Пристрій захисного відключення електричної мережі

Реферат: UA 69043 U UA 69043 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі техніки, а саме до електротехніки, й може бути використана для захисного відключення електроустановок з будь-яким режимом нейтралі. Відомий пристрій захисного відключення, що містить стабілізоване джерело напруги, підключений з однієї сторони через датчик випрямленого струму, із заземленим корпусом електроустановки з іншого боку через випрямні діоди й трифазний реактор, з'єднаний за схемою "зірка" з контрольованою трифазною мережею. Датчик випрямленого струму пов'язаний з компаратором (реле струму), вихідні контакти якого відключають вимикач електроустановки при зниженні опору ізоляції нижче припустимого рівня [Колосюк В.П. Захисне відключення рудничних електроустановок. М., Надра, 1980. – С. 154]. Відомий пристрій захисного відключення, що містить датчик випрямленого струму, підключений з однієї сторони до заземленого корпусу електроустановки, з іншого боку - через три діоди за схемою "зірка" і таровані три опори до трифазної мережі. Датчик випрямленого струму пов'язаний з компаратором (реле струму), вихідні контакти якого відключають вимикач електроустановки при зниженні опору ізоляції нижче припустимого рівня [Колосюк В.П. Захисне відключення рудничних електроустановок. М., Надра, 1980. - С. 152, 157]. Загальними суттєвими ознаками відомого пристрою й того, що заявляється, є компаратор, перший вхід якого з'єднаний із задатчиком опору, а вихід пов'язаний з вимикачем електричної мережі, а також підключені між заземленим корпусом електроустановки й фазою електричної мережі послідовно з'єднані датчик випрямленого струму, діод, тарований опір. Недоліком цього пристрою є неможливість спрацьовування захисту при симетричному зниженні опорів ізоляції фаз мережі, низька точність непрямого контролю опору ізоляції, його складність, пов'язана з наявністю блоку автоматичної компенсації мінливої ємнісної складової опору ізоляції мережі. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення такого пристрою захисного відключення електричної мережі, який забезпечить спрощення, можливість захисного відключення при несиметричному і симетричному зниженні опору ізоляції мережі, а також незалежність опору спрацьовування до експлуатаційних зміни ємнісної складової опору ізоляції мережі. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій захисного відключення електричної мережі, що містить компаратор, перший вхід якого з'єднаний із задатчиком опору, а вихід з'єднано з вимикачем електричної мережі, і підключені між заземленим корпусом електроустановки й фазою електричної мережі послідовно з'єднані датчик випрямленого струму, діод, тарований опір, додатково введені датчик випрямленої напруги, підключений паралельно діоду, блок розподілу, перший вхід якого підключений до виходу датчика випрямленого струму, другий вхід підключений до виходу датчика випрямленої напруги, а вихід його з'єднаний із другим входом компаратора. Уведення датчика випрямленої напруги, підключеного паралельно діоду, дає можливість виділити модульованою діодом напругу в контрольованій мережі й забезпечити можливість більш точного контролю безпосередньо загального опору ізоляції всіх фаз електричної мережі відносно землі. Уведення блоку розподілу, перший вхід якого підключений до виходу датчика випрямленого струму, другий вхід підключений до виходу датчика випрямленої напруги дає можливість визначати безпосередньо активний опір ізоляції контрольованої мережі без її ємнісної складової, а тому підвищити точність контролю опору ізоляції. Одночасно це дає можливість спростити пристрій за рахунок виключення блоку автоматичної компенсації ємнісної складової опору ізоляції. Підключення виходу блоку розподілу до другого входу компаратора забезпечує автоматичний контроль зниження опору ізоляції кожної з фаз або всіх фаз одночасно й автоматичне відключення електричної мережі з ушкодженою ізоляцією. У цілому запропонований пристрій з порівнянням із аналогом дозволяє спростити й розширити функціональні можливості, підвищити надійність захисного відключення й за рахунок цього підняти рівень електробезпеки, виключити ймовірність вибухів у шахтах з викидами газів від витоків струмів через ушкоджену ізоляцію. Крім соціального ефекту запропонований пристрій у порівнянні із прототипом за рахунок підвищення точності й надійності контролю опору ізоляції електричної мережі, виключення неправильних спрацьовувань пристроїв захисного відключення електричних мереж дає можливість підвищити продуктивність гірських робіт не менш ніж на 10 % і одержати економічний ефект тільки на одній ділянці вуглевидобувної шахти не менш 45 тис. грн. у рік. Використання нових зв'язків між елементами в пропонованому пристрої дає можливість одержати нові функції - спростити й підвищити точність контролю опору ізоляції й за рахунок 1 UA 69043 U 5 10 15 20 цього підвищити надійність захисного відключення, підвищити рівень електробезпеки й продуктивність гірських робіт не менш ніж на 10 %. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображена функціональна схема пропонованого пристрою захисного відключення електричної мережі. Пристрій захисного відключення електричної мережі містить підключені між заземленим корпусом 1 електроустановки 2 і електричною мережею 3 у точці а послідовно з'єднані тарований опір 4, датчик 5 випрямленого струму, діод 6. Паралельно діоду 6 підключений датчик 7 напруги. Вихід датчика 5 випрямленого струму підключений до першого входу блоку 8 розподілу, вихід датчика 7 напруги підключений до другого входу блоку 8 розподілу, вихід якого з'єднаний із другим входом компаратора 9, перший вхід якого пов'язаний із задатчиком 10 опору, а вихід компаратора 9 з'єднаний з вимикачем 11 джерела живлення 12 електричної мережі 3. Пристрій працює таким чином. При підключенні пристрою до мережі 3, що захищається, із джерелами синусоїдальних ЕРС частотою fc  50 Гц в ній буде виникати модульований Ім струм частотою fм  0 автомодуляції. Модульований струм, створюваний автомодулятором (діодом 6), контролюється датчиком 5 випрямленого струму. Протікання модульованого струму в мережі створює падіння напруги Uм частотою fм  0 на вхідному опорі ізоляції мережі 3, що захищається, у точці а щодо землі, яке контролюється датчиком 7 випрямленої напруги. Виділені датчиками 5 і 7 сигнали Ім й Uм надходять у блок 8 розподілу, у якім визначається величина загального опору ізоляції мережі 3: RI  де Uм  RT , Ім R T - тарований опір (відомий) 4 (крес.). 25 30 Величина контрольованого опору R I постійно рівняється в компараторі 9 із припустимим значенням задатчика 10 опору, що задається. При неприпустимих зниженнях опору ізоляції з виходу компаратора 9 надходить сигнал на вимикач 11, який відключає мережу з ушкодженою ізоляцією. Пристрій дозволяє контролювати як симетричне, так і несиметричне зниження опору ізоляції електричної мережі, тому що з урахуванням малості внутрішніх опорів джерела живлення й провідників ліній електропередачі контрольований опір визначається як величина зворотна сумарній провідності ізоляції мережі: RI  ( де 35 40 45 50 55 1 1 1 1 ,   ) RI1 RI2 RI3 RI1 , RI2 , RI3 - опір ізоляції трьох фаз відповідно (фіг.1). Якщо існує верхня межа кожної із провідностей, то існує межа їх суми, у зв'язку із чим існує граничне значення для симетричного й несиметричного зниження опору ізоляції. Пристрій адаптивний до змін ємнісної складової опору ізоляції, тому що випрямлений однополярний струм не протікає через ємності кожної фази щодо землі (крес.). Зарядний струм ємностей існує короткочасно, тільки в початковий момент включення пристрою. Наприклад для ємності мережі C  0,5 мкФ/ км і опору мережі rc  0,1Ом / км , довжини мережі L  2км постійна заряду ємності кожної фази мережі має мізерно малу величину   rc C  0,1 2  0,5  2  10  6  0,00000012c . Датчики випрямлених струму 5 і напруги 7 виконуються на основі типових датчиків з гальванічною розв'язкою попередньо погоджених вхідних і вихідних сигналів, наприклад, на основі датчиків, що працюють на принципі ефекту Холла ф. LEM. Тарований опір 4 виконується високоомним (100-200 кОм), потужністю не більш 0,5 Вт, наприклад, типу МЛТ-1-200 К. Діод 6 застосовується з параметрами, погодженими з параметрами мережі, бажано з малим прямим спаданням напруги в р-n переході, наприклад, типу D1N32108. Блок 8 розподілу може бути виконаний у вигляді типового аналогового дільника, наприклад, типу К552ПС2. Компаратор 9 може бути виконаний на основі операційного підсилювача, наприклад, типу К140УД6 і вихідним підсилювачем. Задатчик 10 може бути виконаний на основі прецезіонного дільника напруги, наприклад, на основі резистора МП10. 2 UA 69043 U 5 10 15 Блок 8 розподілу, компаратор 9, задатчик 10 можуть бути реалізовані за допомогою мікропроцесорного комплекту, наприклад, на основі РІС - контролера із двома аналоговими вхідними модулями й одним цифровим вихідним модулем і модулем сполучення з вимикачем 11. Робота цих блоків може бути реалізована також на базі бортового комп'ютера електроустановки, що захищається. Розроблений пристрій захисного відключення може використовуватися на всіх підприємствах України, де є підвищена небезпека ураження електричним струмом і вибухів легкозаймистих речовин і газів, наприклад, на гірничорудних підприємствах, підприємствах нафти й газу. Економічний ефект від застосування запропонованого пристрою захисного відключення електричної мережі, наприклад, на видобувальній ділянці вуглевидобувної шахти складе не менш 45 тис. грн. рік. Перевагою пропонованого пристрою захисного відключення електричної мережі є підвищення надійності захисного відключення за рахунок спрощення й підвищення точності контролю опору ізоляції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Пристрій захисного відключення електричної мережі, що містить компаратор, перший вхід якого з'єднаний із задатчиком опору, а вихід з'єднаний з вимикачем електричної мережі, а також підключені між заземленим корпусом електроустановки й фазою електричної мережі послідовно з'єднані датчик випрямленого струму, діод, тарований опір, який відрізняється тим, що додатково введені датчик випрямленої напруги, підключений паралельно діоду, блок розподілу, перший вхід якого підключений до виходу датчика випрямленого струму, другий вхід підключений до виходу датчика випрямленої напруги, а вихід його з'єднаний із другим входом компаратора. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3