УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ ОТ НЕДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ (ОТКЛОНЕНИЙ) НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ ОТ НЕДОПУСТИМЫХ ЗПАЧЕПИЙ (ОТКЛОНЕНИЙ) НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО И
ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Полезная модель относится к электротехнике и найдет использование для предотвращения выхода из строя всего электрооборудования в случае недопустимых отклонений напряжения в сети питания, как переменного, так и постоянного тока. Бытовая и офисная техника, работающая в круглосуточном или ждущем  режимах, а так же сети и другие инженерные коммуникации не расчитаны на недопустимое повышение напряжения питающей сети, возникающего, например, при повреждении нулевого провода в сетях с глухозаземлённой нейтралью, проникновение напряжения городского электротранспорта в распределительную сеть (стихийные бедствия и т. п.), что приводит к достаточно частым случаям возгараний и пожаров , в результате которых наносится ущерб здоровью и имуществу граждан. Кроме того, в связи с тем, что номинальное напряжение в сети питания поддерживается далеко не всегда, приборы и аппаратура выходят из строя, (при повышенном напряжении) и/или изнашиваются, не отработав положенный срок эксплуатации (при пониженном напряжении в сети питания).
Для устанения данной проблемы в последние годы разрабатываются
устройства, предназначенные для контроля напряжения в сети питания потребителя и аварийного отключения в случае повьппения или понижения напряжения от предельно допустимых параметров.
Известны разнообразные устройства для защиты потребителей от изменения номинального напряжения в сети питания. Так, устройство по патенту № 2025856, 1994г. содержит трехфазный вьшрямитель, сглаживающий фильтр, делитель напряжения, пороговые элементы, амплитудный модулятор, полосовые амплитудные детекторы. Устройство по патенту № 2046485, 1995г. содержит электромагнитное реле с переключающими контактами, токоограничивающий элемент, исполнительный элемент, реагирующий орган в виде тиристора, резистивньтй делитель, пороговый элемент и интегрирующую RCцепь. Устройство по патенту № 2079201, 1997г. содержит управляющий блок, генератор включения, генератор отключения, два тиристора, два транзистора, два вентиля, блок определения асимметрии. Устройство по патенту .№ 2095906, 1997г. содержит пороговый элемент, исполнительный орган, являю2001109901
МПК 7 Н02НЗ/20
щийся одновременно защитным устройством (состоит из силового симистора, диодного моста, полевого транзистора, стабилитрона), накопительный конденсатор, пороговый элемент и въшрямитель. Устройство по патенту № 2109387, 1998г. содержит трехфазный контактный автомат, тепловые элементы и реле максимального напряжения, электромагнитного расцепителя и двух сопротивлений. Устройство по патенту № 2136097, 1999г. содержит выпрямительный мост, исполнительный элемент, пороговый узел, два стабилизатора напряжения, формирователь импульсов, счетчик импульсов, узел индикации, узел контроля напряжения, делитель напряжения, узел управления, D-, С-, R- и Qтриггеры. Устройство по свидетельству на полезную модель №15054, 2000г., содержит выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, пороговые элементы, узел питания, оптопару, вьшрямитель, датчик дифференциального тока, одновибратор, инвертор, логические элементы ИЛИ.
Устройство по свидетельству на полезную модель № 15430, 2000г., содержит датчики тока, компараторы, блок задержки, блок индикации, исполнительный орган, блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений, микропроцессорные устройства, приемные и передающие элементы беспроводной связи, пульт управления. Устройство по заявке .№ 98123301, 2000г., содержит полупроводниковый ключ в виде симистора, диодный мост, регулирующий транзистор, R-C-цепь. Устройство по свидетельству на полезную модель JV2 16229, 2000г. содержит нелинейный ограничитель перенапряжений, блок автоматического контроля ограничения импульсов, блок сигнализации, блок обработки информации.
Таким образом, известные устройства защиты потребителя можно разделить условно на группы: а) защита от перенапряжения без отключения (пофебителя) за счет использования стабилизаторов напряжения, б) защита от перенапряжения с отключением потребителя от сети питания с последующим принудительным или автоматическим включением, в) ycipoiicrea :ш1циты от колебаний напряжения (повышения или понижения).
