Устройство для защиты человека от попадания под напряжение при обрывах проводов воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью

, 5/12 51)5 Н 02 СА ОБРЕТЕ К АВТОРСКОМУ ЕЛ ЬСТВУ эГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта(72) А.Д,Корнеев, Б.И.Косарев и С.И,Чернов (56) Селивахин А.И, и др. Устройство для защиты сельских электрических сетей низкого напряжения от обрыва проводов - Энергетик, 1982, М 10, с, 27-28.Авторское свидетельство СССР М 1591121, кл. Н 02 Н 3/16, 1988,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕ-. КА ОТ ПОПАДАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕ Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано длязащиты человека от поражения электрическим током при попадании под напряжениев случае прикосновения и к лежащему наземле проводу,Целью изобретения является повышение электробезопасности,На фиг,1 представлена принципиальнаясхема устройства обеспечения электробезопасности в системах электроснабжения ав-тоблокировки; на фиг,2 - принципиальнаясхема узла управления; на фиг,3 - временные диаграммы работы элементов узла управления.Воздушная линия электропередач фаэными проводами 1, 2 и 3 подключает нагруку 4 к тяговой подстанции 5, котораяприсоединяется к линии электропередач 6. ПРИ ОБРЫВЕ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ(57) Использование; воздушные линии электропередач с изолированной нейтралью. Сущность изобретения: для повышения электробезопасности в устройство введен размещаемый на тяговой подстанции блок индикации вида повреждения, с помощью которого при падении и замыкании любого из фазных проводов на землю осуществляется шунтирование поврежденного провода на землю, а при обрывах - индикация оборванного провода,Устройство содержит усилители мощности д 7-9, реагирующие узлы 10-12, датчик 13 напряженности электрического поля, пороговые элементы 14-19, блок 21 определения вида повреждения, три резистора 22-24, 4 контакты 25-27 узлов 10-12 соответственно, логические элементы И 30-33 и ИЛИ 34, ге- Мл) нератор 35, импульсов и фильтр 36 присое- (Д динения, блок 20 индикации вида повреждения, В составе блока 20 имеются первый мультиплексор 37, фильтр 38 присоединения, полосовые фильтры 39 и 40, узел 41 управления, индикаторы 42-43 оборванных со стороны нагрузки фазных проводов, реле 45-47 с замыкающими контактами 48- 50, соответственно, три резистора 51-53, и номерами 54-56 обозначены сигналы управления мультиплексора 37, Узел 41 содержит детекторы 57-58, пороговые элементы 5951015 25 30 40 50 60. генератор 61 прямоугольных импульсов, двоичный счетчик 62, второй мультиплексор 63. двчхвходовые логические элементы И 64-72, триггеры 73 - 78, трехвходовые логические элементы И 82-84 и источник 87 питания. Позициями 79-81 и 85-89 обозначены соединения элементов принципиальной схемы фиг.2.Усилители мощности 7-9 соединены каскадно с реагирующими узлами 10-12 соответственно, Входы пороговых элементов 14-19 подключен ы к датчику 13 напряженности электрического поля. Выходы первого 14 и второго 15 пороговых элементов соединены с первым и вторым(инверсным) входами первого элемента И 30 соответственно, Выход третьего 17 порогового элемента соединен с первым входом второго элемента И 31, Выход четвертого 18 порогового элемента соединен со вторым (инверсным) входом второго 31 и первым входом третьего 32 элементов И. Выход пятого порогового элемента 18 соединен со вторым (инверсным) входом третьего 32 и первым входом четвертого 33 элементов И, Выход шестого 19 порогового элемента соединен со вторым (инверсным) входом четвертого ЗЗ элемента И и входом третьего усилителя мощности 9, Выходы первого 30 и второго 31 элементов И соединены со входами элемента ИЛИ 34, Выходы третьего 32, и четвертого 33 элементов И соединены со входами первого 7 и второго 8 усилителей мощности, Первые выводы замыкающих контактов 25-27 первого 10, второго 11 и третьего 12 реагирующих узлов присоединены к клеммам для подключения к фазам 1, 2 и 3 сети, вторые выводы контактов 25-27 подключены к первым выводам трех резисторов 22-24, вторые выводы которых соединены с клеммой для подключения к земле, Выход генератора 35 импульсов и вход фильтра 36 присоединениясоединены каскадно, а вход генератора 35 подключен к выходу элемента ИЛИ 34 блока 21. Выходы фильтра 36 присоединения подключены к клеммам для подключения