электроустановка с устройством защитного отключения от сети переменного напряжения

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКА С УСТРОЙСТВОМ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, которая соединена корпусом с нулевым проводом сети и имеет трехфазный понижающий трансформатор, соединенный первичными обмотками через силовые контакты магнитного пускателя с фазными проводами сети, вторичными - через выпрямитель и двухпроводную цепь постоянного напряжения с электроприемником, при этом катушка магнитного пускателя соединена с сетью через кнопки "Пуск", "Стоп1" и размыкающий контакт реле, катушка которого подключена через усилитель напряжения к выходу трансформатора тока нулевой последовательности, вход которого включен в цепь первичных обмоток понижающего трансформатора, к двум фазным и нулевому проводам сети подключены первый и второй конденсаторы, а к корпусу электроустановки подключен третий конденсатор через кнопку "Стоп2", отличающаяся тем, что она снабжена кнопкой "Контроль", двумя последовательно соединенными диодами, двумя резисторами и реле напряжения с размыкающим контактом, причем цепь диодов и первый резистор подключены крайними выводами к двухпроводной цепи постоянного напряжения, средний вывод цепи диодов подключен к корпусу электроустановки, средний вывод первого резистора и корпус электроустановки соединены с катушкой реле напряжения, через размыкающий контакт которого третий конденсатор соединен с третьим фазным проводом сети, а через замыкающий контакт кнопки "Контроль" и второй резистор соединена цепь первичных обмоток с цепью вторичных обмоток понижающего трансформатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к защите от поражения электрическим током и предназначено для электроустановок, которые питаются от четырехпроводных сетей переменного напряжения, имеют понижающий трансформатор и используются в производственных помещениях.

Устройство [1] имеет магнитный пускатель, трансформатор тока нулевой последовательности, усилитель, реле, асимметрирующий и симметрирующий блоки и обеспечивает защитное отключение при касании человеком фазы питающей сети. Устройство [1] имеет ограниченные функции и поэтому не позволяет организовать защиту от аварийных режимов, которые сопровождаются аварийными токами.

Известно устройство [2] защитного отключения электроустановки с понижающим трансформатором, выпрямителем, двухпроводными цепями. Это устройство содержит конденсаторы, трансформатор тока нулевой последовательности, усилитель, защитный выключатель, резистор и диоды. Устройство [2] позволяет снять напряжение с электроустановки при пробое изоляции между разнопотенциальными обмотками трансфор- матора.

Недостаток устройства [2] в том, что оно не позволяет снимать напряжение при касании человеком токоведущих частей, находящихся под потенциалом вторичной обмотки трансформатора. В устройстве отсутствует контроль работоспособного состояния элементов, осуществляющих защиту от пробоя изоляции обмоток трансформатора.

На чертеже показана принципиальная электрическая схема устройства защитного отключения.

Электроустановка получает электроэнергию по четырехпроводной сети 1 с нулевым проводом 1.1, который заземлен у источника электроэнергии (на схеме не показан), и с фазными проводами 1.2, 1.3, 1.4. Трехфазное переменное напряжение сети 1 через защитный выключатель 2 по гибкому кабелю 3 поступает к электроустановке 4. По трем фазным проводам сети 1 и кабеля 3 подается электроэнергия, необходимая для работы электроустановки 4. Четвертый нулевой провод сети 1 и кабеля 3 обеспечивает защитное заземление ее корпуса.

Защитный выключатель 2 имеет реализующие операции "Пуск" и "Стоп" кнопки 2.1 ("Пуск") и 2.2 ("Стоп"1"), магнитный пускатель 2.3 с силовыми 2.3.1, блокировочными 2.3.2 контактами и катушкой 2.3.3, трансформатор 2.4 тока нулевой последовательности, усилитель напряжения 2.5, реле с катушкой 2.6.1 и контактом 2.6.2 и клеммы 2.7. К этим клеммам подключен гибкий кабель 3 и асимметрирующий блок 5 с конденсаторами 5.1 и 5.2. Электроустановка 4 имеет клеммы 4.1, к которым подключены фазные провода кабеля 3. Нулевой провод кабеля 3 соединен с корпусом 4.2 электроустановки 4. Электроустановка 4 содержит симметрирующий блок 6 с конденсаторами 6.1 и кнопкой 6.2 ("Стоп 2"), реализующей операцию "Стоп", понижающий трансформатор 7, выпрямитель 8 с двухпроводными (изолированными от корпуса электроустановки) цепями 9 для соединения с ее электроприемником, диоды 10 и 11, первый резистор 12, реле 13 напряжения с размыкающим контактом 13.1, клеммы 14 для подключены электроприемника (на схеме не показан), вторые резистор 15 и замыкающую кнопку 16 ("Контроль") осуществляющую контроль цепей диодов 10,11 и резистора 12.