Общим недостатком вышеперечисленных устройств является их сложность, невозможность защиты потребителя от понижения номинального напряжения в сети (кроме патента №2136097, 1999г.) и невозможность использования альтернативного источника питания, значительные габаритные размеры, сложность работы с больщими токами нагрузки, зачастую ручное (принудительное) повторное включение потребителя на неизвестное напряжение.
Прототипом заявляемой полезной модели выбрано устройство по авторскому свидетельству №1555759, 1990г. Автоматический переключатель для защиты нагрузки от подключения к источнику переменного тока с недопустимым номинальным напряжением. Устройство содержит электромагнитное реле с обмоткой и переключающим контактом, токоограничивающий элемент в виде конденсатора или дросселя, пороговый элемент в виде динистора, трансформатор. При превышении напряжения в сети питания выше допустимого пороговый элемент открывается, шунтируя обмотку реле, последнее срабатывает и напряжение сети через размыкательную группу контакта реле подается на другую обмотку трансформатора, при этом напряжение у потребителя снижается.
К недостаткам прототипа можно отнести следующие: зависимость рабочего напряжения от аварийного, обусловленное обмоточными данными силового трансформатора, не возможность защиты от проникновения постоянного тока, значительные габариты и масса устройства за счет использования силового трансформатора, что сужает область применения; не предусмотрена защита потребителя от понижений номинального напряжения в сети; не предусмотрено подключение к альтернативному источнику питания.
Указанные недостатки устраняются в заявляемом устройстве.
Задача полезной модели -повышение уровня электробезопасности, пожаробезопасности, надёжности, расширение функциональных возможностей.
Технический результат, получаемый в результате исполь:ювания данпого устройства, заключается в обеспечении возмомсности надежной рабо1ы потребителей в сети переменного и постоянного тока при аварийных отклопсниЯХ сетевого напряжения питания, причем не только при повышении номинального напряжения, но и при его понижении. Кроме того, усфойство обеспечивает автоматическое отключение и включение потребителя, автоматический переход на альтернативный источник питания (ветряной двигатель, солнечная батарея, аккумулятор). При необходимости возможно принудительное подключение потребителя к альтернативному источнику питания с одновременным отключением от сетевого питания а также использование устройства в качестве исполнительного органа для токовых защит, как с АПВ (Автоматическим Повторным Включением) так и без него.
Поставленная задача решается тем, что устройство для защиты потребителя, содержит две цепочки последовательно соединенных токоограничивающего элемента и электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием, включенные между входными выводами для подключения к источнику питания и выходными выводами для подключения к нагрузке, причем первый входной вывод соединен через размыкающие силовые контакты первого электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием, реагирующего на аварийное повышение напряжения и замыкающие силовые контакты второго электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием с первым выходным выводом, а второй входной вывод соединен через размыкающий силовой контакт первого электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием и замыкающий силовой контакт второго электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием со вторым вьгходным выводом, при этом первый выходной вывод дополнительно соединен через размыкающий силовой контакт второго электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием с первым выходным выводом альтернативного источника питания, а второй выходной вывод соединен через размыкающий силовой контакт второго электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием со вторым выходным выводом альтернативного источника питания. Для принудительного подключения пофебителя к альтернагавному источнику питапия устройство содержит размыкающее устройство с клеммами QLQ2. Анализ доступной
патентной научно-технической и научно-популярной литературы не выявил устройств,содержащих данную совокупность признаков и обеспечивающих достижение тех же технических результатов.
На чертеже показана схема устройства.
Устройство содержит входные выводы 1, 2 для подключения к сети питания, токоограничивающий элемент 3, электромагнитный элемент с одним устойчивым состоянием 4 с размыкающими силовыми контактами 5 и 6, размыкающее устройство (клеммы Q1.Q2) 7, токоограничивающий элемент 8, электромагнитный элемент с одним устойчивым состоянием 9, с размыкающими силовыми контактами 10,11 и замыкающими силовыми контактами 12,13, выходные выводы 14,15 для подключения к нагрузке( потребителю), выходные выводы 16,17 для подключения к альтернативному источнику питания, резервные силовые контакты 18,19 служащие для унификации.
