Пристрій захисту з активною компенсацією струмів витоку в мережі з ізольованою нейтраллю

Пристрій захисту з активною компенсацією струмів витоку в мережі з ізольованою нейтраллю, що містить блок виміру ємності мережі, приєднаний до ємнісного фільтра, що приєднаний до мережі, генератор підвищеної частоти, з'єднаний з блоком виміру ємності мережі і заземлювачем, трифазний приєднувальний трансформатор, що утворює штучну нейтраль мережі, джерело вимірювального струму, з'єднане з заземлювачем, C2 2 (19) 1 3 денсатора через введений діод, що захищає, паралельно емітерно-базовому переходу введеного доповнюючого транзистора, колектор якого з'єднаний з джерелом живлення. [АС СРСР №974487, МПК Н02Н 3/17, опубл. 15.11.82, бюл. №42]. Цей пристрій має наступні недоліки. 1. Необхідне обов'язкове використання роз'єднувального конденсатора (для виконання компенсації ємнісної складової струму витоку і відділення кола компенсації від кола джерела оперативного живлення), який суттєво збільшує час виявлення витоку і, відповідно, час захисного відключення. 2. Можлива компенсація тільки ємнісної складової стуму витоку і неможлива повна компенсація струму витоку. Перераховані недоліки та постійні відмовлення вузлів пристрою (пасивний компенсатор) не забезпечують необхідне значення еквівалентного заряду крізь людину. Найбільш близьким аналогом до винаходу, що заявляється є пристрій для захисту від струмів витоку в трифазній електричній мережі, що містить послідовно з'єднані компенсуючий дросель і трифазний приєднувальний трансформатор, джерело вимірювального струму, що містить у собі перший конденсатор, приєднаний через перший діод до першої вторинної обмотки трансформатора живлення, виконуючий орган, реле напруги, обмотка якого з'єднана з вторинною обмоткою приєднувального трансформатора, що утворює штучну нейтраль мережі, блок виміру ємності мережі, приєднаний до ємнісного фільтру, що приєднаний до мережі, генератор підвищеної частоти, з'єднаний з входом блоку виміру ємності мережі, вихід якого приєднаний до входу підсилювача, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача, вихід якого з'єднаний з обмоткою керування компенсуючого дроселя, а також 5 резисторів, 3 конденсатора і 2 діода, в джерело вимірювального струму додатково введений другий конденсатор і другий діод, ввімкнений згідно з першим діодом, перший і другий конденсатори з'єднані послідовно, а другий конденсатор через другий діод з'єднаний з другою вторинною обмоткою трансформатора живлення, другий конденсатор з'єднаний через перший резистор і третій конденсатор з блоком виміру ємності і з введеним колом, що містить ввімкнений послідовно і згідно з джерелом вимірювального струму третього діоду і другого резистора, зашунтований замикаючим контактом реле напруги і приєднаним до клеми "Земля", а перший конденсатор з'єднаний з цим колом через четвертий конденсатор, а до другого виводу компенсуючого дроселя приєднане джерело вимірювального струму, так, що третій конденсатор ввімкнений паралельно виконуючому органу через третій і четвертий резистори, таким чином один з них зашунтований розмикаючою частиною перемикаючого контакту реле напруги, а також колом, що містить послідовно ввімкнені замикаючі частини перемикаючого контакту реле напруги і розмикаючого контакту виконуючого органа, а вихід підсилювача приєднаний через п'ятий резистор до введеного доповнюючого джерела живлення. [АС СРСР №1424093 А1, МПК Н02Н 3/16, опубл. 15.09.88, бюл. №34]. 