УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИМ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕМ С НЕЗАВИСИМЫМ РАСЦЕПИТЕЛЕМ ПРИ ОБРЫВЕ НУЛЕВОГО ПРОВОДНИКА В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Устройство управления автоматическим выключателем с независимым расцепителем при обрьше нулевого проводника в трехфазной электрической
Полезная модель относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током при обрыве нулевого проводника в четырехпроводной электрической сети, а также защиты электробытовых приборов от сверхдопустимого для них повыщения напряжения при обрыве нулевого проводника как в четырех-, так и в пятипроводных электрических сетях.
Известно устройство управления автоматическим выключателем с независимым расцепителем при обрыве нулевого проводника в трех юзной электрической сети, являющееся частью устройства для запщтного отключения в электрнческой сети переменного тока с заземленной нейтралью, другой частью которого является автоматический выключатель с независимым расцепителем, при этом устройство управления автоматическим выключателем состоит из блока измерения, входы которого предназначены для подключения к трем фазам электрической сета и к нулевому проводнику, и блока управления, вход которого сообщен с выходом блока измерения, а выход подачи отключающего сигнала предназначен для подключения к независимому расцепителю автоматического выключателя (патент РФ № 2124794,Н02Н 3/16, опубл. 1999).
Данное устройство управления автоматическим выключателем при обрыве нулевого проводника подает сигнал независимому расцепителю автоматического выключателя на размыкание силовых контактов, в результате чего происходит отключение нагрузки от электрической цепи. Это предотвращает появлеиие на зануленных корпусах электроприемников, подцслюченных к четырехпроводной электрической сети, напряжения, опасного для людей, а также обеспечивает защиту электроприемников при обрыве нулевого проводника от сверхдопустимого для них повышения напряжения.
Однако автоматический выключатель изначально предназначен для защиты электрических сетей от перегрузок по току и коротких замыканий. Поэтому основным недостатком описанного выше устройства является то, что при срабатывании выключателя не ясно по какой их трех причин (перегрузка по току, короткое замыкание или обрыв нулевого проводника) произошло схгключение нагрузки, что значительно затрудняет поиск и устранение неполадки.
Еще одним недостатком данного устройства является необходимость выполнения дополнительного заземления, цепь которого в многоэтажных зданиях может оказаться иедостаточно надежной в эксплуатации, а кроме того дополнительное заземление усложняет ус.повия применения устройства и требует прокладки дополнительных проводников.
В основу настоящей полезной модели положена задача создания такого устройства управления автоматическим выключателем с независимым расцепителем, которое позволяло бы определить обрыв нулевого проводника в качестве причины срабатывания автоматического выключателя.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в устройство управления автоматическим выключателем с независимым расцепителем при обрыве нулевого проводннка в трехфазной электрической
.  . 3
ceiH, сод жащев блок измерения напряжения с тремя входами, предназначенными для подключения к фазным проводникам, и входом, предназначенным для подключения к нулевому проводнику, и блок управления, вход которого сообщен с выходом блока измерения напряжения, а выход подачи отключающего сигнала предназначен для подключения к независимому расцепителю автсшатического выключателя, введен блок сигнализации обрьша нулевого проводника, а блок управления выполнен с выходом подачи команды на сигнализацию, сообщенным с входом блока сигнализации обрьта нулевого проводника.
Введение в устройство блока сигнализации обрыва нулевого проводника, связанного с блоком управления, позволяет определить обрыв нулевого проводника как причину срабатьшания автоматического выключателя и своевремешю устраншъ неполадку.
Необходимость выпо;гаения дополнительного заземления в данном устройстве устранена за счет использования в нем иной, по сравнению с прототипом, принципиальной схемы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изобраз1юна функциональная блок-ч;хема устройства управлення автоматическим выключателем с независимым расцепителем при обрьюе нулевого проводника в трехфазной электрической сети;
на фиг.2 - принципиальная схема устройства управления автоматическим выключателем с независимым расцепителем при обрьше нулевого проводника в трехфазной электрической сети.
Конструкция устройства предусматривает подключение к автоматическому выключателю 1 с независимым расцепителем (на чертеже не показан), трем фазам Д В и С питающей сети, на которой установлен автоматический выключатель 1, и иулевому проводнику, которым в
./J
COf  4
четырехпроводной электрической сети является PEN проводник, а в пятипроводной - нулевой рабочий проводник N.
Устройство (фиг.1) состоит из блока 2 управления с входом и двумя выходами, один из которых предназначен для подачи команды на сигнализацию, а другой - для подачи отключающего сигнала, блока 3 измерения напряжения с тремя входами, предназначенными для подключения к фазным проводникам А, В и С, входом, предназначенным для подключения к нулевому проводнику N (PEN), и выходом и блока 4 сигнализации обрыва нулевого проводника с входом. При этом вход блока 2 управления подключен к выходу блока 3 измерения напряжения, вьгкод подачи отключающего сигнала - к независимому расцепителю автоматического выключателя 1, а выход подачи команды на сигнализацию к входу блока 4 сигнализации обрыва нулевого проводника.
