устройство контроля изоляции электрических цепей

Формула изобретения

Устройство контроля изоляции электрических цепей, содержащее источник постоянного оперативного тока, фильтр присоединения указанного источника между фазами сети и землей, состоящий из трехфазного дросселя, компенсирующего дросселя и разделительного конденсатора, блок контроля величины оперативного тока на первом транзисторе, вход которого включен последовательно и согласно с источником постоянного оперативного тока и зашунтирован встречно включенным полупроводниковым прибором, источник пульсирующего эталонного тока, подключенный к входу указанного полупроводникового прибора, источник питания, исполнительный релейный элемент, фильтр переменной составляющей тока, состоящий из последовательно и согласно соединенных двух диодов, включенных в цепь питания между двумя конденсаторами, к выходу которого через диод присоединен указанный исполнительный релейный элемент, отличающееся тем, что в указанный блок контроля величины оперативного тока дополнительно введены второй, третий и четвертый, отличающийся от остальных типом проводимости, транзисторы так, что входы первого и второго транзисторов включены последовательно друг с другом и согласно с источником постоянного оперативного тока, причем оперативный ток от источника постоянного оперативного тока поступает через резистор, компенсирующий дроссель и дополнительный резистор на вход блока контроля величины оперативного тока, а параллельно фильтру переменной составляющей тока и согласно с источником питания включена цепь из последовательно соединенных третьего и четвертого транзисторов, при этом вход третьего транзистора присоединен к выходу второго транзистора, соединенного с источником питания, а вход четвертого транзистора присоединен через резистор к выходу первого транзистора, причем точка соединения третьего и четвертого транзисторов соединена с точкой соединения диодов фильтра переменной составляющей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для контроля сопротивления изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью трансформатора, их защитного отключения, и предназначено для защиты людей от поражения электрическим током.

Известно устройство контроля изоляции электрических цепей, содержащее источник постоянного оперативного тока, фильтр присоединения указанного источника между фазами сети и землей и блок контроля указанного оперативного тока, фильтр переменного тока, включенный в цепь нагрузки указанного блока, исполнительный элемент (реле), присоединенный к выходу указанного фильтра, и источник питания устройства [1].

Недостатками такого устройства являются повышенное энергопотребление устройства и ограниченное его быстродействие.

Известно устройство контроля изоляции электрических сетей, содержащее источник постоянного оперативного тока, фильтр присоединения указанного источника тока между фазами сети и землей, блок контроля величины оперативного тока, вход которого включен последовательно и согласно с источником оперативного тока и зашунтирован встречно включенным полупроводниковым прибором, источник пульсирующего эталонного тока, подключенный к входу указанного полупроводникового прибора, исполнительный релейный элемент, источник питания и фильтр переменной составляющей тока, подключенный к указанному источнику питания, состоящий из последовательно и согласно соединенных двух диодов, включенных в цепь питания через два конденсатора. При этом анод первого и катод второго диодов через встречно включенный третий диод, соединен с исполнительным релейным элементом [2].

В этом устройстве восполнение энергии в исполнительном релейном элементе происходит в течение всего периода изменения эталонного тока за счет разряда одного из конденсаторов фильтра через вход исполнительного элемента. В это же время происходит заряд второго конденсатора фильтра.

Однако, как и в ранее рассмотренном устройстве, необходимо в цепь разряда первого конденсатора включать резистор по двум причинам. Для снижения мощности, рассеиваемой на дополнительном усилителе, необходимо обеспечить его работу в режиме насыщения, поэтому в его выходной цепи резистор должен иметь сопротивление, такое, чтобы напряжение на нем при открытом дополнительном усилителе превышало порог его открывания.

Кроме того, основной усилитель должен быть уже открыт, когда током через его выход закрывается дополнительный усилитель, т.е. имеется интервал времени, когда оба усилителя открыты. При отсутствии указанного резистора во время этого интервала через оба усилителя протекал бы ток короткого замыкания, что привело бы к выходу из строя устройства.

Поэтому, как и в ранее рассмотренном устройстве, в рассматриваемом устройстве, хоть и в меньшей степени, требуется завышение напряжения источника питания и, следовательно, повышение энергопотребления.

Предложенное устройство свободно от указанных выше недостатков.

Задачей предлагаемого устройства является повышение его эксплуатационной надежности, увеличение его быстродействия и снижение энергопотребления.

Для этого в известном устройстве контроля изоляции электрических цепей, содержащем источник постоянного оперативного тока, фильтр присоединения указанного источника между фазами сети и землей, состоящий из трехфазного дросселя, компенсирующего дросселя и разделительного конденсатора, блок контроля величины оперативного тока на транзисторе, вход которого включен последовательно и согласно с источником оперативного тока и зашунтирован встречно включенным полупроводниковым прибором, источник пульсирующего эталонного тока, подключенный к входу указанного полупроводникового прибора, источник питания, исполнительный релейный элемент, фильтр переменной составляющей тока, состоящий из последовательно и согласно соединенных двух диодов, включенных в цепь питания между двумя конденсаторами, к выходу которого через диод присоединен указанный исполнительный релейный элемент, предлагается в указанный блок контроля величины оперативного тока дополнительно ввести второй, третий и четвертый, отличающийся от остальных типом проводимости, транзисторы. Входы первого и второго транзисторов включить последовательно друг с другом и согласно с источником постоянного оперативного тока, а параллельно фильтру переменной составляющей тока и согласно с источником питания включить цепь из последовательно соединенных третьего и четвертого транзисторов. Вход третьего транзистора присоединить к выходу второго транзистора, присоединенного через резистор к источнику питания. Вход четвертого транзистора присоединить через резистор к выходу первого транзистора, причем точку соединения третьего и четвертого транзисторов соединить с точкой соединения диодов фильтра переменной составляющей тока.

