CC BY
14
УДК 622:621.316.1
АППАРАТ ШУНТИРУЮЩЕЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ СЕТЕЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
В.Н. Борисов, B.C. Сидельковский
Алматинский институт энергетики и связи Ю.А. Леньков
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Оцаишланган бейтарапты тораптарга арналган КШКаппаратыныц к,урылымдьщ cyji6ici талцылангин.
Рассмотрена структурная схема аппарата ЗЩУ для сетей с изолированной нейтралью.
The structure sherne of the protection by-passing apparatus for net-works with insulate neutral.
В соответствии с основными требованиями электробезопасности к шунтирующим устройствам изложенными в аппарат должен содержать следующие блоки, узлы и элементы:
1. ОПФ - определитель поврежденной фазы.
2. УЗДК - 3 - узел защиты от двойных утечек на землю (касания двух фаз).
3. СКСУИФ - система контроля симметричного уровня изоляции фаз.
4. СККСУ - система контроля кратковременных самоустраняющихся утечек.
5. БЛ - блок логических элементов и триггерных счетчиков.
6. СЭЭШ - силовые элементы и генераторы пофазного управления энергетическим шунтированием.
7. БО - блок управления отключением сети.
8. ВСУЭ - вспомогательные схемные узлы и элементы ЗШУ.
На рисунке 1 приведена предлагаемая структурная схема ЗИГУ, включающая названные выше блоки, узлы и элементы и обеспечивающая перечисленные в требования электробезопасности.
В исходном (дежурном состоя-
№3, 2002г.
137
нии) силовые элементы энергетического шунтирования СЭЭШ1; СЭЭШ2; СЭЭШЗ (симисторы) закрыты, т.к. на входах их запускающих генераторов Г1; Г2; ГЗ стоят запреты (нули с выхода логической системы блока логики БЛ. что в свою очередь обуславливается логическими нулями с выхода определителей поврежденной фазы ОПФ 1,2,3).
При однофазном касании человека, например к фазе 1 на выходе ОПФ 2, 3 появятся логические единицы, которые через блок логики БЛ подадут сигнал на вход генератора Г! СЭЭШ1 и симистор этой фазы откроется, соединив фазу 1 с землей. Одновремен-
Структурная
Тр 6/0.4 |8 А
но БЛ выдаст запрет на запуск генераторов Г2, ГЗ коротящих элементов СЭЭШ2; СЭЭШЗ в фазах 2. 3. Если человек освободился за время 1,28 с, то с узла СЭЭШ1 и систем контроля СКСУИФ и СККСУ через блок логики будет подан сигнал на прекращение работы генератора Г1, симистор этой фазы закроется, напряжение поврежденной фазы восстановится до нормы и, таким образом, акт защиты будет проведен без отключения сети от подстанции. Если утечка не самоустранилась за 1,28 с, то блок логики БЛ через свой счетчик выдаст по истечении указанного времени сигнал на отключение сети блоком БЛ.
схема ЗШУ
траектория прохождения командных сигналов
При двухфазном касании ОПФ "здоровой" фазы посредством узла УЗДК - 3 и блока БЛ выдаст сигнал блоку отключения БО и сеть будет отключена автоматом А без выдержки времени.
При равномерном симметричном снижении уровня изоляции до критического значения, например до 10,5 кОм на фазу (для напряжения сети и = 380 В) блок СКСУИФ через 2,56 с даст блоку БО сигнал на отключение сети. Устранить указанные в [статья 6.1] недостатки известных схем ЗШУ. повысить их функциональные возможности, чувствительность, надежность, расширить защитную зону можно только применением современной электронной базы и вводом в схему ЗШУ блока ОПФ на оптронах и компараторах, блока логики, триггерных счетчиков и другой микроэлектронной базы. При этом является обязательным укомплектование ЗШУ блоками и узлами СКСУИФ. СККСУ, УЗДК - 3, си-мисторными короткозамыкателями с надежными генераторами управления, стабилизированным блоком питания и другими бесконтактными схемными элементами.
В результате конструкторских проработок была создана схема аппарата, изготовленного и испытанного в лабораторных и производственных условиях рудников Казахстана ЗШУ -380. Основные блоки и узлы схемы ЗШУ:
1. Блок ОПФ на оптронах "свето-
диод - фотодиод" типа АОД 101 Б и компараторах (операционных носителях) К 140 УД с входными и выходными значениями напряжения и тока достаточными для формирования логических единиц и нулей, посылаемых на блок логики.
2. Узел защиты от двойных утечек на землю (касание двух фаз) УЗДК- 3, действие этой защиты основано на взаимодействии с блоком логики и статическим компенсатором емкостных токов утечки.
3. Узел системы контроля симметричного уровня активного сопротивления изоляции фаз СКСУИФ с улучшенными в сравнении с известными характеристиками за счет применения оптрона и компаратора, а также входные - выходные величины напряжений и токов для формирования логической единицы и нуля, расчет числа ступеней деления частоты триггерных счетчиков для создания выдержки времени срабатывания узла СКСУИФ на отключение сети; взаимодействие сигналов с логикой ЗШУ для основных случаев нарушения нормального состояния изоляции фаз сети.
4. Узел системы контроля кратковременных самоустраняющихся утечек СККСУ с выходом на логику и расчетом параметров элементов, напряжений и токов, входящих в цепи узла СККСУ с подбором стандартных оптрона и компаратора.
