УСТРОЙСТВО ИЗБИРАТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЗАМЫКАНИЯ ФАЗЫ НА КОРПУС В МНОГОФАЗНЫХ СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
DEVICE OF SELECTIVE CONTROL OF PHASE TO BODY FAULT IN MULTI-PHASE NETWORKS WITH INSULATED NEUTRAL

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано для контроля сопротивления изоляции многофазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением. Предлагаемое устройство может быть использовано на кораблях, судах, в шахтах, метрополитене, нефтепромыслах, т.е. там, где есть изолированные от земли силовые сети переменного тока.
Известно устройство контроля замыкания фазы на корпус в трехфазных сетях с изолированной нейтралью [патент РФ №2370782, класс G01R 31/02, 30.05.2008], содержащее три выпрямительных диода, аноды которых через резисторы подключены к контролируемой сети, а катоды объединены в узел и соединены с анодом динистора, катод которого связан с одним выводом катушки электромагнитного реле, второй вывод которого подключен к корпусу. Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает избирательности в определении фазы, замкнувшейся на корпус.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью [патент РФ №2482506, класс G01R 31/02, 22.08.2011], содержащее электромагнитные реле и выпрямительные диоды по числу фаз контролируемой сети, катоды диодов объединены и подключены к аноду динистора, один вывод катушки управления каждого реле подключен к фазе контролируемой сети, а второй вывод соединен с анодом своего выпрямительного диода, а катод динистора соединен с корпусом. Недостатком известного устройства является наличие электромагнитных реле, имеющих ограниченный ресурс работы и низкую надежность, а также невозможность производить плавную настройку порога срабатывания предлагаемого защитного устройства.
Целью изобретения является осуществление избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью с возможностью изменения порога срабатывания защиты, а также повышение функциональных возможностей и надежности работы устройства.
Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено измерительными цепями, снабженными элементами, задающими порог срабатывания, установленными в каждой из фаз контролируемой сети. Каждая из измерительных цепочек содержит оптопары, передающие информацию в систему сигнализации о превышении порогового значения потенциала корпуса относительно фаз контролируемой сети. В системе сигнализации определенной комбинации информационных входов соответствует состояние замыкания определенной фазы контролируемой сети на корпус.
Устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью, схема которого представлена на Фиг. 1, содержит динистор 1, выпрямительные диоды 2-1÷2-n, систему сигнализации 3. Диоды 2-1÷2-n, количество которых равно числу фаз сети, катодами объединены между собой и подключены к аноду динистора 1, катод которого соединен с корпусом. Устройство снабжено дополнительными цепочками 4-1÷4-n, число которых равно числу фаз сети каждая из которых состоит из резисторного делителя, содержащего постоянный 5 и регулировочный резисторы 6, двух токоограничительных резисторов 7, 8 и двух транзисторных оптопар 9, 10. Постоянный резистор 5 первым выводом подключен к фазе контролируемой сети, второй вывод которого соединен с регулировочным резистором 6, его первым выводом, и токоограничительным резистром 7, его первым выводом. Регулировочный резистор 6 вторым выводом соединен с анодом выпрямительного диода 2-1 и катодом светодиода первой оптопары 9, анод которого соединен с токоограничительным резистром 7, его вторым выводом. Коллектор транзистора первой оптопары 9 соединен с коллектором транзистора и катодом светодиода второй оптопары 10 и соединен с информационным входом системы сигнализации 3. Эмиттер транзистора первой оптопары 9 соединен с базой транзистора второй оптопары 10, эмиттер которого соединен с минусом источника питания, входящего в систему сигнализации 3, анод светодиода второй оптопары 10 соединен с токоограничительным регистром 8, его первым выводом, второй вывод которого соединен с плюсом источника питания, входящего в систему сигнализации 3.
Система сигнализации 3 (например, для трехфазной сети с изолированной нейтралью), изображенная на Фиг.2, выполнена на логических элементах и содержит источник питания 11, нормально замкнутую кнопку 12, логические элементы "И" 13, 14, 15, "ИЛИ" 16 с прямыми и инверсными входами и светодиоды 17, 18, 19, 20 с токоограничительными резисторами 21, 22, 23, 24. Информационные входы системы сигнализации 3 поступают на логический элемент "ИЛИ" 16 с инверсными входами, к выходу которого подключен анод светодиода 17, катод которого через токоограничительный резистор 21 связан с минусом источника питания 11. Информационные входы системы сигнализации 3 поступают также на логические элементы "И" 13, 14, 15, количество которых равно количеству контролируемых фаз, причем все входы, за исключением входа контролируемой фазы данного логического элемента, поступают на инверсные входы, а вход контролируемой фазы данного логического элемента поступает на прямой вход. К выходу логического элемента "И" 13 (14, 15) подключен анод светодиода 18 (19, 20), катод которого через токоограничительный резистор 22 (23, 24) связан с минусом источника питания 11, и так по каждой из контролируемой фаз. Плюсовой вывод блока питания 11 соединен с нормально замкнутой кнопкой 12, ее первым выводом, второй вывод которой соединен с положительным выводом питания логических элементов 13, 14, 15, 16 и положительным выводом питания системы сигнализации 3, минусовой вывод блока питания 11 соединен с минусовым выводом питания логических элементов 13, 14, 15, 16 и минусовым выводом питания системы сигнализации 3, а вход блока питания 11 соединен с фазами контролируемой сети.
