устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электротехнической установки с гашением поля генератора электроэнергии

Формула изобретения

1. Устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электротехнической установки с гашением поля генератора электроэнергии, содержащее генератор сети с подключенной измерительной цепью, выпрямитель измерительной цепи, источник напряжения постоянного тока и исполнительный элемент, один вывод измерительной цепи подключен к фазам сети, другой - к корпусу, к фазам сети подключены анодами диоды, катоды которых соединены между собой, образующие выпрямитель измерительной цепи, источник напряжения постоянного тока выполнен в виде параметрического стабилизатора, подключенного одним выводом к любой из фаз сети, другим - к точке соединения катодов упомянутых диодов, измерительная цепь выполнена в виде последовательного соединения светоизлучателя оптопары, шунтированного помехоподавляющим конденсатором, регулировочного и ограничительного резисторов, причем другой вывод упомянутого светоизлучателя оптопары подключен к общей точке соединения катодов упомянутых диодов, второй вывод ограничительного резистора подключен к корпусу, фотоприемник упомянутой оптопары подключен последовательно с исполнительным элементом к выходу параметрического стабилизатора, отличающееся тем, что введено устройство коммутации, подключенное к фазам сети, последовательно с которым включен замыкающий контакт исполнительного элемента, размыкающий и блокирующий контакт устройства коммутации включен параллельно резистору, включенному последовательно с основной обмоткой возбуждения генератора, причем другие выводы упомянутого резистора и обмотки подключены к напряжению возбуждения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в источник напряжения постоянного тока включен двухполупериодный выпрямитель, выход которого подключен ко входу параметрического стабилизатора.

3. Устройство по любому из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что фотоприемник оптопары может быть выполнен в виде фототиристора или фототранзистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты электротехнических установок и человека в трехфазных (многофазных) сетях с изолированной нейтралью.

Известны устройства контроля и защиты электротехнической системы [1], содержащие датчик контроля сопротивления изоляции, выполненный в виде емкостного датчика нулевой последовательности, подключенного к каждой из фаз, выход которого подключен к исполнительному элементу контроля, соединенному с исполнительным органом контроля, устройство индикации и источник питания, обеспечивающий электропитанием электронные узлы системы контроля и защиты.

Основным недостатком такого устройства является отсутствие реакции на симметричное снижение изоляции в цепи с изолированной нейтралью.

Известен принцип построения системы защитного отключающего устройства (УЗО) с использованием оперативного постоянного тока [2, 3] . Принцип действия [2] заключается в том, что искусственная нулевая точка по схеме "звезда" образуется с помощью дросселя-трансформатора, последовательно с общей точкой которого включены дроссель, токовое реле и источник постоянного тока, один из выводов которого подключен к корпусу ("земле"). При этом ток, протекающий по указанной выше цепи, и является оперативным контролирующим током, величина которого зависит от сопротивления изоляции.

Недостатком такого устройства является пониженная чувствительность: при определенных соотношениях из-за отсутствия регулировок система защиты и контроля может оказаться неработоспособной.

Кроме того, все вышеперечисленные устройства отключают напряжение на нагрузке. При этом источник электроэнергии - генератор - остается под напряжением, что может привести к поражению электрическим током человека в случае касания токоведущих частей генератора.

