Патент на изобретение №2273936

(54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение имеет отношение к защите электроустановок напряжением до 1 кВ от аварийных режимов, которые могут вызвать электропоражения людей и сельскохозяйственных животных, а также пожары от коротких замыканий. Технический результат заключается в обеспечении защиты людей и животных при обрывах проводов воздушной линии электропередачи. Для этого устройство содержит дифференциальный трансформатор тока нулевой последовательности, реле, воздействующее на автоматический выключатель, причем через окно сердечника трансформатора проходят нулевой и три фазных провода воздушной линии электропередачи, а также содержит восемь конденсаторов с рабочим напряжением, превышающим фазное напряжение воздушной линии электропередачи. 1 ил.

Изобретение относится к защите электроустановок напряжением до 1000 В от аварийных режимов, которые могут вызвать электропоражения людей и сельскохозяйственных животных, а также пожары от коротких замыканий.

Широко известны устройства защитного отключения (С.И.Коструба. Электробезопасность на фермах. – М.: Росагропромиздат, 1990, стр.31, рис.10). Данное устройство защитного отключения (УЗО) выбрано в качестве прототипа.

Известное устройство содержит дифференциальный трансформатор тока нулевой последовательности, ко вторичной обмотке которого подключен чувствительный орган (реле), воздействующий на автоматический выключатель (защитный аппарат). Через окно выполненного в виде тора сердечника трансформатора проходят нулевой и три фазных провода, которые являются первичной обмоткой дифференциального трансформатора тока. Работает прототип следующим образом. При отсутствии токов утечки на землю геометрическая сумма токов в трех фазных проводах и нулевом проводе равна нулю и поэтому тока во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока нет. При замыкании или утечке тока на заземленный корпус электроприемника равенство токов в первичной обмотке дифференциального трансформатора тока нарушится, поскольку по фазному проводу помимо тока нагрузки будет проходить ток замыкания или утечки на землю, и в его вторичной обмотке появится ток. Если он равен или превышает ток срабатывания чувствительного органа (реле), то буквально за считанные доли секунды произойдет отключение аварийного участка сети.

Недостатком прототипа является невозможность обеспечивать защиту электроустановки при обрывах и падении на землю проводов воздушной линии электропередачи (ВЛ). Оборвавшиеся и упавшие на землю провода ВЛ напряжением до 1000 В представляют большую опасность поражения электрическим током людей и сельскохозяйственных животных. Но особую опасность они представляют для детей, которые, не ведая об опасности, подходят к лежащим на земле проводам и даже пытаются взять провод в руку, при этом ребенок, как правило, мгновенно погибает либо от так называемого шагового напряжения, либо от напряжения прикосновения.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение зашиты людей и животных при обрывах проводов воздушной линии электропередачи и защиты от пожаров при замыканиях.

Предлагаемое устройство защитного отключения включает функцию электрозащиты при возможных обрывах и падениях на землю проводов ВЛ с одновременным обеспечением высокой надежности электроснабжения за счет исключения ложных срабатываний устройства защитного отключения.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство защитного отключения, содержащее дифференциальный трансформатор тока нулевой последовательности, ко вторичной обмотке которого подключено реле, воздействующее на автоматический выключатель, причем через окно сердечника трансформатора проходят нулевой и три фазных провода воздушной линии электропередачи, которые являются первичной обмоткой дифференциального трансформатора тока, содержит восемь конденсаторов с рабочим напряжением, превышающим фазное напряжение воздушной линии электропередачи, четыре из которых одинаковой емкостью 20 мкФ, причем три из этих четырех конденсаторов установлены в начале линии и присоединены одними своими выводами к фазным проводам линии до дифференциального трансформатора тока, считая по ходу движения энергии, а вторыми своими выводами к общему проводу, проходящему через окно дифференциального трансформатора тока в обратном направлении, считая по ходу движения энергии, и присоединенному к нулевому защитному проводнику, четвертый из этих четырех конденсаторов установлен в конце воздушной линии электропередачи на ее конечной опоре и включен между фазным проводом линии и нулевым защитным проводником, соединенным с заземленной нейтралью питающего трансформатора, другие четыре конденсатора имеют половинную емкость, причем два из этих конденсаторов установлены в конце линии на последней опоре и присоединены одними своими выводами к фазным проводам воздушной линии электропередачи, а вторыми выводами один – к нулевому рабочему, а другой к нулевому защитному проводникам, соединенным с заземленной нейтралью питающего трансформатора, другие два из указанных четырех половинной емкости установлены в начале линии после дифференциального трансформатора тока, считая по ходу движения энергии, и подключены одними своими выводами к тем же фазным проводам, к которым подключены конденсаторы, находящиеся в конце линии, а вторыми концами подключены к защитному нулевому проводнику.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства защитного отключения.

