УСТРОЙСТВО СЕЛЕКТИВНОГО КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
DEVICE OF SELECTIVE MONITORING AND PROTECTION AGAINST EARTH FAULTS IN CIRCUIT WITH ISOLATED NEUTRAL

Изобретение относится к устройствам контроля сопротивления изоляции и защитного отключения в электрических сетях с изолированной нейтралью.
Известно устройство контроля сопротивления изоляции (каталог фирмы Merlin Gerin-Франция, приборы Vigilohm System XM-100, ХМ-200, XD1, XD12), содержащее генератор оперативного напряжения частотой 2,5 Гц, трансформаторы тока нулевой последовательности, установленные на линиях сети, и блоки определения, контроля и индикации сопротивления изоляции отдельных участков сети с изолированной нейтралью. Недостаток устройства заключается в отсутствии цепей защитного отключения контролируемого участка сети при снижении его сопротивления изоляции ниже допустимого уровня.
Известно устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (патент RU 2089031, МПК H02H 3/16, 27.08.1997), содержащее установленные на присоединениях трансформаторы тока нулевой последовательности, выпрямители, запоминающие и интегрирующие элементы, замыкающие ключи, пороговые элементы, исполнительные органы, пусковой орган, трансформатор напряжения нулевой последовательности, блок управления, формирователь коротких импульсов и элементы ИЛИ. Недостаток устройства состоит в его сложности и, как следствие, в невысокой надежности, а также в отсутствии элементов индикации состояния сети.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство избирательного контроля сопротивления изоляции (А.С. SU 1786449 A1, МПК G01R 27/18, 07.01.1993), содержащее источник тока непромышленной частоты, датчики тока, усилители, фазочувствительные органы, фильтр напряжения нулевой последовательности, пороговый блок, индикатор сопротивления изоляции, блок выделения наибольшего напряжения и блок индикации номера линии с пониженным сопротивлением изоляции. Недостатком устройства является отсутствие цепей защитного отключения ответвлений сети при их замыкании на землю.
Предлагаемое устройство наряду с контролем за состоянием сопротивления изоляции аварийных и предаварийных линий сети обеспечивает также защитное отключение аварийных линий с указанием их номера, что повышает безопасность эксплуатации сети и отыскание и устранение возникших неисправностей.
На чертеже представлена функциональная схема устройства селективного контроля и защиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью.
Устройство содержит источник 1 тока непромышленной частоты, один
из выходов которого подключен к нейтрали контролируемой сети, а другой соединен с землей. На линиях 2, 3, 4 установлены трансформаторы 5, 6, 7 тока нулевой последовательности, связанные через избирательные усилители 8, 9, 10 с одними входами фазочувствительных блоков 11, 12, 13, другие входы которых подключены к выходу фильтра 14 напряжения нулевой последовательности, а выходы - к входам блока 15 выделения наибольшего напряжения. С одним выходом 16 блока 15 соединены входы индикатора 17 сопротивления изоляции и порогового блока 18, а с другими выходами 19, 20, 21 - входы транзисторных ключей 22, 23, 24, между коллекторами которых и шиной 25 питания через ограничительные резисторы включены светодиоды 26, 27, 28 индикации номера линии сети с пониженным сопротивлением изоляции.
Устройство снабжено вторыми транзисторными ключами 29, 30, 31, соединенными последовательно с первыми ключами 22, 23, 24. К входам ключей 29, 30, 31 подключен выход блока 18, а между коллекторами ключей 29, 30, 31 и шиной 25 питания соответственно включены через ограничительные резисторы светодиоды 32, 33, 34 индикации номера отключенной линии 2, 3, 4; обратные диоды 35, 36, 37 и последовательно соединенные с кнопками 38, 39, 40 на размыкание обмотки контакторов 41, 42, 43. Основные размыкающие контакты 44, 45, 46 контакторов 41, 42, 43 включены на входе соответствующих линий 2, 3, 4 сети, а вспомогательные замыкающие контакты 47, 48, 49 - между коллекторами ключей 29, 30, 31 и общей шиной 50.
