Устройство для защиты от утечки тока на землю (корпус) в сети постоянного тока

Союз Советскик

Социалистическик

Весяублим

К ASTOPCNQAhV СВИДатВЛЬСтвЮ (6I ) Дополмительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 20. 05 80 (21) 2926826/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.02.82. Бюллетень М 9.

Дата опубликования описания 07 . 02 . 82"(5! )М. Кл.

Н 02 Н 3117

3ееудерстеенный комитет

СССР

II0 делам нзабретеннй н открытий (53) УДК 621. 316..925(088.8). (72) Авторы изобретения

В.О. Жидков, lO H Ильин и Н.А. Щур

4- .

Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕ4КИ ТОКА

HA ЗЕМЛЮ (КОРПУС) В СЕТИ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Изобретение относится к защите от утечек на землю и поражения электротоком при однополюсном прикосно- вении к токоведущим частям и может быть использовано в сетях постоянного тока с изменяющимся рабочим напряжением по полярности и величине.

Известно устройство для селективного выявления снижения сопротивления изоляции полюсов сети постоянного

10 тока, включающее делитель напряжения, включенный между полюсами контролируемой сети, и чувствительные элементы на операционных усилителях, 1$ инвертирующие входы которых присоединены к соответствующим плечам делителя, а неинвертирующие — объединены и присоединены к земле через одинаковые по величине резисторы.

Такая схема соединения элементов обеспечивает возможность определения конкретного полюса с пониженным сопротивлением изоляции L13 .

Существенными недостатками данного устройства являются отсутствие чувствительности к симметричному снижению сопротивления изоляции обоих полюсов сети, невозможность применения схемы в сетях с изменяющейся полярностью напряжения; обеспечение лишь качественной оценки несимметрии сопротивлений изоляции по полюсам без учета их абсолютных величин.

Эти недостатки не позволяют -использовать известное устройство для целей защиты от утечек на землю и от поражения электротоком.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, состоящее из генератора оперативного тока пониженной частоты, подключенного к разделительному трансформатору с рабочими компенсирующими встречно включенными секциями вторичной обмотки операционного усилителя и фазового детектора. Выход рабочей секции

4067

fO

3 90 трансформатора через разделительный конденсатор подключен к одному из полюсов контролируемой сети, а выход компенсирующей секции трансформатора через другой конденсатор подключен к земле (корпусу). Средняя точка секций вторичной обмотки трансформатора подключена к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с измерительным входом фазового детектора. Данное устройство позволяет контролировать абсолютное значение сопротивления изоляции, причем реагирует на ее симметричные и несимметричные снижения Ã23.

Однако встречное включение рабочей и компенсирующей секций вторичной обмотки трансформатора с подключением к средней точке операционного усилителя с весьма малым входным сопротивлением обуславливает низкую чувствительность схемы, так как усилитель реагирует на результирующий оперативный ток (компенсирующий и рабочий);схема с встречным включением обмоток не позволяет обеспечить полной компенсации емкостной составляющей оперативного тока, что приводит также к снижению чувствительности, необоснованное усложнение устройства за счет фазочувствительного детектора, который к тому же не является неэффективным, так как задающие напряжения отбираются от источника оперативного тока, а оперативные — от цепи,с изменяющимися параметрами (сопротивлением изоляции).

Поэтому в зависимости от сопротивления изоляции фаза измеряемого напряжения изменяется, что не обеспечивает точности работы фазового детектора; .не обеспечивается корректировка уставок срабатывания при несимметричных снижениях сопротивления иЗоляции по полюсам.

