ДАТЧИК НАГРЕВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНИТЕЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам контроля электрических соединителей промышленного и бытового назначения [ГОСТ IЕС 60309-1-2016,  ГОСТ 30988.1-2020 (IEC 60884-1:2013)], среди которых наибольшее распространение имеют двухполюсные вилки с круглыми штырями и штепсельные розетки с боковым заземляющим контактом [ГОСТ 7396.1-89 (МЭК 83-75)]. Преимущество указанных вилок и розеток заключается в возможности соединения независимо от сочетания полюсов.
Неисправность электрических соединителей или нарушение правил эксплуатации часто являются причиной пожаров. Источником зажигания при таких пожарах как правило являются нагретые проводники и металлические детали соединений. Поэтому объективным неэлектрическим показателем работы является температура, например, стандартами установлено, что превышение температуры выводов не должно быть более 50°С, либо максимальное превышение температуры доступных металлических деталей должно быть не выше 30°К, а доступных неметаллических частей – не выше 40°К.
Соответствующие своевременные меры защиты обеспечиваются ограничением нагрева, и одним из наиболее эффективных решений является отключение электропитания с помощью устройств дифференциального тока, которые получают сигналы на отключение по проводникам электрических цепей в виде слаботочных замыканий на землю [RU  2454258 C1, 16.03.2011].   Указанный принцип действия реализует «Пожарный сторож-имитатор повреждения изоляции противопожарного устройства защитного отключения электроустановки» [RU 133746 U1,  04.07.2013], который имеет соединенные через делитель напряжения две пары замыкающихся контактов, и управляется проводным или беспроводным сигналом пожарного извещателя.
Среди других аналогов можно указать ряд конструкций, содержащих пожарный  извещатель в корпусе электрической розетки [RU  2458441 C2, 01.02.2008],  [RU  2458442 C2,     01.02.2008], а также датчики нагрева (измерения температуры)  [RU 197047 U1, 18.12.2019] , [RU 166536 U1, 14.04.2016], [RU 2647995 C2, 08.04.2016], [ES2841900 (T3) ― 2021-07-12], [CN112769014 (A) ― 2021-05-07].
В качестве ближайшего аналога для предлагаемой конструкции выбран «Датчик перегрева контактной детали силового электрооборудования» [RU 187 873 U1, 25.12.2018], содержащий пару контактов, закрепленных на контактной детали параллельно друг другу, и выполненных из биметалла с замыкаемыми при нагреве концами, причём закрепление первого контакта выполнено с образованием теплового и электрического контакта с диагностируемой контактной деталью, закрепленный конец второго контакта, отделен от закрепленного конца первого контакта электро-теплоизолятором.
Общий недостаток указанных аналогов заключается в том, что при опасном нагреве эффективность защиты стандартных вилок и розеток зависит от нагрева конкретных гнёзд, штырей и наличия дополнительных линий связи, соответственно теряется возможность независимого выбора полюсов.
При осуществлении и использовании предлагаемой полезной модели обеспечивается решение указанной технической проблемы, что расширяет возможности применения. Технический результат будет заключаться в доступности присоединения к стандартным электрическим соединителям за счёт передачи сигнала на отключение по проводникам вилок и розеток независимо от сочетания их штырей и гнёзд.
Достижение требуемого результата получено в конструкции, содержащей две пары замыкающихся контактов в корпусе между гнёздами или штырями для вилки и розетки электрического соединителя соответственно, в каждой паре один контакт биметаллический и соединен непосредственно с гнездом или штырём, а другой с заземляющим контактом через делитель напряжения,  отличающейся тем, что снабжена коромыслом, которое внутри корпуса в центре опирается через вращающуюся опору и выполнено из диэлектрического материала, второй контакт каждой пары с одной стороны неподвижно заделан в корпусе и с другой стороны опирается на свою сторону коромысла.
Предлагаемая конструкция показана на фиг. 1-6, где приняты следующие обозначения деталей: 1 – корпус, 2 – штыри вилки, 3 – гнезда розетки, 4 – заземляющий контакт, 5 и 6, 7 и 8 – пары замыкающихся контактов, 9 – коромысло, 10 – стандартный электрический соединитель (вилка или розетка),  L – фазный проводник, N – нулевой рабочий проводник, Pe – нулевой защитный проводник, R и C – резистор и конденсатор делителя напряжения, t L и t N – температуры штырей или гнезд, соединенных с фазным и нулевым проводниками соответственно, Iз – ток замыкания на землю, Uc – напряжение на конденсаторе, QFD – устройство дифференциального тока (автоматический выключатель дифференциального тока с встроенной защитой от сверхтока).
