Устройство для защитного отключения электроустановки

 

(72) Автор изобретения

А. Г.Животовский

ЬМ.»

Всесоюзный научно.-исследовательский инсти1ут -----.. безопасност и т руда в горнорудной промыаленност и (7}) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ..

Изобретение относится к электрот ехнике, в част нос т и к устройствам для защитного отключения электроустановок при опасных утечках тока: из токоведущих элементов на землю.

Известно устройство для защитного отключения электроустановки, содержащее трансформатор тока нулевой по-. следовательности, к выходу которого подключен блок формирования сигнала по скорости нарастания (по пройзводt0 ной) тока утечки и блок формирования сигнала по абсолютному значению, тока утечки, выходы которых соединены с. исполнительным органом защиты о такт5 же трансформатор тока нагрузки, к:. выходу ко1орого подключен блок формирования сигнала запрета, выход которого соединен с.вторым входом блока формирования сигнала по скорости нарастания (flo производной) тока утечки (11.

К недостаткам этого устройства относится то, что трансформатор тока нулевой последовательности не позволяет выделить трехфазные симметричные токи утечки электроустановки, например, при равномерном снижении сопротивления ее изоляции до недопустимого уровня) и двухфазные у ечки,. уровень сигналов этих утечек значительно отличается от однофазных.

Кроме. того, устройство имеет узкую область .применения, например, его нельзя использовать для систем дискретного контроля сопротивления утечки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защитного отключения сети переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее последовательно соединенные источник оперативного тока и датчик сопротивления утечки, выполненный в виде

Г-образного четырехполюсника и реле (оно выполняет одновременно функции преобразователя оперативного тока и

7251

3 91 исполнительного органа защиты1, соединенные с сечью через блок подключения, содержащий последовачельно соединенные трехфазный дроссель и цепь развязки, состоящую из последовачельно соединенных нулевого дросселя и конденсатора.

Резистор в схеме датчика сопротивления утечки эчого устройства служи для ограничения величины оперативного тока через сопротивление утечки до безопасной величины, а конденсачор - для формирования производной оперативного чока при скачкообразном изменении сопрочивления утечки, ччо позволяет получич ь деформированную характеристику выходного сигнала датчика, сущносчь которой заключается в формировании сигнала, зависящего только оч величины скачкообразно возникшего сопротивления утечки и не зависящего до определенного уровня (недопустимого по условиям электро- и пожаробезопасносчи) абсолючного значения сопротивления изоляции электроустановки, медленно изменяющегося с течением времени.

При эчом величина деформации характеристики защитного устройства харакчеризует ся коэффициентом кч счепени деформации К = ; —, где

4и кр

Rq - отключающее сопротивление утечки при бесконечно большом сопрочивлении изоляции; R„ > - предельное очключающее сопротивление изоляции электроустановки C2).

К недостаткам извесчного устройстваа очносич ся отключение уставки срабатывания оч необходимой в зоне низкого значения сопротивления изоляции электроустановки. Это от клонение зависит от принятого коэффициента счепени деформации, который может находич ься в пределах 1 < К < оо; при Ко =1 характеристика является канонической, а при К> о — наиболее деформированной. Однако в данном усfpoHclве нельзя использовать наибольшую деформацию харакчеристики, поскольку нельзя принячь значение критического сопротивления изоляции равным нулю (оно должно быть всегда выше минимального уровня, допустимого по условиям элекчро- и пожаробезопасности, при эксплуачации любых электроустановок).

15 го

4о

55 ф

Кроме того, устройство имеет узкую обласч ь применения, например, его нбльзя использовать в системах дискретного контроля сопрочивления утечки с применением цифровых преобразователей или усчройсчв циклического режима работы, кочорые являются более перспективными в часчи улучшения таких характерисчик, как унификация, повышение надежности работы, повышение точности измерения сопротивления утечки и, наконец, в перспективе использования в измерительных информационных сисчемах и сисч емах комплексного управления элекч роснабжением горных предприячий сприменением вычислительных машин. Эчо определяет ся чем, что конч ро. лируемый сигнал формируется только в виде однокрачного переходного про цесса оперативного чока в моменч появления недопустимого значения сопротивления утечки, а не в заданный момент времени, определяемый шагом дискретизации в цифровых измеричельных преобразовачелях (или в сисчеме контроля сопротивления утечки с цикличным прерыванием цепи нагрузки) .

