УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ПРИ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к системам электроснабжения, и предназначена для селективной защиты от однофазных замыканий (утечек тока) на землю в электрических сетях трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью трансформатора в подземных выработках и на поверхности угольных и горнорудных предприятий.
Известна токовая направленная защита от замыканий на землю типа 33П-1М, реагирующая на значения токов и напряжений нулевой последовательности в карьерных электрических сетях трехфазного переменного тока напряжением 6-10 кВ (Бухтояров В.Ф., Маврицин A.M. Защита от замыканий на землю электроустановок карьеров. - М.: Недра, 1986. - С.86-89). Устройство защиты снабжено трансформатором напряжения нулевой последовательности, фазосдвигающей цепочкой, обеспечивающей необходимый сдвиг между током и напряжением нулевой последовательности, и фазосравнивающей схемой.
Основным недостатком направленных токовых защит данного типа является то, что в качестве датчика напряжения нулевой последовательности они содержат трансформатор типа НТМИ, обмотки которого присоединены к фазам сети и к земле. Это вызывает в кабельных сетях феррорезонансные процессы, в результате которых возникают перенапряжения, достигающие 4-5-кратной величины рабочего напряжения сети и приводящие к пробою изоляции в электроустановках с опасными последствиями. Кроме того, известные устройства защиты сложны по конструкции, имеют значительные размеры и вес.
Известно устройство селективной защиты от замыканий на землю в электрических сетях трехфазного переменного тока с изолированной
нейтралью трансформатора, содержащее трансформатор тока нулевой последовательности, схему защиты от перенапряжений, датчик, выполненный из диодов, соединенных по схеме 3В, подключенный к фазам контролируемой сети, два усилителя, соединенных по схеме «И», подстроечный резистор, соединенный с датчиком, вторым усилителем и землей, и исполнительное реле, контакты которого включены в цепь выключателя (патент РФ на полезную модель №58269, кл. H02H 3/00, заявлен 31.05.2006 г., опубликован 10.11.2006 г., бюллетень №31).
Использование в устройстве датчика из диодов, соединенных между собой по схеме 3B, и двух усилителей обеспечивает получение сигнала, адекватного снижению активного сопротивления изоляции сети, не зависящего от напряжения нулевой последовательности, вызванного естественным перекосом емкости в фазах сети, и может исключить ложные срабатывания.
Недостатком известного устройства является появление на усилителях эффекта «плавающего» питания при включении исполнительного реле и открытии транзисторов усилителей, в результате чего резко меняется коэффициент их усиления, автоматически уменьшаются пределы порога защиты и увеличивается нагрузка на транзисторы усилителей, что может привести к разрушению их.
Техническим результатом полезной модели является повышение стабильности селективной защиты за счет исключения эффекта «плавающего» питания и снижения нагрузки на усилители.
Предложено устройство для защитного отключения при замыкании на землю в электрических сетях трехфазного переменного тока, включающее трансформатор тока нулевой последовательности, схему защиты от перенапряжений, датчик напряжения нулевой последовательности, подключенный к фазам контролируемой сети, подстроечный резистор, соединяющий датчик с землей, два транзисторных усилителя, соединенных между собой по схеме «И», первый из которых подключен через схему защиты от перенапряжений и фазосдвигающий конденсатор C1 к трансформатору тока нулевой последовательности, а
второй - к датчику и подстроечному резистору, источник питания и исполнительное реле K2 с интегрирующим конденсатором C2, контакты которого включены в цепь выключателя и цепь сигнализации.
Отличием является то, что устройство снабжено защитным реле, установленным в схеме защиты от перенапряжений, и второй линией питания исполнительного реле, причем контакт защитного реле установлен в указанной линии.
Другим отличием является то, что устройство снабжено схемой проверки его исправности, содержащей два механически связанных между собой ключа, установленных с возможностью одновременного взаимодействия с исполнительным реле, причем один ключ соединен с трансформатором тока нулевой последовательности, а другой - с подстроечным резистором.