к фазным проводам 1, 2 и 3 сети. Входы мультиплексора 37 подведены к клеммам для подключения к фазным проводам 1, 2, 3 сети тяговой подстанции 5, а к его выходу подключен вход фильтра 38 присоединения. Резисторы 51-53 первыми выводами соединены с клеммой для подключения к земле, а вторыми - через замыкающие контакты 48- 50 реле 45-47 с клеммами для подключения к фазным проводам 1, 2 и 3 сети. Входы детекторов 57 и 58 подключены к выходам полосовых фильтров, а к их выходам подсоединены пороговые элементы 59 и 66, и к инверсному выходу первого порогового элемента 59 подключены первые входы пятого 64, седьмого 66 и девятого 68 элементов И, вторые входы которых соединены с первым 82, вторым 83 итретьим 84 выходами второго мультиплексора 63 соответственно, К выходу второго порогового элемента 60 подсоединены первые входы одиннадцатого 70, двенадцатого 71 и тринадцатого 72 элементов И, вторые входы которых также соединены с первым 82, вторым 83 и третьим 84 выходами мультиплексора 63. К выходу одновибратора 88 подключены первые входы шестого 65, восьмого 67 и десятоо 69 элементов И, вторые входы которых также соединены с первым 82, вторым 83 и третьим 84 выходами мультиплексора 63, Входы Я триггеров 73-78 управляются пятым 64, седьмым 66, девятым 68, одиннадцатым 70, двенадцатым 71 и тринадцатым 72 элементами И соответственно, а их входы Р объединены попарно у первого 73 и четвертого 76, у второго 74 и пятого 77 у третьего 75 и шестого 78 триггеров и соединены с выходами шестого 65, восьмого 67 и десятого 69 элементов И, к выходам первого 73, второго 74 и третьего 75 триггеров подключены первый 42, второй 43 и третий 44 индикаторы, сигнализирующие об обрыве 1, 2 и 3 проводов сети со стороны нагрузки. Первый вход первого трехвходового элемента И 82 подключен к инверсному выходу четвертого триггера 76, а его второй и третий входы - к выходам пятого 77 и шестого 78 триггеров, Первый вход второго трехвходового элемента И 83 соединен с инверсным выходом пятого 77 триггера, а его второй и третий входы к выходам четвертого 76 и шестого 78 триггеров, Первый вход третьего трехвходового элемента И 84 подсоединен к инверсному выходу шестого 78 триггера, а его второй и третий входы - к выходам четвертого 76 и пятого 77 триггеров, а также вход одновибратора 83, счетный вход элемента 62 подключены к генератору 61 импульсов блока 20, а два его выходных разряда управляют мультиплексорным 63, первый 82, второй 83 и третий 84 выходы которого задают входные сигналы для мультиплексора 37,Элементы, узлы и блоки устройства продольного электроснабжения СЦБ работают следующим образом.В исходном состоянии воздушная линия электропередач 1-3 обеспечивает нормальное электроснабжение нагрузки 4(СЦБ и другие потребители), При этом по проводам воздушной линии 1-3 передаются импульсы контрольной частоты, вырабатываемой генератором импульсов 35, причем фильтр 36 обеспечивает согласование генератора 35 с проводами 1-3, находящимися5 10 15 20 25 30 элементы И 88-90 определяют по окончанию цикла переключений мультивибратора о состоянии выходов триггеров 76 - 79 (см. 35 40 45 50 под рабочим напряжением, Эти импульсы принимаются на тяговой подстанции 5.Мультиплексор 37 осуществляет переключение фильтра 38 присоединения последовательно к каждой из фаз. На диаграмме 3 показано. что в течение времени от 0 до т 1, фильтр 38 подключен к 1 проводу, от т 1 до 12 - ко 2 проводу, и от 12 до тз - к 3 проводу. К выходу фильтра 38 присоединения подключены блоки 39 и 40, которые выделяют сигналы заданной полосы частот, При этом на выходе фильтра 39 появляется сигнал контрольной частоты, который после детектирования (блок 57) сравнивается с пороговым значением элемента 59. В результате на инверсном выходе элемента 59 сигнал низкого уровня (см. диаграмму 79 на фиг.З), следует отметить, что триггеры 73-78 находятся в исходном состоянии, так как в моменты времени Ь, Ь и тб осуществлялся сброс триггеров 73-78 соответственно (см. диаграммы 65, 67, 69, 73 Р и 76 Р на фиг,З). Эти сигналы формируются элементами И 65, 67 и 69, входы которых подключены к выходам мультиплексора 63 и одновибратору 88 (см, диаграммы 54, 55, 56 и 81 на фиг.З), Управление мультиплексора осуществляется двоичным счетчиком 62 (см, диаграммы 62 и 62 на фиг.