Спосіб захисту людини від ураження електричним струмом в мережі з ізольованою нейтраллю

Реферат: Спосіб захисту людини від ураження електричним струмом в мережі з ізольованою нейтраллю, що містить відгалуження, які комутуються, полягає у відключенні мережі груповим вимикачем за струмом витоку. Здійснюють від'єднання від мережі електродвигунів в момент зниження частоти напруги відгалужень, які комутуються, нижче заданого рівня. UA 72351 U (54) СПОСІБ ЗАХИСТУ ЛЮДИНИ ВІД УРАЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМОМ В МЕРЕЖІ З ІЗОЛЬОВАНОЮ НЕЙТРАЛЛЮ UA 72351 U UA 72351 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки та призначена для захисту від витоків струму на землю низьковольтних електромереж з ізольованою нейтраллю трансформатора. Може бути використана переважно в електромережах дільниць вугільних шахт. Для захисту електромереж дільниць вугільних шахт від витоків струму на землю обов'язковим є використання апарата захисту від витоків струму на землю (реле витоку), який, знаходячись у розподільчому пристрої низької напруги дільничної трансформаторної підстанції, безперервно контролює активний опір ізоляції мережі відносно землі шляхом накладання на дільничну електромережу постійного оперативного струму і, в разі недопустимого зниження величини вказаного опору, видає сигнал на захисне відключення групового автоматичного вимикача розподільчого пристрою низької напруги підстанції [Справочник энергетика угольной шахты: В 2 т. / В.С. Дзюбан и др.; Под общ. ред. Б.Н. Ванеева. - Изд. 2-е, доп. и перераб. Донецк: ООО "Юго-Восток, Лтд", 2001. - Т. 1: 353-375 с.]. Для зниження величини струму витоку, що підтримується до захисного відключення мережі вторинною напругою трансформаторної підстанції, а в подальшому - електрорушійною силою (ЕРС) вибігу асинхронних двигунів, такі апарати додатково оснащуються схемами компенсації ємнісної складової струму витоку та замикання на землю пошкодженої фази мережі. Проте захисна дія таких засобів на коло витоку, що знаходиться в одному з відгалужень мережі, обмежується терміном підтримання ЕРС вибігу контактора відповідного пускача у ввімкненому стані. Після відключення вказаного контактора за допомогою існуючих апаратів захисту неможливо знизити струм через коло витоку, який може досягати суттєвих величин та становити небезпеку виникнення вибухів метано-повітряної суміші або смертельного електроураження людини, що погіршує електробезпеку та є суттєвим недоліком відомих реле витоку. Крім того, ефективність застосування компенсатора ємнісної складової струму витоку, що настроєний на промислову частоту, знижується через зменшення частоти напруги, що підтримується ЕРС вибігу двигунів. Також надійність захисту та електробезпеку знижує можливе помилкове закорочення на землю пошкодженої фази, в разі чого величина струму витоку збільшується. Відомий спосіб захисту людини від ураження електричним струмом, який полягає у відключенні мережі груповим вимикачем за струмом витоку, яке супроводжується додатковим відключенням всіх відгалужень, що комутуються, причому під час захисного відключення, в момент зникнення струму в кожному відгалуженні фази такого відгалуження з боку виходу відповідного комутаційного апарату з'єднують між собою та під'єднують до кола заземлення через дросель [патент UA № 82111, Н02Н3/16, опубл. 11.03.2008, Бюл. № 5]. Недоліком такого технічного рішення є визначення моменту захисного відключення автоматичного вимикача опосередковано за зникненням струмів у відгалуженнях, оскільки після відключення мережі між двигунами відгалужень протікають зрівнювальні струми, величини яких відповідають величинам струмів ненавантаженого режиму, що може викликати неспрацювання пристрою реалізації вказаного способу та знижує надійність останнього. Крім того, видача помилкової команди на спрацьовування фазного короткозамикача призведе до штучного короткого замикання, що погіршує електробезпеку та є неприпустимим. Відомо спосіб струмового захисту в мережі живлення асинхронного двигуна в складі гірничого