Детали устройства (Фиг. 1, 2) закреплены в корпусе 1 из диэлектрического материала, например, штыри 2 могут быть залиты при формовании, а гнёзда 3 и заземляющие контакты 4 уложены в соответствующие полости. Первые контакты каждой пары 5 и 7 биметаллические и соединены со штырями 2 или гнёздами 3 преимущественно с помощью контактной сварки. Вторые контакты 6 и 8 неподвижно заделаны в корпус 1 с одной стороны. Коромысло 9 в центре опирается на корпус через вращающуюся опору, а контакты 6 и 8 опираются на свою сторону коромысла. Кроме того, контакты 6 и 8 соединены с заземляющим контактом 4 через делитель напряжения, состоящий из конденсаторов (С) и резисторов (R), которые выбраны так, чтобы ток замыкания за землю (Iз) для фазного проводника через последовательную R-C цепь был больше значения номинального отключающего дифференциального тока.
Датчик нагрева электрического соединителя применяется наравне со стандартными электрическими соединителями 10 (Фиг. 2), а также соединяется с ними и используется в качестве вилки, розетки или адаптера по обычной трёхпроводной схеме (L-N-Pe) при этом контролирует не только температуру своих штырей и гнёзд, но и температуру соединенных с ним деталей стандартных вилок и розеток. Действие по защите реализуется в цепи, защищенной устройством дифференциального тока QFD (Фиг. 3).
В нормальном режиме электропитание осуществляется через штекеры 2, затем передаётся к электроприёмнику или на присоединенные штекеры 10, при этом температура всех деталей остаётся в допустимых пределах, и пары контактов не замкнуты.
Варианты обнаружения опасного нагрева для пояснения представлены на Фиг. 4-6. Нагрев может быть вызван превышением тока из-за неправильной эксплуатации или неисправности электроприёмника, а также при нормальном токе из-за увеличения переходных сопротивлений. Такой нагрев как правило локализуется и в первую очередь проявляется на штырях 2 или гнёздах 3. Затем благодаря непосредственному контакту нагреваются контакты 5 или 7. Поскольку они биметаллические, то происходит их тепловая деформация и замыкание с контактами 6, 8.
Дальнейшее действие зависит от того, какие штыри или гнёзда нагреваются. В первом варианте, если нагревается штырь или гнездо, находящееся под напряжением (присоединённые к фазному проводнику L) (Фиг. 4), то замыкание контактов 5 и 6 сразу приводит к появлению тока Iз через резистор R и конденсатор C делителя напряжения на заземляющий контакт и нулевой защитный проводник Pe. Такой ток, как ток замыкания на землю, вызывает отключение устройства дифференциального тока QFD, электропитание прекращается и предотвращается опасное развитие ненормального режима. После отключения детали остывают и за счёт упругости контактов возвращаются в исходное положение. Для повторного включения электропитания требуется выяснить и устранить причину нагрева, что исключает автоматическое повторение опасной ситуации.
Второй вариант (Фиг. 5) связан с нагревом штыря 2 или гнезда 3, присоединённых к нулевому рабочему проводнику N. Тепловое деформирование и замыкание контактов 5 и 6 в этом случае приводит к повороту коромысла 9, поскольку на него опирается контакт 6. В свою очередь коромысло перемещает контакт 8 до соединения с контактом 7. В этом случае также возникает ток замыкания на землю Iз, и происходит соответствующее срабатывание устройства дифференциального тока QFD.
Третий вариант (Фиг. 6) реализуется при одновременном нагреве деталей 2 (3), присоединённых к фазному L и к нулевому защитному проводнику N. Возникновение тока замыкания на землю Iз здесь вызывается замыканием контактов 5 и 6, но действие коромысла ускоряет это замыкание, поскольку с другой стороны на него нажимают контакты 7 и 8.
Таким образом, при любом соединении со стандартными электрическими соединителями обеспечивается необходимая реакция на нагрев деталей. Сигнал на отключение передаётся по проводникам L-Pe вилок и розеток независимо от сочетания их штырей и гнёзд.