КОМПЕНСАТОР ТОКА УТЕЧКИ

Компенсатор тока утечки
Полезная модель относится к устройствам защиты от повреждений и устранению последствий ошибок монтажа в электрической цепи переменного тока, в частности для компенсации или подавления тока утечки на стороннюю проводящую часть, которая находится под потенциалом земли.
Известен компенсатор тока утечки в электрической цепи питания, по меньшей мере, одной электроустановки, через несанкционированную цепь с нулевого рабочего проводника на стороннюю проводящую часть
Недостатками данного компенсатора являются низкая
эффективность компенсации и сложность конструкции.
Известен компенсатор тока утечки в электрической цепи питания, по меньшей мере, одной электроустановки, через несанкционированную цепь с нулевого рабочего проводника на стороннюю проводяшую часть, содержащий полый сердечник из ферромагнитного материала и взаимодействующие с ним проводники, ориентированные, по меньшей мере, на одном участке по внутренней поверхности сердечника (2).
Недостатками этого компенсатора являются большие габариты и масса, необходимость выполнения дополнительных электрических
Н02 Н 9/08
соединений, отсутствие возможности оперативного монтажа в электрической цепи при выявлении признаков наличия тока утечки.
Технической задачей полезной модели является создание недорогого и эффективного компенсатора тока утечки и расширение арсенала компенсаторов тока утечки.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в упрош;ении конструкции, сокращении габаритов и массы, обеспечении высокой транспортабельности, упрощении процесса монтажа и оперативного ввода в действие на любом участке электрической цепи.
Сущность полезной модели состоит в том, что в компенсаторе тока утечки в электрической цепи питания, по меньшей мере, одной электроустановки, через несанкционированную цепь с нулевого рабочего проводника на стороннюю проводящую часть, содержащем полый сердечник из ферромагнитного материала и взаимодействующие с ним проводники, ориентированные, по меньшей мере, на одном участке по внутренней поверхности сердечника, для решения поставленной задачи по указанной поверхности сердечника одновременно ориентированы все проводники кабеля питания соответствующей электроустановки, имеющего, по меньшей мере, один фазный и нулевой рабочий проводники, с образованием индуктивной связи, в которой током первичной обмотки является ток утечки, равный
дисбалансу токов кабеля, а в несанкционированной цепи утечки с нулевого рабочего проводника на стороннюю проводящую часть формируется ток, направленный противоположно току утечки.
При этом сердечник может быть выполнен в виде толстостенного полого цилиндра, а взаимодействующие с ним проводники, ориентированны путем намотки витков кабеля на его стенку, или сердечник может быть выполнен в виде толстостенного полого цилиндра, длина которого больше его наружного диаметра, а взаимодействз ощие с ним проводники, ориентированны путем прокладывания участка кабеля внутри сердечника, в последнем случае сердечник предпочтительно выполнен в виде составного полого цилиндра.
На чертеже фиг. 1 изображена электрическая цепь с компенсатором тока утечки с витками кабеля, намотанными на стенку сердечника, на фиг.2 - участок электрической цепи с компенсатором, выполненным виде составного цилиндра, на фиг.З - расчетная схема цепи с компенсатором, на фиг.4 - расчетная схема цепи без компенсатора, на фиг.З - 7 - графики тока утечки при отсутствии и наличии компенсатора для трех значений длины сердечника.
Компенсатор тока утечки в электрической цепи содержит полый сердечник 1 из ферромагнитного материала и взаимодействующие с ним фазный и нулевой рабочий проводники 2,3, соответственно, кабеля
4 питания соответствующей электроустановки 5, одновременно ориентированные, на одном участке по внутренней поверхности сердечника 1. Количество фазных проводников может быть большим одного, т.е. должно соответствовать количеству фаз электроустановки. Геометрические размеры сердечника 1 (длина, наружный и внутренний диаметры) и упомянутого участка кабеля 4 (в частности, количество витков) выбираются эмпирически или с использованием стандартных расчетных моделей и алгоритмов из условия образования индуктивной связи, в которой током первичной обмотки является ток утечки, равный дисбалансу токов кабеля 4, а ток условной вторичной обмотки (отсутствующей фактически на сердечнике 1) формируется в несанкционированной цепи утечки с нулевого рабочего проводника 3 на стороннюю проводящую часть или РЕ проводник (на фиг. 1,2 изображено пунктиром) и направлен противоположно току утечки на стороннюю проводящую часть, которая не является частью электроустановки. В частности, сторонняя проводящая часть - это металлоконструкция здания, металлические газовые сети, водопровод, трубы отопления и т.п. неэлектрические аппараты, электрически присоединенные к ним (радиаторы, неэлектрические плиты, раковины и т.п.), полы и стены из неизоляционного материала. К данным конструкциям присоединен запщтный проводник (РЕ).