86280 4 Пристрій працює в двох режимах: режимі блокувального реле витоку (БРВ) і режимі реле витоку (РВ). В режимі БРВ при вимкненому вимикачі виконується попереджувальний контроль ізоляції. Оперативний струм від з'єднаних послідовно першого і другого діодів тече по колу: плюс другого діода, перший резистор, третій резистор, розмикаюча частина перемикаючого контакту реле напруги, виконуючий орган, третій діод, другий резистор, земля, опір ізоляції мережі, трифазний приєднувальний трансформатор, компенсучий дросель, мінус першого діода. При зменшенні опору ізоляції мережі оперативний струм збільшується і при досягненні порогового значення опору спрацьовування якір оперативного реле виконуючого органу відпадає, блокуючи автоматичний вимикач підстанції. В режимі реле витоку оперативний струм протікає по колу: плюс другого діоду, перший резистор, третій і четвертий резистори, виконуючий орган, замикаючий ланцюг реле напруги, земля, опір ізоляції мережі, приєднувальний трансформатор, компенсуючий дросель, мінус першого діода. Цей пристрій має наступні недоліки. 1. Використання роз'єднувального конденсатора, який потрібен для виконання компенсації ємнісної складової струму витоку і відділення кола компенсації від кола джерела оперативного живлення збільшує сталу часу і, відповідно, час виявлення витоку у 3-4 рази. 2. Пасивна компенсація з використанням компенсуючого дроселя забезпечує компенсацію тільки ємнісної складової стуму витоку, а активна складова струму витоку залишається некомпенсована. 3. У колі джерела оперативного живлення, при наявності витоку, струм разом з постійною складовою містить і змінну складову. Немає швидкого засобу виділення постійної складової струму кола джерела оперативного живлення, що затягує час виявлення витоку і, відповідно, час захисного відключення. 4. При виникненні однофазного витоку протягом тривалості перехідного процесу, що становить близько періоду, компенсація практично відсутня. Перераховані недоліки та постійні відмовлення пасивного компенсатора не забезпечують необхідне значення еквівалентного заряду крізь людину і не забезпечують безпеку людини в мережі з ізольованою нейтраллю. Ознаки найближчого аналогу, які збігаються з ознаками винаходу, що заявляється: блок виміру ємності мережі, приєднаний до ємнісного фільтру, що приєднаний до мережі, генератор підвищеної частоти, з'єднаний з блоком виміру ємності мережі і заземлювачем, трифазний приєднувальний трансформатор, що утворює штучну нейтраль мережі, джерело вимірювального струму, що з'єднане з заземлювачем. У винаході поставлена задача підвищення безпеки людини в мережі з ізольованою нейтраллю, за рахунок зменшення еквівалентного заряду крізь людину. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що пристрій захисту з активною компенсацією 5 струмів витоку в мережі з ізольованою нейтраллю містить блок виміру ємності мережі, приєднаний до ємнісного фільтру, що приєднаний до мережі, генератор підвищеної частоти, з'єднаний з блоком виміру ємності мережі і заземлювачем, трифазний приєднувальний трансформатор, що утворює штучну нейтраль мережі, джерело вимірювального струму з'єднане з заземлювачем, згідно винаходу додатково в пристрій введені незалежне швидкодіюче регульоване джерело струму компенсації, до входу завдання якого приєднаний вихід блоку розрахунку струму витоку, перший вхід якого приєднаний до виходу блоку розрахунку ємнісної складової струму витоку, другий вхід якого приєднаний до блоку виміру струму джерела вимірювального струму, вимірювач напруги зсуву нейтралі відносно землі, вихід якого приєднаний до третього входу блоку розрахунку струму витоку і до першого входу блоку розрахунку ємнісної складової струму витоку, другий вхід якого приєднаний до блоку виміру ємності мережі, дросель, що з'єднано з штучною нейтраллю трифазного приєднувального трансформатору, блок виміру струму джерела вимірювального струму, вихід якого приєднаний до першого входу блоку порівняння, другий вхід якого з'єднаний з виходом блоку виміру змінної складової оперативного струму, вихід якого з'єднаний з входом блоку керування автоматичним вимикачем підстанції, вихід якого з'єднаний з автоматичним вимикачем підстанції. Запропоновані ознаки дозволяють суттєво зменшити еквівалентний заряд крізь людину за рахунок того, що не існує впливу на сталу часу перехідного процесу у колі джерела вимірювального струму, зменшити час протікання і значення струму витоку