Все в целом снижает надежность рабочы защитного усчройсчва.

Цель изобретения - расширение обласчи применения пучем обеспечения

его работы для систем дискретного контроля сопротивления утечки, а

aàêæå исключения влияния сопротивления изоляции электроустановки на усчавку срабатывания.

Поставленная цель достигаеч ся чем, ччо устройсчво для защитного отключения электроустановки, содержащее блок подключения, через который к чоковедущим и к заземленным ее элементам подключены последовачельно соединенные источник операчивного тока и датчик сопротивления утечки, выполненный на конденсаторе и последовательно соединенных резисчоре и преобразователе операчивного чока, выход которого соединен с первым входом исполнительного органа, снабжено формирователем селекчорных импульсов и ключом, соединенным последовательно с конденсачором дач чика сопрочивления утечки, причем эта цепь включена параллельно резисчору упомянучого датчика, при этом управляющий вход ключа соединен с первым выходом формирователя селектор5 9 ных импульсов, второй выход которого соединен с вторым входом исполнительного органа.

Преобраэо вател ь. операт и вного т ока выполнен на последовательно соединенных датчике приращения опера-тивного тока и датчике абсолютного значения оперативного тока, выходы их соединены с первым входом исполнительного органа, причем цепь, состоящая из последовательно соединенных ключа и конденсатора, включена параллельно цепи, состоящей иэ последовательно соединенных резисто- ра и датчика абсолютного значения оперативного тока.

На фиг. 1 и фиг.2 изображены варианты блок-схемы устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные источник I no стоянного оперативного тока и датчик 2 сопротивления утечки, которые соединены с токоведущими элементами 3 электроустановки и заземляющими ее элементами 4 через блок 5 подключения. Второй вход датчика 2 со,противления утечки соединен с первым, выходом формирователя 6 селекторных импульсов, второй выход которого соединен с одним из входов исполнительного органа 7, второй вход которого соединен с выходом дат чика 2 сопротивления утечки. Сопротивление утечки электроустановки показано в виде резистора 8. В качестве исполнительного органа 7 могут быть использованы элемент 9 совпадения и пороговый элемент 10. Датчик 2 сопротивления утечки может быть выполнен из преобразователя 11 оперативного тока, соединенного последовательно с резистором 12, параллельно которому включена цепь, состоящая иэ последовательно соединенных iêoíäåíñàòoðà 13 и бесконтактного ключа 14 с двухсторонней проводимостью. Выход преобразователя 11 оперативного тока подключен к входу исполнительного органа 7, а вход ключа 14 соединен с выходом формирователя 6 дискретных селекторных импульсов.

Для исключения влияния сопротивления изоляции электроустановки на уставку срабатывания устройства преобразователь 11 оперативного тока может быть выполнен иэ последовательно соединенных датчика 15! 725! 6

1о

15 го

25 зо

55 приращения оперативного тока и датчика 16 абсолютного значения оперативного тока, включенных последовательно с резистором 12, а выходы их соединены с исполнительным ор" ганом 7, причем цепь, состоящая иэ последовательно соединенных ключа 14 и конденсатора 1 3, включена параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных резистора 12 и датчика 16 абсолютного значения оперативного тока. Датчики 15 и 16 состоят иэ преобразователей 17 и 18 тока, в качестве которых используются шунты (или ниэкоомные резисторы1, и усилителей 19 и 20 постоянного тока..

Устройство работает следующим об" разом.

