Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам защиты электрических линий, машин, приборов и людей от поражения электрическим током, предназначено для электроустановок, которые получают энергию по четырехпроводной сети переменного тока, и может использоваться в производственных и жилых помещениях.

Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной и дополнительной обмоткой, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент, узел питания и выпрямитель к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к вторым выводам трех одинаковых резисторов, при этом блок питания содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки присоединены к минусовым клеммам трех диодов соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены, а начала трех вторичных обмоток соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора и минусовой клеммой светодиода, плюсовая клемма которого присоединена к входу резистора, параллельно которому присоединен конденсатор, а также к плюсовой клемме стабилитрона, минусовая клемма которого заземлена, выход резистора соединен с входами как резистора, выход которого заземлен, так и входа делителя, выход которого через резистор подключен к минусовой клемме операционного усилителя, при этом третий выход делителя подключен к коллектору транзистора, выход которого заземлен так, и с входом катушки независимого расцепителя, выход которой заземлен, а база транзистора соединена с выходом резистора, при этом второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к минусовой клемме диода, плюсовая клемма которого через резистор присоединена к нулевому проводу сети, вход операционного усилителя соединен с плюсовой клеммой конденсатора и концом резистора, второй конец которого соединен с «бегунком» регулируемого резистора, один из концов которого соединен с минусовой клеммой конденсатора, которая заземлена, при этом концы регулирующего резистора через выпрямитель соединены со вторичными обмотками преобразователей тока нагрузки, соединенными параллельно друг другу.

Устройство позволяет расширить функции защитного отключения, повысить надежность срабатывания при всех восьми аварийных режимах.

1. п.ф-лы; 1 илл.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам защиты отключения электрических линий, машин, приборов и людей от поражения электрическим током, предназначено для электроустановок, которые получают энергию по четырехпроводной сети переменного тока и может использоваться в производственных и жилых помещениях.

Известно устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее первый асимметр, который подключен к фазным проводам и нулевому проводу сети, первый трансформатор тока нулевой последовательности, с вторичной обмоткой которого через первый усилитель соединена катушка реле с размыкающим контактом в цепи питания катушки магнитного пускателя, при этом оно дополнительно снабжено вторым асимметром, трансформатором тока нулевой последовательности и усилителем, причем второй асимметр подключен к фазным проводам сети так, что его токи не протекают по первичным обмоткам трансформатора тока нулевой последовательности, нулевая точка второго асимметра соединена с нулевым проводом сети через первичную обмотку второго трансформатора тока нулевой последовательности, а вторичная обмотка этого трансформатора тока подсоединена к входу второго усилителя, выход которого соединен с выходом первого усилителя и катушкой реле по схеме сравнения напряжений (пат. РФ 2017299 H02H 3/16 // H02H 5/10)

Недостатками данного устройства являются:

1. Схема с магнитным пускателем не может быть использована для отключения короткого замыкания в сети, так как он предназначен для коммутации сети.

2. Сложность схемы (два асимметра, два трансформатора тока нулевой последовательности) и как следствие низкая надежность.

3. Схема не срабатывает при двух- и трехфазных замыканиях в сети.

Известно устройство для защитного отключения в электрической сети переменного тока с заземленной нейтрально содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной обмоткой и пороговый элемент с выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нулевому проводу сети соответственно, при этом выводы вторичной обмотки дифференциального трансформатора тока соединены с входом порогового элемента, а также выпрямитель, при этом введены двуханодный стабилитрон, резистор, в дифференциальный трансформатор тока введена дополнительная обмотка, один вывод которой соединен с заземлением, а другой выход соединен через последовательно включенные двуханодный стабилитрон и резистор с нулевым проводом сети и через последовательно соединенные выходной ключ, катушку независимого расцепителя и выпрямитель с фазным проводом сети, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом с соответствующим фазным проводом сети, а их другие выводы присоединены к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора.

Недостатками данного устройства являются:

1. При обрыве фазного провода сети, питающий элемент отключения схемы будет не работоспособный.

2. При обрыве нулевого провода схема работать не будет, так как исчезнет напряжение с отключающей катушки автоматического отключения.

3. При коротком замыкании между двумя фазами, к которым катушка независимого расцепителя не подсоединена, схема не работоспособна.

4. Схема не будет работать при аварийном режиме в сети питания (перед счетчиком потребителя) в случае замыкания фазного провода на нулевой провод.

Следовательно, можно сделать вывод о низкой надежности срабатывания защитного отключения.