у перехідному процесі, час захисного відключення за рахунок швидкого виділення постійної складової струму кола джерела вимірювального струму. Це досягається: - за рахунок активної компенсації струму витоку (компенсація активної і ємнісної складової струму витоку) при введенні незалежного швидкодіючого регульованого джерела струму компенсації; - за рахунок зменшення струму витоку і часу його протікання у перехідному процесі, коли струм витоку некомпенсований, використанням незалежного швидкодіючого регульованого джерела струму компенсації; - за рахунок зменшення сталої часу кола джерела вимірювального струму, що досягається роз'єднанням кіл компенсації і джерела вимірювального струму без роз'єднувального конденсатора, оскільки джерело струму компенсації, що ввімкнено паралельно колу джерела вимірювального струму має достатньо великий опір і не змінює сталу часу кола джерела вимірювального струму; - за рахунок зменшення часу виявлення витоку, і відповідно, часу захисного відключення, що досягається використанням схеми швидкого виділення постійної складової струму кола джерела вимірювального струму; - за рахунок того, що компенсація здійснюється і після вимкнення автоматичного вимикача підс 86280 6 танції, компенсуючи струм витоку від електрорушійної сили (ЕРС) двигунів. Суть винаходу пояснюється кресленнями: Фіг.1 - структурна схема мережі з ізольованою нейтраллю з пристроєм захисту від струмів витоку; Фіг.2 - схема регульованого джерела струму компенсації; Фіг.3 - часові діаграми змінної і0 та постійної id складових струму кола джерела вимірювального струму; Фіг.4 - часова діаграма компенсації ємнісної складової струму однофазного витоку при ємності роз'єднувального конденсатора СР=10мкФ; Фіг.5 - часова діаграма процесу активної компенсації струму однофазного витоку. На Фіг.1 представлені: трифазний приєднувальний трансформатор 1, вимірювач напруги зсуву нейтралі відносно землі 2, незалежне швидкодіюче регульоване джерело струму компенсації 3, блок розрахунку струму витоку 4, блок виміру ємності мережі 5, ємнісний фільтр 6, генератор підвищеної частоти 7, джерело вимірювального струму 15 з напругою Ео, дросель 8, блок порівняння 17, блок виміру змінної складової оперативного струму 9, блок виміру струму джерела вимірювального струму 10 з опором Ro, що обмежує значення постійної складової струму id, блок розрахунку ємнісної складової струму витоку 11, кабельна лінія з активними 12 та ємнісними 13 опорами ізоляції, людина з активним опором 16, автоматичний вимикач підстанції 14, блок керування автоматичним вимикачем підстанції 18. На Фіг.2 представлений давач струму 19. Пристрій захисту з активною компенсацією струмів витоку в мережі з ізольованою нейтраллю працює таким чином. Розглянемо роботу пристрою захисту з активною компенсацією струмів витоку на прикладі схеми (Фіг.1). Пристрій працює в двох режимах: режим БРВ і РВ. Розглянемо роботу пристрою в режимі РВ. В мережі з ізольованою нейтраллю постійно працює блок виміру ємності мережі 5, що з'єднаний з ємнісним фільтром 6 та генератором підвищеної частоти 7. При зменшенні опору фази мережі відносно землі, або при доторканні людини 16 до струмопровідної частини кабельної лінії, з активними 12 та ємнісними 13 опорами ізоляції, що знаходиться під напругою мережі, з'являється напруга зсуву нейтралі uN, значення якої надходить з вимірювача напруги зсуву нейтралі відносно землі 2, що приєднаний до трифазного приєднувального трансформатора 1. Блок 11 розраховує миттєве значення ємнісної складової струму витоку іС за допомогою диференційного пристрою з коефіцієнтом, що перестроюється (в залежності від ємності мережі СИЗ, що розраховується блоком виміру ємності мережі 5) відповідно миттєвому значенню напруги нейтралі uN відносно землі, тобто du iC = CИЗ × N . dt Блок порівняння 17 обчислює струм id - різність між сигналами з виходу блоку виміру струму іоп кола джерела вимірювального струму 10 і з виходу блоку виміру