УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ТРЕМЯ ФАЗНЫМИ ПРОВОДАМИ И НУЛЕВЫМ ПРОВОДОМ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам защиты отключения электрических линий, машин, приборов и людей от поражения электрическим током предназначено для электроустановок, которые получают энергию по четырехпроводной сети переменного тока и может использоваться в производственных и жилых помещениях.
Известно устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее первый асимметр, который подключен к фазным проводам и нулевому проводу сети, первый трансформатор тока нулевой последовательности, с вторичной обмоткой которого через первый усилитель соединена катушка реле с размыкающим контактом в цепи питания катушки магнитного пускателя, при этом оно дополнительно снабжено вторым асимметром дрансформатором тока нулевой последовательности и усилителем, причем второй асимметр подключен к фазным проводам сети так, что его токи не протекают по первичным обмоткам трансформатора тока нулевой последовательности, нулевая точка второго асимметра соединена с нулевым проводом сети через первичную обмотку второго трансформатора тока нулевой последовательности, а вторичная обмотка этого трансформатора тока подсоединена к входу второго усилителя, выход которого соединен с выходом первого усилителя и катушкой реле по схеме сравнения напряжений (пат. РФ №2017299 H02H 3/16 // H02H 5/10)
Недостатками данного устройства являются:
1. Схема с магнитным пускателем не может быть использована для отключения короткого замыкания в сети, так как он предназначен для коммутации сети.
2. Сложность схемы (два асимметра, два трансформатора тока нулевой последовательности) и как следствие низкая надежность.
3. Схема не срабатывает при двух- и трехфазных замыканиях в сети.
Известно устройство для защитного отключения в электрической сети переменного тока с заземленной нейтрально содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной обмоткой и пороговый элемент с выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нулевому проводу сети соответственно, при этом выводы вторичной обмотки дифференциального трансформатора тока соединены с входом порогового элемента, а также выпрямитель, при этом введены двуханодный стабилитрон, резистор, в дифференциальный трансформатор тока введена дополнительная обмотка, один вывод которой соединен с заземлением, а другой выход соединен через последовательно включенные двуханодный стабилитрон и резистор с нулевым проводом сети и через последовательно соединенные выходной ключ, катушку независимого расцепителя и выпрямитель с фазным проводом сети, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом с соответствующим фазным проводом сети, а их другие выводы присоединены к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора.
Недостатками данного устройства являются:
1. При обрыве фазного провода сети, питающий элемент отключения схемы будет не работоспособный.
2. При обрыве нулевого провода схема работать не будет, так как исчезнет напряжение с отключающей катушки автоматического отключения.
3. При коротком замыкании между двумя фазами, к которым катушка независимого расцепителя не подсоединена, схема не работоспособна.
4. Схема не будет работать при аварийном режиме в сети питания (перед счетчиком потребителя)в случае замыкания фазного провода на нулевой провод.
Следовательно, можно сделать вывод о низкой надежности срабатывания защитного отключения.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству относится устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной и дополнительной обмоткой, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент, узел питания и выпрямитель при этом к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен как к плюсовой клемме диода, который через резистор присоединен к нулевому проводу сети, так и вторые выводы трех одинаковых резисторов, при этом блок питания содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки присоединены к минусовым клеммам трех диодов соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены, а начала трех вторичных обмоток соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора и минусовой клеммой светодиода, плюсовая клемма которого присоединена к входу резистора, параллельно которому присоединен конденсатор, а также к плюсовой клемме стабилитрона, минусовая клемма которого заземлена, выход резистора соединен с входами как резистора, выход которого заземлен, так и входа делителя, выход которого через резистор подключен к минусовой клемме операционного усилителя, при этом третий выход делителя подключен к коллектору транзистора, выход которого заземлен так, и с входом катушки независимого расцепителя, выход которой заземлен, а база транзистора соединена с выходом резистора. (патент на полезную модель РФ №123735 H02H 3/16)
Недостатками данного устройства являются:
1. При обрыве двух фаз схема не работоспособна;
2. При двухфазном коротком замыкании схема не работоспособна.