Наиболее близким аналогом к заявленному устройству относится устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной и дополнительной обмоткой, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент, узел питания и выпрямитель при этом к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен как к плюсовой клемме диода, который через резистор присоединен к нулевому проводу сети, так и вторые выводы трех одинаковых резисторов, при этом блок питания содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки присоединены к минусовым клеммам трех диодов соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены, а начала трех вторичных обмоток соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора и минусовой клеммой светодиода, плюсовая клемма которого присоединена к входу резистора, параллельно которому присоединен конденсатор, а также к плюсовой клемме стабилитрона, минусовая клемма которого заземлена, выход резистора соединен с входами как резистора, выход которого заземлен, так и входа делителя, выход которого через резистор подключен к минусовой клемме операционного усилителя, при этом третий выход делителя подключен к коллектору транзистора, выход которого заземлен так, и с входом катушки независимого расщепителя, выход которой заземлен, а база транзистора соединена с выходом резистора. (патент на полезную модель РФ 136252 H02H 3/16)

Недостатками данного устройства являются:

1. При обрыве двух фаз схема не работоспособна;

2. При двухфазном коротком замыкании схема не работоспособна.

Задача изобретения - повысить надежность срабатывания защитного отключения.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной и дополнительной обмоткой, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент, узел питания и выпрямитель, при этом к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к вторым выводам трех одинаковых резисторов, при этом блок питания содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки присоединены к минусовым клеммам трех диодов соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены, а начала трех вторичных обмоток соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора и минусовой клеммой светодиода, плюсовая клемма которого присоединена к входу резистора, параллельно которому присоединен конденсатор, а также к плюсовой клемме стабилитрона, минусовая клемма которого заземлена, выход резистора соединен с входами как резистора, выход которого заземлен, так и входа делителя, выход которого через резистор подключен к минусовой клемме операционного усилителя, при этом третий выход делителя подключен к коллектору транзистора, выход которого заземлен так, и с входом катушки независимого расцепителя, выход которой заземлен, а база транзистора соединена с выходом резистора, при этом второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к минусовой клемме диода, плюсовая клемма которого через резистор присоединена к нулевому проводу сети.

Вход операционного усилителя соединен с плюсовой клеммой конденсатора и концом резистора, второй конец которого соединен с «бегунком» регулируемого резистора, один из концов которого соединен с минусовой клеммой конденсатора, которая заземлена, при этом концы регулируемого резистора через выпрямитель соединены со вторичными обмотками преобразователей тока нагрузки, соединенными параллельно друг другу.

Новые существенные признаки:

1. Вход операционного усилителя соединен с плюсовой клеммой конденсатора и концом резистора.

2. Второй конец резистора соединен с «бегунком» регулируемого резистора, один из концов которого соединен с минусовой клеммой конденсатора которая заземлена.

3. Концы регулируемого резистора через выпрямитель соединены со вторичными обмотками преобразователей тока нагрузки.

4. Вторичные обмотки преобразователей тока нагрузки соединены параллельно друг другу.

Новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат заключается в повышении надежности и расширении функций защитного отключения.

При возникновении сигнала во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока утечки равного или большего тока установки, операционный усилитель срабатывает через стабилитрон проходит положительный сигнал, транзистор открывается и автоматический выключатель отключится катушкой независимого расцепителя. Благодаря тому что питание схемы осуществляется от трехфазного трансформатора, нейтральная точка первичной обмотки которого соединена с нулевым проводом сети, схема будет работоспособной при исчезновении напряжения в сети даже на двух фазах, когда третья фаза останется под напряжением и представляет опасность для персонала, который может коснуться ее. Наличие в схеме элементов стабилизации позволяет получить напряжение на катушке независимого расцепителя при однофазном питании, отличного от номинального его значения не более чем на 2,5%.

Предложенная схема будет отключать сеть при выносе потенциала из сети 6-35 кВ на систему заземления, зануления, также при двухфазном коротком замыкании.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом.

Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами (L1, L2, L3) и нулевым проводом (N), содержащее выключатель автоматический 1 с катушкой независимого расцепителя 2. Так же дифференциальный трансформатор тока 3 с первичными обмотками 4 по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной 5 и дополнительной обмоткой 6 к выводу которой присоединены выводы трех одинаковых резисторов 7, 8, 9, каждый из которых соединен одним выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент 10, узел питания 11 и выпрямитель 12. К незаземленному выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3 выводам трех одинаковых резисторов дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода 13, 14, 15, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3 подключен как к минусовой клемме диода, который через резистор присоединен к нулевому проводу сети, так и к противоположным выводам трех одинаковых резисторов 7, 8, 9 и минусовой клемме диода 16, который через резистор 17 присоединен к нулевому проводу сети. Узел питания 11 содержит трехфазный трансформатор 18, первичная обмотка 19 которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки 20 присоединены к минусовым клеммам трех диодов 21, 22, 23 соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены. Начало трех вторичных обмоток 20 соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора 24, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенным между собой резистора 25 и минусовой клеммой светодиода 26. Плюсовая клемма светодиода 26 присоединена к входу резистора 27, параллельно которому присоединен конденсатор 28, а также к плюсовой клемме стабилитрона 29, минусовая клемма которого заземлена. Выход резистора 27 соединен с входами как резистора 30, выход которого заземлен, так и входа делителя 31, выход которого через резистор 32 подключен к минусовой клемме операционного усилителя 33. При этом третий выход делителя 31 подключен к коллектору транзистора 34, при этом его эмиттер соединен как с входом резистора 35, выход которого заземлен, так и с входом катушки независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1, выход которой заземлен, а база транзистора 34 соединена с выходом резистора 36.