В процессе измерения сопротивления утечки 8 по цепи: токоведущие элементы 3 электроустановки - блок 5 подключения - датчик 2 сопротивления утечки - источник 1 оперативного тока - блок 5 подключения - заземляющие элементы 4 электроустановки протекает оперативный ток от источника 1. Величина оперативного тока преобразуется датчиком 2 со" противления утечки, с выхода которого подается управляющий сигнал на исполнительный орган 7. Контроль величины сопротивления утечки производится по сигналу формировате- ля 6 селекторных импульсов, сигналы управления с которого подаются на датчик 2 сопротивления утечки и элемен1 9 совпадения исполнительного органа 7. Если величина сигнала оперативного тока превышает заданную, то элемент 9 совпадения при наличии на обоих входах открывающих сигна" лов. подает сигнал управления на пороговый элемент 1Î, который срабатывает и воздействует на цепь отключения электроустановки (не показана!.

Датчик 2 сопротивления утечки ра-. ботает следующим образом..При высоком значении сопротивления изоляции электроустановки Я„и при отсутствии недопустимого значения сопрртивления утечки gq) величина оперативного тока, протекающего через датчик, имеет небольшое значение, и сигнал с выхода преобразователя 11 тока не достигает порога срабатыва-. ния исполнительного органа 7 защиты.

Величина напряжения на конденсаторе

13 соответствует падению напряжения

917251 8

Ъ

35

55 на резисторе 12, причем заряжается емкость до этого напряжения только в моменты открытого состояния ключа 14, когда на вход его поступают дискретные (селекторные ) сигналы от формирователя 6 селекторных импульсов. При изменении сопротивления изоляции величина падения напряжения на резисторе 12 также изменяе1ся, а конденсатор 13 при этом заряжается до значения падения на пряжения на резисторе 12 при каждом дискре1ном измерении (в моменfbl открытого состояния ключа 14) в зависимос1и от увеличения или уменьшения падения напряжения. При медленном возрас1ании оперативного тока между двумя его смежными дискретными измерениями падение напряжения на резисторе 12 изменяется незначительно, и про1екающий зарядный ток конденсатора 13 через преобразователь 11 не достигает величины выходного сигнала датчика, превышающего, порог срабатывания исполнительного органа 7. Аналитическое выражение для оперативного тока, который пр6текает через преобразователь 11, находят, например, согласно общеиз-,, вестному классическому методу расчета переходных процессов,в эЬектрических цепях. Для наглядности и простоты расчетов параметрами элемен1ов блока 5 подключения и величиной сопротивления преобразователя 11 пренебрегают. При этом для установившегося значения сопротивления изоляции выражение для оперативного тока, который протекает через преобразова1ель 11.(до внезапного появления сопротивления утечки при

t=-0), имеет вид где i (-o) - оперативный ток установи вше гося значения (до появления недопустимого сопротивления утечки)>

Rq — сопротивление резистора 12;

Г „ - ЭДС источника 1 оперативного тока.

При появлении сопротивления утеч ки формируемый переходный процесс . оперативного тока происходит не в момент появления сопротивления утечь ки, а в момент открывания ключа 14 селекторными сигналом от формирователя 6. При этом конденсатор 13 до поступления селекторного сигнала на ключ 14 заряжен величиной падения напряжения на резисторе 12 во время предварительно дискретного измерения оперативного тока (до появления сопротивления утечки), а при последующем дискретном измерении (после появления сопротивления утечки) падение напряжения на резисторе .12 увеличивается пропорционально величине сопротивления утечки, и в момент открытия ключа 14 происходит дополнительный заряд конденсатора 13 на величину приращения оперативного тока, которое фиксируется преобразователем 11. Таким образом, ключ 14 позволяет задерживать начальный момент формирования искомого переходного процесса оперативного тока и формировать его в необходимый заданный момент времени. При этом выражение для оперативного тока в первый момент времени (при t=+0) переходного процесса имеет вид

Е х -0с

Г в где Ue — 1(-о) ° Rq - остаточное напряжение на конденсаторе перед началом протекания переходного процесса оперативного тока;

Ru Ru, Йэ = —, - эквивалентное сопротив и+ " ление утечки элек1роустановки после появления сопротивления утечки. .После подстановки сост авляющих и преобразования получают выражение для оперативнОго 1ока в удобной для анализа форме

Ч

Это выражение показывает, что если внутреннее сопротивление датчика сопротивления утечки R равно величине отключающего сопротивления утечки 1, т.е. уставке срабатывания защитногоо устройства, формируемый сигнал датчика (оперативный ток) в моменты внезапного появления сопротивления утечки не зависит от величины сопротивления, изоляции электроустановки, т.е. i (м1= Ean/R>.