Задача изобретения - повысить надежность срабатывания защитного отключения.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной и дополнительной обмоткой, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент, узел питания и выпрямитель к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к вторым выводам трех одинаковых резисторов, при этом блок питания содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки присоединены к минусовым клеммам трех диодов соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены, а начала трех вторичных обмоток соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора и минусовой клеммой светодиода, плюсовая клемма которого присоединена к входу резистора, параллельно которому присоединен конденсатор, а также к плюсовой клемме стабилитрона, минусовая клемма которого заземлена, выход резистора соединен с входами как резистора, выход которого заземлен, так и входа делителя, выход которого через резистор подключен к минусовой клемме операционного усилителя, при этом третий выход делителя подключен к коллектору транзистора, выход которого заземлен так, и с входом катушки независимого расцепителя, выход которой заземлен, а база транзистора соединена с выходом резистора, при этом второй конец дополнительной обмотки диффенциального трансформатора подключен к минусовой клемме диода, плюсовая клемма которого через резистор присоединена к нулевому проводу сети.
Новый существенный признак:
1. Второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к минусовой клемме диода, плюсовая клемма которого через резистор присоединена к нулевому проводу сети.
Новый существенный признак в совокупности с известным необходим и достаточен для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат заключается в повышении надежности и расширении функций защитного отключения.
При возникновении сигнала во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока утечки равного или большего тока установки, операционный усилитель срабатывает через стабилитрон проходит положительный сигнал дранзистор открывается и автоматический выключатель отключится катушкой независимого расцепителя. Благодаря тому что питание схемы осуществляется от трехфазного трансформатора, нейтральная точка первичной обмотки которого соединена с нулевым проводом сети, схема будет работоспособной при исчезновении напряжения в сети даже на двух фазах, когда третья фаза останется под напряжением и представляет опасность для персонала, который может коснуться ее. Наличие в схеме элементов стабилизации позволяет получить напряжение на катушке независимого расцепителя при однофазном питании, отличного от номинального его значения не более чем на 2,5%.
Предложенная схема будет отключать сеть при выносе потенциала из сети 6-35 кВ на систему заземления, зануления, также при двухфазном коротком замыкании.
На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом.
Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами (L1 L2 L3)и нулевым проводом (N), содержащее выключатель автоматический 1 с катушкой независимого расцепителя 2. Также дифференциальный трансформатор тока 3 с первичными обмотками 4 по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной 5 и дополнительной обмотками 6, к выводу которой присоединены выводы трех одинаковых резисторов 7, 8, 9, каждый из которых соединен одним выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент 10, узел питания 11 и выпрямитель 12. К незаземленному выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3 дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода 13, 14, 15, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3 подключен к противоположным выводам трех одинаковых резисторов 7, 8, 9 и минусовой клемме диода 16, который через резистор 17 присоединен к нулевому проводу сети. Блок питания 11 содержит трехфазный трансформатор 18, первичная обмотка 19 которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки 20 присоединены к минусовым клеммам трех диодов 21, 22, 23 соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены. Начала трех вторичных обмоток 20 соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора 24, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенным между собой резистора 25 и минусовой клеммой светодиода 26.Плюсовая клемма светодиода 26 присоединена к входу резистора 27, параллельно которому присоединен конденсатор 28, а также к плюсовой клемме стабилитрона 29, минусовая клемма которого заземлена. Выход резистора 27 соединен с входами как резистора 30, выход которого заземлен, так и входа делителя 31, выход которого через резистор 32 подключен к минусовой клемме операционного усилителя 33. При этом третий выход делителя 31 подключен к коллектору транзистора 34, при этом его эмиттер соединен как с входом резистора 35,выход которого заземлен, так и с входом катушки независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1, выход которой заземлен, а база транзистора 34 соединена с выходом резистора 36.
Устройство работает следующим образом.
1. При обрыве фазы L3 - ток пройдет от необорванных фаз L1 и L2 к минусовым клеммам двух диодов 13, 14 плюсовые выводы которых подключены к выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3, второй конец которой соединен с резисторами 7, 8 соединенными с проводами необорванных фаз L1 L2, а также с минусовой клеммой диода 16,плюсовая клемма которого соединена с резистором 17, второй конец которого соединен с нулевым проводом N. Во вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появится напряжение, которое выпрямляется пороговым элементом 10,и если ток небаланса в этой обмотке равен или больше величины тока установки на операционном усилителе 33, то схема срабатывает. Транзистор 34 открывается и включает катушку независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1, которая его и отключает. Так как напряжение через фазы L1 L2 и нулевой провод N будет подаваться на вторичную обмотку 20 дифференциального трансформатора 18 через первичную обмотку 19 этого же дифференциального трансформатора выпрямляться и сглаживаться диодами 21, 22, 23 и ток пойдет по цепи конденсатор 24-резистор 25-светодиод 26-блок стабилизации, состоящий из резистора 27,параллельно которому включен конденсатор 28 и включен на входе резистора 27 стабилитрон 29, второй конец которого заземлен, а на выходе резистора 27 подключен резистор 30, второй выход которого заземлен, с выхода резистора 27 ток пойдет через последовательно соединенных делитель 31-резистор 32 на минусовую клемму операционного усилителя 33,с третьего выхода делителя 31 ток пойдет на коллектор транзистора 34. Сигнал с операционного усилителя 33 через резистор 36 на базу транзистора 34. Транзистор 34 срабатывает и замыкает цепь коллектор-эмиттер и ток идет на катушку независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1,который и размыкает цепь питания. Схема будет продолжать работать.
