дифференциальное устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электрических машин и аппаратов

Формула изобретения

Дифференциальное устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электрических машин и аппаратов, содержащее генератор сети, включенный последовательно с исполнительным органом, исполнительный орган, включенный последовательно с нагрузкой, измерительную цепь с реле тока, включенного в диагональ мостовой схемы выпрямления, подключенной к двум фазам сети через емкостной делитель, и варистора, включенного последовательно в измерительную цепь, индикатора, подключенного к сети, отличающееся тем, что исполнительный орган выполнен в виде устройства защитного отключения или дифференциального автомата, включенного последовательно в цепь нагрузки таким образом, что выход четвертой контактной группы подключен ко входу второй, вход четвертой контактной группы подключен к одному из выводов ограничительного резистора, второй вывод которого подключен ко второму выходу переключателя режимов, вход которого подключен к одному из выводов симистора, другой вывод которого подключен к одной из фаз сети и входу резистивного делителя, выход которого подключен к другой фазе сети, причем средняя точка упомянутого делителя последовательно через контакт реле тока подключена к управляющему электроду упомянутого симистора, первый выход переключателя режимов подключен через индикатор к выходу резистивного делителя, а упомянутая измерительная цепь подключена к двум фазам сети через емкостной делитель, средняя точка которого подключена к одному из входов мостовой схемы выпрямления, второй вход которой через подстроечный резистор подключен к одному из выводов варистора, другой вывод которого подключен к корпусу («земле»).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты электрических аппаратов и установок в однофазных сетях с изолированными от корпуса ("земли") выводами и в трехфазных (многофазных) сетях с изолированной нейтралью.

Известны устройства контроля и защиты электротехнических систем [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, соединенного с исполнительным органом, устройство индикации и источник питания, обеспечивающий электропитанием электронные узлы системы защиты и контроля.

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

Известен принцип построения системы защитного отключающего устройства с использованием оперативного постоянного тока [2], принцип действия которого заключается в том, что искусственная нулевая точка по схеме "звезда" образуется с помощью дросселя-индикатора, 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 являются значительная масса и габариты из-за наличия дросселя-трансформатора, а также пониженная чувствительность: при определенных соотношениях параметров устройства из-за отсутствия регулировок система защиты и контроля может оказаться неработоспособной.

Известно также устройство [3], содержащее генератор сети с подключенной измерительной цепью, выпрямитель измерительной цепи, источник напряжения постоянного тока и исполнительный элемент, выпрямитель измерительной цепи, источник напряжения постоянного тока выполнен в виде параметрического стабилизатора, измерительная цепь выполнена в виде последовательного соединения светоизлучителя оптопары, шунтированного помехоподавляющим конденсатором, регулировочного и ограничительного резисторов, один из выводов ограничительного резистора подключен к корпусу, устройство коммутации, подключенное к фазам сети.

Кроме того недостатками устройства [3] являются наличие оптоэлектронных элементов, имеющих значительные технологические разбросы, чувствительные к ионизационному излучению; кроме того, в нем использовано реле напряжения, являющееся менее точным, чем реле тока, и требующее для увеличения точности порога срабатывания, как правило, стабилизатора напряжения. Кроме того, в соответствии с требованиями международных и отечественных стандартов заданной величины сопротивления между силовыми и измерительными цепями (в частности, не менее 1 МОма), это устройство не обеспечивает, а также ряд устройств аналогичного назначения [4].

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство [5], содержащее устройство контроля и защиты сопротивления изоляции электрических машин и аппаратов, содержащее генератор сети с измерительной цепью, исполнительный элемент, подключенный к сети через выпрямитель, в которое введен исполнительный орган, включенный последовательно с нагрузкой, исполнительный элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристора и обмотки управления исполнительным органом, причем управляющий электрод тиристора подключен через контакт реле измерительной цепи к средней точке резистивного делителя напряжения, подключенного к силовым электродам тиристора, к которым параллельно подключена RC-цепь, точка соединения конденсатора RC-цепи, одного из силовых электродов тиристора и резистивного делителя подключена к одному из выводов упомянутого выпрямителя, второй выход которого подключен к свободному выводу обмотки управления исполнительным органом, измерительная цепь выполнена в виде последовательно соединенной обмотки реле измерительной цепи, шунтированной конденсатором, ограничительного резистора и варистора, причем второй вывод упомянутой обмотки подключен к выходу выпрямителя, второй вывод варистора - к корпусу ("земле"), а к двум фазам сети между генератором и нагрузкой включена цепь из последовательно соединенных контакта реле измерительной цепи, ограничительного резистора и индикатора.

