УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током в случае однофазного прикосновения к токоведущим частям электрооборудования, подключенного к сети питания с глухозаземленной нейтралью, или оказавшимся под напряжением нетоковедущим частям в результате повреждения изоляции токоведущих частей.
Уровень техники
В устройствах защитного отключения, содержащих коммутационный аппарат (автоматический выключатель с катушкой независимого расцепителя), датчик дифференциального тока, систему управления, применяют контрольную цепь (устройство эксплуатационного контроля), имитирующую появление дифференциального тока для контрольного срабатывания устройства. Общепринято, что контрольная цепь содержит кнопку, обмотку дифференциального трансформатора и балластный элемент, в качестве которого использован резистор.
В устройстве для защитного отключения в электрической сети с заземленной нейтралью по патенту на полезную модель №56082 (опубликовано 27.08.2006) резистор через кнопку "Тест" подключен к первичной обмотке дифференциального трансформатора.
В устройстве для защитного отключения в электрической сети переменного тока с заземленной нейтралью по патенту на полезную модель №81392 (опубликовано 10.03.2009), дифференциальный трансформатор тока содержит дополнительную обмотку, один вывод которой замкнут на нулевой провод сети, а второй вывод соединен с фазой через резистор и кнопку, шунтированную другим резистором.
В названных устройствах, принятых за ближайшие аналоги, применение балластных резисторов в контрольных цепях приводит к выделению на них большой активной мощности, затрудняет расширение функциональных возможностей (дистанционный контроль исправности и т.п.). Это снижает надежность устройства и безопасность электроустановки.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, достигаемый данной полезной моделью, заключается в снижения активной мощности, рассеиваемой в контрольной цепи устройства, в расширении его функциональных возможностей.
Устройство защитного отключения, как и аналоги, содержит автоматический выключатель с катушкой независимого расцепителя, датчик дифференциального тока с измерительной и первичными обмотками, систему управления, контрольную цепь, включающую в себя последовательно включенные балластный элемент, кнопку и обмотку датчика дифференциального тока.
В отличие от аналогов, предлагается в качестве балластного элемента использовать конденсатор. В частных случаях выполнения устройства в качестве обмотки контрольной цепи использована первичная или дополнительная обмотка датчика дифференциального тока, соединенная с нейтральным проводником; параллельно части контрольной цепи, содержащей кнопку и обмотку датчика дифференциального тока, подключено сопротивление (например, резистор) или полупроводниковый ограничитель напряжения; параллельно кнопке контрольной цепи подключена цепь дистанционного управления и/или цепь дистанционного контроля, кнопка контрольной цепи выполнена бесконтактной с использованием, например открытой оптронной пары; параллельно части контрольной цепи, содержащей кнопку и обмотку датчика дифференциального тока, подключен выпрямительный диодный мост, в цепь постоянного тока которого включен стабилитрон, при этом к фазному выводу цепи нагрузки подключен один вывод катушки независимого расцепителя, второй вывод катушки расцепителя соединен с анодом тиристора, конденсатор контрольной цепи включен между вторым выводом катушки расцепителя и входом выпрямителя, второй вход которого соединен с нулевым рабочим выводом цепи нагрузки, катод тиристора присоединен к общей точке диодов анодной группы выпрямителя.
В целом это приводит к рациональному составу устройства, к повышению эффективности использования его элементов, к расширению потребительских свойств.
Краткое описание чертежей
Полезная модель иллюстрируется чертежами (фигуры 1-4), где приведены схемы вариантов выполнения устройства защитного отключения.
Устройство содержит автоматический выключатель 1 с независимым расцепителем 1.1, датчик дифференциального тока 2 с первичными обмотками 2.1 и 2.2, измерительной обмоткой 2.3, вспомогательной обмоткой 2.4, систему управления 3, контрольную цепь, в которую входит конденсатор 5, кнопка 6 и обмотка 2.2 датчика дифференциального тока 2. К входу устройства (выводы L1, N1) подключена питающая сеть, к выходу (выводы L2, N2) - нагрузка 4.
На фиг.1 показано устройство, в котором в качестве балластного элемента использован конденсатор 5, при этом в качестве обмотки контрольной цепи использована первичная обмотка 2.2 датчика дифференциального тока 2.
На фиг.2 показано устройство, в котором параллельно части контрольной цепи, содержащей кнопку 6 и дополнительную обмотку 2.4 датчика дифференциального тока 2, подключен элемент 7, в качестве которого может быть использован резистор, конденсатор или полупроводниковый ограничитель напряжения. Параллельно кнопке 6 подключена цепь дистанционного управления 8 и/или цепь дистанционного контроля 9.
На фиг.3 показан вариант устройства, в котором в качестве кнопки контрольной цепи использована оптопара 10 с открытым оптическим каналом.
На фиг.4 показан вариант устройства, в котором к фазному выводу L2 цепи нагрузки 4 подключен один вывод катушки независимого расцепителя 1.1, второй вывод катушки расцепителя соединен с анодом тиристора 15, конденсатор 5 контрольной цепи включен между вторым выводом катушки расцепителя 1.1 и входом выпрямителя 14, второй вход которого соединен с нейтральным выводом N2 цепи нагрузки 4, катод тиристора 15 присоединен к общей точке диодов анодной группы выпрямителя 14.