Блок 15 выполнен в виде операционных выпрямителей 51, 52, 53, входы которых подсоединены к входам блока 15, выходы 54, 55, 56 объединены и связаны с выходом 16 блока 15, а выходы 57, 58, 59 подключены к выходам 19, 20, 21 блока 15.
Устройство селективного контроля и защиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью работает следующим образом.
Наложенный ток от источника 1, растекаясь по линиям 2, 3, 4 и, замыкаясь через соответствующие сопротивления и емкости изоляции на землю, воздействует на трансформаторы 5, 6, 7 тока нулевой последовательности. Усиленные избирательными усилителями 8, 9,10 выходные напряжения трансформаторов 5, 6, 7 поступают на первые входы блоков 11, 12, 13, ко вторым входам которых прикладывается опорное напряжение с выхода фильтра 14. Блоки 11, 12, 13 осуществляют преобразование входных переменных напряжений в постоянные положительные напряжения, величина которых пропорциональна токам утечки через сопротивления изоляции соответствующих линий 2, 3, 4 контролируемой сети. В блоке 15 на объединенных выходах 54, 55, 56 выделяется наибольшее входное напряжение, например от блока 11, соответствующее максимальному активному току утечки в линии 2. Это напряжение поступает на индикатор 17, отображающий величину сопротивления изоляции (обратную величине тока утечки), и на блок 18, контролирующий его допустимое значение. Одновременно с этим на выходе 57 выпрямителя 51 появляется отрицательное, а на выходах 58, 59 выпрямителей 52, 53 - положительные напряжения, под действием которых открывается транзистор 22 и закрываются транзисторы 23, 24. При этом загорается светодиод 26, сигнализирующий о том, что наиболее низким сопротивлением изоляции обладает линия 2. При снижении сопротивления изоляции в линии 2 ниже допустимого уровня срабатывает блок 18, под действием выходного напряжения которого открывается транзистор 29. В результате оба последовательно соединенных транзистора 22 и 29 оказываются открытыми и на коллекторе транзистора 29 появляется низкий потенциал, вызывающий срабатывание контактора 41. С помощью размыкающих контактов 44 контактора 41 отключается неисправная линия 2, а с помощью замыкающего контакта 47 контактор 41 самоблокируется. Диод 35 защищает транзистор 29 от противоэдс в обмотке контактора 41. В то же время загорается светодиод 32, сигнализирующий об отключении линии 2. После отключения линии 2 напряжение на выходе блока 11 падает до нуля, напряжение на выходе 19 блока 15 становится положительным, транзистор 22 закрывается, а светодиод 26 гаснет. Блок 15 выделяет напряжение, соответствующее одной из неотключенных линий 3, 4 с минимальным сопротивлением изоляции. Индикатор 17 отображает величину сопротивления изоляции данной линии, а светодиод 27 или 28 ее номер. Блок 18 контролирует величину тока утечки и, в случае превышения ею допустимого значения, срабатывает, воздействуя через транзистор 30 или 31 на контактор 42 или 43 и вызывая отключение следующей неисправной линии 3 или 4. При этом гаснет светодиод 27 или 28 и загорается светодиод 33 или 34.
Количество контролируемых устройством линий разветвленной электрической сети практически ничем не ограниченно. Устройство обеспечивает обслуживающий персонал информацией о номерах отключенных линий, о номере линии с наименьшим значением сопротивления изоляции (предаварийной линии) и о его конкретном значении.
Содержащиеся в устройстве кнопки 38, 39, 40 позволяют кратковременно размыкать цепи обмоток контакторов 41, 42, 43 той или иной неисправной (отключенной) линии 2, 3, 4. При этом неисправная линия принудительно подключается к сети, а на индикаторе 17 отображается значение сопротивления изоляции в аварийной линии, знание которого необходимо перед началом и в процессе устранения неисправности. После завершения ремонта повторным нажатием соответствующей кнопки 38, 39, 40 снимается самоблокировка контактора 41, 42, 43 и отремонтированная линия 2, 3, 4 постоянно подключается к сети.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышенную безопасность эксплуатации сети, обусловленную автоматическим отключением поврежденного участка сети, высокую информативность и универсальность применения.