Целью изобретения является упрощение устройства, расширение функциональных возможностей, повышение его надежности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор сети с подключенной измерительной цепью, выпрямитель измерительной цепи, источник напряжения постоянного тока и исполнительный элемент, один вывод измерительной цепи подключен к фазам сети, другой - к корпусу, что к фазам сети подключены анодами диоды, катоды которых соединены между собой, образующие выпрямитель измерительной цепи, источник напряжения постоянного тока выполнен в виде параметрического стабилизатора, подключенного одним выводом к любой из фаз сети, другим - к точке соединения катодов упомянутых диодов, измерительная цепь выполнена в виде последовательного соединения светоизлучателя оптопары шунтированного помехоподавляющим конденсатором, регулировочного и ограничительного резисторов, причем один вывод упомянутого светоизлучателя оптопары подключен к общей точке соединения катодов упомянутых диодов, второй вывод ограничительного резистора подключен к корпусу, фотоприемник упомянутой оптопары подключен последовательно с исполнительным элементом к выходу параметрического стабилизатора, устройство отличается тем, что введено устройство коммутации, подключенное к фазам сети, последовательно с которым включен замыкающий контакт исполнительного элемента, размыкающий и блокирующий контакт устройства коммутации включен параллельно резистору, включенному последовательно с основной обмоткой возбуждения генератора, причем другие выводы упомянутого резистора и обмотки подключены к напряжению возбуждения.

Кроме того, устройство отличается тем, что в источник напряжения постоянного тока включен двухполупериодный выпрямитель, выход которого подключен ко входу параметрического стабилизатора, и тем, что фотоприемник оптопары может быть выполнен в виде фототиристора или фототранзистора.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства, на фиг.2 - варианты выполнения.

Устройство (фиг.1) содержит генератор сети 1 (может быть расположен вне устройства), выпрямитель 2 измерительной цепи (два диода, аноды которых подключены к фазам сети, катоды объединены в общую точку), источник напряжения постоянного тока 3, подключенными одним выводом к любой из фаз сети, другим - к общей точке соединения выпрямителя 2 измерительной цепи, к которой подключен светоизлучатель 4 оптопары 5, фотоприемник которой 6 последовательно с исполнительным элементом 7 подключен к выходу источника напряжения постоянного тока 3, последовательно со светоизлучателем 4 включены регулировочный резистор 8 и ограничительный резистор 9, подключенный другим выводом к корпусу ("земле") 10. Замыкающий контакт исполнительного элемента 7", подключенный, например, к одной или нескольким фазам сети, выполняет функцию управления.

Устройство коммутации 11 содержит размыкающий и блокирующий контакт 11", возвращающий электротехническую установку в исходное состояние и подготавливающий ее к следующему ручному или дистанционному включению после устранения неисправности (например, УЗО; на фиг. не показано).

Источник напряжения постоянного тока 3 может быть выполнен, например, в виде параметрического стабилизатора на стабилитроне 12 и гасящем резисторе 13 со сглаживающим выходным фильтром 14. Сопротивление изоляции (реальное) каждой фазы 15 имеет связь с корпусом ("землей") 10. Светоизлучатель 4 зашунтирован помехоподавляющим конденсатором 16.

Размыкающий и блокирующий контакт 11" подключен к резистору 17, включенному последовательно с основной обмоткой возбуждения генератора 18, подключенной к напряжению V_возб - напряжению возбуждения основной обмотки.

Цепь, содержащая последовательно включенный замыкающий контакт 7" исполнительного элемента 7 и устройства коммутации 11, подключены к фазному или линейному напряжению сети.

Источник напряжения постоянного тока 3 может быть подключен (фиг.2) непосредственно к фазам сети через выпрямитель, выполненный, например, по схеме Греца.

На фиг.1 - фототиристор 5, его светоизлучатель 4, фотоприемник 6.

На фиг. 2 - фототранзистор 5, его светоизлучатель 4, фотоприемник 6, двухполупериодный выпрямитель для источника напряжения постоянного тока 19. В этом случае один из выводов фототранзистора - коллектор - подключен к одному из выводов исполнительного элемента 7, другой вывод которого подключен к одному из выходов параметрического стабилизатора на стабилитроне 12, эмиттер фототранзистора 6 через второй ограничительный резистор 20 подключен ко второму выходу параметрического стабилизатора, к которому через базовый резистор 21 подключена база упомянутого фототранзистора 5. В измерительную цепь входят последовательно соединенные светоизлучатель 4 оптопары 5, шунтированный помехоподавляющим конденсатором 16, регулировочный резистор 8 и ограничительный резистор 9.

