УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Устройство защиты человека от поражения электрическим током
Полезная модель относится к технике безопасности, предназначено для защиты человека от поражения электрическим током и может быть использовано в различных установках, зданиях и сооружениях.
Известно устройство для защитного отключения в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, содержащее источник питания, измерительный блок, выполненный на транзисторе, на вход которого встречно подключены источники постоянного тока и импульсного эталонного токов, а выход указанного блока, защунтированный электронным ключом, через конденсатор подсоединен к соединенному с автоматическим выключателем исполнительному органу, защунтированному первым диодом, включенным согласно с указанным источником питания, при этом исполнительный орган выполнен в виде двухобмоточного реле, одна из обмоток которого защунтированная вновь введенным конденсатором, соединена последовательно со вторым диодом, включенным встречно с источником питания, и подключена параллельно первому диоду, а другая обмотка присоединена к дополнительному источнику постоянного опорного напряжения (см. а.с. СССР № 815829, кл.
Недостатком данного устройства является невысокая эффективность защиты человека от поражения электрическим током.
Известно устройство для защитного отключения в сети переменного тока, содержащее датчик утечки, к выходу которого подключен вход первого преобразователя сигнала, выход которого через первый дифференцирующий блок соединен с входом формирователя импульсов срабатывания, выход которого через блок запрета подключен к исполнительному органу, причем управляющий вход блока запрета подключен к выходу блока формирования импульсов запрета, вход которого через второй дифференцирующий блок подключен к выходу второго преобразователя сигнала, вход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, при этом в него дополнительно введен формирователь импульсов фазовой синхронизации с входными клеммами для подключения к проводам сети, выход которого подключен к входам синхронизации первого и второго преобразователей сигнала, которые выполнены в виде фазочувствительных выпрямителей (см. а.с. СССР № 1359842, кл. НО2Н /1б).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невысокая надежность защиты человека от поражения электрическим током.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является устройство защитного отключения содержащее соединенные между собой устройство защиты по току перегрузки, датчик тока утечки, устройство усиления и сравнения, нагрузку, (см. Технические условия ТУ 16-92 ИЖТШ.656111.085 ТУ).
Недостатком данного устройства является то, что при отключении автоматических выключателей, содержащих специальные катушки независимых расцепителей, на человека продолжает воздействовать энергия поражения накопленная в нагрузке (в конденсаторах, трансформаторах и т.д.).
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого устройства защиты человека от поражения электрическим током сводится к повышению уровня электробезопасности путем уменьшения времени и величины тока протекания через человека за счет шунтирования быстродействующим силовым, например полупроводниковым элементом или с последовательно соединенным с ним ограничителем тока, а энергия поражения человека, накопленная в нагрузке после отключения сети устройством защиты по току перегрузки рассеивается, в основном, на нагрузке и силовом элементе или на нагрузке, силовом элементе с последовательно соединенным с ним ограничителем тока, а не на человеке.
Технический результат достигается с помощью известного устройства защиты человека от поражения электрическим током, содержащее соединенные между собой устройство защиты по току перегрузки, датчик тока утечки, устройство усиления и сравнения, нагрузку, при этом оно снабжено силовым элементом подсоединенным параллельно выходным зажимам устройства защиты по току перегрузки.
Устройство снабжено ограничителем тока последовательно соединенным с силовым элементом, если общее сопротивление электрических цепей не обеспечивает ограничение тока до максимально-допустимой величины через силовой элемент.
Электрическая энергия нагрузки передается силовому элементу поел едовательно соединенному с ограничителем тока.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства защиты человека от поражения электрическим током, без ограничителя тока.
На фиг. 2 приведена блок-схема устройства защиты человека от поражения электрическим током с ограничителем тока.
На фиг. 3 приведена осциллограмма напряжения на нагрузке 1 ком (примерное сопротивление человека) во времени устройства защиты человека от поражения электрическим током без ограничителя тока (см. фиг.1).
На, фиг. 4 приведена осциллограмма напряжения на нагрузке 1 ком (примерное сопротивление человека) во времени устройства защиты человека от поражения электрическим током с ограничителем тока (см. фиг. 2).
Устройство защиты человека от поражения электрическим током содержит, соединенные между собой устройство защиты по току перегрузки 1, например, автоматический выключатель, датчик тока утечки 2, например, дифференциальный трансформатор тока, первичные обмотки которого включены между устройством защиты по току перегрузки 1 и
l.(0(C
нагрузкой 3, вторичная обмотка датчика тока утечки 2 соединена с входом устройства усиления и сравнения 4, выход которого соединен с входом силового элемента 5, последний силовыми выводами подсоединен параллельно выходным зажимам устройства защиты по току перегрузки 1 (см. фиг. 1), или силовой элемент 5, последовательно соединенный с ограничителем тока 6, подсоединены параллельно  выходным зажимам устройства защиты по току перегрузки 1( см. фиг. 2).
Устройство защиты человека от поражения электрическим током заключается в том, что при прикосновении человека к токоведущим частям или нарушении сопротивления изоляции в цепях нагрузки 3 происходит шунтирование человека силовым, например, полупроводниковым элементом 5.
Принцип работы устройства защиты человека от поражения электрическим током заключается в следующем.
