CC BY
74
© Г.Г. Пивняк, Е.А. Вареник 2004
УДК 321.316.5
Г.Г. Пивняк, Е.А. Вареник
УНИФИЦИРОВАННЫЕ РУДНИЧНЫЕ АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИАЗУР -1140/660
Семинар № 18
А ппарат защиты от токов утечки в элек-
./л. трических сетях напряжением 1140 В предназначен для защиты людей от поражения электрическим током, исключения пожаров и взрывов рудничной атмосферы и выполнен с сохранением всех достоинств своих предшественников. Принципиальная электрическая схема аппарата АЗУР приведена на рис. 1. Аппарат содержит три функциональных узла: контроля сопротивления изоляции, автоматической компенсации емкостных токов утечки и тепловой защиты.
Узел контроля сопротивления изоляции выполнен в виде схемы сравнения эталонного и измерительного токов. Для этого вход усилителя на транзисторах ¥Т5, ¥Т6 зашунтирован база-коллекторным переходом транзистора УТ7. Через его база-эмитгер-ный переход протекает эталонный ток по цепи: транзистор УТ4 - резисторы КЗ, К5 или К6. Цепь эталонного тока питается через выпрямитель, состоящий из диодов ¥05 и конденсатора СЗ, от обмотки трансформатора Т¥1. Напряжение питания подается на отводы первичной обмотки трансформатора Т¥1 через тумблер БЛ2.1 от вторичных обмоток трехфазного трансформатора Т¥2. База транзистора ¥Т4 через резистор К9 и диод ¥010 соединена с коллектором транзистора ¥Т8, являющегося усилителем генератора повышенной частоты с колебательным контуром Т¥3, С9, управляющим через К18, ¥01 "7 работой ¥Т8. При открывании транзистора ¥Т8 через эмитгер-базовый переход транзистора ¥Т7 протекает ток и открывает этот транзистор, переводя его в режим насыщения. В этом случае по цепи эталонного тока протекает ток, определяемый сопротивлениями ее резисторов и напряжением питания. При запирании транзистора ¥Т8 закрывается и транзистор ¥Т4, что приводит к исчезновению эталонного тока. Поскольку транзистор ¥Т8 генератора периодически открывается и закрывается, в цепи эталонного тока протекают импульсы тока, близкие по форме к прямоугольной.
В отличие от ранее выпускавшихся аппаратов защиты от токов утечки в аппаратах АЗУР имеется два последовательно соединенных источника измерительного тока, содержащих диоды ¥02, ¥03 и конденсаторы С5, С6, питающиеся от обмоток и трансформатора Т¥1. Один источник включен между конденсаторами С15, С16 КС-фильтра, в состав которого входят также резисторы К10, К16, К17. Второй источник присоединен к конденсатору С7, включенному последовательно с первичными обмотками компенсирующего дросселя Ь1. Вторые зажимы конденсаторов С15, С16 через замыкающий контакт К4.4 реле напряжения соединены с основным заземли-телем, а точка соединения компенсирующего дросселя Ь1 с трехфазным трансформатором Т¥2
- с дополнительным заземлителем Д3. При подаче напряжения на подстанцию и выключенном автоматическом выключателе напряжение на зажимах А2, В2, С2, соединенных с трехфазным трансформатором Т¥2, и, следовательно, на выпрямительном мосте, собранном на диодах ¥011
- ¥016, отсутствует. От этого выпрямителя питаются элементы автоматического компенсатора и стабилизатор напряжения, состоящий из стабилитронов ¥019 - ¥021 и резистора К19, к которому подключена обмотка К4.1 реле напряжения, и поэтому напряжение на указанных элементах в рассматриваемом режиме отсутствует, а реле К4 выключено. При этом аппарат АЗУР работает в режиме БРУ. Измерительный ток, протекающий через резисторы К10, К11, К14 - К17, К20, диод ¥021, Д3, сопротивление изоляции сети, силовой кабель, обмотки трансформатора Т¥2 и вход порогового усилителя на транзисторах ¥Т5, ¥Т6, ¥Т7, сравнивается с эталонным током. Когда измерительный ток меньше амплитуды эталонного тока, что имеет место при высоком сопротивлении изоляции сети, в течение времени, когда через эмиттер-базовый переход транзистора ¥Т7 течет эталонный ток, измерительный ток замыкается через открытый база-коллекторный переход транзистора ¥Т7, минуя вход составного транзи-
стора ¥Т5, ¥Т6. Эти транзисторы в это время закрыты, а ¥Т2, ¥Т3 открыты.
Когда же эталонный ток отсутствует, то транзисторы ¥Т5, ¥Т6 открыты измерительным током. Таким образом, при высоком сопротивлении изоляции транзисторы ¥Т5, ¥Т6 усилителя периодически открываются и закрываются. В цепь нагрузки этого усилителя, питающегося через выпрямитель на диоде ¥04 и конденсаторе С2 от обмотки трансформатора Т¥1, включены ¥07, Я8 и конденсатор С8, который при открытом усилителе через указанные элементы и диод ¥06 заряжается до напряжения источника питания. Обратным напряжением на открытом диоде ¥06 усилитель на транзисторах ¥Т2, ¥Т3 заперт. В течение времени, когда ¥Т5, ¥Т6 закрыты, заряженный конденсатор С8 разряжается через обмотку реле К2.1, Я7 и усилитель на транзисторах ¥Т2, ¥Т3, открытый разрядным током конденсатора С8 через его вход и резистор К4. Реле К2 при этом срабатывает, и в течение заряда конденсатора С8 удерживается во включенном состоянии за счет разряда через его обмотку конденсатора С10. Контактом К2.2 это реле размыкает цепь питания сигнальной лампы и замыкает цепь питания нулевого расцепителя автоматического выключателя. Контакт К2.4 реле К2 размыкается и препятствует включению реле К3.1, замыкающие контакты К3.2 которого включаются в цепь незави-
ля. Резистор Я20 и диод ¥021 обеспечивают ис-кробезопасность цепи измерительного тока.
