Пристрій визначення стану витоку струму на землю в мережі двошвидкісного асинхронного двигуна

Реферат: Винахід належить до електротехніки та призначений для підвищення безпеки експлуатації електротехнічних комплексів гірничих технологічних установок у разі виникнення ланцюгів підвищеної провідності між фазою та землею в кабелі живлення асинхронного двигуна. Пристрій містить трансформатор, первинна обмотка якого приєднана між точками з'єднання у "зірку" обмоток, відповідно, першого та другого статорів двошвидкісного асинхронного двигуна і складається з двох частин, загальна точка яких підключена до з'єднаних послідовно конденсатора та діода, катод якого підключений до затиску заземлення, а вторинна обмотка трансформатора приєднана до входу реагуючого органа. За рахунок забезпечення контролю ураження людини електричним струмом при торканні відключеної обмотки двошвидкісного асинхронного двигуна, що призводить до захисного відключення мережі при спрощенні схеми пристрою, знижується можливість електроураження людини. UA 103735 C2 (12) UA 103735 C2 UA 103735 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки та призначений для підвищення безпеки експлуатації електротехнічних комплексів гірничих технологічних установок у разі виникнення ланцюгів підвищеної провідності між фазою та землею в кабелі живлення асинхронного двигуна. Для захисту від електроураження при експлуатації шахтного електротехнічного комплексу в разі торкання людиною фазного провідника, що є під напругою, застосовуються пристрій захисту від витоків струму на землю, який розташовується в складі комплектної трансформаторної підстанції шахтної дільниці, впливає на її автоматичний вимикач в разі перевищення оперативним струмом, що подається в ланцюги, утворені фазами силових приєднань мережі, опорами ізоляції та контуром "земля", величини еталонного струму [Справочник энергетика угольной шахты: В 2-х т. / В.С. Дзюбан и др. / Под общ. ред. канд. техн. наук Б.Н. Ванеева. - Изд. 2-е доп. и перераб. - Донецк: ООО "Юго-Восток, Лтд", 2001. - Т.1. - С. 372-375]. Застосування пристрою захисту від витоку струму на землю є обов'язковим при експлуатації шахтних дільничних електромереж [Аппараты защиты от токов утечки рудничные для сетей напряжением до 1200 В. Общие технические условия (ГОСТ 22929-78). - [действ. с 26.03.1978 г.].- М.: Гос. ком. стандартов СССР. 1978.-16 с.]. Однак захисна дія цього засобу не розповсюджується на силові кола приєднання відключеної обмотки працюючого двошвидкісного асинхронного двигуна (що містить дві обмотки статора з різним числом полюсів, гальванічно відокремлених одна від одної і розміщених на загальному магнітопроводі) через відсутність каналу проходження оперативного струму дільничного апарата захисту від витоків струму на землю по ланцюгах цієї обмотки. У той же час, трансформаторна ЕРС, що наведена в фазах відключеної обмотки статора з боку ввімкненої обмотки іншого статора має величину у декілька десятків вольт і частоту у декілька сотень герц, чим створює небезпеку електроураження людини при торканні її фазного провідника [Маренич К.Н. Анализ параметров эксплуатационной безопасности двухскоростного асинхронного двигателя шахтного скребкового конвейера / К.Н. Маренич // Наукові праці Донецького держ. техн. університету. Серія гірничо-електромеханічна. Вип. 35. - Донецьк, ДонДТУ, 2001. - С. 127-131]. Таким чином, практичну актуальність набуває задача захисного знеструмлення кола витоку струму на землю у силовому приєднанні відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна, яка має вирішуватись не тільки шляхом відключення напруги живлення двигуна в разі виникнення стану витоку струму на землю в колах цієї обмотки, але й знеструмлення енергетичного потоку цієї ж обмотки, утвореного трансформаторною ЕРС, що наводиться від ввімкненої до мережі обмотки статора і певний час підтримується після відключення електроживлення асинхронного двигуна через його роботу в стані вільного вибігу. В контексті цього є необхідність визначення стану витоку струму на землю в кабельному приєднанні відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна автономно діючим технічним засобом. Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, що заявляється, є "Пристрій захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку ушкодження в кабелі живлення" (патент UA 73720 U, МПК Н02НЗ/08, опубл. 10.10.2012 p.). Він містить коло визначення стану збільшеної провідності опору ізоляції (між фазою кабеля живлення асинхронного двигуна і контуром "земля") - реагуючий орган - утворений послідовним з'єднанням конденсаторів та діода при підключенні конденсатора до точки з'єднання у "зірку" активних опорів, підключених до фаз мережі з боку приєднання статора двигуна, при цьому катод діода приєднаний до затиску заземлення. Стосовно до визначення стану витоку струму на землю в силовому приєднанні статора відключеної обмотки двошвидкісного асинхронного двигуна засіб найближчого аналога містить схемні ускладнення, пов'язані з проблематикою підключення ланцюга визначення збільшеної провідності органу до цього ланцюга. Крім того, стосовно до проблематики експлуатації двошвидкісного двигуна, схема пристрою найближчого аналога не дозволяє контролювати ураження людини електричним струмом при торканні відключеної обмотки статора і, відповідно, здійснювати захисне відключення мережі дільниці при виникненні витоку струму на землю в силовому приєднанні відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою визначення стану витоку струму на землю, в якому за рахунок забезпечення контролю ураження людини електричним струмом при торканні відключеної обмотки двошвидкісного асинхронного двигуна, що призводить до захисного відключення мережі при спрощенні схеми пристрою, знижується можливість електроураження людини. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що пристрій визначення стану витоку струму на землю в мережі двошвидкісного асинхронного двигуна, що містить реагуючий орган, а також діод, приєднаний катодом до затиску заземлення, а анодом - до першого вивода 1 UA 103735 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 конденсатора, згідно з винаходом додатково оснащений трансформатором, первинна обмотка якого складається з двох частин, при цьому крайні виводи первинної обмотки трансформатора приєднані до точок з'єднання у "зірку" обмоток, відповідно, першого та другого статорів двошвидкісного асинхронного двигуна, другий вивід конденсатора приєднаний до вивода між першою та другою частинами первинної обмотки трансформатора, а вторинна обмотка трансформатора приєднана до входу реагуючого органа. Приєднання первинної обмотки трансформатора між точками з'єднання у "зірку" фазних обмоток першого і другого статорів асинхронного двигуна створює умови для надходження оперативного струму дільничного апарата захисту від витоку струму на землю в силові ланцюги відключеної обмотки статора і, тим самим, виконувати захисне відключення електромережі в разі, якщо матиме місце утворення кола витоку струму на землю в силовому приєднанні відключеної статорної обмотки. Приєднання послідовно з'єднаних конденсатора та діода між загальною точкою двох частин первинної обмотки трансформатора при підключенні катода діода до затиску заземлення забезпечує формування імпульсного інформаційного сигналу на вторинній обмотці трансформатора в момент виникнення кола витоку струму на землю в силовому приєднанні відключеної обмотки статора як в стані працюючого двошвидкісного асинхронного двигуна, так і в стані його вільного вибігу, чим створює можливість від'єднання від кабелю живлення енергетичного потоку відключеної обмотки статора, утвореного її трансформаторною ЕРС за умови застосування відповідного комутаційного виконавчого пристрою, забезпечує контроль ураження людини електричним струмом при торканні відключеної обмотки двошвидкісного асинхронного двигуна, що призводить до захисного відключення мережі при спрощенні схеми пристрою та виключенні електроураження людини. На кресленні наведена схема підключення пристрою, що заявляється, до силових ланцюгів статорних обмоток двошвидкісного асинхронного двигуна. Пристрій визначення стану витоку струму на землю в кабельному приєднанні відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна містить трансформатор 1, з первинною 2 і вторинною 3 обмотками, реагуючий орган 4, конденсатор 5 та діод 6, підключений катодом до затиску заземлення 7. Крайні виводи первинної обмотки 2 трансформатора 1 передбачені до приєднання до точок з'єднання у "зірку" обмоток, відповідно, першого 8 та другого 9 статорів двошвидкісного асинхронного двигуна, первинна обмотка 2 трансформатора 1 утворена з двох частин і має вивід 10 з їхньої загальної точки, а вторинна обмотка 3 трансформатора 1 приєднана до входу реагуючого органу 4 пристрою, що заявляється. Електрична мережа живлення асинхронного двигуна також містить живлячу трансформаторну підстанцію 11 з трансформатором живлення (вторинні фазні обмотки 12), апаратом захисту від витоків струму на землю 13 та автоматичним вимикачем 14. Ізоляція кабельних приєднань живлення обмоток першого 8 та другого 9 статорів двошвидкісного асинхронного двигуна представлена активно-ємнісними опорами, відповідно, 15 та 16 між фазами силових приєднань та контуром "земля" (затиск заземлення 7). Утворення кола витоку на землю при торканні людиною фазного провідника відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна представлене резистором 17. Пристрій визначення стану витоку струму на землю в мережі двошвидкісного асинхронного двигуна містить трансформатор 1, вторинна обмотка 3 якого підключена до реагуючого органу 4, а первинна обмотка 2 підключена крайніми виводами до точок з'єднання у "зірку" обмоток, відповідно, першого 8 та другого 9 статорів двошвидкісного асинхронного двигуна і складається з двох частин, при цьому вивід 10 між першою та другою частинами первинної обмотки 2 трансформатора 1 приєднаний до з'єднаних послідовно конденсатора 5 та діода 6, катод якого підключений до затиску заземлення 7. Дія пропонованого пристрою пояснюється наступним. Робота двошвидкісного асинхронного двигуна супроводжується утворенням трансформаторної ЕРС на відключеній обмотці статора від ЕРС обмотки іншого статора, на яку подано напругу від джерела електроживлення. Контроль стану ізоляції мережі, що знаходиться під напругою, забезпечується дільничним апаратом 13 захисту від витоку струму на землю. За умови застосування пристрою, що заявляється, постійний оперативний струм цього апарата буде подаватись в приєднання відключеної обмотки статора 