З), Отметим, что счетчик 62 управляется по заднему фронту импульсов генератора 61, а запуск одновибратора происходит по переднему фоонтч этих импчльсов (см. диаграммы 62 и 81 на фиг.З), Таким образом, в исходном состоянии индикаторы 42-44 не сигнализируют о неисправности в линии 1-3, и реле 45-47 обесточены,В случае обрыва одного иэ проводов 1-3 воздушной линии изменяется напряженность электрического поля в месте расположения датчика 13, При этом блок 21 определяет по состоянию выходных сигналов пороговых элементов 14-19 вид повреждения в воздушной линии электропередач.Если произошел обрыв, например, провода 1 линии со стороны нагрузки 4, то блок 21 срабатывает и подает соответствующий управляющий сигнал на усилитель 7 мощности, который управляет реагирующим узлом 10. Контакты 25 узла 10 замкнут оборванный провод 1 через резистор 22 на землю, что обеспечит условия электробезопасности человека в случае прикосновения к лежащему на земле проводу. На тяговой подстанции 5 блок 20 фиксирует значительное уменьшение уровня передаваемого сиг нала от генератора 35 импульсов по 1 фазному проводу (см, фиг,3, диаграмму 79, момент времени т 7), что приводит к установке триггера 73 в единичное состояние (см. диаграммы 73 5 и 73 0), В результате на тяговой подстанции индикатор 42 сигнализирует об обрыве 1 фазного провода линии, Отметим, что в момент времени 1 В на входе й триггера 73 появляется сигнал "сброса", однако триггер 73 остается в единичном состоянии, так как этот сигнал блокируется сигналом управления на входе Я (см. диаграммы 733, 73 В и 730 фиг,З), В следующие циклы подключения мультиплексора устройство подтверждает состояние триггеров 73-78, Аналогичные процессы происходят и в случае обрыва 2 и 3 проводов линии со стороны нагрузки 4,Если произошел обрыв, например, провода 2 линии со стороны источника 5; то блок 21 срабатывает и подает соответствующий управляющий сигнал на генератор 35 импульсов, который изменяет частоту импульсов на аварийную, На тяговой подстанции 5 блок 20 фиксирует изменение частоты передаваемого по проводам линии сигнала. При этом триггеры 76 и 78 устанавливаются в единичное состояние, а триггер 77 остается в исходном положении (см, диаграммы 76-78 на фиг.З), Отметим, что уровень принимаемого на тяговой подстанции сигнала 2 по фазному проводу недостаточен для срабатывания элемента 50 (см. диаграмму 80 в момент времени т 9 на фиг.З). Логические диаграммы 82-84 фиг,З). Следует отметить,что время цикла переключения мультиплексора 63 меньше времени срабатывания электромагнитных реле 45-47. В результате срабатывает реле 46, и его контакты 52 замыкают фазный провод 2 линии на землю через сопротивление 52, что позволиттакже обеспечить условия электробезопасности в случае прикосновения человека к лежащему на земле проводу, В следующие циклы подключения мультиплексора 37 в блоке 21 осуществляется повторное подтверждение обрыва провода 2 линии. Аналогичные процессы происходят и в случаях обрыва других проВОдоВ линии 1 3.При устранении замыкания провода на землю линия обеспечит нормальное электроснабжение нагрузки 4, Напряженность в месте расположения датчика 13 опять изменится, в результате генератор 35 переключается на контрольную частоту. Через цикл переключения мультиплексора 37 (время от 0 до тз) триггера 73-78 установятся в исходные состояния (см. моменты времени т 4, а и тб фиГ,З), и устройство Возвратится В исходное состояние,Таким образом, устройство обеспечивает условия электробезопасности В случае5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 прикосновения человека к лежащему на земле проводу.Формула изобретения Устройство для защиты человека от попадания под напряжение при обрывах проводов воздушной линии электропередачи с изолированной нейтралью, содержащее датчик напряженности электрического поля, шесть пороговых элементов, входы которых подключены к датчику напряженности, три усилителя и три реагирующих узла, входы которых соединены с выходами усилителей, три резистора и блок определения вида повреждения, включающий в себя двухкодовой эл. мент ИЛИ и первый, второй, третий и четвертый двухвходовые элементы И, вторые входы которых - инверсные, причем выходы первого и второго пороговых элементов соединены с первым и вторым входами первого элемента И соответственно,выход третьего порогового элемента соединен е первым входом второго элемента И, выход четвертого порогового элемента соединен с вторым входом