Работа устройства избирательного контроля замыкания фазы на корпус происходит следующим образом. При высоком сопротивлении изоляции между контролируемой сетью (фазами контролируемой сети) и корпусом напряжение на динисторе 1 близко к нулю. Динистор 1 закрыт, и ток через измерительные цепи отсутствует, следовательно, на информационном выходе измерительной цепи будет потенциал, соответствующий сигналу логической единицы. Таким образом, устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью в отличие от известных аналогичных устройств не снижает сопротивление изоляции контролируемой сети. В случае снижения сопротивления изоляции или попадания фазы на корпус (землю) между фазами контролируемой сети с нормальным значением сопротивления изоляции и землей появится напряжение. В случае если прямое падение напряжения, приложенное к динистору 1, превысит напряжение включения, он открывается, и измерительные цепи 4-i, подключенные к фазам сети с нормальным значением сопротивления изоляции относительно земли, окажутся под напряжением, и через резисторный делитель, содержащий постоянный 5 и регулировочный резисторы 6 и измерительную цепь, состоящую из токоограничительного резистора 7 и входной части первой оптопары 9, потечет ток. Если падение напряжения на регулировочном резисторе 6 окажется достаточным для срабатывания первой оптопары 9, то она, сработав, откроет свой выходной транзистор, который откроет транзистор выходной части второй оптопары 10, который, открывшись, через токоограничительный резистор 8 запитает входную часть второй транзисторной оптопары 10. Транзисторная оптопара 10 встанет на "самоподхват", и на информационном выходе появится сигнал, соответствующий логическому нулю. Регулировку порога срабатывания защиты можно осуществлять посредством регулировочного резистора 6. Таким образом, сработавшими окажутся те измерительные цепи, которые подключены к фазам сети с нормальным значением сопротивления изоляции относительно земли, и на их информационных выходах будут уровни напряжения, соответствующие уровню логического нуля. Та же измерительная цепь, которая подключена к фазе с низким значением сопротивления изоляции или полностью замкнувшаяся на корпус (землю), окажется не сработавшей, и на ней будет уровень напряжения, соответствующий уровню логической единицы. Система сигнализации 3 проанализирует комбинацию информационных входов "а"÷"к" и выдаст информацию о том, что произошло замыкание фазы на корпус, и о том, какая из фаз контролируемой сети замкнулась на корпус, согласно Фиг. 2. Выдача информации происходит посредством зажигания соответствующих светодиодов.
Формирование сигнала "АВАРИЯ" для трехфазной сети происходит посредством следующей логической операции:
.
Формирование сигнала "ЗАМЫКАНИЕ ФАЗЫ А" для трехфазной сети происходит посредством следующей логической операции:
.
Формирование сигнала "ЗАМЫКАНИЕ ФАЗЫ В" для трехфазной сети происходит посредством следующей логической операции:
.
Формирование сигнала "ЗАМЫКАНИЕ ФАЗЫ С" для трехфазной сети происходит посредством следующей логической операции:
.
Для сброса сигналов аварийной ситуации предусмотрена нормально замкнутая кнопка 12, нажатие на которую осуществит сброс элементов памяти на оптопарах 10 в начальное состояние. В случае если аварийная ситуация не устранена, произойдет повторное срабатывание устройства и будет происходить до тех пор, пока не будет устранена аварийная ситуация.
Таким образом, предлагаемое устройство избирательного контроля сопротивления изоляции многофазной сети с изолированной нейтралью позволяет определять фазу сети, в которой произошло снижение сопротивления изоляции или ее полное замыкание на корпус. Кроме того, устройство не вызывает снижения сопротивления изоляции контролируемой сети за счет самого устройства, не имеет в своем составе электромеханических преобразователей (электромагнитных реле), и в предложенном устройстве можно осуществлять изменение порога срабатывания индикации об аварийной ситуации, что значительно расширяет его функциональные возможности.