SU1358032A1 - Устройство дл защиты от утечек тока в трехфазной электрической сети - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам защиты от утечек тока в .подземных трехфазных электрических сет х с изолированной нейтралью и предназначено дл  защиты от поражени  людей электрическим током. Цель изобретени  - повышение надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки. В случае снижени  сопротивлени  изол ции сети до опасной по услови м безопасности величины оперативный ток 1 превьпиает амплитудное значение имсо СП

Description

пульсов эталонного тока I,;- , первый усилитель 4 будет посто нно открыт, и исполнительный элемент 7 отключаетс , что ведет к отключению сети автоматическим выключателем. При изменении емкости сети 34 измен етс  эквивалентна  емкость, вносима  в колебательный контур, подключенный к генератору 12 повьпиенной частоты. В св зи с этим измен етс  собственна  частота этого контура. По мере приближени  собственной частоты к частоте задающего генератора 12 напр жение на выходе колебательного контура увеличиваетс . Ток, пропорциональный напр жению на контуре, проходит через база-эмиттерный переход транзистора 31, к база-коллекторному переходу которого подлкючены входы эмиттерных повторителей 26, 27. Ток от дополнительного источника 28 питани  проходит через вход второго

1

Изобретение относитс  к устройствам дл  защиты от утечек тока в подземных трехфазных электрических сет  с изолированной нейтралью и предназначено дл  защиты от поражени  людей электрическим током.

Цель изобретени  - повышение надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки ,

На чертеже приведена принципиальна  электрическа  схема предлагаемого устройства.

Устройство дл  защиты от утечек тока состоит из блоков контрол  изол ции и компенсации емкостных токов, включающих в себ  компенсирующий, дроссель 1, присоединенный через трехфазный дроссель 2 и разделительный конденсатор 3 между фазами зашд- щаемой сети и землей, первый усилитель 4, вход которого зашунтирован полупроводниковым прибором 5, фильтр 6 посто :нной составл ющей тока, исполнительный элемент 7, включенный через указанный фильтр в цепь нагрузки первого усилител , источник 8 оперативного тока, присоединенный

усилител  13 и открытый этим током эмиттер-коллекторный переход эмит- терного повторител  26. Выбором соотношений резисторов 30 и 37 регулируетс  открывание второго 27 и последующих эмиттерных повторителей. Ток через вход второго усилител  13 увеличиваетс  в св зи с уменьшением сопротивлени  в цепи дополнительного источника 28, так как резисторы 29 и 30 включаютс  параллельно между собой. Выбором соотношений указанных резисторов и напр жений, при которых подключаютс  последующие эмиттерные повторители, количеством эмиттерных повторителей можно как угодно близко приблизить характеристику блока измерени  емкости сети (тока на входе второго транзисторного усилител  в зависимости от емкости сети) к требуемой характеристике тока управлени  компенсирующего дроссел .1 ил.

через КС-фильтр 9 между входом первого усилител  4 и разделительным конденсатором 3, источник 10 эталонного тока (плюс указанного источника расположен на земле),блок 11 измерени  емкости сети с генератором 12 повышенной частоты,второй усилитель 13, вход которого соединен с блоком 11 измерени  емкости сети,

а выход - с обмоткой 14 управлени  компенсирующего дроссел  1.

В цепь нагрузки усилител  15 генератора 12 повышенной частоты включены три параллельные цепи, две из которых состо т из последовательно соединенных диодов 16 и 17, резисторов 18 и 19 и колебательных контуров 20 и 21, треть  - из диода 22, резистора 23 и эмиттер-базового перехода транзистора 24, в коллекторную цепь которого включен резистор 25, Вход второго усилител  присоединен через несколько эмиттерных повторителей 26 и 27, соединенных паралельно между собой, к дополнительному источнику 28 питани , к минусу которого через резисторы 29 и 30 присоединены эмиттеры указанных повто

J

рителей 26 и 27, а к плюсу источника 28 питани  через база-коллекторный переход транзистора 31 присоединены входы эмиттерных повторителей 26 и 27. Вход указанного транзистора 31 зашунтирован встречно присоединенным диодом 32 и включен в цепь колебательного контура, в емкостную цепь которого через фильтр 33 также включена измер ема  емкость сети 34, а в цепь компенсирующего дроссел  включен дополнительный источник 35 посто нного напр жени . Дл  создани  начального оперативного тока при сопротивлени-и изол ции, равном га 5 между нулевой точкой трехфазного дроссел  2 и землей включен резистор 36.

