Устройство автоматической пофазной компенсации емкостных токов утечки в подземных электрических сетях

Полезная модель относится к средствам защиты, в частности к устройствам автоматической компенсации емкостных токов утечек, и предназначена для снижения токов утечки в подземных электрических сетях путем пофазной автоматической компенсации их емкостных составляющих.
В известных устройствах автоматической компенсации емкостной составляющей тока утечки, состоящих из управляемого постоянным током компенсирующего дросселя насыщения с положительной обратной связью обеспечивается компенсация полного емкостного тока, соответствующего симметричному режиму утечки. В случае возникновения несимметричных режимов утечки тока через изоляцию условия возникновении резонанса в контурах, образованных активным сопротивлением и емкостью изоляции отдельных фаз, не совпадают или полностью отсутствуют, что при автоматической настройке компенсирующего дросселя на полный емкостной ток утечки приводит к его недокомпенсации.
Известно устройство для автоматической компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью [АС №1159106, опублик. 30.05.1985 г.], в котором с целью повышения точности компенсации, параллельно обмотке подмагничивания компенсирующего дросселя включен делитель тока, выполненный из двух включенных параллельно друг другу цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных резистора и диода, одна из этих цепей включена последовательно с диодом и шунтирующим транзистором, вход которого соединен с измерителем емкости сети, а выход транзистора соединен с входом транзисторного усилителя постоянного тока.
Недостатком данного устройства является то, что в нем не предусмотрена возможность компенсации фазных емкостных токов утечки в несимметричных режимах, что приводит к недокомпенсации и повышению опасности поражения человека электрическим током в случае прикосновения к фазе сети или корпусу электрооборудования, оказавшемуся под напряжением.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для автоматической компенсации емкостной составляющей тока утечки [АС №750647, опублик. 23.07.1980 г.], содержащее источник питания, управляемый постоянным током компенсирующий дроссель с положительной обратной связью, подключенный к сети через искусственную нулевую точку, генератор оперативного синусоидального напряжения звуковой частоты, соединенный с усилителем переменного тока, выпрямитель и усилитель постоянного тока, подключенный к обмотке управления компенсирующего дросселя и согласующий элемент, за счет которого обеспечивается повышение чувствительности в зоне малых емкостей путем уменьшения начального тока подмагничивания компенсирующего дросселя в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды.
Недостатком данного устройства является то, что в нем не обеспечивается настройка компенсирующего дросселя на режимы несимметричной утечки тока через изоляцию.
Техническим результатом, достигаемым в полезной модели, является возможность компенсации фазных емкостных токов утечки через изоляцию электрической сети при возникновении несимметричных режимов утечки, защита человека от поражения электрическим током в случае его прикосновения к токоведущим частям или корпусу электрооборудования, оказавшемуся под напряжением.
Технический результат достигается тем, что устройство автоматической пофазной компенсации емкостных токов утечки в подземных электрических сетях, содержащее емкостной фильтр, между искусственной нулевой точкой которого и землей включена балластная емкость, измерительный трансформатор напряжения, выпрямитель, усилитель постоянного тока в обмотке управления компенсирующего дросселя и выпрямитель для питания обмотки обратной связи, которые последовательно подключены между искусственной нулевой точкой активно-индуктивного фильтра и землей, для обеспечения полной компенсации в несимметричных режимах утечки снабжено измерительными трансформаторами тока, включенными в фазные цепи емкостного фильтра, выпрямителями и усилителями постоянного тока в обмотках управления двухтактными магнитными усилителями, рабочие обмотки которых включены в фазные цепи активно-индуктивного фильтра.
Полезная модель поясняется чертежом, где
на фиг. 1 - структурная схема устройства автоматической пофазной компенсации емкостных токов утечки в подземных электрических сетях;
на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема полезной модели.
Предлагаемое устройство содержит емкостной фильтр 1, между искусственной нулевой точкой которого и землей включена балластная емкость 2, измерительный трансформатор напряжения 4, выпрямитель 6, усилитель 8 постоянного тока в обмотке управления компенсирующего дросселя 10 и выпрямитель 12 для питания обмотки обратной связи, которые последовательно подключены между искусственной нулевой точкой активно-индуктивного фильтра 11 и землей, измерительные трансформаторы тока 3, включенные в фазные цепи емкостного фильтра 1, выпрямители 5 и усилители 7 постоянного тока в обмотках управления двухтактными магнитными усилителями 9, рабочие обмотки которых включены в фазные цепи активно-индуктивного фильтра 11.
Для пояснения работы на фиг. 2 приведена принципиальная электрическая схема полезной модели, в которой с целью упрощения показан один фазный канал 3-5-7 управления индуктивностью рабочих обмоток двухтактного магнитного усилителя 9.
Устройство работает следующим образом.
Для компенсации полного емкостного тока в симметричном режиме утечки между искусственной нулевой точкой емкостного фильтра 1 и землей параллельно подключаются балластная емкость 2 и первичная обмотка измерительного трансформатора напряжения 4, которые образуют резонансный IC-контур для формирования сигнала, пропорционального полному емкостному току утечки. С вторичной обмотки трансформатора напряжения 4 управляющий сигнал через блокирующий активную составляющую тока утечки. КС-фильтр выпрямителя 6 и усилитель 8 постоянного тока поступает на обмотку управления компенсирующим дросселем 10. Для защиты транзисторов усилителя 6 от обратных напряжений обмотка управления компенсирующим дросселем 10 зашунтирована диодом. Для улучшения рабочей характеристики компенсатора в зоне малых емкостей параллельно обмотке обратной связи компенсирующего дросселя 10 и питающему ее выпрямителю 12 подключен шунтирующий резистор. Таким образом, при изменении управляющего сигнала рабочая индуктивность компенсирующего дросселя 10 автоматически настраивается в резонанс с полной емкостью изоляции сети относительно земли.
Для компенсации емкостного тока в несимметричном режиме утечки в фазные ветви емкостного фильтра 1 подключаются первичные обмотки измерительных трансформаторов тока 3, с которых снимаются сигналы пропорциональные значениям фазных емкостных токов утечки. Вторичные обмотки трансформаторов тока 3 и параллельно подключенные к ним емкости, образуют LC-контуры для фильтрации активной составляющей фазного тока утечки и формирования сигналов, пропорциональных фазным емкостным токам утечки, которые подаются на выпрямители 5 и усилители 7 постоянного тока. Усиленные сигналы постоянного тока поступают на управляющие обмотки двухтактных магнитных усилителей 9, рабочие обмотки которых включены в фазные ветви активного фильтра присоединения 11. В случае несимметрии сопротивлений фазной изоляции сети относительно земли управляющие сигналы изменяются пропорционально изменению токов в ветвях емкостного фильтра 1, в результате чего по обмоткам управления двухтактных магнитных усилителей 9 протекают токи, приводящие изменению магнитной проницаемости их рабочих обмоток. Таким образом, рабочая индуктивность каждого двухтактного магнитного усилителя 9 настраивается в резонанс с емкостью соответствующей фазы. Применение двухтактных магнитных усилителей 9 с обмотками управления, представляющими собой две встречно включенные полуобмотки, позволяют обеспечить более стабильный управляющий сигнал, изменяющийся в широком диапазоне регулирования насыщения их рабочих обмоток, следовательно, более полной компенсации фазных емкостных токов утечки.
Применение предлагаемой полезной модели позволит повысить уровень защиты электроустановок и человека при возникновении опасных режимов утечки тока через изоляцию и обеспечить безопасность эксплуатации подземных электрических сетей.