Устройство для контроля изоляции электротехнических систем

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано для защиты электрических установок переменного тока с изолированной нейтралью от аварийных режимов с распознаванием вида повреждений и определением их места. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства при воздействии на контролируемую сеть тепловых излучений от источников внешней среды, позволяющее распознавать вид повреждения и определить место повреждения в контролируемой сети. Устройство для контроля изоляции электротехнических систем, содержит генератор трехфазной сети, нагрузку, блок присоединения к нагрузке, включающий дифференциальный автомат, последовательно соединенный с блоком питания, выпрямитель, делитель частоты, заградительный блок, измерительный блок с реле, шунтированным конденсатором, исполнительный элемент с катушкой отключения дифференциального автомата, блок отключения дифференциального автомата, датчиком тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампу сигнализации, установленных в блоке отключения дифференциального автомата. Четыре выхода генератора трехфазной сети подключены параллельно через блок присоединения к нагрузке и заградительному блоку, выход которого подключен к одному из входов выпрямителя, два выхода которого подсоединены к входам измерительного блока, другой вход выпрямителя подключен к одному из входов делителя частоты, другой выход которого соединен с землей, первый и второй выходы блока присоединения соединены с исполнительным элементом, входы которого соединены с соответствующими выходами генератора сети, выход блока отключения дифференциального автомата соединен с четвертым выходом блока присоединения, через разделительный конденсатор, а выход соединен с землей и сигнальной лампой исполнительного элемента, вход которой соединен с контактом реле измерительного блока, а выход ее через резистор соединен со вторым входом исполнительного элемента, при этом контакт реле блока отключения дифференциального автомата своим входом подключен к первому входу исполнительного элемента, а выход его к катушке отключения дифференциального автомата, датчик тока блока присоединения своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации блока отключений дифференциального автомата, которые своими выходами подсоединены к земле.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для защиты электрических установок переменного тока с изолированной нейтралью от аварийных режимов с распознаванием вида повреждений и определением их места.

Известно устройство для контроля изоляции электрических систем [1]

Устройство содержит генератор трехфазной сети, нагрузку, блок присоединения к нагрузке, делитель частоты, выпрямитель, заградительный блок, измерительный блок и исполнительный элемент.

Генератор трехфазной сети своими тремя выходами подключен к входу блока присоединения, который своими тремя выходами подключен к нагрузке, соединенной с землей. Остальными двумя выходами подключен к входу делителя частоты.

Блок присоединения к нагрузке содержит дифференциальный автомат последовательно соединенный с конденсаторами, объединенными звездой, являющимися блоком питания. Входы дифференциального автомата являются входами блока присоединения. Три выхода дифференциального автомата являются тремя выходами блока присоединения, первый и второй выходы дифференциального автомата являются четвертым и пятым выходами блока присоединения, а выход разделительных конденсаторов - его шестым выходом.

Делитель частоты своими входами соединен с соответствующими выходами генератора трехфазной сети, первый выход подключен к соответствующему входу выпрямителя, а второй - соединен с землей.

Заградительный блок представляет собой колебательный контур, вход которого подключен к шестому выходу блока присоединения, а выход - к соответствующему входу выпрямителя.

Измерительный блок представляет собой реле, шунтированное конденсаторами. Вход реле является входом измерительного блока, а выход реле - его выходом.

Исполнительный элемент представляет собой катушку отключения дифференциального автомата с замыкающим контактом реле измерительного блока. Вход катушки является входом исполнительного элемента, а выход контакта - его выходом.

Устройство работает следующим образом.