Трансформатор 7 имеет потенциально разделенные первичную и вторичную обмотки, которые соответственно соединены с сетью 1 и с электроприемником электроустановки 4. Резистор 12 выполнен со средним выводом, между которым и корпусом 4.2 подключена катушка реле 13. Выводы первичной и вторичной обмоток трансформатора 7 соединены через цепь, которая состоит из резистора 15, контакта кнопки 16 и замыкается при ее нажатии. Контакт 13.1 реле 13 включен в цепь конденсатора 6.1. Конденсаторы блоков 5 и 6 имеют одинаковую емкость, подключены к разным фазам сети 1 и являются для сети 1 симметричной нагрузкой.

Электроустановка с устройством защитного отключения работает следующим образом.

Для оперативной подачи напряжения на электроустановку 4 нажимают кнопку "Пуск". Через замкнувшийся контакт этой кнопки контакт кнопки "Стоп 1" и контакт 2.6.2 реле 2.6 напряжение сети 1 поступает на катушку 2.3.3 пускателя 2.3, который после этого замыкает свои силовые 2.3.1 и блокировочный 2.3.2 контакты. Замкнувшийся контакт 2.3.2 создает цепь, обеспечивающую включенное положение пускателя 2.3 при отпущенной кнопке "Пуск".

Через замыкающиеся контакты 2.3.1 пускателя 2.3 напряжение оси 1 поступает на электроустановку 4 и в блок 5. Так как цепи электроустановки 4 и блоков 5, 6 образуют для сети 1 симметричную нагрузку, то после включения пускателя 2, 3 по первичным обмоткам трансформатора 2.4 протекают токи, геометрическая сумма которых равна нулю, и отсутствует напряжение на вторичной обмотке этого трансформатора.

Поданное на клеммы 4.1 электроустановки 4 трехфазное напряжение понижается трансформатором 7, который обеспечивает потенциальное разделение сети 1 и цепей электроприемника. Пониженное напряжение вторичной обмотки трансформатора 7 выпрямляется выпрямителем 8. Выпрямленное напряжение имеет показанную на схеме полярность, по двухпроводным цепям 9 поступает через клеммы 14 к электроприемнику и прикладывается к резистору 12, к диодам 10, 11 и не совпадает с их проводящим направлением. При непробитых диодах 10 и 11, хорошей изоляции относительно корпуса 4.2 электрооборудования, соединенного с цепями 9, и отсутствии касаний с ним человека, находящегося под потенциалом корпуса 4, 2 (земли), реле 13 не возбуждено и его контакт 13.1 замкнут.

Оперативное снятие напряжения с электроустановки 4 осуществляется нажатием кнопок "Стоп 1" и "Стоп 2". При нажатии кнопки "Стоп 1" ее разомкнувшийся контакт снимает напряжение с катушки 2.3.3 магнитного пускателя 2.3, который размыкает свои силовые 2.3.1 и блокировочный 2.3.2 контакты. После замыкания контактов 2.3.1 снимается напряжение с электроустановки 4. Разомкнувшийся контакт 2.3.2 пускателя 2.3 препятствует его включению после замыкания цепи кнопкой "Стоп 1".

При нажатии кнопки "Стоп 2" в блоке 6 конденсатор 6.1 отключается от корпуса электроустановки 4 и в цепи конденсатора 6.1 ток прекращается. В результате этого нарушается симметрия токов в первичных обмотках трансформатора 2.4. При несимметрии этих токов их геометрическая сумма не равна нулю и на вторичной обмотке трансформатора 2.4 появляется напряжение, которое увеличивается усилителем 2.5. Увеличенное напряжение прикладывается к катушке 2.6.1 реле 2.6, которое срабатывает и размыкает свой контакт 2.6.2. Разомкнувшийся контакт 2.6.2 снимает напряжение с катушки 2.3.3 пускателя 2.3. Далее устройство работает в такой же последовательности, как и после нажатия кнопки "Стоп 1", и снимает напряжение с электроустановки 4.