Осуществление полезной модели
Устройства защитного отключения по фиг.1-4 работают следующим образом. Ручным включением выключателя 1 осуществляют подачу электроэнергии на защищаемую нагрузку 4. Датчик дифференциального тока 2 отслеживает баланс токов в первичных обмотках 2.1 и 2.2, формируя сигнал, пропорциональный дифференциальному току на выходе измерительной обмотки 2.3, подключенной к системе управления 3. Система управления 3 при недопустимом дифференциальном токе дает отключающий сигнал на выключатель 1.
Для периодического контроля работоспособности устройства защитного отключения используют кнопку 6, при нажатии которой в обмотке 2.1 по фиг.1 или в обмотке 2.4 по фиг.2-4 датчика 2 формируется ток, имитирующий прохождение дифференциального тока и вызывающий срабатывание устройства защитного отключения. Величина контрольного тока определяется емкостью балластного конденсатора 5 и напряжением питающей сети, при этом контрольный ток не является активным, его протекание не приводит к нагреву элементов.
Если в качестве обмотки контрольной цепи использована первичная обмотка 2.1 датчика дифференциального тока 2 (фиг.1), то конденсатор 5 должен быть выбран таким образом, чтобы ток через него превышал отключающий дифференциальный ток устройства. Для уменьшения емкости конденсатора 5 в качестве обмотки контрольной цепи целесообразно использовать дополнительную обмотку 2.4 датчика дифференциального тока 2 (фиг.2-4), при этом ее число витков определяют из соотношения тока срабатывания устройства и тока, протекающего через конденсатор 5.
В устройствах по фиг.1-4 обмотка 2.2 или 2.4 контрольной цепи соединена с нейтральным проводником N2, имеющему потенциал близкий к потенциалу земли.
В устройстве по фиг.2 элемент 7 ограничивает напряжение на кнопке 6 (при отсутствии элемента 7 к кнопке 6 приложено напряжение сети). В качестве элемента 7 может быть использован резистор, конденсатор или полупроводниковый ограничитель напряжения, выполненный, например, из двух встречно-последовательно соединенных стабилитронов, или выпрямительный диодный мост, в цепь постоянного тока которого включен стабилитрон. Для осуществления дистанционного отключения замыкают цепь дистанционного управления 8, подключенную параллельно кнопке 6, что приводит к появлению дифференциального тока, вызывающего отключение устройства. Для осуществления дистанционного контроля состояния устройства используют цепь дистанционного контроля 9, в которой протекает ток при включенном устройстве. Величина тока устройства дистанционного контроля, которое на фигуре не показано, должна быть выбрана такой, чтобы он не приводил к нежелательным отключениям при нормальной работе.
В устройстве по фиг.3 кнопка контрольной цепи выполнена бесконтактной с использованием, например, оптопары с открытым оптическим каналом щелевого типа, излучатель (светодиод) которой включен в цепь конденсатора 5, а фотоприемник (фототранзистор) включен в контрольную цепь последовательно с обмоткой 2.4 датчика 2. В нормальном режиме работы световой канал оптопары перекрыт шторкой 12, при этом фототранзистор оптопары 10 не пропускает ток. При контроле исправности устройства перемещают шторку 12 таким образом, чтобы световой поток от светодиода проходил через окно 13 шторки 12 к фототранзистору, который пропускает ток через обмотку 2.4 датчика 2, приводящий к срабатыванию устройства.
В устройстве по фиг.4 балластный конденсатор 5 использован не только в контрольной цепи, но и для питания системы управления 3. В нормальном режиме работы часть тока, протекающего по цепи: L2-1.1-5-14-N2, используется для питания системы управления 3, подключенной к стабилитрону выпрямителя 14. При недопустимой величине дифференциального тока система управления 3 подает сигнал на тиристор 15, отпирание которого приводит к появлению тока в катушке независимого расцепителя 1.1, что влечет срабатывание устройства.
Предлагаемое выполнение устройства защитного отключения позволяет:
- снизить потребление активной мощности, потребляемой устройством при работе контрольной цепи, путем использования конденсатора в качестве балластного элемента;
- оптимизировать параметры конденсатора при использовании дополнительной обмотки датчика дифференциального тока;
- снизить напряжение на части контрольной цепи, содержащей кнопку и обмотку датчика дифференциального тока, путем ее шунтирования дополнительным элементом;
- сделать напряжение на кнопке контрольной цепи безопасным относительно заземленной нейтрали;
- ввести дистанционное управление устройством путем подключения его цепи параллельно кнопке контрольной цепи;
- ввести дистанционный контроль устройства путем подключения его цепи параллельно кнопке контрольной цепи;
- повысить надежность устройства применением бесконтактной кнопки контрольной цепи;
- использовать конденсатор контрольной цепи для питания системы управления устройством.