змінної складової іо оперативно 7 го струму 9, що визначається згідно напруги дроdi селю 8 uL = L оп . Коли постійна складова струdt му id кола джерела вимірювального струму (Фіг.3), вийде за межі визначеного значення, що визначається блоком порівняння 17, блок керування автоматичним вимикачем підстанції 18 дає сигнал автоматичному вимикачу підстанції 14, що вимикає мережу. Блок розрахунку струму витоку 4 керує незалежним регульованим джерелом струму компенсації 3. Вхід незалежного регульованого джерела струму компенсації 3 Фіг.2, приєднаний до джерела постійного струму з напругою Ud, а вихід за допомогою дроселя LДР, що потрібен для формування струму компенсації, приєднаний до штучної нейтралі мережі. В якості регульованого джерела струму, наприклад, може бути використаний однофазний автономний інвертор напруги, що живиться від джерела постійного струму з напругою Ud. У вихідне коло ввімкнутий дросель LДР, що обмежує швидкість зростання струму у колі. Керування транзисторами здійснюється системою керування інвертора СК, згідно вихідного сигналу релейного регулятора з порогом Dі. Релейний регулятор здійснює керування транзисторами VT1, VT4 і VT2, VT3. Напруга інвертора приймає два значення +U або -U в залежності від сигнала завдання ів і зворотнього зв'язку іК з вихода давача стуму 19. У результаті забезпечується швидкодіюче відпрацьовування заданого значення струму у коридорі значень і ЗАД±Di. Незалежне швидкодіюче регульоване джерело струму компенсації приєднано паралельно колу джерела вимірювального струму, але внаслідок нескінченного опору майже не впливає на коло джерела вимірювального струму і сталу часу цього кола. Стала часу залежить від активного, ємнісного опорів ізоляції, опору витоку та ємності роз'єднувального конденсатора. Використання роз'єднувального конденсатора, що приєднаний паралельно колу джерела вимірювального струму суттєво збільшує сталу часу цього кола, час протікання і значення струму витоку у перехідному процесі Фіг.4, коли 86280 8 струм витоку некомпенсований. Регульоване джерело струму компенсації зменшує час протікання і значення струму витоку у перехідному процесі, бо є незалежним і активно впливає на процес компенсації струму однофазного витоку. Блок розрахунку струму витоку 4 обчислює активну складову струму витоку іа крізь активний опір ізоляції 12, згідно значенню постійної складової струму id кола джерела вимірювального струму 15 з напругою Ео, визначається активна складова струму витоку крізь активний опір ізоляції 12 Е uN ia = , де RИЗ = ОП - Ro і складає її з ємніid RИЗ сною складовою іС з виходу 11 і з іОП з виходу блоку виміру струму джерела вимірювального струму 10 (іK=ia+iC+iОП). Тільки при перевищенні струму витоку іК, що розрахований, встановленого значення, постійно діюче незалежне швидкодіюче регульоване джерело струму компенсації 3 виконує активну компенсацію струму витоку, яку ілюструє Фіг.5. В режимі БРВ автоматичний вимикач підстанції 14 знаходиться у вимкненому стані і схема працює наступним чином. При відсутності напруги зсуву нейтралі uN існує лише постійна складова струму id кола джерела вимірювального струму, що обчислюється блоком порівняння 17. Коли постійна складова струму id кола джерела вимірювального струму вийде за межі визначеного значення, блок керування автоматичним вимикачем підстанції 18 блокує ввімкнення автоматичного вимикача підстанції 14. Використання пристрою захисту з активною компенсацією струму витоку в мережі з ізольованою нейтраллю забезпечує підвищення безпеки життя людини за рахунок зменшення еквівалентного заряду крізь людину, що досягається підвищенням ефективності і швидкодії компенсації струму витоку і зменшенням часу до спрацьовування автоматичного вимикача підстанції. Компенсація дійсна і надалі, доки існує струм витоку від ЕРС, що обумовлена вибігом двигунів. 9 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 86280 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601