Предложенная схема включения исполнительного реле K2 позволяет получить новый технический эффект - при его включении и открытии транзисторов не происходит изменения коэффициента усиления, т.е. исключается появление эффекта «плавающего» питания. Кроме того, наличие элементов проверки исправности устройства позволяет повысить надежность защиты от замыканий на землю.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. показана принципиальная электрическая схема устройства защитного отключения при замыкании на землю в электрических сетях трехфазного переменного тока.
Устройство может быть выполнено в виде блока, установленного в высоковольтных распределительных ячейках в подземных выработках шахт или на поверхности горнорудных предприятий.
Устройство содержит трансформатор тока нулевой последовательности ТТНП, к вторичной обмотке которого подключена схема защиты от перенапряжения, содержащая диоды VD1 - VD4 и реле K1, и фазосдвигающий конденсатор C1. Через диод VD5 к ТТНП подключен первый усилитель 2 на транзисторах VT1 - VT2.
Датчик напряжения нулевой последовательности 1 выполнен на диодах VD6, VD7, VD8, соединенных между собой по схеме 3B, и параллельно ТТНП подключен к фазам контролируемой сети.
Общая точка схемы датчика через резисторы R1, R2 и R3 подсоединена на землю, при этом резистор R3 является подстроечным и через пороговый элемент VD9 и резистор R4 присоединен ко второму усилителю 3 на транзисторах VT3 и VT4. Усилители соединены между собой по схеме «И» и нагружены на исполнительное реле K2, имеющее интегрирующий конденсатор C2. Контакты исполнительного реле K2 установлены в цепи выключателя 4 и в цепи сигнализации 5. Исполнительное реле K2 через вторую цепь с контактом защитного реле K1 соединено с источником питания, а входные транзисторы усилителей 1 и 2 включены в режиме усиления. Устройство защитного отключения снабжено схемой проверки исправности, содержащей два механически связанных между собой ключа Sn, установленных с возможностью одновременного взаимодействия через резисторы R5 и R6 с первым усилителем и исполнительным реле K2. Один из этих ключей соединен с ТТНП, а другой - с подстроечным резистором R3.
Ниже приведено описание работы устройства защитного отключения при замыкании на землю в электрических сетях трехфазного переменного тока.
При отсутствии замыкания одной из фаз и утечки тока на землю в сети через датчик 1 и обмотку трансформатора ТТНП ток не протекает, поэтому усилители 2 и 3 закрыты, исполнительное реле K2 не выключено и оба канала схемы сигнализации 4 закрыты.
При замыкании какой-либо из фаз и замыкании в зоне защиты по датчику 1 будет протекать ток, и при отрицательной полуволне тока утечки транзисторы усилителя 3 откроются.
Одновременно от ТТНП будет проходить ток через фазосдвигающий конденсатор C1, напряжение на котором сдвинуто и совпадает по фазе с током в датчике 1. С фазосдвигающего конденсатора C1 напряжение
отрицательной полуволны через диод VD5 поступает на усилитель 2, открывая транзисторы VT1 и VT2.
При синхронном открывании транзисторов усилителей 2 и 3 сработает исполнительное реле K2, которое своими контактами включит цепь сигнализации 4 и выключатель 5. Одновременно через контакт защитного реле K1 произойдет соединение исполнительного реле K2 с источником питания по второй линии и соответственно уменьшится нагрузка на транзисторы усилителей, находящиеся в режиме усиления. Таким образом, защитное реле K1 включает вторую линию питания исполнительного реле K2, защищает транзисторы усилителей 2 и 3 от повышенных напряжений и повышает надежность работы устройства. Подстроечным резистором R3 устанавливают любой порог защиты от 0,3 до 1 А. Включение непосредственно в цепь усилителей исполнительного реле K2 по предложенной схеме не влияет на питание транзисторов VT1, VT3, находящихся в ключевом режиме, и не меняет их коэффициента усиления.
При замыкании вне зоны защиты ток в ТТНП протекает в обратном направлении и открытие каналов происходит в противофазе, в связи с чем ток через транзисторы VT2, VT4 не протекает и исполнительное реле K2 не срабатывает.
Для осуществления проверки исправности устройства замыкают ключи Sn, при этом через ключи ток по обоим каналам поступает через резистор R5 на исполнительное реле K2.
Предложенное устройство снижает перегрузки в его сетях и обеспечивает надежную защиту при замыкании на землю.