Если сопротивление изоляции сети снизилось и стало меньше уставки аппарата, измерительный ток превышает амплитудное значение эталонного тока и поэтому транзисторы ¥Т5, ¥Т6 усилителя постоянно открыты. В этом режиме конденсатор С8 постоянно заряжен и прекращает разряжаться через обмотку реле К2, ток в ней исчезает и реле отключается, разрывая контактом К2.2 цепь питания нулевого расцепителя автоматического выключателя, который до устранения неисправности сети включить невозможно. Когда сопротивление изоляции сети достаточно высоко, как указывалось выше, реле К2 включено, а КЗ выключено, что дает возможность включить автоматический выключатель и подать на сеть напряжение.
Работа устройства контроля изоляции аналогична описанной ранее в режиме БРУ. При снижении сопротивления изоляции сети реле К2 отключается и, воздействуя на расцепители автоматического выключателя непосредственно своим контактом К2.2 или (и) контактом К3.2 более мощного реле КЗ, питающегося от источника на ¥05, Я10, С23, отключает сеть. После отключения автоматического выключателя в течение значительного времени в сети остается напряжение, поддерживаемое продолжающими вращаться по инерции электродвигателями горных ма-
шин. Реле К4 при этом включено, а его замыкающие контакты К4.2 и К4.3 замкнуты. Срабатывание реле КЗ в этом режиме приведет к включению его контакта КЗ.З и замыканию измерительного тока через контакты КЗ.З, К4.3 и дроссель Ь2, минуя контролируемое сопротивление изоляции, что препятствует возврату реле К2 во включенное положение при исчезновении опасной утечки. Это позволяет обеспечить четкую работу аппарата в режиме перемежающихся утечек тока. Повышению четкости работы реле К2 при измерительном токе, близком к току срабатывания аппарата, способствует и цепь из последовательно включенных контактов К4.2 и К2.З, включенных параллельно резисторам Я11 и Я2З. Замыкание контакта К2.З при включенном замыкающем контакте К4.2 приводит к шунтированию резисторов Я11, Я2З и к некоторому повышению измерительного тока до срабатывания реле КЗ.
В цепь измерительного тока входят заземли-тели. Если их сопротивление велико, измерительный ток оказывается недостаточным для открывания транзисторов ¥Т5, ¥Т6 и срабатывания реле К2. Поэтому следует иметь в виду, что отключение реле К2 может быть вызвано не только снижением сопротивления изоляции сети, но и нарушениями цепей заземления. Рассмотренное построение узла контроля сопротивления изоляции обеспечивает самоконтроль исправности элементов этого узла и цепей их связей друг с другом. При их повреждении процесс периодического заряда конденсатора С8 и его разряда через обмотку реле К2 прекращается и реле К2, отключаясь, с помощью автоматического выключателя отключает защищаемую сеть.
Узел автоматической компенсации состоит из компенсирующего дросселя Ь1, присоединенного через обмотки трансформатора Т¥2, конденсаторы С7 и С16, контакт К4.4 реле напряжения между фазами сети и землей. Регулирование индуктивности компенсирующего дросселя Ь1 в соответствии с изменяющейся емкостью сети производится изменением тока в обмотке управления этого дросселя.
Измерение емкости сети производится с помощью колебательного контура, состоящего из дросселя ЬЗ и конденсаторов С11 - С14. Контур через трансформатор Т¥4 и конденсаторы С17 -С19 присоединен между фазами сети и землей, т.е. параллельно емкости сети. Питание контура производится от стабилизатора напряжения, состоящего из выпрямительного моста ¥05 и конденсатора С4. Периодическое открывание и закрывание ¥Т8 приводит к появлению переменного напряжения на колебательном контуре. Параметры его выбраны так, что по мере роста емкости сети собственная частота контура приближается к частоте генератора. Поэтому возрастание емкости сети приводит к повышению напряжения на колебательном контуре и вторичной обмотке трансформатора Т¥4. Ток, пропорциональный этому напряжению, подается на параметрический промежуточный усилитель на транзисторах и через него на вход усилителя мощности, который устанавливает соответствующий ток в обмотке управления компенсирующего дросселя. Параметрический усилитель выполнен таким образом, что его коэффициент усиления возрастает при увеличении входного тока сверх определенного значения, устанавливаемого делителем напряжения на резисторах К25, К26, и служит для согласования зависимостей напряжения на измерительном колебательном контуре от емкости сети и тока в обмотке управления дросселя ЬЗ. Узел тепловой защиты выполнен по схеме сравнения эталонного тока, протекающего через ¥01, и измерительного тока, протекающего навстречу эталонному через терморезистор К2, установленный на подстанции. При недопустимом перегреве подстанции сопротивление терморезистора снижается, а измерительный ток становится большим эталонного. Транзистор ¥Т1 открывается, и реле К1 срабатывает. Своим контактом К1.2 оно включает реле КЗ, которое отключает автоматический выключатель.
Проверка исправности аппарата производится нажатием кнопки SЛ5. При замыкании ее контактов между фазой А2 и ДЗ создается утечка через резисторы К12, К1З.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Пивняк Г.Г. — академик Национальной АН Украины, Национальный горный университет. Вареник Е.А. - УкрНИИВЭ, г. Донецк.