дільничного електротехнічного комплексу, що включає визначення струму мережі живлення асинхронного двигуна шляхом випрямлення вторинних параметрів трансформаторів струму в ланцюгах статора двигуна та формування команди на роз'єднання трифазної схеми обмоток статора, який передбачає одночасно з роз'єднанням трифазної схеми обмоток статора підключати одну з них до заземленого металевого корпуса асинхронного двигуна через резистор активного опору, а як сигнал на формування команди на роз'єднання трифазної схеми обмоток статора двигуна використовувати змінну складову вихідної напруги випрямляча вторинних параметрів трансформаторів струму за наявності в її складі імпульсів підвищеної амплітуди [патент UA на KM № 62399, Н02Н 3/00, опубл. 25.08.2011, Бюл. № 16]. До недоліків такого способу слід віднести можливість його застосування тільки при з'єднанні статорної обмотки двигуна за схемою "зірка". Крім того, при роз'єднанні трифазної схеми обмоток статора жили кабелю лишаються під потенціалом ЕРС вибігу двигуна, що при низькому рівні опору ізоляції статора нівелює захисну дію пристрою. Також підключення між нульовою точкою статорної обмотки, з'єднаною за схемою "зірка", та заземлювачем додаткових елементів може призвести до підвищення величини струму витоку на землю, що погіршує електробезпеку, та до хибного спрацьовування загальномережевого реле витоку при комутаціях силових відгалужень, що знижує надійність реалізації способу. Крім того, роз'єднання виводів фазних обмоток статора за допомогою двох силових контактів виконавчого комутаційного апарата призводить до підключення кола витоку струму на землю під лінійну ЕРС обертання двигуна, якщо 1 UA 72351 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пошкоджено фазу, що відповідає загальній точці силових розмикаючих контактів, що суттєво погіршує електробезпеку та може призвести до смертельного електроураження людини. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є спосіб захисту людини від ураження електричним струмом, який полягає у відключенні дільничної електромережі автоматичним вимикачем при виникненні витоку струму з одночасним відключенням усіх силових відгалужень [А. с. СРСР № 1691917, Н02Н 3/16, опубл. Бюл. № 42, 15.11.1991 р.]. При застосуванні такого способу ємнісна складова струму витоку знижується за рахунок дроблення мережі на окремі відгалуження з задовільною швидкодією. Однак найближчий аналог не передбачає усунення впливу ЕРС вибігу двигуна відповідного відгалуження на коло витоку, що не забезпечує достатній рівень електробезпеки. Крім того, подача команди від реле витоку на відключення пускачів відгалужень вимагає прокладання додаткових сигнальних ліній, що знижує надійність захисту. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу захисту людини від ураження електричним струмом в мережі з ізольованою нейтраллю, в якому за рахунок зниження напруги на колі витоку струму на землю при переході двигунів до режиму вибігу досягається підвищення електробезпеки мережі та надійності захисту при збереженні швидкодії. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі захисту людини від ураження електричним струмом в мережі з ізольованою нейтраллю, що містить відгалуження, які комутуються, згідно корисної моделі, здійснюють від'єднання від мережі електродвигунів в момент зниження частоти напруги відгалужень, які комутуються, нижче заданого рівня. Причинно-наслідковий зв'язок суттєвих ознак корисної моделі з технічним результатом. Після захисного відключення мережі через виникнення витоку струму на землю відбувається зниження частоти напруги відгалужень, яка підтримується ЕРС групового вибігу асинхронних двигунів споживачів, що дозволяє, шляхом зіставлення фактичної частоти напруги на відгалуженнях з заданою, виявити момент захисного відключення мережі та здійснити від'єднання від мережі електродвигунів, чим досягається миттєве зниження до нуля напруги на колі витоку струму на землю, що підвищує електробезпеку, та усувається необхідність прокладання додаткових сигнальних ліній, що