Изобретение обеспечивает защитное отключение электроустановки 4 от сети 1 при обрыве нулевого провода кабеля 3 при касании человеком токоведущих частей электроустановки 4, соединенных с первичной и вторичной обмотками трансформатора 7, при пробое изоляции между ее токоведущими частями и корпусом, между обмотками трансформатора 7, и контроль элементов, обеспечивающих защиту при пробое изоляции обмоток трансформатора 7.

Разрыв цепи нулевого провода кабеля 3 сопровождается прекращением тока в конденсаторе 6.1 блока 6. После этого нарушается симметрия токов в первичных обмотках трансформатора 2.4 и устройство отключает электроустановку 4 от питающей сети 1 в такой же последовательности, как и при нажатии кнопки "Стоп 2".

Когда человек, находящийся под потенциалом корпуса 4.2 (земли) электроустановки 4, касается ее токоведущих частей, соединенных с первичной обмоткой трансформатора 7 и имеющих потенциал фаз сети 1, то сопротивление человека шунтирует соответствующий конденсатор блока 5 или 6. В результате этого нарушается симметрия токов первичных обмоток трансформатора 2.4. Последующий порядок работы устройства не отличается от ранее описанного порядка отключения электроустановки 4 от кнопки "Стоп 2". После отключения электроустановки 4 снимается напряжение с человека, который коснулся ее токоведущих частей.

Если человек, находящийся под потенциалом корпуса 4.2, касается токоведущих частей электроустановки 4, соединенных с вторичной обмоткой трансформатора 7, то сопротивление человека шунтирует сопротивление изоляции одной из цепей 9 относительно корпуса 4.2. После этого нарушается равновесие моста, который имеет в диагонали катушку реле 13 и образован из частей резистора 12 и сопротивления изоляции относительно корпуса 4.2 цепей 9, соединенных с положительным и отрицательным выводами выпрямителя 8. Это сопровождается появлением напряжения на катушке реле 13. Реле 13 срабатывает, размыкает контакт 13.1 в цепи конденсатора 6.1. Далее устройство работает в такой же последовательности, как и в предыдущем случае защитного отключения. После снятия напряжения с электроустановки 4 реле 13 отпадает и устройство приходит в исходное состояние.

При пробое диодов 10, 11 и при нарушении изоляции цепей 9 относительно корпуса 4.2 реле 13 совместно с резистором 12 и блоком 6 выполняет функции датчика аварийного режима и формирует сигнал отключения выключателя 2. В этом случае защитное отключение осуществляется в такой же последовательности, как и прикасании человеком цепи 9.

При недопустимом снижении изоляции фаз сети 1 относительно корпуса 4.2 электроустановки нарушается симметрия токов в первичных обмотках трансформатора 2.4 и в описанной ранее последовательности снимается напряжение с электроустановки 4.

Пробой изоляции между первичной и вторичной обмотками трансформатора 7 нарушает потенциальное разделение между сетью 1 и цепями 9. Через сопротивление поврежденной изоляции под действием фазного напряжения сети 1 протекает переменный ток. Этот ток накладывается на выпрямленный ток (ток резистора 12 или электроприемника) выпрямителя 8 и замыкается через диоды 10 (одна полуволна) и 11 (вторая полуволна). Цепь протекания переменного тока шунтирует конденсатор блока 5 или 6. Это нарушает симметрию токов первичных обмоток трансформатора 2.4, и выключатель 2 снимает напряжение с электроустановки 4.

Кнопка "Контроль" и резистор 15 позволяют проконтролировать целостность цепей, которые соединяют диоды 10, 11 и резистор 12 с выпрямителем 8 и с корпусом 4.2.

Такой контроль выполняют в следующей последовательности.

Отсоединяют от клемм 14 электроприемник и нажимают кнопку "Контроль". При замкнутом контроле этой кнопки через резистор 15, имитирующий сопротивление поврежденной изоляции между обмотками трансформатора 7, образуется цепь, которая шунтирует конденсатор 6.1. Если контролируемые цепи диодов 10, 11 и резистора 12 находятся в исправном состоянии, то после шунтирования конденсатора 6.1 цепью из резистора 15 и замкнутого контакта кнопки "Контроль" нарушается симметрия токов первичных обмоток трансформатора 2.4 и выключатель 2 снимает напряжение с электроустановки 4.