После включения устройства защиты по току перегрузки 1, например, автоматического выключателя, напряжение сети через датчик тока утечки 2, например, дифференциальный трансформатор тока, поступает на нагрузку 3, содержащую, например, кроме активного сопротивления, емкость, индуктивность, электрический двигатель и т.п.
При отсутствии в цепи нагрузки 3 (после датчика тока утечки 2) сопротивления утечки на землю, т.е. нет прикосновения человека к токоведущим проводникам и сопротивление изоляции электрических цепей соответствует установленной норме, с датчика тока утечки 2 поступает сигнал на устройство усиления и сравнения 4, которое не формирует сигнал на силовой элемент 5, последний находится в отключенном состоянии.
При прикосновении человека к токоведущим цепям нагрузки 3 или в
случаях нарушения сопротивления изоляции в электрических цепях нагрузки 3, датчик тока утечки 2 формирует сигнал, который усиливается устройством усиления и сравнения 4 и поступает на силовой элемент 5,
последний включается с последовательно соединенным ограничителем тока 6 или без него, параллельно выходным зажимам устройства защиты по току, перегрузки 1, тем самым шунтируя человека. После включения силового элемента 5, время включения которого составляет десятки микросекунд (мкс), напряжение на человеке уменьшается до величины падения напряжения на силовом элементе 5 или на силовом элементе 5 и ограничителе тока 6, при этом устройство зашиты по току перегрузки 1 еше не отключило нагрузку 3 и человека от сети. На фиг. 3 приведена осциллограмма на резисторе сопротивлением 1 кОм (эквивалент сопротивления человека).
На 18 миллисекунде (мс) включился силовой элемент 5 и напряжение на «человеке уменьшилось сЗЮВ до 15В, при этом прикосновение произошло за несколько сотен мкс до включения силового элемента 5. На фиг. 4 приведена осциллограмма на том же резисторе в устройстве, в котором последовательно с силовым элементом 5 подсоединен ограничитель тока 6, резистор сопротивлением около 0,2 ом. На 9 мс включился силовой элемент 5 и напряжение на «человеке уменьшилось с 305 В до 40 В. В обоих экспериментах напряжение на «человеке уменьшилось до безопасной величины. Время нахождения человека под напряжением сети определяется быстродействием датчика тока утечки 2, устройства усиления и сравнения 4 и силового элемента 5. После отключения «человека и нагрузки 3 от сети устройством зашиты по току перегрузки 1, энергия поражения человека, накопленная в нагрузке 3 будет в основном протекать минуя человека через силовой элемент 5 или силовой элемент 5 с последовательно соединенным с ним ограничителем тока 6. Силовой элемент 5 и ограничитель тока 6 выбираются из условия быстрого и надежного отключения человека устройством защиты по току перегрузки 1 от напряжения сети при условии сохранения их работоспособности.
В предлагаемом устройстве защиты человека от поражения электрическим током силовой элемент 5 и ограничитель тока 6, эквивалентное сопротивление которого на порядок меньше сопротивления нагрузки 3 и на несколько порядков меньще сопротивления человека (приблизительно 1 кОм) еще при включенном устройстве защиты по току перегрузки 1 шунтируют человека, тем самым уменьшая время нахождения человека под полным напряжением сети, так как оно делится пропорционально общему сопротивлению цепи от источника питания (генераторы, трансформаторы) до ограничителя тока 6 и сопротивлению этого ограничителя.
После отключения сети устройством защиты по току перегрузки 1, энергия поражения человека, накопленная в цепи нагрузки 3 в основном рассеивается не на человеке, а на нагрузке 3 и силовом элементе 5 (см. фиг. 1) или на нагрузке 3, силовом элементе 5 и ограничителе тока 6, последовательно соединенном с силовым элементом 5(см. фиг. 2) Таким образом, обеспечивается более высокий уровень электробезопасности человека, а быстродействие определяется датчиком тока утечки 2, устройством усиления и сравнения 4 и силовым элементом 5. Конструктивно устройство защиты человека от поражения электрическим током выполнено по блочно-функциональному принципу и состоит из двух модулей:
-модуль 1 - устройство защиты от тока перегрузки 1;
-модуль 2 - датчик тока утечки 2, устройство усиления и сравнения 4, силовой элемент 5 с ограничителем тока 6 или без ограничителя тока 6.
Такое конструктивное исполнение позволяет применять модуль 2 как на вновь создаваемых объектах так и на действующих объектах, без демонтажа ранее установленных устройств защиты по току перегрузки. 6
-повышение уровня электробезопасности, путем уменьшения времени и величины тока протекания через человека за счет шунтирования его быстродействующим силовым элементом или силовым элементом с последовательно соединенным ограничителем тока;
-упрощение конструкции, за счет модульного исполнения;
-малые габариты;
-относительно дешевая стоимость устройства;
-возможность сопряжения практически со всеми устройствами защиты по току перегрузки;
-возможность установки модуля как на вновь создаваемых объектах, так и на действующих объектах без демонтажа ранее установленных устройств защиты по току перегрузки.
Авторы: // Зайцев Н.И.
-Зайцев Ю.Н.
Чемеркин Г.И.
/ух Г Р