підвищує надійність реалізації способу. На кресленні наведена принципова електрична схема електропостачання шахтної дільничної електромережі з груповим автоматичним вимикачем та пристроями реалізації способу, що заявляється. Електромережа дільниці шахти складається з трансформаторної підстанції 1, яка включає силовий знижуючий трансформатор 2, автоматичний вимикач 3 та апарат 4 захисту від витоків струму на землю (реле витоку), комутаційних апаратів 5 (рудникових пускачів) силових відгалужень, до яких гнучкими кабелями 6 з активними опорами 7 та індуктивностями 8 жил, активними опорами 9 та ємностями 10 ізоляції відносно землі, підключаються асинхронні електродвигуни 11 з короткозамкненими роторами споживачів, причому підключення здійснюється через додаткові комутаційні апарати 12, які отримують сигнали керування від реле частоти 13. Розглядається випадок виникнення витоку струму на землю через опір тіла людини 14. Пристрій реалізації способу, що заявляється, містить автоматичний вимикач 3, реле витоку 4, додаткові силові комутаційні апарати 12, включені між виводами статорних обмоток асинхронних двигунів 11 та гнучкими кабелями 6 силових відгалужень, та реле частоти 13, що, підключаючись вимірювальними колами до двох фаз з боку входів додаткових силових комутаційних апаратів 12, подають сигнали на відключення останніх. Реалізація способу захисту людини від ураження електричним струмом в мережі з ізольованою нейтраллю пояснюється наступним. В разі виникнення витоку струму на землю через опір тіла людини 14 або неприпустимого зниження активного опору 9 ізоляції мережі спрацьовує реле витоку 4, яке подає команду на захисне відключення автоматичного вимикача 3, який від'єднує мережу від силового трансформатора 2 підстанції 1, після чого двигуни 11 споживачів дільниці переходять до режиму групового вибігу (що забезпечується ввімкненим станом комутаційних апаратів 5 відгалужень) з миттєвим зниженням частоти напруги мережі до рівня, який визначається ковзанням двигунів у попередньому режимі. Напруга в мережі підтримується ЕРС вибігу двигунів, яка знижується за амплітудою (через затухання вільних струмів роторів асинхронних двигунів) та частотою (через гальмування роторів двигунів механічним навантаженням). Вказана напруга та ємність 10 ізоляції кабелів відносно землі визначають величину струму витоку на землю. Реле зниження частоти 13, що встановлено в кожному силовому відгалуженні, виявляє факт зниження частоти напруги в мережі нижче встановленого рівня та видає команди на відключення додаткових силових комутаційних апаратів 12, які від'єднують двигуни 11 від мережі, що дозволяє за найкоротший час знизити до 2 UA 72351 U 5 10 нуля напругу між фазами від'єднаних з одного боку від силового трансформатора 2, а з іншого від асинхронних двигунів 11 гнучких кабелів 6 (з активними опорами 7 та індуктивностями 8 жил) та, відповідно, дає змогу знизити до нуля струм витоку на землю через опір тіла людини 14 або знижений активний опір ізоляції 9, що підвищує електробезпеку мережі. Розміщення реле зниження частоти 13, в якості якого може бути використано серійне реле частоти РЧ-1, в кожному відгалуженні мережі дозволяє виконувати загальномережевий захист від витоків струму на землю незалежно від місця пошкодження ізоляції та підвищує надійність реалізації способу, оскільки не потребує прокладання додаткових сигнальних ліній. Заявлений спосіб забезпечує підвищення електробезпеки мережі та надійності захисту за рахунок зниження напруги на колі витоку струму на землю при переході двигунів до режиму вибігу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб захисту людини від ураження електричним струмом в мережі з ізольованою нейтраллю, що містить відгалуження, які комутуються, що полягає у відключенні мережі груповим вимикачем за струмом витоку, який відрізняється тим, що здійснюють від'єднання від мережі електродвигунів в момент зниження частоти напруги відгалужень, які комутуються, нижче заданого рівня. 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