Устройство работает следующим образом. При номинальном напряжении в сети питания токоограничивающий элемент 3 и электромагнитный элемент с одним устойчивым состоянием 4, настроеннный на заданный аварийный порог срабатывания, обтекаются током величина которого недостаточна для срабатывания электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием 4 и размыкания силовых контактов 5, 6, находящихся в устойчивом состоянии. Размыкающее устройство 7, токоограничивающий элемент 8 и второй , электромагнитный элемент с одним устойчивым состоянием 9, настроеный на номинальное напряжение, обтекаются током величины которого достаточно для срабатывания электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием 9 и замыкания силовых контактов 12, 13, при этом силовые контакты 10,11 размыкаются и находятся в неустойчивом состоянии. Таким образом, первый и второй выходные выводы 14, 15 подключены к первому и второму входным выводам 1,2, а потребитель - к номинальному напряжению.
При аварийном повыщении напряжения величина IOKa достагочна для срабатывания элекгромагртатного элемента с одним устойчивым сосгоянием 4. KofiTaKTbi 5 и 6 размыкаются, обесточивая электромагнитный элемент с одним
1Ж1// У.
устойчивым состоянием 9 и отключая потребителя от повышенного напряжения. Токоограничивающий элемент 3, при этом обеспечивает температурный режим электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием 4, предохраняя его от перегрева. Силовые контакты 12, 13 остаются разомкнутыми, обеспечивая дополнительный разрыв в цепи питания потребителя для увеличения надежности от проникновения аварийно-опасного напряжения. Через замкнутые силовые контакты 10,11 выходные выводы 14,15 подключаются к выходным выводам 16,17 альтернативного источника питания.
При достижении в сети питания номинального напряжения, электромагнитный элемент с одним устойчивым состоянием 4 приходит в исходное состояние, и устройство работает в нормальном режиме.
При аварийном понижении напряжения, ток недостаточен для срабатывания электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием 4 и силовые контакты 5, 6 остаются замкнутыми. Электромагнитный элемент с одним устойчивым состоянием 9 также не срабатывает, поэтому силовые контакты 12, 13 остаются разомкнутыми, отключая потребителя от аварийнопониженного напряжения, а силовые контакты 10, 11- замкнуты, обеспечивая подключение потребителя к выходным выводам 16, 17 альтернативного источника питания. При достижении напряжения номинальной величины, электромагнитный элемент с одним устойчивым состоянием 9 приходит в исходное неустойчивое положение, и устройство работает в нормальном режиме.
При необходимости перевести потребителя на альтернатртвный источник питания при номинальном напряжении (например, в целях энергосбережения) используют размыкающее устройство 7, обеспечивающее разрыв в цепи токоограничивающего элемента 8 и электромагнитного элемента с одним устойчивым состоянием 9.
Опытные испытания экспериментальной партии приборов показали их рабогос1юсобпосгь как сетях переменного, так и в сетях гюстоянного тока. 6
Сравнение с известными устройствами подобного назначения показывает, что предлагаемая конструкция более экономична, надежна и многофункциональна.
Устройство обеспечивает:
Автоматическое отключение на неограниченное время электрооборудования до 1000 В при аварийных повышениях напряжения как постоянного так и переменного тока связанного, например, с повреждением нулевого провода в сетях с глухозаземлённой нейтралью, проникновение напряжения городского электротранспорта в распределительную сеть (стихийные бедствия и т. п.)
Автоматическое включение с задержкой времени после восстановления напряжения до нормальной величины. Автоматическое отключение на неограниченное время электрооборудования до 1000 В. при недопустимых снижениях уровня напряжения. Автоматический переход на альтернативный источник питания в любом из аварийных режимов. Возможность перехода на альтернативный источник питания в номинальном режиме по команде от внешней управляющей конструкции (компьютер и т. п.)Возможность работы в качестве исполнительного органа токовых защит, как с АПВ (Автоматическим Повторным Включением), так и без него. Достоинства конструкции:
Минимальное количество составляющих деталей, возможность выполнения в малых габаритах, относительная простота конструкции, удобство в эксплуатации и обслуживании, отсутствие искажающих импульсов, как в рабочем, так и в аварийных режимах, широкий диапозон применения.
)/