Цель изобретения — повышение чувствительности защиты и надежности работы устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее генератор тока пониженной частоты, подключенный к разделительному трансформатору, рабочая и компенсирующая секции вторичной обмотки которого, соединенные последовательно, включены через конденсаторы между одним полюсом сети и Землей (кор- . пусом), операционный усилитель, присоединенный инвертирующим входом к средней точке между рабочей и компенсирующей секциями разделительного трансформатора, а выходом — к исполнительному органу, снабжено датчиком напряжения, анализатором несимметрии, задатчиком уставки, промежуточным транзистором, логическим элементом, реализующим логическую функцию у = x) х + x4 ° х, и двумя дополнительными операционными усилителями, причем выход задатчика уставки соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выбранного с большим входным сопротивлением, а вход — с коллектор-эмиттерной цепью промежуточного транзистора, база которого подключена к выходу логического элемента, подсоединенного двумя входами к выходам дополнительных операционных усилителей, а третьим входом — к блокирующей цепи датчика напряжения, при этом дополнительные операционные усилители подключены инвертирующими входами к катодам диодов, анодь; которых присоединены к делителю напряжения анализатора несимметрии, а компенсирующая и рабочая секции вторичной обмотки разделительного трансформатора включены согласно.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство состоит из источника

1 оперативного напряжения пониженной частоты, подключенного к первичной

О обмотке разделительного трансформатора 2. Вторичная обмотка разделительного трансформатора состоит из двух секций = рабочей 3 и компенсирующей 4, включенных согласно. Начало рабочей секции 3 подключено через конденсатор к одному из полюсов сети, а конец компенсирующей секции

4 - через регулируемый конденсатор

6, предназначенный для полной компенсации емкости сети, присоединен к земле (корпусу) . К средней точке секций подключен инвертирующий вход операционного усилителя 7 и регулируемый резистор 8, образующий с резистором 9 делитель напряжения в эадатчике 10 уставки.Выход усилителя

7 присоединен к исполнительному органу 11. Вход задатчика 10 уставки через коллектор - эмиттерную цепь промежуточного транзистора 12 при5 904067 соединяется к земле (корпусу). Базо-, вая цепь транзистора 12 включена на выход логического элемента 13, реализующего логическую функцию у = х„ х + х„ х . Две входные цепи

14 и 15 логического элемента 13 подключены к выходам операционных усилителей 16 и 17, входь которых подключены к катодам диодов 18 и 19, присоединенных анодами к резисторам 16

20, 21 и 22 (в точке А и В) делителя напряжения анализатора 23 несимметрии сопротивления изоляции по полюсам. Вход 24 логического элемента 13 подключен к блокировочному контакту 15

25 датчика 26 найряжения. Для задания уставок срабатывания операционных усилителей 16 и 17 служат регулируемые резисторы 27 и 28. Контролируемая цепь образована активными 29 и щ

30 и емкостными 31, 32 сопротивлениями изоляции полюсов системы генератор-двигатель 33,34. Для питания операционных усилителей и элемента служит источник питания (не 2s показан).

В исходном состоянии (замыкание не землю или утечка в сети отсутствуют) оперативное напряжение, подаваемое от средней точки рабочей 3 зв и компенсирующей 4 секций на вход операционного усилителя 7, оказывается ниже порога его срабатывания,определяемого задатчиком 10 уставки.

Анализатор 23 несимметрии при этом выдает сигнал положительной полярности на вход усилителя 17 и отпирает его, а на вход усилителя 16 поступает сигнал отрицательной полярности, вследствие чего он оказывает- «> ся запертым. Поэтому на входах 14 и 15 логического элемента 13 поступают сигналы, соответствующие логическим "1" и "0". При этом элемент

13 не выдает сигнал и транзистор 12 4s закрыт.

При симметричном снижении сопротивления изоляции контролируемой сети оперативное переменное напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 7 возрастает. После достижения им порога срабатывания усилитель 7, работающий в релейном режиме, выдает командный сигнал на исполнительный орган 11, отключающий сеть.

При несимметричном снижении сопротивления изоляции по полюсам или при .однополюсном прикосновении человека уставка срабатывания операционного усилителя 7 по условиям безопасности автоматически повышается.

Достигается это следующим образом.

При снижении сопротивления изоляции на активном сопротивлении 29 (на плюсовом полюсе) потенциал точки А относительно земли начинает снижаться. Когда потенциал точки А сравняется с потенциалом земли на вход усилителя 17 прекращается подача от" .пирающего положительного сигнала и он закрывается. При этом на входы

14 и 15 логического элемента 13 поступают сигналы, соответствующие логическим "0" и 0", а на выходе элемента 13 появляется положительный потенциал. Вследствие этого транзистор 12 открывается и шунтирует резистор 9 задатчика 10 уставки.