Ток генератора трехфазной сети, поступает на реле измерительного блока через конденсаторы блока присоединениям и, далее через колебательный контур заградительного блока, выпрямитель, делитель частоты - на землю, и имеет минимальную величину. Одновременно, ток генератора трехфазной сети поступает на контролируемую сеть нагрузки через дифференциальный автомат блока присоединения и далее через нагрузку на землю. Основной путь тока, проходит от делителя частоты, на выпрямитель, соединенный с измерительным блоком, через заградительный блок, конденсаторы блока присоединения, нагрузку и на землю, в выпрямителе токи поступающие от делителя частоты, генератора трехфазной сети и нагрузки накладываются, и результирующий ток утечки, который управляет контактом поступает на реле измерительного блока. Кроме того, ток генератора трехфазной сети поступает через дифференциальный автомат блока присоединения на отключающую катушку исполнительного элемента.

В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки, имеет допустимое значение, а величина результирующего тока утечки недостаточна для срабатывания реле измерительного блока. При этом контакт реле измерительного блока, находящийся в исполнительном элементе остается открытым, в отключенном состоянии. Ток от генератора трехфазной сети продолжает поступать на нагрузку. Измерительный блок показывает величину результирующего тока утечки нагрузки, соответствующей техническим нормам,

В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм, результирующий ток утечки увеличивается выше допустимых норм (значений) и включает контакт реле измерительного блока, который показывает величину утечки результирующего тока, превышающую технические нормы.

При включенном контакте реле на отключающую катушку исполнительного элемента поступает ток, который отключает ток генератора трехфазной сети от нагрузки с помощью дифференциального автомата блока присоединения.

Недостатком этого устройства является недостаточная надежность работы. Это обусловлено тем, что при малых величинах результирующего тока утечки, дифференциальный автомат срабатывает только при симметричном снижении сопротивления изоляции нагрузки. Кроме того, не представляется возможным фиксировать повреждение от воздействия тепловых излучений от внешнего источника, и определять место повреждения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству, принятому нами за прототип, является устройство для контроля, изоляции электротехнических систем [2].

Устройство содержит генератор трехфазной сети, блок присоединения, нагрузку, делитель частоты, выпрямитель, заградительный блок, исполнительный элемент, измерительный блок, блок отключения дифференциального автомата.

Первые четыре выхода генератора сети подключены к входам блока присоединения, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы которого подсоединены к входам нагрузки, остальные два выхода подключены к входу делителя частоты, один выход которого соединен с первым входом выпрямителя, а второй выход - с землей.

Блок присоединения к нагрузке содержит дифференциальный автомат, последовательно соединенный с конденсаторами, объединенными звездой, являющимися блоком питания. Входы дифференциального автомата и четвертый выход генератора сети являются входами блока присоединения. Три выхода дифференциального автомата и четвертый провод от генератора сети являются пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами блока присоединения. Первый выход дифференциального автомата и выход четвертого провода генератора трехфазной сети являются первым и вторым выходами блока присоединения, выход конденсаторов объединенных звездой его первым выходом, выход разделительного конденсатора, соединенного с заградительным блоком - его четвертым выходом.

Заградительный блок представляет собой колебательный контур, вход которого подключен к третьему выходу блока присоединения, а выход к входу выпрямителя. Вход и выход колебательного контура является входом и выходом заградительного блока.

Исполнительный элемент своими двумя входами подключен к первому и второму выходу блока присоединения и представляет собой катушку отключения дифференциального автомата с замыкающим контактом реле тока блока отключения дифференциального автомата. Сигнальную лампу с замыкающим контактом реле тока измерительного блока. Вход катушки является входом исполнительного элемента, а выход контакта - его выходом. Вход сигнальной лампы соединен с выходом резистора, а его вход является входом исполнительного элемента. Выход контакта, последовательно соединенного с сигнальной лампой также является входом исполнительного элемента.

Измерительный блок представляет собой реле, шунтированное конденсатором. Вход реле является входом измерительного блока, а выход реле - его выходом.

Блок отключения дифференциального автомата представляет собой реле, вход которого соединен с четвертым выходом блока присоединения через разделительный конденсатор, выход его через подстроечный резистор соединен с землей.

Устройство работает следующим образом.