При этом сердечник 1 может быть выполнен в виде толстостенного полого цилиндра, а взаимодействующие с ним проводники 3,4, ориентированны путем намотки витков, чаще всего от десяти до двадцати, кабеля 4 на его стенку (на фиг.1 изображено сокращенное число витков, чтобы не загромождать чертеж). В других случаях сердечник 1 может быть выполнен в виде толстостенного полого цилиндра, длина которого больше его наружного диаметра (фиг.2), а взаимодействующие с ним проводники 2,3 ориентированны путем прокладывания участка кабеля 4 внутри сердечника 1, в последнем случае сердечник 1 предпочтительно выполнен в виде составного (разрезного) толстостенного полого цилиндра, а участок кабеля 4, проложенный внутри сердечника 1, играет роль вырожденного витка обмотки. Толстостенным считается цилиндр, толщина стенок которого имеет один порядок с его внутренним диаметром.
На схеме фиг.З сопротивление проводников 2,3 обозначено как R1, R5, сопротивление электроустановки (потребителя) - R2, сопротивление цепи утечки - R7. Взаимная индуктивность в проводниках 2,3 обозначена как L1 и L2, соответственно, источник напряжения - VI.
На схеме фиг.4 сопротивление проводников 2,3 обозначено как R3, R6, сопротивление электроустановки (потребителя) - R4, сопротивление цепи утечки - R9, источник напряжения - V2.
На фиг. 5-7 по вертикальной оси отложены значения тока утечки в амнерах, по горизонтальной оси - время в миллисекундах. Длина сердечника 1 компенсатора составляет 25 см, 50 см, 100 см для графиков фиг.5,6,7, соответственно.
Компенсатор тока утечки в электрической цепи работает следующим образом.
При отсутствии тока утечки в кабеле 4, т.е. при отсутствии дисбаланса токов в проводниках 2,3, наличие или отсутствие компенсатора не влияет на работу электрической цепи и электроустановки.
При отсутствии компенсатора в случае возникновения тока утечки по кабелю 4 через несанкционированную цепь с нулевого рабочего проводника на стороннюю проводящую часть происходит электромагнитное загрязнение в здании, вызванное магнитными полями промышленной частоты. Вследствие этого становится невозможной нормальная работа электронного оборудования (сбои и «зависания компьютерных сетей, «дрожание изображения мониторов компьютеров и т.д.), магнитное поле оказывает резко негативное влияние на состояние здоровья людей. Также протекание токов по трубопроводам систем водоснабжения и отопления является одной из причин интенсивной точечной коррозии последних.
MfJ
Благодаря наличию компенсатора, выполненного по фиг.1 или по фиг.2, имеет место образование индуктивной связи, в которой током первичной обмотки является ток утечки, равный дисбалансу токов кабеля 4, а ток вторичной обмотки формируетсяв
несанкционированной цепи утечки с нулевого рабочего проводника 3 на стороннюю проводяп ую часть и направлен противоположно току утечки на стороннюю проводящую часть. Таким образом, в цепи утечки происходит алгебраическое сложение протекающих токов и результирующее значение тока становится существенно меньше, что эквивалентно увеличению сопротивления цепи утечки.
Графики на фиг. 5-7, полученные экспериментально, показывают, что эффективность данного компенсатора существенно зависит от длины сердечника 1. При длине, равной 25 см, уменьшение тока утечки составляет 0,2 первоначального значения, т.е. амплитудные значения тока утечки при наличии и отсутствии компенсатора мало отличаются. При длине 50 см уменьшение тока утечки составляет 0,8, а при длине 100 см - 0,95 тока , имевшего место до установки компенсатора, т.е. амплитудные значения тока утечки при наличии и отсутствии компенсатора значительно отличаются.
Таким образом, сокращается, или, при соответствующем подборе длины сердечника 1, практически полностью исчезает ток утечки кабеля 4, что позволяет продолжать эксплуатацию электроустановки
без немедленного проведения поиска места утечки и проведения ремонтных работ, которые могут быть перенесены на удобные сроки, например, совмещены с плановыми перерывами в работе электроустановки. Поскольку компенсатор может быть оперативно установлен на любом подходящем участке кабеля 4, его применение наиболее целесообразно на действующих электрических кабелях, в которых обнаружен ток утечки. Если толщина кабеля 4 позволяет произвести его намотку, целесообразно выполнение компенсатора согласно фиг.1, если намотка не может быть произведена, например, в связи с большой жесткостью кабеля 4, компенсатор может быть выполнен согласно фиг.2.
В результате данного технического решения создан недорогой и эффективный компенсатор тока утечки и расширен арсенал компенсаторов тока утечки.
При этом упрощена конструкция, сокращены габариты и масса, обеспечена высокая транспортабельность, упрощен процесс монтажа и оперативного ввода в действие на любом участке электрической цепи.
Источники информации:
1.US №4695917