Устройство для защитного отключения в сети переменного тока с глухозаземленной нейтралью

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕМЕННО ГО ТОКА С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ , содержащее дифференциальный трансформатор тока (ДТТ), на выход которого подключены входы усилителя к усилителя-ограничителя , аналоговый вычитатель,первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно усилителя и усилителя-ограничителя , а выход - к информационному входу элемента ЗАПРЕТ, датчик тока нагрузки, блок формирования сигнала ПО скорости изменения тока нагрузки, вход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, а выход - к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ, инвертор, вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход - к выходному релейному элементу, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, дополнительно введены для каждой фазы датчик активного тока утечки на землю, первый вход которого подсоединен к выходу ДТТ, а второй входк датчику фазного напряжения сети, конденсатор , подключенный к выходу ДТТ,три пороговых элемента, входы которых соединены соответственно с выходами датчиков .активного тока утечки, три элемента ПА-, МЯТЬ, входы которых соединены соответстаенно с выходами пороговых элементов, а управляющие входы элементов ПАМЯТЬ соединены между собой и подключены к о выходу блока формирования сигнала по 9 скорости изменения тока нагрузки, три элемента И, при этом ко входам первого элементаИ подключены выходы первого и второго элементов ПАМЯТЬ, ко входам второго -- выходы второго и третьего элементов ПАМЯТЬ, ко входам третьего - выходы первого и третьего элементов ПАМЯТЬ, трехвходовый элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам эле05 ментов И, а выход - ко входу инвертора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1061213 А зад Н 02 Н 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3480557/24-07 (22) 13.08.82 .(46) 15.12.83. Бюл. № 46 (72) Н.Н. Сапига, В. П. Козыренко, Ф. Б. Годгильдиев, В. H. Лужков и Т. С. Саенко (53) 621.3! 6.92.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 609160,кл. Н 02 Н 3/16.

2. Авторское свидетельство СССР № 465690, кл. Н 02 Н 3/14, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3257975/24-07, 11.03 81. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНО-.

ГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕАТРАЛЬЮ, содержащее дифференциальный трансформатор тока (ДТТ), на выход которого подключены входы усилителя и усили-. теля-ограничителя, аналоговый вычитатель; первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно усилителя и усилителя-ограничителя, а выход — к информационному входу элемента ЗАПРЕТ, датчик тока нагрузки, блок формирования сигнала по скорости изменения тока нагрузки, вход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, а выход — к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ,инвертор, вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход — к выходному релейному элементу, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, дополнительно введены для каждой фазы датчик активного тока утечки на землю, первый вход которого подсоединен к выходу ДТТ, а второй входк датчику фазного напряжения сети, конденсатор, подключенный к выходу ДТТ,три пороговых элемента, входы которых соединены соответственно с выходами датчиков активного тока утечки, три элемента ПАМЯТЬ, входы которых соединены соответст-. венно с выходами пороговых элементов, а управляющие входы элементов ПАМЯТЬ соединены между собой и подключены к выходу блока формирования сигнала по .скорости изменения тока нагрузки, три элемента И, при этом ко входам первого эле- / мента И подключены выходы первого и второго. элементов ПАМЯТЬ, ко входам второго — выходы второго и третьего элементов

ПАМЯТЬ, ко входам третьего — выходы 2 первого и третьего элементов ПАМЯТЬ, трехвходовый элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам эле- ( ментов И, а выход — ко .входу инвертора. ф

1061213

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике защиты люлей <хг поражения электрическим током.

Известен ряд устройств защитного отключения (УЗО), основанный на измерении тока утечки на землю, сравнении его с эталонной величиной и формировании по разности измеренной и эталонн(>й величин отключаю(цего сигнала (1}.

Описанные устройства просты, однако имеют следующие основные недостатки: отсутствует самоконтроль исправности наименее надежных элементов; отсутствует отстройка от естественных токов утечки (через изоляцию) на землю, что не позволяет в ряде случаев выполнить УЗО для групповой зашиты с высокой чувствительностью (5 — 20 мА1.

