Пристрій для контролю опору ізоляції та захисного вимикання

Запропоноване технічне рішення належить до електротехніки, а саме до пристроїв контролю опору ізоляції й захисного вимикання шахтних систем електропостачання змінного струму, що живляться від трансформаторів з ізольованою нейтраллю. Як відомо, контроль опору ізоляції потрібен в таких системах електропостачання відповідно до правил пристроїв електроустановок. Відомий пристрій для захисту трифазної мережі з ізольованою нейтраллю від витоків струму на землю, що містить основне джерело оперативного випрямленого струму, що складається з трьох діодів, ділильні резистори, перші виводи яких приєднано до клем для підключення до фаз мережі, другі виводи - до анодів діодів, катоди яких з'єднано між собою, основний і додатковий заземлювачі, резистор, перший вивід якого приєднано до загальної точки діодів, другий вивід - до основного заземлювача, обмежувальні резистори, перші виводи яких приєднано до клем для підключення до фаз мережі, другі вводи - з'єднано між собою й з першим виводом регулювального резистора, другий вивід якого приєднано до паралельного кола, що складається з виконавчого реле й конденсатора, а другі виводи паралельного кола приєднано до додаткового заземлювача, додаткове джерело випрямленого струму, що складається з трьох діодів, катоди яких приєднано до загальних точок ділильних резисторів й анодів діодів основного джерела оперативного випрямленого струму, аноди додаткового джерела з'єднано між собою й через конденсатор приєднано до загальної точки регулювального резистора й зазначеного паралельного кола, а між анодами й катодами додаткового джерела випрямленого струму включено розрядні резистори, послідовно з'єднане коло, що складається з резистора, нелінійного елемента й порогового елемента, при цьому інший вивід резистора приєднано до загальної точки конденсатора й додаткового джерела випрямленого струму, а інший вивід порогового елемента приєднано до клеми для підключення до додаткового заземлювача, при цьому регулювальний вхід порогового елемента, приєднано до двох клем для підключення до фаз мережі [див. авт. свід. №1589347 колишн. СРСР, Н02Н3/17, опубл.30.08.90, бюл. №32]. Цей пристрій реагує на зниження опору ізоляції фаз щодо землі. Причому, якщо уставку спрацьовування реле вибрати так, щоб забезпечувалася безпека людини, що доторкнулася до однієї фази, з опором тіла Rч, то реле буде спрацьовувати при опорі ізоляції двох фаз, який в 2 рази перевищує опір тіла, і при опорі ізоляції трьох фаз, який в 3 рази перевищує опір тіла людини, що призводить до невиправданого вимикання системи електропостачання, якщо рівень опору ізоляції буде недостатньо високим. Це є основним недоліком відомого технічного рішення, визначеного за прототип. У основу корисної моделі поставлено завдання зі створення пристрою для контролю опору ізоляції та захисного вимикання, у якому підвищення чутливості захисного вимикання при несиметричних однофазних зниженнях опору ізоляції струмоприймачів і при випадковому доторканні людини до струмоведучої частини, що перебуває під напругою, дозволяє забезпечити вірогідність контролю й захисного вимикання, що, у свою чергу, забезпечує зменшення відключень. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що пристрій для контролю опору ізоляції та захисного вимикання, який містить джерело випрямленого струму, приєднане між фазами мережі й землею, фільтр напруги нульової послідовності, що утворює нульову точку мережі, основний пороговий елемент і вимикачі, згідно з корисною моделлю, обладнано ємнісним і резистивним подільниками напруги, елементом порівняння, блоком індикації опору ізоляції на землю й додатковим пороговим елементом, при цьому подільники напруги підключено між нульовою точкою мережі й землею, а виходи їх підключено - до входів елемента порівняння, один з виходів якого з'єднано зі входом основного порогового елемента, що приєднаний до вимикача технологічних споживачів, а другий вихід через елемент часової затримки з'єднано із входом додаткового порогового елемента, приєднаного до вимикача пріоритетного за безперебійністю електропостачання споживача системи, а блок індикації опору ізоляції приєднано до фільтра напруги нульової послідовності й через підсилювач - до землі. Крім того, вихід кожного вимикача оснащено компенсатором ємнісних струмів замикання на землю. На фігурі наведено принципову схему запропонованого пристрою. Пристрій для контролю опору ізоляції й захисного вимикання містить джерело 1 постійного оперативного струму, виконане за схемою 3-х випрямлячів, приєднаних до фаз мережі, наприклад, за допомогою струмообмежуючих резисторів, фільтр 2 напруги нульової послідовності, наприклад, виконаний за допомогою резисторів, один кінець яких приєднаний до фаз мережі, а другі кінці з'єднані разом, утворюючи нульову точку мережі, ємнісний подільник напруги 3, резистивний