Устройство работает следующим образом .

При-бесконечно большом сопротивлении изол ции сети оперативный ток Ion протекает по цепи: резисторы RC-фильтра 9, параллельно соединенные база-эмиттерный переход транзистора 4 и база-коллекторный переход транзистора 5, земл , резистор 36, обмотка компенсирующего дроссел  1. От плюса (земл ) источника 10 эталонного тока через база-эмиттерный переход транзистора 5, эмиттер-коллекторный переход транзистора 24, резистор 25 и минус источника 10 эталонного тока проход т пр моугольные импульсы эталонного тока.

Формирование пр моугольных импульсов происходит за счет работы усилител  15 генератора 12 повышенной частоты в ключевом режиме,-который получаетс  при подключении вторичной обмотки колебательного контура 21 генератора 12 повышенной частоты к эмиттер-базовому переходу усилител  15 указанного генератора 12. Тогда при открытом состо нии усилител  15 транзистор 24 открываетс  током по цепи: плюс источника питани  генератора 12 (земл ), база-эмиттерный переход транзистора 24, резистор 23, диод 22, эмиттер-коллекторный переход усилител  15, минус источника питани  генератора 12. При закрытом состо нии усилител  15 генератора повышенной частоты транзистор 24 закрыт. При закрытом состо нии транзистора 24 оперативный ток проходит через база-эмиттерный переход первого усилител  4. При откры580324

том состо нии транзистора 24 опера- тивный ток проходит через база-коллекторный переход транзистора 4 и i первый усилитель закрыт. Таким образом , первый усилитель 4 работает в ключевом режиме с повышенной частотой коммутации, соответствующей частоте переключени  усилител  15 (Нератора 12 повышенной частоты. При работе транзисторного усилител  4 в ключевом режиме производитс  питание исполнительного элемента 7 от плюса источника через фильтр 6 посто нной

-15 составл ющей тока, эмиттер-коллекторный переход первого усилител  4, минус источника (земл ). В результате исполнительный элемент 7 срабатывает , позвол ет подать напр жение в

2Q электрическую сеть. В случае снижени  сопротивлени  изол ции сети до опасной по услови м безопасности величины оперативный ток 1 превьш1ает амплитудное значение импульсов эта25 лонного тока Ij, первый усилитель 4 посто нно открыт, а исполнительный элемент 7 отключаетс , что ведет к oтI-cлючeшiю сети автоматическим выключателем . I

30 Подключение источника 35 посто нного напр жени  только в цепь компенсирующего дроссел  исключает броски оперативного тока при подаче напр жени  на сеть, однако в этом случае

35 имеет место задержка взвода исполнительного элемента 7 за счет медленного нарастани  оперативного то- ка, так как первый усилитель 4 начинает работать в режиме переключени 

40 только при определенной величине оперативного тока, достаточной дл  четкого открывани  транзисторного усилител . Подключением дополнительного источника 35 посто нного напр 45 жени  в цепь компенсирующего дроссел  и выбором соотношений между напр жени ми источников оперативного тока можно обеспечить, с одной стороны , непревьш ение оперативным то50 ком 10п амплитуды импульсов эталонного тока I

ЗТ

В то же врем  быстрое нарастание оперативного тока в момент подключени  устройства под напр жение, что необходимо дл  осу- ществлени  быстродействи  взвода исполнительного элемента 7. Указанное подключение источников оперативного тока и повышенна  частота переключени  первого усилител  обеспечивают

быстродействие взвода исполнительного элемента 7 не более 30 мс, что позвол ет выполнить задержку срабатывани  промежуточного реле, не превышающую 100 мс ,(например, с помощью задерживающего RC-фильтра) с контактами , рассчитанными на большие напр жени  и ток, позвол ющими воздействовать на отключающую катушку мощного автоматического выключател  (не показано).

