Спосіб захисту ділянки електромережі від струмів витікання з компенсацією ємнісних складових

Пропонований винахід відноситься до області захисту електромереж від ураження електричним струмом при пошкодженні електроізоляції. Відомий спосіб захисту електромережі від струмів витікання [Ф. Штепан. "Устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током», IN-EL, Praha 2001], який полягає в вимірюванні струмів фазового та нульового провідників мережі, їх порівнянні та відключенні електромережі при появі небезпечної різниці величин цих струмів. Недоліком цього технічного рішення є те, що такий захист сприймає струми витікання через розподілені ємності фазних провідників електромережі, як небезпечні. Коли ємнісні струми витікання перевищують третину струм у спрацювання захисного обладнання, система захисту працює ненадійно (cтор.52). Тому виникає необхідність або зменшувати чуттєвість апаратури, що знижує ефективність захисту від ураження електричним струмом, або ж розділяти мережу на невеликі ділянки , захищаючи кожну з них окремо. Це ускладнює систему електропостачання в цілому та приводить до її подорожчання. Відомий спосіб захисту електромережі від струмів витікання з компенсацією ємнісних складових по патенту UA №25444 А, м.кл. Н02Н7/26, опубл. 25.12.98р. Спосіб полягає в вимірюванні струмів витікання в електромережі та її відключенні при виникненні небезпечних значень цих стр умів, при цьому елементи електромережі розділяють на дві групи з виділенням розподілених ємностей ізоляції в кожній групі, ці ємності підключають до входів вимірювального диференційного пристрою, після чого балансують вимірювальний диференційний пристрій, а по розбалансуванню визначають виникнення небезпечних значень струмів витікання. Недоліком відомого технічного рішення є складність апаратури для його реалізації, а також необхідність балансування вимірювального диференційного пристрою при включенні чи виключенні в захищеній частині електромережі електричних пристроїв. Крім того, спосіб передбачає подачу напруги на екрани кабелів для компенсації ємнісних складових струму. Тому він не може бути використаний у побутовій техніці та цивільному будівництві. В основу винаходу поставлена задача здешевити систему захисту від струмів витікання, одночасно забезпечивши її надійну роботу при підвищенні чуттєвості до небезпечного струму витікання. Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі захисту ділянки електромережі від струмів витікання на землю з компенсацією їх ємнісних складових, який полягає в тому, що в місці підключення ділянки до електромережі порівнюють величини струмів витікання з фазного та з нульового провідників ділянки, ємнісні складові струмів витікання компенсують, а при зростанні струмів витікання до небезпечного значення ділянку відключають від електромережі, компенсацію різниці ємнісних складових струмів витікання з фазного та нульового провідників проводять шляхом закорочування ємнісного струму витікання з фазного провідника на нульовий провідник захищеної ділянки електромережі через екран фазного провідника, для чого цей екран ізолюють від землі та електрично з'єднують з незаземленим нульовим провідником ділянки, приєднаної до електромережі через прилад порівняння величини струмів витікання. Як варіант способу, з'єднання екрану з нульовим провідником ділянки проводять в місці його підключення до приладу порівняння величини струмів витікання. Перераховані вище нові ознаки способу забезпечують виявлення нових технічних властивостей системою захисту від стр умів витікання, а саме, підвищення її чуттєвості до небезпечних струмів витікання на землю за рахунок компенсації ємнісних складових з одночасним спрощенням апаратури захисту. Використання екрану, з'єднаного з незаземленим нульовим провідником ділянки, дає можливість компенсувати ємнісні струми, що витікають на землю з фазного провідника ділянки шляхом закорочування ємнісного струму витікання з фазного провідника на нульовий та направлення цього струму на землю через прилад порівняння величини струмів витікання. З'єднання екрану з нульовим провідником ділянки в місці його підключення до приладу порівняння струмів витікання підвищує надійність роботи системи захисту, оскільки виключає вплив на роботу приладу порівняння струмів витікання великих стартових стр умів, що можуть виникати при включенні електроприладів. Аналіз вітчизняної та закордонної науково-технічної та патентної літератури не виявив технічних рішень, які володіють подібними ознаками, що дозволяє вважати винахід таким, що задовольняє критерію "новизна". Запропоновані технічні рішення також не випливають для фахівців явно з відомого рівня техніки, що дозволяє вважати винахід таким, що відповідає критерію "винахідницький рівень". Сукупність істотних ознак, що характеризують сутність заявлених винаходів, може бути багаторазово використана в системах електропостачання як побутових, так і промислових об'єктів з досягненням технічного результату - підвищенням рівня безпеки при використанні кабельного електроопалення. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого винаходу критерію "промислова придатність". Спосіб, що заявляється пояснюється кресленням. На Фіг.1 схематично показана система захисту ділянки електромережі від струмів ви тікання з використанням запропонованого способу. Ділянка електромережі, в якій використовується спосіб захисту від стр умів витікання, що заявляється (Фіг.1), приєднана до заземленого нульового 1 та фазного 2 проводів електромережі через прилад порівняння струмів витікання 3 з фазного 4 та нульового 5 провідників ділянки, які підключені до приладу порівняння струмів витікання 3 на затискачах 6 та 7. Фазний провідник 4 ділянки знаходиться в екрані 8, електрично з'єднаному з затискачем 7 провідником 9. З'єднання може бути реалізоване шляхом приєднання екрану 8 до нульового провідника 5 в будь-якому місці ділянки, але кращий результат досягається при безпосередньому з'єднанні екрану 8 з затискачем 7. Екран 8 та фазний провідник 4 створюють розподілену ємність 10. Екран 8 ізольований від землі 11 оболонкою 12. Між екраном 8 та землею 11 є розподілена ємність 13. До фазного 4 та нульового 5 провідників ділянки через затискачі 14 та 15 підключено електричне навантаження 16. Захист від стр умів витікання згідно способу, що заявляється, реалізується так. З електромережі подається напруга змінного струму по проводах 1 та 2. Стр ум навантаження (Інав) проходить з фазного провідника мережі 2 через прилад порівняння струмів витікання 3, по затискачу 6, фазному проводу 4, затискачу 14, електричному навантаженню 16, затискачу 15, нульовому провіднику 5, затискачу 7, знову через прилад порівняння струмів витікання 3 на нульовий провідник 1 мережі. Цей струм в приладі порівняння струмів витікання 3 повністю скомпенсований, оскільки він протікає через нього в двох напрямках. При цьому на навантаженні 16 створюється падіння напруги, завдяки якому через розподілену ємність 10 протікає ємнісний струм ( Ic1 ). Він протікає по такому колу: з фазного провідника мережі 2 через прилад порівняння струмів витікання 3, по затискачу 6, фазному провіднику 4, розподіленій ємності 10, екрану 8, провіднику 9, затискачу 7, знову через прилад порівняння струмів витікання 3 на нульовий провідник 1 мережі. Цей струм в приладі порівняння струмів витікання 3 повністю скомпенсований, оскільки він протікає через нього в двох напрямках. При протіканні струму навантаження по нульових провідниках 1 та 5 в них створюються падіння напруги (відповідно Uпад1 та Uпад5 ). Якщо екран 8 підключений до заземленого нульового провідника 5 на затискачеві 15 (показано штриховою лінією), до розподіленої ємності 13 між землею 11 та екраном 8 прикладена напруга, що дорівнює сумі падінь напруг в нульових провідниках ( Uпад1 + Uпад5 ). Якщо ж екран 8 підключений до заземленого нульового провідника 5 на затискачеві 7 (показано суцільною лінією), до ємності 13 між землею 11 та екраном 8 прикладена напруга, що дорівнює тільки падінню напруг в н ульовому провіднику незахищеної ділянки мережі Uпад1 . При цьому через розподілену ємність 13 протікає струм ( Ic 2 ) по такому колу: з фазного провідника мережі 2 через прилад порівняння струмів витікання 3, по затискачу 6, фазному проводу 4, затискачу 14, електричному навантаженню 16, затискачу 15, екрану 8, розподіленій ємності 13 на землю 11. Величина струму витікання буде пропорційна напрузі на розподіленій ємності 13, і тому менші струми будуть у випадку підключення екрану 8 до нульового проводу 5 на затискачеві 7. Крім того, це виключає вплив на роботу приладу порівняння струмів витікання 3 падіння напруги в нульових проводах ділянки 5 від великих стартових стр умів, що можуть виникати при включенні деяких типів електричного навантаження 16. Струм, що проходить через розподілену ємність 13 в приладі порівняння струмів витікання 3 нескомпенсований, оскільки він протікає через нього тільки в одному напрямку. У випадку відсутності компенсації струмів витікання, фазна напруга була б прикладена до розподіленої ємності фазної жили 4 на землю 11, яка приблизно рівна розподіленій ємності 13. Завдяки тому що падіння напруг в н ульових провідниках на один д а порядки менше фазної напруги, то нескомпенсований струм витікання через розподілену ємність у випадку його компенсації буде відповідно на один - два порядки менший, ніж при відсутності компенсації згідно запропонованого способу. Ємнісний струм з нульового провідника 5 на землю 11 не розглядається в зв'язку з його незначним впливом на системи захисту від стр умів витікання в усіх варіантах їх виконання. Крім того, його можна зовсім позбутися, розмістивши нульовий провідник 5 в екрані 8, спільному з фазним провідником 4. Таким чином, запропонований спосіб захисту ділянки електромережі від струмів витікання на землю з компенсацією їх ємнісних складових дозволяє підвищити рівень захисту ділянки електромережі від струмів витікання при спрощенні апаратури захисту. Це створює можливість його широкого використання в будівництві та побутовій те хніці.