Ток генератора трехфазной сети поступает на реле измерительного блока через конденсаторы блока присоединения и далее через колебательный контур заградительного блока, выпрямитель, делитель частоты на землю, и имеет минимальную величину. Одновременно ток генератора трехфазной сети поступает на контролируемую сеть нагрузки через дифференциальный автомат и четвертый провод блока присоединения и далее через нагрузку на землю. Основной путь тока проходит от делителя частоты на выпрямитель, соединенным с измерительным блоком, через заградительный блок, конденсаторы блока присоединения, нагрузку и на землю.

В выпрямителе токи делителя частоты, генератора трехфазной сети и нагрузки накладываются, и результирующий ток утечки поступает на реле измерительного блока. Кроме того, ток генератора трехфазной сети поступает через дифференциальный автомат и четвертый провод генератора трехфазной сети в блоке присоединения на отключающую катушку и сигнальную лампу исполнительного элемента.

Ток генератора трехфазной сети поступает также на реле блока отключения дифференциального автомата от четвертого выхода блока присоединения через разделительный конденсатор, где он и компенсируется подстроечным резистором.

В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, а величина результирующего тока утечки недостаточна для срабатывания реле измерительного блока. При этом контакт реле в исполнительном элементе находится в отключенном состоянии, сигнальная лампа не горит. Контакт реле блока отключения дифференциального автомата в исполнительном элементе также находится в отключенном состоянии.

Ток от генератора трехфазной сети продолжает поступать на нагрузку, измерительный блок показывает величину утечки результирующего тока нагрузки, соответствующую техническим нормам.

В аварийном режиме, в первом случае, при симметричном снижении сопротивления изоляции нагрузки ниже установленных норм результирующий ток утечки увеличивается выше установленных норм (допустимых значений), реле измерительного блока срабатывает и включает контакт свой в исполнительном элементе. Измерительный блок показывает величину результирующего тока утечки выше установленных норм, сигнальная лампа в исполнительном элементе горит, показывая аварийный режим в электроустановке. Это дает некоторое время для поиска и устранения неисправностей в электрооборудовании технологического процесса.

В аварийном режиме, во втором случае, при однофазном замыкании на землю или при прикосновении человека к фазному проводу величина результирующего тока утечки увеличивается до уровня срабатывания реле в блоке отключения дифференциального автомата. При этом включается контакт реле в исполнительном элементе и на отключающую катушку поступает ток, который отключает ток генератора трехфазной сети от нагрузки через дифференциальный автомат блока присоединения.

Устройство для контроля изоляции электротехнических систем является надежным в работе за счет распознавания вида повреждения в электрооборудовании при различных снижениях сопротивления изоляции нагрузки.

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет распознавать вид повреждения от воздействия теплового излучения внешней среды, имеет низкую чувствительность при фиксации срабатывания от воздействия теплового излучения от источников внешней среды, не определяется место повреждения в контролируемой сети.

Задачей полезной модели является создание устройства для контроля изоляции электротехнических систем, позволяющее распознавать вид повреждения от воздействия внешних источников теплового излучения, повысить чувствительность при воздействии на контролируемую сеть тепловых излучений от источников внешней среды, определить место повреждения в контролируемой сети.

Для решения поставленной задачи в устройстве для контроля изоляции электротехнических систем, содержащем генератор трехфазной сети, нагрузку, блок присоединения к нагрузке, включающий дифференциальный автомат, последовательно соединенный с блоком питания, выпрямитель, делитель частоты, заградительный блок, измерительный блок с реле, шунтированным конденсатором, исполнительный элемент с катушкой отключения дифференциального автомата, блок отключения дифференциального автомата, при этом четыре выхода генератора трехфазной сети подключены параллельно через блок присоединения к нагрузке и заградительному блоку, выход которого подключен к одному из входов выпрямителя, два выхода которого подсоединены к входам измерительного блока, другой вход выпрямителя подключен к одному из входов делителя частоты, другой выход которого соединен с землей, первый и второй выходы блока присоединения соединены с исполнительным элементом, входы которого соединены с соответствующими выходами генератора сети, выход блока отключения дифференциального автомата соединен с четвертым выходом блока присоединения, через разделительный конденсатор, а выход соединен с землей и сигнальной лампой, вход которой соединен с контактом реле измерительного блока, а выход ее через резистор соединен со вторым входом исполнительного элемента, при этом контакт реле блока отключения дифференциального автомата своим входом подключен к первому входу исполнительного элемента, а выход его к катушке отключения дифференциального автомата, дополнительно введены датчик тока, установленный в блоке присоединения, симистор, реле и лампа сигнализации, установленные в блоке отключений дифференциального автомата, при этом датчик тока своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, которые своими выходами подсоединены к земле.