8 через первинну обмотку 2 трансформатора 1. Тому в разі торкання людиною фазного провідника приєднання цієї обмотки (утворення ланки струму витоку на землю 17) має відбутись спрацьовування апарата 13 захисту від витоку струму на землю, що призведе до відключення автоматичного вимикача 14 дільничної трансформаторної підстанції 11. Водночас, захисна дія стосовно стану кола витоку струму на землю полягає у його знеструмленні шляхом відокремлення енергетичного потоку від відключеної від мережі обмотки 2 UA 103735 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 статора 8 двошвидкісного асинхронного двигуна як під час живлення іншої статорної обмотки (9), так і після її відключення на інтервалі перебування двигуна в стані вільного вибігу. З цією метою має бути сформований відповідний інформаційний сигнал як команда на захисне відокремлення енергетичного потоку від кола 17 витоку струму на землю. В момент утворення кола 17 витоку струму на землю з урахуванням наявності трифазної трансформаторної ЕРС у відключеній обмотці 8 статора створюється ланка короткочасної провідності через частину первинної обмотки 2 трансформатора 1, конденсатор 5, діод 6, контур заземлення 7, коло 17 витоку струму на землю і відповідну фазу відключеної від мережі статорної обмотки 8. В цьому разі на виході вторинної обмотки 3 трансформатора 1 створюватиметься імпульсний сигнал, який призводитиме до спрацьовування реагуючого органу 4, задіяному як елемент управління комутаційним засобом захисного відокремлення від кола 17 витоку струму на землю енергетичного потоку відключеної від мережі обмотки 8 статора. Визначення стану витоку струму на землю у приєднанні відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна матиме місце і в разі, якщо цей стан відбувся, коли двигун знаходився в режимі вільного вибігу після відключення від джерела електроживлення. В цьому разі джерелом імпульсу в ланці короткочасної провідності, утвореної приєднанням конденсатора 5 та діода 6 між виводом 10 обмотки 2 та затиском заземлення 7, виступатиме трифазна зворотна ЕРС, що наводиться в обмотках статора асинхронного двигуна полем, що обертається, його ротора на інтервалі вільного вибігу. Застосування цього пристрою захисту має бути узгоджене з функціонуванням дільничного апарату 13 захисту від витоків струму на землю, що отримує електроживлення безпосередньо від трансформатора 12 дільничної трансформаторної підстанції 11, який створює у трифазній електромережі і ланці заземлення постійний оперативний струм і впливає на відключення автоматичного вимикача 14 в разі перевищення оперативним струмом встановленої припустимої величини. Схема приєднання конденсатора 5 послідовно у ланцюг визначення інформаційного параметру і підключення діода 6 катодом до затиску заземлення 7 виключає вплив пристрою, що заявляється, на роботу дільничного апарату 13 захисту від витоків струму на землю, що пояснюється наступним. Ланцюг, утворений конденсатором 5 та діодом 6 дозволяє встановити момент виникнення стану витоку струму на землю в кабельному приєднанні відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна з формуванням відповідного інформаційного сигналу (на виході реагуючого органу 4) як в процесі роботи цього двигуна (при електроживленні іншої статорної обмотки), так і після відключення двигуна від джерела електроживлення, коли той знаходитиметься в стані вільного вибігу. У той же час, цей ланцюг перешкоджатиме протіканню оперативного струму на вивід 10 первинної обмотки 2 трансформатора 1 в обхід опорів ізоляції 15, 16 і опору кола 17 витоку струму на землю. Крім того, схема підключення, конденсатора 5 і діода 6 забезпечує відокремлення силових ланцюгів електроживлення двигуна від його заземленого корпуса (затиску заземлення 7), що відповідає принципу ізоляції обмотки статора двигуна від елементів заземлення мережі у робочому режимі експлуатації. Наведений пристрій визначення стану витоку струму на землю в мережі двошвидкісного асинхронного двигуна забезпечує поширення функції захисту від витоку струму на землю на силові приєднання відключеної від мережі живлення обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна, в якій генеруються трансформаторні ЕРС з частотою та величиною, небезпечними за фактором електроураження людини, як під час електроживлення іншої статорної обмотки, так і після відключення асинхронного двигуна від джерела електроживлення на інтервалі перебування в стані вільного вибігу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Пристрій визначення стану витоку струму на землю в мережі двошвидкісного асинхронного двигуна, що містить реагуючий орган, а також діод, приєднаний катодом до затиску заземлення, а анодом - до першого вивода конденсатора, який відрізняється тим, що пристрій додатково оснащений трансформатором, первинна обмотка якого складається з двох частин, при цьому крайні виводи первинної обмотки трансформатора приєднані до точок з'єднання у "зірку" обмоток, відповідно, першого та другого статорів двошвидкісного асинхронного двигуна, причому другий вивід конденсатора приєднаний до вивода між першою та другою частинами первинної обмотки трансформатора, а вторинна обмотка трансформатора приєднана до входу реагуючого органа. 3 UA 103735 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 4