Перечисленные выше признаки, отличные от прототипа, необходимы и достаточны во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны изобретения.

Применение в известном устройстве указанной совокупности отличительных признаков позволяет повысить быстродействие и эксплуатационную надежность, т.к. не допускает эксплуатацию электрических цепей при наличии повреждений в самом устройстве, а также снизить напряжение источника питания за счет исключения в выходной цепи блока контроля величины оперативного тока резистора, что резко снижает рассеиваемую мощность и, следовательно, уменьшает энергопотребление.

Устройство контроля изоляции электрических цепей поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема.

Устройство контроля изоляции электрических цепей, содержащее источник постоянного оперативного тока 1, фильтр присоединения указанного источника между фазами сети и землей 2, состоящий из трехфазного дросселя 3, компенсирующего дросселя 4 и разделительного конденсатора 5, блок контроля величины оперативного тока на первом транзисторе 7, вход которого включен последовательно и согласно с источником постоянного оперативного тока и зашунтирован встречно включенным полупроводниковым прибором 10, источник пульсирующего эталонного тока 12, подключенный к входу указанного полупроводникового прибора, источник питания 22, исполнительный релейный элемент 20, фильтр переменной составляющей тока, состоящий из последовательно и согласно соединенных диодов 14 и 15, включенных в цепь питания между двумя конденсаторами 16, 17, к выходу которого через диод 21 присоединен указанный исполнительный релейный элемент 20, отличающееся тем, что в указанный блок контроля величины оперативного тока дополнительно введены второй 8, третий 9 и четвертый 18, отличающийся от остальных типом проводимости транзисторы, так, что входы первого и второго транзисторов включены последовательно друг с другом и согласно с источником постоянного оперативного тока 1, причем оперативный ток от источника постоянного оперативного тока 1 поступает через резистор 25, компенсирующий дроссель 4 и дополнительный резистор 27 на вход блока контроля величины оперативного тока, а параллельно фильтру переменной составляющей тока 13 и согласно с источником питания 22 включена цепь из последовательно соединенных третьего 9 и четвертого 18 транзисторов, при этом вход третьего транзистора 9 присоединен к выходу второго транзистора 8, соединенного через резистор 24 с источником питания 22, а вход четвертого транзистора 18 присоединен через резистор 23 к выходу первого транзистора 7, причем точка соединения третьего 9 и четвертого 18 транзисторов соединена с точкой соединения диодов 14, 15 фильтра переменной составляющей 13.

Устройство работает следующим образом.

При бесконечно большом сопротивлении изоляции сети оперативный ток от источника 1 течет через дополнительный резистор 25, дроссель 4, резистор 27, вход блока контроля величины оперативного тока - база-эмиттерные переходы транзисторов 7, 8. Через вход транзистора 10 (либо через диод, включенный параллельно входу указанного блока) протекает эталонный ток от источника 12 эталонного пульсирующего тока (предпочтительно прямоугольной формы) через резистор 11.

Начальный оперативный ток, определенный резисторами 25, 27, выбирают достаточным для перевода транзисторов 7, 8 в насыщенный режим, но меньшим амплитуды импульсов эталонного тока.

В этом режиме транзисторы 7, 8 периодически открываются в интервале времени, когда эталонный ток отсутствует, и закрываются, когда протекает импульс эталонного тока.

Когда транзисторы 7, 8 открыты, через вход транзистора 18 протекает ток и он открывается. С некоторым опережением ток через вход транзистора 8, усиленный транзистором 7, открывает транзистор 8, который шунтирует вход транзистора 9, и закрывает его. Когда транзисторы 7, 8 закрыты, то транзистор 18 закрыт, а транзистор 9 открыт.

При открытом транзисторе 18 конденсатор 17 заряжается через диод 15, а конденсатор 16 разряжается по цепи: транзистор 18, диод 15, обмотка реле 20 и диод 21.

Когда открыт транзистор 9, конденсатор 16 заряжается через диод 54 и транзистор 9. В то же время конденсатор 17 разряжается по цепи: обмотка реле 20, диоды 21, 14, транзистор 9. В результате через обмотку реле 20 течет непрерывный ток разряда конденсаторов 16 и 17, не ограниченный балластными резисторами.

В связи с этим не требуется завышения напряжения источника питания и исключаются потери мощности в отсутствующих в схеме балластных резисторах. В указанном режиме реле 20 включено.

При снижении сопротивления изоляции сети до значения, при котором оперативный ток превышает амплитуду пульсирующего эталонного тока, транзисторы 7, 8, 18 оказываются постоянно открытыми, а транзистор 9 закрыт. Ток в обмотке реле 20 при этом снижается до нуля и реле отключается, подавая команду на отключение сети с поврежденной изоляцией.

Нетрудно видеть, что любые повреждения элементов схемы и цепей их связи между собой и сетью ведут к исчезновению тока в обмотке реле 20 и к отключению его и сети, что обеспечивает высокую надежность выполнения устройством защитных функций, так как не допускает эксплуатацию сети с поврежденным устройством защиты.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N815829, Н02Н 3/16, 1981 г.

2. Патент Украины N 7679, (Н02Н 3/17), 1995 г.