Отличительными признаками заявляемого решения от прототипа являются: датчик тока, симистор, реле, лампа сигнализации и новые взаимосвязи в устройстве.

Благодаря отличительным признакам заявляемое решение позволяет распознавать вид повреждения, повысить чувствительность устройства к срабатыванию от воздействия внешних источников теплового излучения и определить место повреждения в контролируемой сети по месту расположения датчика тока. Это обусловлено тем, что при воздействии внешнего источника теплового излучения на датчик тока сигнал передается на симистор и далее на реле, которое замыкает контакт на катушку отключений дифференциального автомата, отключающего генератор сети от нагрузки.

На фиг. представлена схема устройства для контроля изоляции электротехнических систем.

Устройство для контроля изоляции электротехнических систем содержит генератор трехфазной сети 1, блок присоединения 2, нагрузку 3, делитель частоты 4, выпрямитель 5, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок 6, исполнительный элемент 7, измерительный блок 8 блок отключения дифференциального автомата 9.

В качестве генератора трехфазной сети 1 выбран генератор ДГА-250 Блоке присоединения 2 включает дифференциальный автомат 10 типа ПМВ, конденсаторы 11 и разделительный конденсатор 12 марки КВГМП-600В, датчик тока 13. В выпрямителе 5 использованы диоды Д226Д. Делитель частоты 4 марки ДЧ600/3000-2700. В заградительном блоке 6 использован колебательный контур 14 марки Др-600 и конденсатор КБГ-400. Исполнительный элемент 7 включает катушку отключения 15 пускателя типа ПМВ с замыкающими контактами 16 и 17, сигнальную лампу 18 ЛС-220В с замыкающим контактом 19 и резистор 20. Измерительный блок 8 представляет собой реле тока 21 шунтированное конденсатором 22 типа РКН, и миллиамперметр M200I-24. Блок отключения дифференциального автомата 9 включает реле 23, 24 типа РЭС64А с током срабатывания 1,2-1,5 мА, подстроечный резистор 25, сигнальную лампу 26 типа ЛН, симистор 27, резистор 28, замыкающий контакт 29 реле 24.

Первые четыре выхода генератора трехфазной сети 1 подключены к входам блока присоединения 2, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы которого подсоединены к входам нагрузки 3, остальные два выхода подсоединены к входам делителя частоты 4, один выход которого соединен с первым входом выпрямителя 5, а второй выход - с землей.

Дифференциальный автомат 10 блока присоединения 2 к нагрузке 3, последовательно соединен с конденсаторами 11, объединенными звездой, являющимися блоком питания. Входы дифференциалы автомата 10 и четвертый выход генератора трехфазной сети 1 являются входами блока присоединения 2. Три входа дифференциального автомата 10 и четвертый провод от генератора трехфазной сети 1 являются шестым, седьмым, восьмым и девятым выходами блока присоединения 2. Первый выход дифференциального автомата 10 и выход четвертого провода генератора трехфазной сети 1 являются первым и вторым выходом блока присоединения 2, а выход конденсаторов 11 его третьим выходом, выход разделительного конденсатора 12 - его четвертым выходом, выход от датчика тока 13 - его пятым выходом.

Входом и выходом заградительного блока 6 являются вход и выход колебательного контура 14. Вход колебательного контура 14 подключен к третьему выходу блока присоединения 2, а выход к входу выпрямителя 5.