Известны другие УЗО, позволяющие отстроиться от естественных токов утечки на землю (21.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является УЗО, включающее дифференциальный трансформатор тока (3TT), усилитель, усилитель-ограничитель, аналоговый вычита.тель, трансформатор тока нагрузки, блок формирования сигнала по скорости нарастания тока нагрузки, элемент ЗАПРЕТ, инвертор и выходной релейный элемент (31.

Основной недостаток устройства — ненадежная работа в трехфазных сетях с естественными токами утечки на землю до

10 — 20 мА.

Распределение токов утечки на землю

tlo фазам, как правило, несимметрично. Причем указанная несимметрия растет со временем эксплуатации. В этих условиях прикосновение человека к разным фазам будет вызывать различный сигнал на выходе ДТТ

УЗО, установленного в подобной сети.

Так, например, если фаза А имеет ослабленную изоляцию относительно земли и ток утечки на землю превышает соответствующие токи других фаз, то прикосновение человека к фазе В или фазе С не вызовет повышения амплитуды сигнала на выходе

ДТТ, изменится лишь начальная фаза сигнала на выходе ДТТ. Все это происходит,, если сигналы, обусловленные естественным током утечки и прикосновением человека, равны. В случае, если они не равны, но соизмеримы, происходит фактическое загрубление защиты по величине уставки.

Цель изобретения — новы(неHH(чувствительности устройсгва.

Поставленная цель достигае(с)1 r(», что в устройство, содержа(цее JITT, на выход которого подключены в х(> ды ус н. I н тел я и усилителя-ограничителя, а)гал(н.овь<й вычитатель, первый и второй вх(лы I ()I<>l)«to подключены к выходами) (.оо1()е)(") н< till<) усилителя и усилителя-ограничителя,;1 н>кх<>л к информационному Rxo;1 э.н мсн I > .1А!1РЕТ, датчик т1>ка на(рузи», (>,1 >ь <(><>р)111рования сигнала Ito скороеca измеll(.)IHH тока нагрузки, вход которого полклк)>(ен к выходу датчика тока нагрузки, а выход — к запрещающему вхолу элемента ЗАПРЕТ, инвертор, вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход — к выходному релейному элементу, дополнительно введены для каждой фазы датчик активного тока утечки на землю, первый вход которого подсоединен к выходу ДТТ, а второй вхол— к датчику фазного напряжения сети, конденсатор, подключенный к выходу ДТТ, три пороговых элемента, входы которых соединены соответственно с выходами датчиков активного тока утечки, три элемента

ПАМЯТЬ, входы которых соединены соответственно с выходами пороговых элементов, а управляюшие входы элементов ПАМЯТЬ соединены между собой и подключены к выходу блока формирования сигнала по скорости изменения тока нагрузки, три эле20 мента И, при этом ко входам первого эле. мента подключены выходы первого и второго элементов ПАМЯТЬ, ко входам второго— выходы второго и третьего элементов ПАМЯТЬ, ко входам третьего — выходы первого и третьего элементов ПАМЯТЬ, трех25 входовый элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам элементов И, а выход — ко входу инвертора.

Введение новых элементов позволяет повысить чу вствительность устройства по 0 току уставки в трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью с повышенными токами утечки на землю.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ДТТ 1, на выход