второго и первым входом третьего элементов И, выход пятого порогооого элемента соединен с вторым входом третьего и первым входом четвертого элементов И, выход шестого порогового элемента соединен с вторым входом четвертого элемента И и входом третьего усилителя мощности, выходы первого и второго элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами первого и второго усилителей мощности, а также первые выводы замыкающих контактов первого, второго и третьего реагирующих узлов присоединены к клеммам для подключения к фазам сети, вторые выводы контактов подключены к первым выводам трех резисторов, вторые выводы которых соединены с клеммой для.подключения к земле, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения электробезопасности, в устройство дополнительно введены генератор импульсов и фильтр присоединения, размещаемые на конце линии, причем вход фильтра присоединения включен к выходу генератора импульсов, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ блока определения вида повреждения, а выходы фильтра присоединения соединены с клеммами для подключения к фазным проводам сети, и блок индикации вида повреждения, размещаемый на тяговой подстанции и включающий в свой состав первый мультиплексор, входы которого соединены с клеммами для подключения к фазным проводам сети, фильтр присоединения, вход которого соединен с выходом первого мультиплексора,три индикатора, три реле и три резистора, первые выводы которых соединены с клеммой для подключения к земле, а вторые через замыкающие контакты первого, второго и третьего реле - с клеммами для подключения к первому, второму и третьему фазным проводам соответственно, два полосовых фильтра, входы которых объединены и подключены к выходу фильтра присоединения, и узел управления, в состав которого входят два детектора, два компаратора, генератор прямоугольных импульсов, двоичный счетчик, второй мультиплексор, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый и тринадцатый двухвходовые элементы И, шесть ЙЯ-триггеров, одновибратор и три трехвходных элемента И, причем входы детекторов подключены к выходам полосовых фильтров, а к выходам детекторов подсоединены входы компараторов, к инверсному выходу первого компаратора подключены первые входы пятого, седьмого и девятого элементов И, вторые входы которых соединены с первым, вторым и третьим выходами второго мультиплексора соответственно, к выходу второго компаратора присоединены первые входы одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого элементов И, вторые входы которых соединены с первым, вторым и третьим выходами второго мультиплексора, к выходу одновибратора подключены первые входы шестого, восьмого и десятого элементов И, вторые входы которых также соединены с первым, вторым и третьим выходами второго мультиплексора, 3-входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого триггеров соединены с выходами пятого, седьмого, девятого, одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого элементов И соответственно, а их йвходы обьединены попарно у первого и четвертого, у второго и пятого и у третьего и шестого триггеров и соединены с выходами шестого, восьмого и десятого элементов И, к выходам первого, второго и третьего триггеров подключены первый, второй и третий индикаторы обрыва первого, второго и третьего проводов сети со стороны нагрузки, первый вход первого трехвходового элемента И подключен к инверсному выходу четвертого триггера, а его второй и третий входы - к выходам пятого и шестого триггеров, первый вход второго трехвходового элемента И соединен с инверсным выходом пятого триггера, а его второй и третий входы - к выходам четвертого и шестого триггеров, первый вход третьего трехвходового элемента И подсоединен к инверсному выходу шестого триггера, а его второй и третий входы - к выходам четвертого и пятого триггеров, вход одновибратора и счетный вход двоичного счетчика подключены к генератору прямоугольных импульсов блока индикации вида повреждения, а два выходных 5 разряда двоичного счетчика соединены с р входами второго мультиплексора, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам первого мультиплексора, при этом выходы трехвходовых элементов И соединены с входами соответствующих реле..80 РЗ 5 РМ оставитель А.Кориеевехред М.Моргентал Коррект Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5