Исполнительный элемент 7 своими двумя входами подключен к первому и второму выходу блока присоединения 2.

Вход катушки отключения 15 является входом исполнительного элемента 7, а объединенный выход контактов 16 и 17 - его выходом. Вход сигнальной лампы 18 соединен с выходом резистора 20, а его вход является входом исполнительного элемента 7. Выход контакта 19 также является входом исполнительного элемента 7.

Вход реле 21 измерительного блока 8 является его входом, а выход реле 21 - выходом измерительного блока 8.

Вход реле 23 блока отключения дифференциального автомата 9 соединен с четвертым выходом блока присоединения 2 через разделительным конденсатор 12, а выход его через подстроенный резистор 25 соединен с землей.

Выход симистора 27 блока отключения дифференциального автомата 9 соединен с входом реле 24, выход которого соединен с землей. Вход сигнальной лампы 26 блока отключения дифференциального автомата 9 соединен с выходом замыкающего контакта 29 реле 24, а выход ее через резистор 28 соединен с землей, вход симистора 27, объединенного с входом замыкающего контакта 29 реле 24 подсоединен к выходу датчика тока 13, являющийся пятым выходом блока присоединения 2.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии воздействия теплового излучения от внешних источников на контролируемую сеть ток генератора трехфазной сети 1 поступает на реле 21 измерительного блока 8 через конденсаторы 11 блока присоединения 2 и далее через колебательный контур 14 заградительного блока 6, выпрямитель 5, делитель частоты 4 - на землю, и имеет минимальную величину. Одновременно ток генератора трехфазной сети 1 поступает на контролируемую сеть нагрузки 3 через дифференциальный автомат 10 и четвертый провод блока присоединения 2 и далее через нагрузку 3 на землю. Основной путь тока проходит от делителя частоты 4, на выпрямитель 5, соединенный с измерительным блоком 8, через заградительный блок 6, конденсаторы 11 блока присоединения 2, нагрузку 3 и на землю. В выпрямителе 5 токи делителя частоты, генератора трехфазной сети 1 и нагрузки 3 накладываются и результирующий ток утечки поступает на реле 21 измерительного блока 8. Кроме того, ток генератора трехфазной сети 1 поступает через дифференциальный автомат 10 и четвертый провод генератора сети 1 блока присоединения 2 на отключающую катушку 15 и сигнальную лампу 18 исполнительного элемента 7. Ток генератора сети 1 поступает также на реле 23 блока отключения дифференциального автомата 9 от четвертого выхода блока присоединения 2 через разделительный конденсатор 12 и компенсируется подстроечным резистором 25.

В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки 3 имеет допустимое значение, а величина результирующего тока утечки недостаточна для срабатывания реле 21 измерительного блока 8, при этом контакт 16 реле 23 в исполнительном элементе 7 находится в отключенном состоянии, сигнальная лампа 18 не горит, контакт 16 реле 23 и контакт 17 реле 24 в исполнительном элементе 7 находятся в отключенном состоянии.

Ток от генератора трехфазной сети 1 продолжает поступать на нагрузку 3. Измерительный блок 8 показывает утечки результирующего тока нагрузки 3, соответствующую техническим нормам.

В аварийном режиме, в первом случае, при симметричном снижении сопротивления изоляции нагрузки 3 ниже установленных норм, результирующий ток утечки увеличивается выше установленных норм (допустимых значений) реле 21 в измерительном блоке 3 срабатывает и включает контакт 19 в исполнительном элементе 7. Измерительный блок 8 показывает величину результирующего тока утечки выше установленных норм, сигнальная лампа 18 в исполнительном элементе 7 горит, показывая аварийный режим в электроустановке. Это дает некоторое время для поиска и устранения неисправностей в электрооборудовании технологического процесса.