35 которого подключены конденсатор 2, усилитель 3 и усилитель-ограничитель 4, аналоговый вычитатель 5, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам усилителя 3 и усилителя-ограничителя 4, элемент ЗАПРЕТ 6, информационный вход которого подключен к выходу аналогового вычитателя 5, а выход — ко входу инвертора 7, выхолной релейный элемент 8, подключенный к выходу инвертора 7 и управ ляющий катушкой 9 коммутационного аппа45 рата, датчик тока нагрузки 10, блок 11 формирования сигнала по скорости изменения тока нагрузки, вход которого полклк)чен к выходу трансформатора 10, а выход к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 6, датчики активного тока утечки на землю 12-14, первые вхо jt t которых подключены к выходу ДТТ 1, а вторые входы -- соответственно на фазные напряжения, пороговые элементы 15- 7. их<)лы кот()рых полклк)чсны c<)()TB(T(:Tâ(нно к выходам датчик<)в 1214, эz(.iI(.tlat !1АМЯ Ь 18 -20, входы ко1

T() l ) t)1 х I t » I K. I l(> I (11 Ы с() от н(Т(т и(н и(> К В ь< х о. (1 М эл(х)(1(тов 15 . у))р(>н, I)lt()lit)1(входы эл(х)(111(>ll l lЛ.х! Ч l!> «>(Illtl(нь) хl(жзу ((>б»11

iIi>1к,11(»> lllI f. »„Ii<> Ii (>.l(>t; I l I, ).l(м(111>I

1<)«,121:$

l! 21 2)3. ««1)l«>«<)»«ко «)х<)д)<ч ы«м< «« «<) 2! подклк) и «I«>< вы.«>ды э.и м ««1<)«3 18, 19, ко входам .. и м< нта 22 - — выходы элем ««T<)B 19, 20, ко входам элемента 23 — — выходы зле ментов 18, 20, трехвходовый элемент ИЛИ 24 5 входы которого подсоединены соответственно к выходам элементов 21 — 23, а выход — ко входу интвертора 7.

Элементы ПАМЯТЬ 18 — 20 выполнены на базе схем ИЛИ-НЕ (как один из возможных вариантов) .. Выбранный вариант «О отличается простотой. Коэффициенты усилителей 3, 4 равны.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии питание блоков отсутствует, выходной релейный элемент 8 15 обесточен.

При включении коммутационного аппарата подается питание на электроустановку, на блоки 3 — 7, !2 — 24.

На вход каждого усилителя за счет естественного тока утечки на землю подается 20 сигнал, который каждым усилителем усиливается одинаково.

При этом величина коэффициента усиления и напряжение стабилизации стабили- . тронов на схеме приведен простеишии ва 25 .риант усилителя-ограничителя) подобраны таким образом, чтобы в этом режиме допустимого естественного тока утечки и отсутствии прикосновения человека — не происходило ограничения амплитуды в усилителе 4. В результате на входы блока 5 30 поступают практически одинаковые сигналы по амплитуде, а на выходе его напряжение близко к нулю. На входе интвертора 7 сигнал равен нулю, релейный элемент 8 срабатывает и контакты коммутационного аппа- рата остаются замкнутыми, а электроуста- 35 новка — подключенной к сети.

Одновременно на выходе блоков 12 — 14 появляются сигналы.

Напряжение сигнала () на выходе любого блока 12--14 определяется по формуле

U = !<итсовт, (!.) где()» -- напряжение на выходе дифференциального трансформатора тока 1;

--угол сдвига между напряжением Uq и фазным напряжением сети.

Для обеспечении минимальной погреш- 45 ности (до 1 "/О) си«нал, пропорциональный току утечки, подается не с выхода усилителя

3, а ««с посредственно от" ДТТ I. Выбором величины емк<)сти конденсатора 2 обеспечивак>т минимальный сдвиг между напряжением ()т и напряжением той фазы, в которой

50 происходит наибольшая утечка тока на землю, и однонрем<нное существенное улучшение формы кривой (1т. Так, экспериментальH<) у<тановл H<), что для ДТТ, используемом в серийном устр<>йстве ЗОУИ-25, эта величина емк<н ти находится в пределах 0,7—

l,2 мкф.

