УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ В ШАХТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
DEVICE OF PROTECTION AGAINST LEAKAGE CURRENTS IN SHAFT ELECTRIC CIRCUITS

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от токов утечки и, в первую очередь, для защиты людей от поражения электрическим током в шахтных электрических сетях.
Известно устройство защиты от токов утечки, содержащее источник постоянного измерительного тока, включенный через узел связи между фазами защищаемой электрической сети и заземлителем, узел сравнения измерительного тока с эталонным и измерительное реле, контакты которого воздействуют на отключающую цепь выключателя, включенного в цепь питания потребителей, причем узел связи содержит разделительный конденсатор, компенсирующий дроссель и трехфазный дроссель, подсоединенный ко всем трем фазам защищаемой сети [1].
Недостатком такого устройства является невозможность обеспечить защиту людей при напряжении сети более 660 В, где не требуется высокое быстродействие (необходимое время срабатывания не более 0,1 с) и эффективное ограничение тока через тело человека, который оказался под напряжением.
Известно также устройство защиты от токов утечки в шахтных электрических сетях, которое совпадает с предложенным изобретением по большинству признаков, содержащее узел контроля изоляции и защитного отключения, состоящего из источника постоянного измерительного тока, узла связи источника с фазами сети и заземлителем, узла сравнения измерительного тока с эталонным, измерительного реле, и узла обнаружения и защитного заземления фазы сети с поврежденной изоляцией, вход которого заблокирован контактом измерительного реле [2].
Недостатком данного устройства является невозможность обеспечить защиту людей при напряжении сети выше 1140 В, так как время срабатывания узла защитного отключения не может быть снижено меньше 0,07 с при обеспечении устойчивой его работы при переходных процессах в сети, а время срабатывания узла защитного заземления состоит из его собственного времени и времени срабатывания узла защитного отключения. Недостатком является также значительные габариты трехфазного присоединительного дросселя уже при напряжении защищаемой сети 1140 В.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение необходимых защитных характеристик устройства защиты шахтных электрических сетей напряжением 3000 (3300) В, т.е. время срабатывания защитного отключения не должно превышать 0,05 с, а время заземления фазы с поврежденной изоляцией не должно превышать значения, при котором количество электричества, которое протекло через тело человека, не превысило 50 мА*с. Задачей является также снижение массы и габаритов устройства. Для этого в известном устройстве защиты от токов утечки, содержащем узел контроля изоляции и защитного отключения, состоящий из источника постоянного измерительного тока, узла его связи с фазами сети и землей, узла сравнения измерительного тока с эталонным и измерительного реле, и узел выявления и защитного заземления фазы сети с поврежденной изоляцией, предложено на регулируемом компенсирующем дросселе узла присоединения к сети разместить дополнительную обмотку переменного тока, первичную обмотку этого дросселя присоединить к нулевой точке вторичных обмоток силового трансформатора, питающего защищаемую сеть, выход измерительного реле включить в цепь отключения высоковольтного выключателя, подающего напряжение на указанный силовой трансформатор, и ввести дополнительный узел сравнения напряжения на указанной дополнительной обмотке с эталонным, к выходу которого подключить дополнительное реле, контакты которого включить в цепь отключения высоковольтного выключателя, независимо от положения контактов измерительного реле, а второй контакт дополнительного реле включить в цепь управления реле, заземляющих фазу с поврежденной изоляцией.
Предложенное изобретение поясняется рисунком, на котором приведена его принципиальная электрическая схема.
Устройство содержит два узла: узел контроля изоляции и защитного отключения, который состоит из источника постоянного измерительного тока 1, узла связи его с фазами сети и землей, содержащего последовательно включенные разделительный конденсатор 2 и компенсирующий дроссель 3, первичная обмотка 4 которого присоединена к нейтрали вторичных обмоток силового трансформатора 5, и на котором размещена дополнительная обмотка переменного напряжения 6, и узел обнаружения и защитного заземления фазы сети с поврежденной изоляцией, состоящей из блока 7 и реле 8, 9, 10, с контактами 11, 12, 13. Дополнительная обмотка 6 соединена со входом дополнительно введенного узла 14 сравнения напряжения на обмотке 6 с эталонным, к выходу которого подключена обмотка дополнительного реле 15. К разделительному конденсатору 2 подключен узел 16 сравнения измерительного тока с эталонным и измерительное реле 17. Реле 15 и 17 воздействуют на механизм отключения выключателя 18. Устройство содержит также блок 19 управления компенсирующим дросселем 3.
Устройство работает следующим образом.
При нормальном сопротивлении изоляции сети реле 17 и 15 выключены и позволяют включить выключатель 18 и подать напряжение на защищаемую сеть. При снижении сопротивления изоляции сети относительно земли ниже уставки узла 16 (менее 70 кОм для сетей на 3 кВ) срабатывает реле 17 и выключает выключатель 18. При этом ток утечки (ток через тело человека) не превышает длительно допустимое значение 25 мА, а напряжение на обмотке 6 незначительно и реле 15 отключено.
При возникновении значительной однофазной утечки сопротивлением в несколько кОм, т.е. значительно меньшей уставки узла 16, например при попадании человека под напряжение, напряжение на обмотке 6 резко возрастает и превышает порог срабатывания узла 14, который подает команду на срабатывание реле 15. Это реле влияет на выключающую систему выключателя 18, который срабатывает и отключает сеть от источника питания. Однако напряжение на отключенной сети в течение значительного времени (до нескольких секунд) продолжает оставаться за счет ЭДС электродвигателей, переходящих в таком случае в генераторный режим. Поэтому реле 15 подключает реле 8, 9 и 10 к блоку 7, который ранее уже подготовил команду на срабатывание одного из указанных реле и замыкание контактов 11, 12 или 13 фазы сети с поврежденной изоляцией. При этом работа блока 7 не тормозится реле 15 или 17, а задержка на замыкание одного из контактов 11, 12 или 13 обусловлена только собственным временем срабатывания реле 8, 9 или 10.
При включении одного из указанных контактов, ток через однофазную утечку снижается до нуля.
С ростом напряжения защищаемой сети, растут необходимые уставки устройств защиты и соответственно снижаются пороги их срабатывания, так как напряжения источников измерительного тока ограничиваются параметрами их безопасности. В то же время, мощности импульсных помех растут. В результате, чем выше напряжение защищаемой сети, тем сложнее решить вопрос обеспечения необходимого быстродействия и, в то же время, устойчивой работы без ложных срабатываний. Опыт разработки таких устройств показал, что с помощью узла контроля изоляции обеспечить выполнение указанных противоречивых требований удается лишь при напряжении сети до 1140 В. С помощью же предложенного раздельного контроля измерительного тока и напряжения смещения нейтрали эти требования удается выполнить и при напряжении защищаемой сети 3000 (3300 В).
Источники информации
1. Описание к патенту UA 7679, SU 1309153 A11 Н02Н 3117, 07.05.1987.
2. B.C. Дзюбан, Я.С. Рыман, А.К. Маслий. Справочник энергетика угольной шахты. М., Недра, 1983, с. 238-241.