подільник напруги 4, елемент порівняння 5, виконаний, наприклад, на основі операційного підсилювача, діоди 6 й 7, резистор 8, порогові елементи основний 9 і додатковий 10, наприклад, з релейним виходом, блок 11 часової затримки, виконаний, наприклад, на основі RCланцюжка, блок 12 для індикації опору ізоляції, наприклад, що складається з підсилювача 13 і мілівольтметра 14, проградуйованого в омах, компенсатори 15 й 16 ємнісних струмів замикання на землю; мережні вимикачі, наприклад автоматичні, 17 й 18 відповідно в мережі технологічних струмоприймачів і струмоприймачів, пріоритетних за безперебійністю електропостачання. Крім того, на схемі показано опори ізоляції 19 й 20 відповідно в мережі технологічних струмоприймачів і струмоприймачів, пріоритетних за безперебійністю електропостачання. Джерело постійного струму для живлення елемента порівняння 5 і підсилювача 13, а також порогових елементів 9 й 10 на схемі не наведено. Запропонований пристрій працює так. Якщо система електропостачання перебуває під напругою, між трьома фазами мережі й землею діє постійна оперативна напруга 3-х вентильного випрямляча 1. Оперативна напруга, пропорційна опору ізоляції мережі, що захищається, знімається з підключеного в колі фільтра 2 резистивного подільника 4, подається на перший вхід елемента порівняння 5, на другий вхід якого через резистор 8 подається опорна напруга. При високому опорі ізоляції мережі, напруга на першому вході перевищує опорну напругу на другому вході елемента 5. Тому на виході останнього має місце негативна напруга, що запирає діоди 6 й 7. Порогові елементи 9 й 10 перебувають у пасивному стані. У разі симетричного зменшення опору ізоляції нижче опору спрацьовування, оперативна напруга, що знімається з подільника 4, стає меншою від опорної, і на виході елемента 5 виникає позитивна напруга, що без затримки надходить через діод 6 на пороговий елемент 9. Основний пороговий елемент 9 впливає на систему вимикання вимикача 12, до якого приєднано технологічні струмоприймачі, що приводить до вимикання їх живлення. Додатковий пороговий елемент 10 не встигає спрацювати внаслідок часової затримки сигналу, забезпечуваної блоком 11. Якщо зниження ізоляції відбулося в мережі технологічних струмоприймачів, то після їх вимикання, оперативна напруга збільшується, на виході елемента порівняння 5 знову з'являється напруга негативної полярності, що запирає діоди 6 й 7. Цим забезпечується запобігання помилкових відключень вимикача 18 струмоприймачів, пріоритетних за безперебійністю електропостачання. Якщо зниження опору ізоляції відбулося в мережі струмоприймачів пріоритетних за безперебійністю електропостачання, до яких відносяться вентилятори місцевого провітрювання, то після спрацьовування вимикача 17 заряджається конденсатор блока 11 часової затримки до напруги, потрібної для спрацьовування додаткового порогового елемента 10, що викликає вимикання вимикача 18. Під час виникнення несиметричного однофазного витоку, який може бути викликаний випадковим доторканням до фази людини, у спектральному складі напруги, що знімається з резисторів фільтра приєднання виникає змінна складова частотою 50Гц, що виділяється конденсатором подільника 3 і надходить на третій вхід елемента порівняння 5. При цьому відбувається швидке спрацьовування основного порогового елемента 9 і вимикання мережі технологічних струмоприймачів вимикачем 17. Якщо однофазний витік відбувся в мережі технологічних струмоприймачів, то в разі їх вимикання змінна складова напруги пропадає, а пороговий елемент 10 не спрацьовує за рахунок блока часової затримки 11 і не відключає струмоприймачі, пріоритетні за безперебійністю електропостачання. Якщо ж несиметричний витік відбувся в мережі струмоприймачів, пріоритетних за безперебійністю електропостачання, то із затримкою часу спрацьовує пороговий елемент 10 і відбувається захисне вимикання мережі вимикачем 18. Оперативна напруга, пропорційна величині опору ізоляції й існуюче між загальною точкою фільтра приєднання й землею, подається на вхід блока 12 індикатора опору ізоляції, і після посилення підсилювачем 13 фіксується, наприклад, стрілочним або цифровим, або оптичним індикатором 14. Таким чином, використання запропонованого технічного рішення дозволяє здійснювати контроль ізоляції й захисне вимикання струмоприймачів при недопустимому зниженні опору ізоляції й при випадковому доторканні людини до струмоведучої частини, що перебуває під напругою. При цьому чутливість до несиметричних витоків і в разі доторкання людини до струмоведучих частин підвищується, дозволяючи розраховувати систему захисного вимикання за допустимим струмом, виходячи із критеріїв електробезпеки. Чутливість пристрою до симетричних витоків, тобто до опору ізоляції, може бути встановлена будь-якою, залежно від фактичного рівня опору ізоляції мережі, що здійснюється підбором величини опору резистивного подільника 4.