Последнее приводит к увеличению потери напряжения на резисторе 8,а следовательно к снижению положительного смещения на инвертирующем входе усилителя 7. Следовательно, для отпирания усилителя 7 требуется меньшее оперативное напряжение, подаваемое от средней точки секций 3 и 4. Таким образом, уставка срабатывания устройства автоматически завышается.

В случае снижения сопротивления изоляции на сопротивлении 30 (на минусовом полюсе) при некотором значении потенциал земли становится мень-: шим потенциала в точке В.. При этом диод 19 открывается, отпирается усилитель 16 и на входы 14 и 15 логического элемента 13 поступают сигналы, соответствующие логическому "1" и "1". Элемент 13 при этом выдает положительный потенциал и отпирает транзистор 12. В дальнейшем схема работает, аналогично, как было описа но выше.

При отсутствии напряжения в контролируемой сети на входе усилителя

16 и 17 управляющие сигналы не поступают. Поэтому они заперты, а следовательно, на входы 14 и 15 логичес" кого элемента 13 поступают сигналы, соответствующие логическим "0" и

"0". При таком сочетании элемент 13 на выходе выдает сигнал, отпирающий транзистор 12, который завышает уставку срабатывания устройства. Однако в данном случае (напряжение отсутствует) завышение уставки не требуется, а следовательно, необхо904067 димо исключить работу элемента 13 в таком режиме. Достигается это посредством включения в качестве блокировки замыкающего контакта 25 датчика

26 на третий вход логического элемента 13. Элемент 13 работает только при подаче питания через замкнутый контакт 25. Поэтому настройкой датчика 26 напряжения .на определенное напряжение срабатывания (например на 110 В) накладывается блокировка работы схемы корректировки уставки при напряжениях менее 110 В.

Таким образом, устройство обеспечивает защиту сети от симметричных утечек, а также от несимметричных утечек и поражения электротоком с автоматическим повышением уставки срабатывания.

Схема работоспособна при изменении напряжения контролируемой сети от 0

go U <„при любой полярности.

Использование предлагаемого устройства позволит повысить электробезопасность и снизить аварийность при эксплуатации сетей постоянного

I тока, в том числе с изменяющимся напряжением по величине и полярности в электроустановках горных предприятий.

Формула изобретения

Устройство для защиты от утечки тока на землю (корпус) в сети постоянного тока, содержащее генератор тока пониженной частоты, подключенный .к разделительному трансформатору, рабочая и компенсирующая секции вторичной обмотки которого, соединенные (последовательно, включены через конденсаторы между одним из полюсов сети и землей (корпусом), операционный усилитель, присоединенный инвертирующим входом к средней точке между рабочей и компенсирующей секциями разделительного трансформатора, а выходом - к исполнительному органу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствитель10 ности и надежности работы устройства, оно снабжено датчиком напряжения, анализатором несимметрии, задатчиком уставки, промежуточным транзистором, логическим элементом, реализующим

15 логическую функцию у=х„ х„+х„ х,и двумя дополнительными операционными усилителями, причем выход задатчика уставки соединен с инвертирующим входом операционного усилителя,выб20 ранного с большим входным сопротивлением, а вход — с коллектор-эмиттерной цепью промежуточного транзистора, база которого подключена к выходу логического элемента, под25 соединенного двумя входами к выходам дополнительных операционных усилителей, а третьим входом — к блокирующей цепи датчика напряжения,при этом дополнительные операционные зО усилители подключены инвертирующими входами к катодам диодов, аноды которых присоединены к делителю напряжения анализатора несимметрии, а компенсирующая и рабочая секции вторичной обмотки разделительного трансформатора включены согласно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

4о 11 561149, кл. С 01 R 27/18, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Г 469512, кл. G О1 R 27/02, 1973.

904067

Составитель Л. Васькова

Техред М. Надь Корректор Л. Бокшан

Редактор М. Янович

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная,4

Заказ 141/40 Тираж 669 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5