Это позволяет полностью устранить

1 влияние сопротивления изоляции электроустановки (медленно изменяющегося

9172

50

55 во времени) на усчавку срабачывания усч ройсч ва. Если же приняч ь Яу большим, чем значение усчавки срабатывания усчройсчва по сопрочивлениа учечки Я, чо в зоне низкого значения сопроч ивления изоляции элекч роустановки будет снижение сигнала даччика (недозащита). Если же принять сопротивление даччика Я меньшим, чем Я (по аналогии с рекомендациями материалов прототипа), чо в эчом случае будеч повышение сигнала даччика (перезащита).

При этом необходимо оч метичь, ччо использование указанного датчика в предлагаемом усчройсч ве чак же, как и в известном, с одним каналом формирования выходного сигнала. операчивного тока можеч быть рекомендовано к применению в устройсч вах для защичы элекчроусчановок, в кочорых сопротивление изоляции можно поддерживать выше величины уставки усчройсчва по очключающему сопрочивлению утечки и в кочорых используется asчомачическое повчорное включение силового напряжения при устранении (самоустранении) недопустимого значения сопрочивления учечки (с использованиемблокировочных реле учечки), ч.е. в случаях авчомачического обеспечения электроснабжения элекчроусчановок в условиях частого защичного отключения. Эчо рекомендуется почому, ччо настоящий уровень развития средств контроля сопротивления утечки для режима конч роля в оч ключенном состоянии элекчроусчановки не всегда позволяет получит ь досчоверную информацию о наличии недопустимого значения сопрочивления утечки на фоне низкого значения сопротивления изоляции элекчроусчановки. Поэчому блокировочные реле учечки (или общесетевые защичные устройства, работающие в режиме блокировочных реле учечки при оч ключенном =иловом напряжении электроустановки) кончролируюч абсолюч ное значение суммарного сопро,. ч ивления (сопротивления изоляции и сопротивления учечки) и только после устранения (самоустранения) недопустимой суммарной величины этого сопрочивления могут осуществить автоматическое повчорное включение напряжения элекчроусчановки согласно требованиям безопасносчи. Деформация выходного сигнала дач чика

,â этОм случае необходима чолько для

51 10 получения усчойчивости рабочы устройства при сопротивлении изоляции электроустановки, близком к величине усчавки устройства по сопрочивлению учечки. Условие высокой счепени деформации в эчом случае не чребуечся, поскольку при первом же защи т ном от клю чении блоки ро вочное реле утечки не позволит подач ь сиповое напряжение на элекчроустановку при низком сопрочивлении ее изоляции (когда величина его ниже, чем усчавка по безопасному значению сопротивления утечки).

В электроустановках с нечасчым зашичным очключением, например в неразвеч вленных сетях, а чакже в разветвленных сечях при осущесчвлении псевдоселекчивной защичы от учечек (кочорая использует общесечевое защич ное усчройсч во и блокировочные реле учечки на каждом отходящем присоединении), при которой общее сопрочивление изоляции элекчроусчановки разделяечся на ряд сосчавляющих, каждая из которых кончролируечся отдельным блокировочным реле учечки, а чакже для электроусчановок, работающих в условиях низкого значения сопрочивления изоляции, когда поддержание его на высоком уровне связано с большой трудоемкостью работ (например в условиях эксплуачации шахтных контактных сечей элекчровозного транспорта с высокой запыленностью и влажностью окружающей среды), рекомендуечся использовачь даччик с опчимальной деформацией формируемого сигнала.

Эчоч датчик содержич преобразовач ел ь 11 операти вно го тока, выполненный из последовательно соединенных даччика 15 приращения оперативного тока и датчика 16 абсолючного значения операчивного чока (фиг.2).