Выход операционного усилителя 33 соединен с плюсовой клеммой конденсатора 37 и концом резистора 38. Второй конец резистора 38 соединен с «бегунком» регулируемого резистора 39, один из концов которого соединен с минусовой клеммой конденсатора 37, которая заземлена. Концы регулируемого резистора 39 через выпрямитель 40 соединены со вторичными обмотками преобразователей тока нагрузки 41, 42. Вторичные обмотки преобразователей тока нагрузки 41, 42 соединены параллельно друг другу.

Устройство работает следующим образом.

1. При обрыве фазы L3-ток пройдет от необорванных фаз L1 и L2 к минусовым клеммам двух диодов 13, 14 плюсовые выводы которых подключены к выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3,второй конец которой соединен с резисторами 7, 8 соединенными с проводами необорванных фаз LI L2, а также с минусовой клеммой диода 16,плюсовая клемма которого соединена с резистором 17, второй конец которого соединен с нулевым проводом N. Bo вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появится напряжение, которое выпрямляется пороговым элементом 10, и если ток небаланса в этой обмотке равен или больше величины тока установки на операционном усилителе 33, то схема срабатывает. Транзистор 34 открывается и включает катушку независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1, которая его и отключает. Так как напряжение через фазы L1 L2 и нулевой провод N будет подаваться на вторичную обмотку 20 дифференциального трансформатора 18 через первичную обмотку 19 этого же дифференциального трансформатора выпрямляться и сглаживаться диодами 21, 22, 23 и ток пойдет по цепи конденсатор 24 - резистор 25 - светодиод 26 - блок стабилизации, состоящий из резистора 27,параллельно которому включен конденсатор 28 и включен на входе резистора 27 стабилитрон 29, второй конец которого заземлен, а на выходе резистора 27 подключен резистор 30, второй выход которого заземлен, с выхода резистора 27 ток пойдет через последовательно соединенных делитель 31 - резистор 32 на минусовую клемму операционного усилителя 33, с третьего выхода делителя 31 ток пойдет на коллектор транзистора 34. Сигнал с операционного усилителя 33 через резистор 36 на базу транзистора 34. Транзистор 34 срабатывает и замыкает цепь коллектор-эмиттер и ток идет на катушку независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1,который и размыкает цепь питания. Схема будет продолжать работать.

2. При обрыве двух фаз L3 и L2 - ток пройдет по цепи от необорванной фазы L1 к минусовой клемме диода 13, плюсовой вывод которого подключен к выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3, второй конец которой соединен с минусовой клеммой диода 16, плюсовой вывод которого соединен с резистором 17, второй конец которого присоединен к нулевому проводу N. При обрыве двух фаз L3 и L2 в первичной обмотке 19 дифференциального трансформатора 18 появится однофазное напряжение, а на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18 появится трехфазное напряжение и ток пойдет по цепи аналогичной первому случаю. Схема будет продолжать работать.

3. При обрыве нулевого провода N в питающей сети. Возможны два варианта:

1 - обрыв нулевого провода произошел на участке между повторным заземлением и проводами сети нагрузки;

2 - обрыв нулевого провода произошел на том же участке сети что и в пункте 1, но нулевой провод имеет соединение с заземлением, выполненным в помещении, в котором потребляется электроэнергия. В первом варианте, при неравномерной нагрузке фаз, возникнет ток обратной последовательности, в результате этого во вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появится ЭДС небаланса, по вторичной 5 пойдет ток небаланса, и если величина этого тока будет равна или превысит пороговый уровень, сеть отключится отключающей катушкой 2 УЗО. Во втором варианте, при неравномерной нагрузке фаз, по нулевому проводу, соединенному с заземлением, пойдет ток небаланса, в результате этого во вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появиться ЭДС небаланса и схема сработает аналогично первому варианту, сеть отключится отключающей катушкой 2 УЗО. Подаваемое трехфазное напряжение, на первичную обмотку 19 дифференциального трансформатора 18 будет соответственно трехфазным и на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18, и ток будет протекать аналогично рассмотренному первому случаю. Схема будет продолжать работать.