Недостатком этого устройства, принятого нами за прототип, является то, что, с одной стороны, оно достаточно сложное (имеет отдельный выпрямитель, исполнительный элемент с тиристорной схемой), с другой, что в соответствии с новыми требованиями, особенно к передвижным электрическим объектам [6], нормируются новые параметры к устройствам защиты как объекта, так и человека от поражения электрическим током.

Известные устройства [7, 8] не отвечают этим требованиям в полном объеме по чувствительности и при работе объектов в широком диапазоне условий эксплуатации.

Целью изобретения является упрощение устройства, улучшение его метрологических характеристик и показателей надежности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор сети, исполнительный орган, включенный последовательно с нагрузкой, измерительную цепь с реле тока, включенного в диагональ мостовой схемы выпрямления, подключенной к двум фазам сети, и варистора, включенного последовательно в измерительную цепь, индикатора, подключенного к сети, отличающееся тем, что исполнительный орган выполнен в виде устройства защитного отключения или дифференциального автомата, включенного последовательно в цепь нагрузки таким образом, что выход четвертой контактной группы подключен ко входу второй, вход четвертой контактной группы подключен к одному из выводов ограничительного резистора, второй вывод которого подключен ко второму выходу переключателя режимов, вход которого подключен к одному из выводов симистора, другой вывод которого подключен к одной из фаз сети и входу резистивного делителя, выход которого подключен к другой фазе сети, причем средняя точка упомянутого делителя последовательно через контакт реле тока подключена к управляющему электроду упомянутого симистора, первый выход переключателя режимов подключен через индикатор к выходу резистивного делителя, а упомянутая измерительная цепь подключена к двум фазам сети через емкостной делитель, средняя точка которого подключена к одному из входов мостовой схемы выпрямления, второй вход которой через подстроечный резистор подключен к одному из выводов варистора, другой вывод которого подключен к корпусу ("земле").

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Оно содержит генератор сети 1 (может быть расположен как в составе устройства, так и вне его), включенный последовательно с исполнительным органом 2, выполненным, например, как указано в [7, 8]. Исполнительный орган 2 подключен входом к генератору сети 1, выходом - к нагрузке 3, которая может иметь как активную составляющую 3', так и реактивную, например, емкостную 3''. К двум фазам сети (например, к точкам m и n) подключена измерительная цепь с узлом контроля изоляции 4. Измерительная цепь выполнена в виде мостовой схемы выпрямления, один их входов которой подключен через емкостной делитель 5, 6, подключенный к двум фазам сети, мостовая схема выпрямления содержит диоды 7-10, другой вход упомянутой мостовой схемы через варистор подключен к корпусу ("земле"), а обмотка реле тока 11 измерительной цепи подключена к выходу упомянутой мостовой схемы. При этом учитывается не только активная составляющая сопротивления изоляции 3', но и емкостная ее составляющая 3''.

Средняя точка емкостного делителя 5, 6 подключена к одному из входов упомянутой мостовой схемы выпрямления, второй вход которой через подстроечный резистор 12 и варистор 13, включенный последовательно с подстроечным резистором 12, подключен к корпусу ("земле").

Исполнительный орган 2 включен таким образом, что выход четвертой контактной группы подключен ко входу второй, вход четвертой контактной группы подключен к одному из выводов ограничительного резистора 20, второй вывод которого подключен ко второму выходу переключателя режимов 18, вход которого подключен к одному из выводов симистора 17, другой вывод которого подключен к одной из фаз сети и входу резистивного делителя 14, выход которого подключен к другой фазе сети, причем средняя точка упомянутого делителя из резисторов 15 и 16 последовательно через контакт реле тока 11' подключена к управляющему электроду упомянутого симистора 17, первый выход переключателя режимов 18 подключен через индикатор 19 к выходу резистивного делителя 14, а упомянутая измерительная цепь подключена к двум фазам сети через емкостной делитель 5, 6, средняя точка которого подключена к одному из входов мостовой схемы выпрямления 7-9, второй вход которой через подстроечный резистор 12 подключен к одному из выводов варистора 13, другой вывод которого подключен к корпусу ("земле").

