Устройство для дистанционного отключения поврежденного участка электрической цепи
DEVICE FOR REMOTE DISCONNECTION OF DAMAGED SECTION OF ELECTRIC CIRCUIT

Предлагаемое изобретение относится к области электробезопасности и может быть использовано в системах электроснабжения для управления электрическими сетями при аварийных ситуациях.
Известно устройство для отключения поврежденного участка сети (SU 521630 А, 20.09.1976), содержащее первую отключающую катушку с механизмом воздействия на независимый расцепитель, источник постоянного напряжения, вторую отключающую катушку, включенную на источник постоянного напряжения через замыкающий контакт двухобмоточного реле с встречно направленными ампер-витками катушек, одна из которых подключена к источнику напряжения через резистор, а другая - через коллектор - эмиттерный переход транзистора, база - эмиттерный перехода которого присоединен к первой отключающей катушке через параллельно соединенные блок стабилизации и активно - емкостной фильтр с последовательно включенным диодом. Во включенном под напряжение устройстве для отключения поврежденного участка сети в катушках реле проходят встречно направленные токи. При этом в одной катушке магнитный поток имеет постоянную величину, а во второй катушке его величина зависит от вспомогательного тока через база - эмиттерный переход транзистора, который в свою очередь, зависит от падения напряжения на первой отключающий катушке независимого расцепителя. При витковом замыкании падение напряжения на первой отключающей катушке на ней снижается, а при обрыве цепи доходит до нуля. При определенной величине виткового замыкания первой отключающей катушки разность встречно направленных магнитных потоков катушек реле достигает величины срабатывания двухобмоточного реле, замыкающего нормальный открытый контакт в цепи второй отключающей катушки, которая своим отключающим механизмом воздействует на свободный расцепитель и блокирует последний.
Недостатком этого известного устройства является конструктивная сложность и взаимозависимость элементов, входящих в цепь отключающих катушек.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является принятый автором за прототип устройство защитного отключения (см. В.К. Монаков, В.С. Розанов, А.В. Трубицын. Безопасность жизнедеятельности. Методические указания по выполнению лабораторных работ. М.: МГТУ МИРЭА, 2014. 29 с.). Данное устройство включает в себя дифференциальный трансформатор тока с двумя первичными и одной вторичной обмотками, пусковой орган, выполненный на чувствительном магнитоэлектрическом реле и исполнительный механизм, представляющий собой силовую контактную группу с механизмом привода. При наличии тока утечки в силовой цепи по проводникам, по фазному проводнику через устройство защитного отключения кроме тока нагрузки протекает дополнительный ток - ток утечки, являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). В силу этого в встречно включенных первичных обмотках трансформатора, наступает неравенство токов (небаланс магнитных потоков), и как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформатора дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм.
Недостатком данного устройство можно считать невысокую надежность функционирования пускового органа и сложность процедуры его воздействия на исполнительный механизм.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение надежности функционирования пускового органа (порогового элемента) и упрощение процедуры его воздействия на исполнительный механизм.
Технический результат достигается тем, что в устройство для дистанционного отключения поврежденного участка электрической цепи, содержащее сеть питания, дифференциальный трансформатор тока с двумя первичными и одной вторичной обмотками, соединенный выходом двух первичных встречно включенных обмоток с нагрузкой, введены источник инфракрасного излучения, выпрямитель, усилитель и отключающий аппарат, причем сеть питания через отключающий аппарат подключена к входу двух первичных встречно включенных обмоток трансформатора, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель соединена с входом усилителя, выход которого подключен к источнику инфракрасного излучения.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что преобразование сигнала тока утечки в инфракрасное излучение, дает возможность осуществить дистанционное отключение поврежденного участка электрической цепи.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу дистанционного отключения поврежденного участка электрической цепи на основе преобразования тока утечки в инфракрасное излучение с желаемым техническим результатом, т.е. повышением надежности функционирования пускового органа (источника инфракрасного излучения) и упрощением процедуры его воздействия на исполнительный механизм (отключающий аппарат).
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит сеть питания 1, отключающий аппарат 2, дифференциальный трансформатор тока 3, выпрямитель 4, усилитель 5 и источник инфракрасного излучения 6. На рисунке цифрой 7 представлена нагрузка.
Устройство работает следующим образом. При отсутствии тока утечки в электрической цепи, включающей в себя соединенные между собой сеть питания 1, отключающий аппарат 2, дифференциальный трансформатор тока 3, выпрямитель 4, усилитель 5, источник инфракрасного излучения 6 и нагрузку (на функциональной схеме нагрузка показана цифрой 7), по двум встречно включенным первичным обмоткам дифференциального трансформатора тока, текут противо направленные токи одной величины. Равные токи в магнитном сердечнике трансформатора наводят векторно встречно направленные потоки, в результате чего, во вторичной обмотке трансформатора не индуцируется электродвижушейся сила (ЭДС). При появлении дифференциального тока - тока утечки, равенство токов в первичных обмотках трансформатора нарушается. Следовательно, это приводит к небалансу магнитных потоков и, как следствие, возникновению во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока ЭДС.
В предлагаемом техническом решении вторичная обмотка трансформатора подключается к входу выпрямителя 4. С выхода последнего преобразованный сигнал после усиления в усилителе 5, поступает на источник инфракрасного излучения (пороговый элемент) 6. Если этот сигнал, например ток, превышает значение запуска инфракрасного диода в источнике излучения 6, то последний начинает генерировать инфракрасные волны (излучения). Далее эти инфракрасные излучения, связанные со значениями токов утечки, дистанционно направляются на отключающий аппарат (исполнительный механизм) 2. Под воздействием этих инфракрасных излучений отключающий аппарат срабатывает и отключается поврежденный участок электрической цепи. Отключающий аппарат в данном случае может быть выполнен в виде блока, например, ВМ8049М, управляемый в данном случае инфракрасным излучением источника инфракрасного излучения 6, с возможностью выключения электрической цепи от источника сети и при необходимости ее включения к источнику сети. В зависимости от тока нагрузки в электрической цепи всегда можно подобрать соответствующий блок для включения или выключения цепи от источника сети.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении использование преобразования дифференциального тока - тока утечки в инфракрасное излучение, дает возможность повысить надежность функционирования отключающего аппарата и упростить процедуру отключения поврежденного участка электрической цепи.
Предлагаемое устройство успешно может быть использовано для решения и других задач, например, для осуществления защиты от возгорания и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправности электропроводки и электрооборудования.