле имеютвыводы для подключения последовательнов цепи питания электроустановки после ее35 входных клемм, контакты первого и второго токовых реле включены последовательно в цепь одного из конденсаторовасимметрирующего блока, контактытретьего и четвертого токовых реле вклю 40 чены последовательно с конденсаторомсимметрирующего блока.1675995 Составитель Л,ВаськоваРедактор О.Хрипта Техред М,Моргентал Корректор С,Черни Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго Гагарина, 101аэ 3009ВНИИПИ Г ТиражПодписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5