Предлагаемое устройство содержит автоматический выключатель 1, управляемый реле 2, срабатывающим от тока, поступающего со вторичной обмотки 3 дифференциального трансформатора тока 4, выполненного в виде тороидального сердечника, сквозь окно которого проходят нулевой рабочий (N) и фазные провода (L₁, L₂, L₃) 5, которые являются первичной обмоткой дифференциального трансформатора тока 4. Указанные провода закреплены на изоляторах 10 воздушной линии с опорами 9 и 12, установленными в земле 8, восемь конденсаторов с рабочим напряжением, превышающим фазное напряжение линии, четыре из которых 6, 7, 13 и 15 одинаковой емкости 10 мкФ, обеспечивающей надежное срабатывание УЗО, два конденсатора 13 и 15 установлены в конце ВЛ на ее конечной опоре 12, конденсатор 15 включен между одним из фазных проводов ВЛ и нулевым защитным проводником (РЕ) 5, соединенным с заземленной нейтралью питающего трансформатора (на схеме не показан), конденсатор 13 включен между другим фазным проводом и нулевым рабочим проводником, соединенным с заземленной нейтралью питающего трансформатора (на схеме не показан), конденсаторы 6 и 7 половинной емкости (10 мкФ) установлены в начале линии после дифференциального трансформатора тока, считая по ходу движения энергии и подключены одними своими выводами к тем же фазным проводам, к которым подключены конденсаторы, находящиеся в конце линии, а вторыми выводами подключены к защитному нулевому проводнику (РЕ) 5 в начале линии, четыре конденсатора 14, 16, 17 и 18 полной емкости (20 мкФ) также имеют одинаковую емкость, но вдвое большую, чем рассмотренные четыре, причем три из них установлены в начале линии и присоединены одними своими выводами к фазным проводам линии 5 до дифференциального трансформатора тока 4, считая по ходу движения энергии вторыми своими выводами к общему проводу 11, проходящему через окно дифференциального трансформатора тока 4 в обратном направлении, считая по ходу движения энергии, и присоединенному к РЕ-проводнику 5 также до дифференциального трансформатора тока, конденсатор 14 из указанных четырех установлен в конце линии на последней опоре 12 и присоединен одним своим выводом к фазному проводнику ВЛ, свободному от конденсаторов, а вторым концом – к нулевому защитному РЕ-проводнику.

Работает предложенное устройство следующим образом.

В нормальном эксплуатационном режиме геометрическая сумма токов, вызванных наличием конденсаторов 6, 7, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и протекающих через дифференциальный трансформатор тока, равна нулю, поэтому устройство не срабатывает и линия остается включенной. Теперь допустим, что произошел обрыв одного из фазных проводов, например оборвался провод L1, к которому подключен конденсатор 13. При таком обрыве конденсатор 13 мгновенно исключается из общей системы конденсаторов и тем самым нарушает равенство нулю геометрической суммы токов, проходящих через дифференциальный трансформатор тока и линия в доли секунды отключится. При обрыве провода L2 конденсатор 14 выйдет из общей системы конденсаторов и вызовет отключение линии. При обрыве провода L3 из системы будет исключен конденсатор 15 и тем самым вызовет отключение линии. При обрывах нулевого рабочего проводника N или нулевого защитного проводника РЕ из системы будут соответственно исключены конденсаторы 13 или 14, что также вызовет мгновенное отключение линии. Если в начале линии по каким либо причинам возникнет несимметрия напряжений, то через дифференциальный трансформатор потечет ток небаланса, вызванный наличием конденсаторов 6, 7, 13, 14 и 15, но точно такого же значения потечет ток небаланса от конденсаторов 16, 17 и 18, но в противоположном направлении, благодаря чему геометрическая сумма токов останется равной нулю, отключения не последует и надежность электроснабжения будет обеспечена.

Формула изобретения

Устройство защитного отключения, содержащее дифференциальный трансформатор тока нулевой последовательности, ко вторичной обмотке которого подключено реле, воздействующее на автоматический выключатель, причем через окно сердечника трансформатора проходят нулевой и три фазных провода воздушной линии электропередачи, которые являются первичной обмоткой дифференциального трансформатора тока, отличающееся тем, что содержит восемь конденсаторов с рабочим напряжением, превышающим фазное напряжение воздушной линии электропередачи, четыре из которых одинаковой емкостью 20 мкФ, причем три из этих четырех конденсаторов установлены в начале линии и присоединены одними своими выводами к фазным проводам линии до дифференциального трансформатора тока, считая по ходу движения энергии, а вторыми своими выводами к общему проводу, проходящему через окно дифференциального трансформатора тока в обратном направлении, считая по ходу движения энергии, и присоединенному к нулевому защитному проводнику, четвертый из этих четырех конденсаторов установлен в конце воздушной линии электропередачи на ее конечной опоре и включен между фазным проводом линии и нулевым защитным проводником, соединенным с заземленной нейтралью питающего трансформатора, другие четыре конденсатора имеют половинную емкость, причем два из этих конденсаторов установлены в конце линии на последней опоре и присоединены одними своими выводами к фазным проводам воздушной линии электропередачи, а вторыми выводами один – к нулевому рабочему, а другой – к нулевому защитному проводникам, соединенным с заземленной нейтралью питающего трансформатора, другие два из указанных четырех половинной емкости установлены в начале линии после дифференциального трансформатора тока, считая по ходу движения энергии, и подключены одними своими выводами к тем же фазным проводам, к которым подключены конденсаторы, находящиеся в конце линии, а вторыми выводами подключены к защитному нулевому проводнику.

РИСУНКИ