В аварийном режиме, во втором случае, при однофазном замыкании на землю или прикосновении человека к фазному проводу величина результирующего тока утечки увеличивается до уровня срабатывания реле 23 в блоке отключения дифференциального автомата 9. При этом включается контакт 16 реле 23 в исполнительном элементе 7 и на отключающую катушку 15 поступает ток, который отключает ток генератора трехфазной сети 1 от нагрузки 3 через дифференциальный автомат 10 блока присоединения 2.

В аварийном режиме, в третьем случае, при воздействии теплового излучения от внешнего источника на контролируемую сеть датчик тока 13 в блоке присоединения 2 открывается и ток от него поступает на вход симистора 27 и контакта 29, при этом симистор 27 открывается, выход которого подсоединен к входу реле 24 и цепь тока замыкается на землю. Реле 24 срабатывает и включает свои контакты 19 в цени отключающей катушки 15 в исполнительном элементе 7 и 29 в цепи сигнальной лампы 26. В результате ток поступает на катушку отключения 15 дифференциального автомата 10 в блоке присоединения 2, после чего дифференциального автомата 10 срабатывает и отключает генератор трехфазной сети 1 от нагрузки 3. При этом ток от датчика тока 13 поступает на сигнальную лампу 26, которая загорается и продолжает гореть и после отключения генератора трехфазной сети 1 от нагрузки 3, что указывает на процесс распознавания вида повреждения. Чувствительность срабатывания устройства контроля изоляции электротехнических систем значительно повышается.

Таким образом представляется возможным отыскать место повреждения в контролируемой сети в отключенном состоянии от генератора трехфазной сети 1, так как ток от датчика 13 продолжает поступать независимо от состояния нагрузки 3 на вход симистора 27 и сигнальную лампу 26, которая во все время поиска неисправностей в контролируемой сети будет находиться во включенном состоянии и гореть.

Мест повреждения находят по месту расположения датчика 13 в контролируемой сети.

Источники информации, принятые во внимания.

1. Патент 68799 РФ. МПК Н02Н 3/16. Устройство для контроля изоляции электротехнических систем. / Балюк А.А., Борзеев И.Я., Катин В.Д. заявка 2007121190/22, заявл. 05.06.2007. Опубл. 27.11.2007. Бюл. 33.

2. Патент 75515 РФ. МПК Н02Н 3/16. Устройство для контроля изоляции электротехнических систем. / Балюк А.А., Борзеев И.Я. заявка 2008111457/22, заявл. 25.03.2008. Опубл. 10.08.2008. Бюл. 22.

Устройство для контроля изоляции электротехнических систем, содержащее генератор трехфазной сети, нагрузку, блок присоединения к нагрузке, включающий дифференциальный автомат, последовательно соединенный с блоком питания, выпрямитель, делитель частоты, заградительный блок, измерительный блок с реле, шунтированным конденсатором, исполнительный элемент с катушкой отключения дифференциального автомата, блок отключения дифференциального автомата, при этом четыре выхода генератора трехфазной сети подключены параллельно через блок присоединения к нагрузке и заградительному блоку, выход которого подключен к одному из входов выпрямителя, два выхода которого подсоединены к входам измерительного блока, другой вход выпрямителя подключен к одному из входов делителя частоты, другой выход которого соединен с землей, первый и второй выходы блока присоединения соединены с исполнительным элементом, входы которого соединены с соответствующими выходами генератора сети, выход блока отключения дифференциального автомата соединен с четвертым выходом блока присоединения через разделительный конденсатор, а выход соединен с землей и сигнальной лампой, вход которой соединен с контактом реле измерительного блока, а выход ее через резистор соединен со вторым входом исполнительного элемента, при этом контакт реле блока отключения дифференциального автомата своим входом подключен к первому входу исполнительного элемента, а выход его - к катушке отключения дифференциального автомата, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено датчиком тока, установленным в блоке присоединения, симистором, реле и лампой сигнализации, установленными в блоке отключений дифференциального автомата, при этом датчик тока своим выходом подсоединен к входам симистора и лампы сигнализации, которые своими выходами подсоединены к земле.