2. При обрыве двух фаз L3 и L2 - ток пройдет по цепи от необорванной фазы L1 к минусовой клемме диода 13, плюсовой вывод которого подключен к выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3, второй конец которой соединен с минусовой клеммой диода 16,плюсовой вывод которого соединен с резистором 17, второй конец которого присоединен к нулевому проводу N. При обрыве двух фаз L3 и L2 в первичной обмотке 19 дифференциального трансформатора 18 появится однофазное напряжение, а на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18 появится трехфазное напряжение и ток пойдет по цепи аналогичной первому случаю. Схема будет продолжать работать.
3. При обрыве нулевого провода N в питающей сети. Возможны два варианта:
1 - обрыв нулевого провода произошел на участке между повторным заземлением и проводами сети нагрузки;
2 - обрыв нулевого провода произошел на том же участке сети что и в пункте 1, но нулевой провод имеет соединение с заземлением выполненным в помещении, в котором потребляется электроэнергия. В первом варианте, при неравномерной нагрузке фаз возникнет ток обратной последовательности, в результате этого во вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появится ЭДС небаланса, по вторичной 5 пойдет ток небаланса, и если величина этого тока будет равна или превысит пороговый уровень, сеть отключится отключающей катушкой 2УЗО. Во втором варианте, при неравномерной нагрузке фаз, по нулевому проводу, соединенному с заземлением, пойдет ток небаланса, в результате этого во вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появиться ЭДС небаланса и схема сработает аналогично первому варианту, сеть отключится отключающей катушкой 2УЗО. Подаваемое трехфазное напряжение, на первичную обмотку 19 дифференциального трансформатора 18 будет соответственно трехфазным и на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18, и ток будет протекать аналогично рассмотренному первому случаю. Схема будет продолжать работать.
4. При замыкании фазы L3 на нулевой провод N в питающей сети (перед электрическим счетчиком потребителя) - ток пойдет по цепи от точки короткого замыкания к минусовой клемме диода 15, плюсовой вывод которого подключен к выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3,второй конец которой соединен с резисторами 7, 8 вторые концы которых соединены с проводами не замкнувшихся фаз 11, 12, а также с минусовой клеммой диода 16, соединенного с резистором 17, второй конец которого соединен с нулевым проводом N. Напряжение на первичной обмотке 19 дифференциального трансформатора 18 будет однофазным, а на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18 оно будет трехфазным и ток будет протекать аналогично первому рассмотренному случаю. Схема будет продолжать работать.
5.При трехфазном коротком замыкании- исчезнет питание усилителя и питающей катушки следовательно сеть отключится.
6 При выносе потенциала из сети 6-35 кВ на систему заземления и зануления сети 380/220 В - ток пойдет по нулевому проводу N, расположенному внутри сердечника дифференциального трансформатора 3,далее пойдет по цепи системы зануления, заземления сети напряжения 380/220 В и замкнется на емкость двух незаземлившихся фаз проводов сети 6-35 кВ. Если величина этого тока будет равна или превысит пороговую величину, то во вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появится ЭДС небаланса, по ней пойдет ток небаланса, и если величина этого тока будет равна или превысит пороговый уровень, сеть отключится отключающей катушкой 2 УЗО, при чем отключение произойдет одновременно всех фазных проводов и нулевого провода N.
7.При двухфазном коротком замыкании, например замкнулись фазы L1 L2 - ток пойдет по цепи от фазы L3 к минусовой клемме диода 15,плюсовой вывод которого подключен к выводу дополнительной обмотке 6 дифференциального трансформатора 3, второй конец которой соединен с минусовой клеммой диода 16, плюсовой вывод которого соединен с резистором 17, второй конец которого присоединен к нулевому проводу N. Напряжение на первичной обмотке 19 дифференциального трансформатора 18 будет однофазным, а на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18 оно будет трехфазным и ток будет протекать аналогично рассмотренным случаям. Схема будет продолжать работать.