5. Блок логики БЛ из девяти логических элементов серии К 155 (три
элемента 2И - НЕ, два элемента ЗИНЕ, четыре счетчика К 155ИЕ - 5) и операционных усилителей К140 УД 1 Б.
6. Блокинг генераторы управления Г1, Г2, ГЗ силовыми элементами энергетического шунтирования СЭЭШ, (шунтирующими симистора-ми).
Оценку предлагаемой схемы аппарата и известных схем [2-7] произведем с использованием комплексного показателя эффективности «Э» [8]: т
э=1ргХг
где Э - комплексный показатель эффективности схемы ЗШУ;
//( - весовой показатель эффективности;
Х1 - коэффициент соответствия метода, схемы и технических показателей показателям .
Ниже приводится расшифровка и значения весовых показателей эффективности ¡л. , полученных при испытаниях ЗШУ в производственных и лабораторных условиях:
1. Ограничение тока I =10мА
г чел
//, = 0,05;
2. Сокращение перерывов электроснабжения = 0,1;
3. Отключение сети с длительными утечками недопустимой величины М, = 0,05;
4. Значительное снижение количества электричества через тело человека при защите ()= 1чея -1,мА-с
и, = од;
5. Защита при касании двух фаз одновременно //5 = 0,05;
6. Работоспособность аппарата в подземных условиях /ив = 0,05 ;
7. Исключение 2-х и 3-х фазных КЗ в шунтах аппарата ju7 = 0,15 ;
8. Обеспечение защиты двигателей и других трехфазных потребителей от неполнофазного режима работы us = 0,05;
9. Бесконтактное исполнение и минимум моточных деталей
Мд = ;
10. Обеспечение зоны защиты в
пределах, определенных правилами безопасности (ПБ): г =10 кОм на
4 ' ичол
фазу; г т = 7.5 кОм //10 = 0,15 .
Коэффициенты соответствия Xt определены расчетами по перечисленным выше достоинствам, недостаткам и техническим характеристикам рассмотренных в [2-7] и предложенной ЗШУ во время их испытаний.
Результаты расчета показателя "Э" для 5 конструкций ЗШУ, приведены в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что по весовым показателям /л1 (исключение 2-х фазных КЗ) и (сокращение перерывов электроснабжения) лидирует ЗШУ ВОСТНИИ России. По показателям ju2,/u4,/J1 иш,- схема по A.C. №843086. Предлагаемое ЗШУ на опт-ронах имеет преимущества по показателям и в целом с разрывом 1,44 раза по комплексному показателю эффективности опережает остальные схемы. Данные преиму-
J
щества обусловлены в основном благодаря применению ОПФ на оптронах и компараторах, ТТЛ - логики, более
широкой зоне защиты и узла защиты при одновременном касании человека к двум фазам.
Таблица 1
Показатели эффективности схем ЗШУ для электроустановок и сетей
напряжением 380 В
Метод и схемы ЗЩУ Весовые коэффициенты показателей Показа тель Э
Иг А, К И, Иг А Мо
Коэффициенты X, соответствия схем защиты показателям //,
Метод П.Я. Стронгина 1,0 1,0 0.0 0,3 0,0 0,5 0,5 0,5 0,0 1,0 0.455
АЭБК-1 ВОСТНИИ 1,0 1,0 1,0 0,5 0,8 1,0 1,0 0,8 0.0 0,8 0,650
ЗЩУ по А.С №657514 1,0 1,0 1,0 0,8 0.0 0,8 0,5 0,7 0.0 0,7 0.535
ЗЩУ по А.С №843086 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 0,5 0,3 0,3 0,7 0,650
ЗЩУ-Суиф на оптронах КО 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0.8 0,9 1.0 0,9 0,940
ЛИТЕРАТУРА
1. К разработке электрической схемы и аппарата шунтирующей защиты для сетей с изолированной нейтралью/В.П. Борисов , Г.Х. Хожин , B.C. Сидельковский , Ю.А. Леньков.- Наука и техника Казахстана, 2002, № 3.
2. Стронгин П.Я. Защита от поражения электрическим током в сетях с изолированной нейтралью. Труды Северо - Кавказского горнометаллургического института выпуск 20, "Энергетика", - г. Орджоникидзе (Владикав-
каз), 1966, С.65-70.
3. Микрюков В.И., Ягудаев Б.М. Быстродействующее защитное закорачивание на землю фазы сети 3-10 кВ. Безопасность труда в промышленности, 1973, №5. С. 35-37.
4. Шуцкий В.И., Жидков В.О.. Ильин Ю.Н. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1986, 152 с.
5. A.C. 838866 (СССР) Устройство для выбора поврежденной фазы в 3х
№3, 2002г.
141
фазной сети с изолированной нейтралью/ Жидков В.О., Ильин Ю.Н., Щур H.A. и др. Опубл. в БИ,1982, № 22.
6. A.C. 657514 (СССР)Устройство для защиты человека от поражения электрическим током. Ефремов И.М. Кругликов А.П. с приоритетом от 01.08.1976.
7. A.C. 843086 (СССР) Устройство для защиты от поражения электрическим током в сети с изолированной нейтралью Ефремов И.М., Шишкин А.Г. с приоритетом от 17.08.1979.
8. Ьлагин В.А. Исследование безопасности судовых электросистем в режиме замыкания на корпус. Авторе-