При изменении емкости сети 34 измен етс  эквивалентна  емкость, вносима  в колебательный контур, подключенный к генератору 12 повышенной частоты. В св зи, с этим измен етс  собственна  частота этого контура. По мере приближени  собственной частоты к частоте задающего генератора 12 напр лсение на выходе колебательного контура увеличиваетс . Ток, пропорциональный напр ежнию на контуре , проходит через база-эмиттерный переход транзистора 31, к база-коллекторному переходу которого подклю- .чены входы эмиттерных повторителей 26 и 27. Ток от дополнительного источника 28 питани  проходит через вход второго усилител  13 и открытый этим током эмиттер-коллекторный переход эмиттерного повторител  26. Выбором соотношений резисторов 30 и 37 регулируетс  открывание второго 27 и последующих эмиттерных повторителей . Ток через, вход второго усили-. тел  13 увеличиваетс  в св зи с ; уменьшением сопротивлени  в цепи дополнительного источника 28, так как резисторы 29 и 30 включаютс  параллельно между собой. Выбором соотношений указ.анных резисторов и напр жений , при которых подключаютс  последующие эмиттерные повторители, количеством эмиттерных повторителей можно как угодно близко приблизить хар  теристику блока измерени  емко- с, I сети тока на входе второго транзисторного усилител  в зависимости от емкости сети к требуемой характеристике тока управлени  компенсирующего дроссел . Это позвол ет не только снизить ток, проход щий через человека при его случайном прикосновении к фазе сети, во всем диапазоне изменени  емкости сети, но и дает возможность в серийном производстве обеспечить работоспособность указанных устройств при значитель0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ном измененик температуры окружающей среды от -40 до +Ь5°С и разбросах параметров элементов. Снижение кратковременных токов во всем диапазоне изменени  емкости сети позвол ет также увеличить допустимый диапазон изменени  емкости сети. В насто щее врем  при емкости сети, больше 1 мкФ на фазу, необходимо примен ть . в шахтной участковой сети вместо одной трансформаторной подстанции две, питаюшле раздельно части кабельной сети. Применение одной трансформаторной подстанции и одной сети вместо двух позвол ет получить большой экономический эффект.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  защиты от утечек тока в трехфазной электрической сети , содержащее цепь из последовательно соединенных компенсирующего дроссел , трехфазного дроссел  и разделительного конденсатора, выводы которой предназначены дл  подключени  между защищаемой сетью и землеЙ5пер- вый усилитель, вход которого заогун- тирован полупроводниковым элементом, исполнительный элемент, включенный через фильтр посто нной составл ющей тока в цепь нагрузки первого усилител , источники оперативного тока, эталонного тока и питани , генератор повышенной частоты, включаюш ий в себ  усилитель и первый колебательный контур LC-типа, включенный в цепь нагрузки усилител , блок измерени 

   емкости сети с выводами дл  подклю ( ,

   чени  к сети, включаюш 1й н себ  второй колебательный контур LC-типа, цепь которого служит дл  включени  измер емой емкости сети, к выходу которого подключен вход трансформатора , второй усилитель, вход которого соединен с выходом блока измерени  емкости сети, А выход - с обмоткой управлени  компенсирующего дроссел , отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки, в указанньй первый колебательный контур включены вновь введенные соединенные последовательно первые резистор и диод, а второй колебательный контур и эмиттер-базовый переход вновь введенного дополнительного

   I1358032о

   транзистора, включенного в цепь эта- рован встречно включенным диодом

   лонного тока, включены каждый через. и подключен к выходу упом нутого вновь введенные последовательно со- трансформатора, а к выходу транзи- единенные соответственно вторые и стора подключен вход эмиттерного третьи диод и резистор параллель- повторител , выход которого соеди- но цепи с первым колебательным кон- йен с входом второго усилител , при туром, а в блок измерени  емкости этом источник питани  подключен к сети введены вновь по крайней мере входу питани  блока измерени  емкодва эмиттерных повторител , соеди--JQ сти сети,а в цепь компенсирующего ненных параллельно между собой, и дроссел  включен дополнительный ис- транзистор, вход которого зашунти- точник посто нного напр жени .