Устройство, изображенное на фиг. 1, работает следующим образом. В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, ток I_о, протекающий через светоизлучатель 4 оптопары 5, недостаточен для включения фотоприемника 6, исполнительный элемент 7 находится в отключенном состоянии, контакт исполнительного элемента 11 разомкнут, генератор сети 1 включен, включена и (при необходимости) индикация нормальной работы. Оперативный ток (например, для фазы "А") протекает по цепи: "А" - диод 2 фазы "А" - светоизлучатель 4 - регулировочный резистор 8 - ограничительный резистор 9 - r_из (элемент 15) фаз "В" и "С", r_из - сопротивление изоляции фазы сети по отношению к корпусу ("земле").

В аварийных режимах возможен как несимметричный (т.е. изменение сопротивления изоляции каждой из фаз является разным), так и симметричный режим (изменение сопротивления всех фаз одинаково). В отличие от известных устройств измерительная цепь, состоящая из элементов 4, 16, 8, 9, обладает весьма большим сопротивлением (сотни кОм), в связи с чем ее подключение незначительно влияет на сопротивление изоляции контролируемой сети. Поэтому при уменьшении любого из сопротивлений изоляции r_из 15 как симметричных, так и несимметричных происходит срабатывание устройства, чувствительность которого определяется весьма малым входным током срабатывания светоизлучателя 4 оптопары 5.

Контроль изоляции в любой точке трехфазной сети с изолированной нейтралью осуществляет цепь из элементов 5, 8, 9, 16, 7. При снижении уровня изоляции или касания человеком токоведущей части любой фазы исполнительный элемент 7 замыкает свой контакт 7", включая устройство коммутации 11. Оно своим контактом 11" вводит в цепь основной обмотки возбуждения 18 генератора значительное сопротивление 17. Происходит быстрое гашение магнитного поля генератора, и, следовательно, уменьшается его ЭДС. Таким образом быстро (L/R весьма мало) обесточивается вся установка, и электробезопасность человека обеспечивается независимо от того, в каком месте цепи произошло касание фазы (токоведущей части).

Контакт 11" является размыкающим и блокировочным, т.е. он обеспечивает нормальную работу генератора (резистор 17 в процессе работы зашунтирован контактом 11") и в аварийном режиме вводится последовательно с обмоткой 18 резистор 17 и при отключении блокируется, т.е. контакт 11" снова замыкается для следующего включения. Электротехническая установка возвращается в исходное состояние (резистор 17 закорочен контактом 11"). Повторное включение осуществляется вручную или дистанционно. Если неисправность не устранена, процесс повторяется.

В зависимости от напряжения сети в качестве оптопары могут быть использованы как тиристорные (например, ЗОУ103Г), так и транзисторные (например, АОТ110А). В последнем случае для работы в широком диапазоне температур возможно управление не только световым потоком, но и электрическими средствами (второй ограничительный резистор 18 и базовый резистор 19).

Авторами испытан макет предлагаемого устройства при напряжении сети 220 В с r_o (ограничительный резистор 9) до 180 кОм, сопротивление изоляции имитировалось в пределах 100-150 кОм, в качестве диодов 2, 17 использованы КД226В, оптопары - АОТ110А, стабилитрона - 12 КС527А1, исполнительного элемента реле - РЭС-10, конденсатора 14-К50-38-100В-22 мкФ. В качестве устройства защитного отключения (узел 11) использовалось УЗО-М 304-2, могут использоваться и другие УЗО подобного типа.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает не просто отключение нагрузки, но и снижение напряжения самого генератора, что увеличивает электробезопасность при касании к токоведущим частям любой точки цепи, включая генератор.

Приведенные данные и сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.

Источники информации

1. Патент РФ 2115986, кл. Н 02 Н 3/20, 7/08, опубл. 1998, БИ 20.

2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергия, 1979, с.274.

3. Найфельд М.Р. Защитные заземления в электротехнических установках. - М.-Л.: ГЭИ, 1959, с.194.