4. При замыкании фазы L3 на нулевой провод N в питающей сети (перед электрическим счетчиком потребителя) - ток пойдет по цепи от точки короткого замыкания к минусовой клемме диода 15, плюсовой вывод которого подключен к выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3, второй конец которой соединен с резисторами 7, 8 вторые концы которых соединены с проводами не замкнувшихся фаз L1, L2, а также с минусовой клеммой диода 16, соединенного с резистором 17, второй конец которого соединен с нулевым проводом N. Напряжение на первичной обмотке 19 дифференциального трансформатора 18 будет однофазным, а на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18 оно будет трехфазным и ток будет протекать аналогично первому рассмотренному случаю. Схема будет продолжать работать.

5. При трехфазном коротком замыкании - исчезнет питание усилителя и питающей катушки, следовательно, сеть отключится.

6. При выносе потенциала из сети 6-35 кВ на систему заземления и зануления сети 380/220 - ток пойдет по нулевому проводу N, расположенному внутри сердечника дифференциального трансформатора 3,далее пойдет по цепи системы зануления, заземления сети напряжения 380/220 В и замкнется на емкость двух незаземлившихся фаз проводов сети 6-35 кВ. Если величина этого тока будет равна или превысит пороговую величину, то во вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появится ЭДС небаланса, по ней пойдет ток небаланса, и если величина этого тока будет равна или превысит пороговый уровень, сеть отключится отключающей катушкой 2 УЗО, причем отключение произойдет одновременно всех фазных проводов и нулевого провода N.

7. При двухфазном коротком замыкании, например замкнулись фазы L1 L2-ток пойдет по цепи от фазы L3 к минусовой клемме диода 15, плюсовой вывод которого подключен к выводу дополнительной обмотке 6 дифференциального трансформатора 3, второй конец которой соединен с минусовой клеммой диода 16, плюсовой вывод которого соединен с резистором 17, второй конец которого присоединен к нулевому проводу N. Напряжение на первичной обмотке 19 дифференциального трансформатора 18 будет однофазным, а на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18 оно будет трехфазным и ток будет протекать аналогично рассмотренным случаям. Схема будет продолжать работать.

При возникновении перегрузки электроустановки в первичных проводах электросети, например фазах L1, L2 пойдет ток, превышающий допустимую величину тока перегрузки, во вторичной обмотке преобразователей тока нагрузки 41, 42 через выпрямитель 40 через устройство, содержащее регулируемый резистор R39, резистор R38, конденсатор С37 пойдет ток на инвентирующий вход операционного усилителя 33, и, если величина этого тока будет ровна или больше опорного сигнала, подаваемого от дополнительной обмотки 5 на неинвентирующий вход операционного усилителя 33, то на выходе усилителя произойдет мгновенная смена полярности, транзистор 34 откроется и отключающим аппаратом 1 сеть отключится.

УЗО не будет реагировать на пусковые токи электродвигателя, поскольку в момент включения напряжение на конденсаторе С37 (Uc) будет возрастать от нуля до определенной величины по формуле

,

где U - полное напряжение от сигнала нагрузки, В;

t - время с момента пуска электродвигателя, С;

- постоянная времени цепи конденсатор-резистор, равная RC.

Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом, содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной и дополнительной обмоткой, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент, узел питания и выпрямитель к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен как к минусовой клемме диода, вторая клемма которого через резистор присоединена к нулевому проводу сети, так и к вторым выводам трех одинаковых резисторов, при этом блок питания содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки присоединены к минусовым клеммам трех диодов соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены, а начала трех вторичных обмоток соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора и минусовой клеммой светодиода, плюсовая клемма которого присоединена к входу резистора, параллельно которому присоединен конденсатор, а также к плюсовой клемме стабилитрона, минусовая клемма которого заземлена, выход резистора соединен с входами как резистора, выход которого заземлен, так и входа делителя, выход которого через резистор подключен к минусовой клемме операционного усилителя, при этом третий выход делителя подключен к коллектору транзистора, выход которого заземлен, так и с входом катушки независимого расцепителя, выход которой заземлен, а база транзистора соединена с выходом резистора, при этом второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к минусовой клемме диода, плюсовая клемма которого через резистор присоединена к нулевому проводу сети, отличающееся тем, что вход операционного усилителя соединён с плюсовой клеммой конденсатора и концом резистора, второй конец которого соединён с «бегунком» регулируемого резистора, один из концов которого соединён с минусовой клеммой конденсатора, которая заземлена, при этом концы регулирующего резистора через выпрямитель соединены со вторичными обмотками преобразователей тока нагрузки, соединёнными параллельно друг другу.