1««к)«м <)бра:<ом. если предположить, что ът< чк)< ток«< в ф«<з«Л, T<) «ИГHd lbl Hd выходах датчиков 12-- 14 согласно выражению (1) равны

Ц,=-Ю., (С.,Ф =(); (-«<ъ-"к(.)<, Г Со»«% )=о)5); (2)

U<»= «»UT LC<>s(Ô = 0)5).

Сигналы, поступающие на вход пороговых элементов 15 — 17, представляющих по сути электронные ключи, преобразуются в логические сигналы для каждой фазы, т. е. на выходе элемента 15 будет логическая единица, а элементов 16, 17 — логические нули. Таким образом, возможные колебания величин U, U«>, U)», связанные с несимметрией фазных напряжений, не влияют на качество работы, так как сохраняются соотношения

Ъ

v<<з ттй

Логическая информация поступает на входы элементов ПАМЯТЬ 18 — 20. На выходе элементов 18 — 20 будут соответственно

«!», «О», «О». На выходе элементов И 21 — 23 и элемента ИЛИ 24 будут логические нули.

Следовательно, изменения состояния релейного элемента 8 не происходит.

При включении нагрузки, например груп пы потребителей, имеющих относительно большую долю тока утечки в общем естественном токе утечки на землю, возникает также скачок тока утечки. В результате амплитуда сигнала на выходе ДТТ 1 может возрасти до величины, при которой происходит огра ничение выходного сигнала в усилителе 4. В этом случае равенство амплитуд сигналов на входах в блоке 5 нарушается, а на его выходе возникает сигнал, который проходит элемент ЗАПРЕТ 6 и «1<)ступает на вход инвертора 7. Релейный эл«мент 8 обесточивается и электроустановка отключается от сети. Для предотвращения подобного ложного отключения с блока 11 поступает сигнал на запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ 6, сигнал на ее выходе остается равным нулю, а электроустановка-подключенной к сети.

Одновременно сигнал с блока ll подается на управляющие входы элементов ПАМЯТЬ.

Это необходимо для того, чтобы запись информации в элемент ПАМЯТЬ производилась после окончания переходного процесс». !

lри прикосновении человека к токоведун«им частям, например к фазе, имеющей максимальную величину тока утечки на землю, в зоне защиты, сигнал на выходе ДТТ l возрастает до такой величины, что пр<>исходит его ограничение в усилителе 4 и, как было описано, отключение электроустановки от сети.

В случае прикосновения человека к гоковедущим частям, например фазы В, амплитуда на выходе его не изменяется или изменяется незначительно (в худшем случае сигналы на выходе ДТТ 1, обусловленные естестве««ным током утечки или прикосновением человека, равны).

1<.161213

6Составитель G. Лисинин

Редактор С. Тимохина Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

3 а и аз 10054! 55 Тираж 617 Поди и с иое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открьлий

1 13035, Мосина, iK — 35, Рву шская н аб., д. 4/5 филиал ППП «Патеитз, г. Ужгород. ул. Проектная. 4

6 атом случае напря>кенни на выходах датчикоВ 12 — 14 становятся равными

Ue = 0,5И Зт, (Cos (- +) =0,5I;

Цз = — 0,51(1 1т, (Cos($(=0,5) (3)

U4 -"=-kU, (Cos(-тТ) =-1).На входах элементов И 21 — 23 появляются соответственно логические ноль, ноль

И единица, а на выходах — соответственно логические единица, ноль и единица.

На выходе элемента И 23 появляется логическая единица, проходит схему ИЛИ 24 10 и подается на вход инвертора 7, что приanд11т к обесточиванию релейного элемента 8 и отключению электроустановки оТ сети.

Устройство автоматически фиксируе отказы элементов в блоках 3, 4, 7,8, 10, 11 некоторые отказы (обрыв нли короткое за мыкание) элементов в блоках 2 — 24, Г!ол о>к ительный эффект от применения предлагаемого устройства заключается в сии>кении уровня электротравматизма за счет применения чувствительной защиты и обеспечения самоконтроля исправности ос новных элементов устройства.