Особенностью его является то, что формирование выходного сигнала по скорости нарастания (приращения) опе-. рачивного тока осущесч вляется датчиком 15, выходной сигнал кочорого усчанавливаюч по чребуемой величине приращения операчивного тока, соот" вечствующей появлению в сети сопрочивления утечки, равного (или меньшего) усчавке срабачывания устрой счва, а формирование выходного сигнала на абсолюч ному значению оперативного .тока осуществляется датчи12

251

11 917 ком 16, выходной сигнал которого ус- танавливают по требуемой величине абсолютного значения оперативного тоКа, которое соответствует наличию сопротивления изоляции электроустановки, равного или меньшего критическому значению (уставке). Поскольку датчики 15 .и 16 работают раздельно, то в этом случае можно устанавливат ь сигналы преобразова" телей 1.7 и 19 <или выходных сигналов усилителей 18 и 20 согласно требуе" мому уровню поступающих сигналов с преобразователей 17 и 19) . Независимая (раздельна ) работа этих датчиков позволяет выбрать оптимальные параметры устройства и получить оптимальную деформацию его защитной характеристики. При э1ом выбор параметров устройства производят со-, в гласно следующим положениям. Величину сопротивления резистора 12 (согласно выводам, изложенным выше) ус" танавливают равной величине уставки по сопротивлению утечки электроустановки, т.е, 9>-— Q, а величину напряжения источника оперативного то" ка устройст ва определяют из выраже 1оп, cion %a+ u } где 4 qgq допустимая величина оперативного то- ЗО ка, которая может про екать 4ерез сопрот ивление ут ечки величиной в

1000 Ом (она не должна превышать

0,01 А согласно требованиям безопасности); Rq - расчетное значение со- з противления тела человека, прикоснувшегося к токоведущей части электроустановки (1000 Ом}.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства по 4о сравнению с известными заключается в расширении области применения устройства для систем дискретного контроля сопротивления утечки (в том числе и для систем циклического 4$ контроля сопротивления утечки1 и уст ранении влияния сопротивления изоляции электроустановки в зоне низкого его значения на уставку срабатывания устройства. 50

Предлагаемое устройство позволяет повысить условия надежности и электробезопасности при эксплуатации электроустановок горнорудных предприятий.

Формула изобрет ения

1. Устройство дпя защитного отключения электроустановки, содержа-. .,щее блок подключения, через кототорый к токоведущим и заземленным .ее элементам подключены последоI

;;вательно соединенные источник оперативного тока и датчик сопротивления утечки, выполненный на кон.денсаторе и последовательно соединенных резисторе и преобразователе оперативного тока, выход которого. соединен с первым входом исполни- тельного органа, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения его работы для систем дискретного контроля сопротивления утечки, оно снабжено Формирователем селекторных импульсов и ключом, соединенным последовательно с конденсатором датчика, сопротивления утечки, причем эта цепь вклюмена параллельно резистору упомянутого датчика, при этом управляющий вход ключа соединен с первым выходом формирователя селекторных импульсов, второй выход которого соединен с вторым входом исполнительного органа.

2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения влияния сопротивления изоляции электроустановки на уставку срабатывания, преобразователь оперативного тока .выполнен на последовательно соединенных датчике приращения оперативного. тока и датчике абсолютного значения оперативного тока,. выходы их соединены с первым входом исполнительного органа, причем цепь, состоящая из последовательно соединенных ключа и конденсатора> включена параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных резистора и датчика абсолютного значения оперативного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 465690, кл. Н 02 H 3/14, 1975.

2. Тонкошкур Л.С. и др. Деформирование защитных характеристик реле утечки с помощью переходных процессов.

"Электричество", 1973, Ю 7, с. 8587 (npmoòèn . 172 1

Составитель Л.Васькова

Редак-r op П,. Лежнина Техред М. Рейвес Корректор А. Дэят ко

Заказ 1898/72 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государст венного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

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

Ф лиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4