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы узел 2 (УЗО или диф автомат) включен. Нагрузка питается от генератора сети 1. По цепи реле тока 11 ток крайне мал и не достаточен для его срабатывания. Переключатель режимов 18 находится в положении "с". Контакт реле 11' разомкнут, симистор 17 закрыт, сигнальная лампа 19 не горит.

При снижении уровня изоляции ниже установленного предела, допустимого нормами, для любой фазы в любой точке сети по цепи реле 11 будет проходить ток (например, для фазы В): точка m, конденсатор 5, диод 7, обмотка реле 11, диод 10, подстроенный резистор 12, варистор 13, сопротивление изоляции фазы В, обмотка фазы В. Реле тока 11 срабатывает и замыкает свой контакт 11' в цепи управляющего электрода симистора 17, он открывается, сигнальная лампа включается, обозначая аварийную ситуацию.

При положении переключателя режимов в положении "о" вышеописанное устройство работает аналогично, но при включении симистора 17 образуется цепь искусственно вызванного дифференциального тока по цепи: точка d исполнительного органа 2, точка е узла 2, точка m узла 4, симистор 17, переключатель режимов 18, ограничительный резистор 20, точка f узла 2, точка k узла 2, точка g генератора сети 1.

В этом случае созданный ток является искусственно вызванным дифференциальным током, так как он дважды проходит в одном и том же направлении через дифференциальный трансформатор исполнительного органа 2, его величина значительно возрастает. На вторичной обмотке этого трансформатора индуктируется ЭДС, которая воздействует на отключающий элемент узла 2. Нагрузка 3 отключается от генератора сети 1, предотвращая поражение током обслуживающего персонала при снижении уровня изоляции ниже допустимой величины или при случайном качании человеком токоведущих частей электрооборудования.

Узел 4 обеспечивает указанную выше работу как при симметричном, так и несимметричном снижении сопротивления изоляции, а также реагирует на реактивную (например, емкостную) составляющую сопротивления изоляции. При двухфазном коротком замыкании как с соединением с землей, так и без этого соединения срабатывание диф. автомата происходит за счет его максимального расцепителя.

Авторами испытано устройство с генератором 230 В, 50 Гц мощностью 5 кВт, с изолированной нейтралью, где в качестве элемента 13 узла 2 использован варистор с порогом 80 В с последовательным подстроечным резистором 12 сопротивлением 33 кОм, элемент 11 - токовое реле РЭС 64А с током срабатывания Icp=1,2-1,3 мА и с сопротивлением обмотки 10 кОм. Время срабатывания устройства составило менее 40 мс. Дифференциальный ток, нормируемый в [6], составил не более 25 мА. Было использовано АСТРО-УЗО модификации 2212 [7], а также (2 вариант) с дифавтоматом АД 14 [8].

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает защиту и контроль сопротивления изоляции электрических машин и аппаратов в широком диапазоне нагрузок, а также отвечает современным требованиям по жизнеобеспечению человека.

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, Бюл. №20.

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

3. Патент РФ №2189603, кл. G 01 R 27/00, Н 02 Н 3/10, 3/16, опубл. 2002, Бюл. №26.

4. Патент РФ N 2157039, кл. Н 02 Н 3/16, G 01 R 27/18, опубл. 1999, Бюл. N27.

5. Патент РФ по заявке 2002130234, кл. Н 02 Н 3/16, G 01 R 27/18, G 01 R 31/08 с решением о выдаче от 18.06.2004.

6. Правила устройства электроустановок. Изд. 7-е, 2002, пп.1.7.151,1.7 159, табл.1.7.10.

7. Устройство защитного и противопожарного отключения АСТРО-УЗО. Руководство по эксплуатации. ДИКЮ.656111.007РЭ, М.: Технопарк-Центр, 4 с.

8. Выключатель автоматический дифференциальный типа АД. Руководство по эксплуатации АГИЕ.641243.039РЭ, М.: Интерэлектрокомплект - 6 с.