В соответствии с представленной на фиг.2 принципиальной схемой устройства, блок 2 управления содержит выпрямительные диоды 5, 6, 7, стабилитрон 8 и резистор 9, образующие источник питания блока управления 2, резистор 10, подстроечный резистор 11 и резистор 12, образующие источник опорного напряжения, операционный усилитель 13 с входами 14, 15 и выходом 16, резисторы 17, 18 и силовой транзисторнотиристорный ключ, состоящий из транзистора 19, тиристора 20, резисторов 21, 22, 23, конденсатора 24, резистора 25 и входного фотодиода 26 оптотранзистора.
Блок 3 измерения напряжения состоит из резисторов 27 и 28, образующих измерительный делитель напряжения, и конденсатора 29, подключенных к фазам А, В и С питающей сети через выпрямительные диоды 5, 6, 7.
конденсаторы 34, 35 и кнопку 36 выключения питания, триггер, состоящий из операционного усилителя 37 с входом 38 и выходом 39 и резисторов 40, 41, 42, 43, 44, 45, схему включения триггера, состоящую из оптотранзистора 46, сообщенного с фотодиодом 26, резисторов 47, 48 и конденсатора 49, светодиод 50 и транзистор 51.
Устройство работает следующим образом.
Блок 3 измерения напряжения преобразует напряжение каждой из фаз А, В, С сетевого напряжения в напряжение низкого уровня и сравнивает его с опорным напряжением. В том случае, если измеренное напряжение какой-либо фазы превыщает установленное значение, блок 3 измерения напряжения вьщает команду блоку 2 уп1 авления на отключение автоматического выключателя 1. Блок 2 управления преобразует полученную команду в токовый сигнал и воздействует на независимый расцепитель автоматического выключателя 1, который, размыкая контакты силовой цепи, отключает нагрузку от сети. Одновременно блок 2 управления вьщает команду блоку 4 сигнализации на включение светового индикатора, сигнализирующего о том, что отключение нагрузки произошло по причине повыщенния напряжения на одной из фаз питающей сети, яв.1шющегося следствием обрыва нулевого проводника.
В соответствии с примером выполнения на уровне принципиальной схемы работа устройства заключается в следующем.
Блок 2 управления отрегу.пирован при помощи подстроечного резистора 11 так, что при включенном автоматическом выключателе 1 и равенстве напряжений всех трех фаз напряжение на выходе измерительного делителя, поступающее на вход 15 операционного усилителя 13, всегда ниже опорного напряжения, поступающего на вход 14 операционного усилите.11я 13. При этом на выходе 16 операционного усилителя 13, включенного по схеме компаратора, присутствует низкое напряжение.
удерживающее транзисторнотиристорный ключ в закрытом состоянии. Через катушку независимого расщепителя ток не идет, и силовые контакты автоматического выключателя 1 находятся во включенном положении.
Если напряжение какой-либо фазы превышает напряжение уставки, установленное с помощью подстроечного резистора 11 на входе 14 операционного усилителя 13, то на выходе 16 появ.11яется высокое напряжение, которое через  резистор 21 поступает на базу транзистора 19 транзисторно-тиристорного ключа, открывая тем самым тиристор 20. Через катушку независимого расщепителя автоматического выключателя 1 начинает протекать ток, достаточный для приведения в действие механизма расцепления контактов автоматического выключателя 1, в резу.пьтате чего нагрузка отключается от питающей сети.
Блок 4 сигнализации имеет независимое от блока 2 управления питание от двух фаз силовой цепи и включен постоянно через нормально замкнутые контакты кнопки 36. Когда транзисторно-тиристорный ключ закрыт, и катушка независимого расцепителя автоматического выключате.11я 1 обесточена, обесточен и входной фотодиод 26 оптотранзистора, который осуществляет гальваническую развязку между цепями управления и сигнализации устройства. При этом оптотранзистор 46 закрыт, и на входе 38 операционного уси.1ште.пя 37 присутствует низкое напряжение, поступающее через резистор 48 от источника питания блока 4 сигнализации. Под воздействием низкого напряжения на входе 38 операционного усилителя 37 на его выходе 39 также присутствует низкий потенциал, поступающий через резистор 44 на базу транзистора 51 и удерживающий последний в закрытом состоянии. Через светодиод 50 ток не протекает, и поэтому он не светится.
одновременно с током, протекающим через катушку независимого расщепителя автоматического выключателя 1, начинает протекать ток через резистор 25 и входной фотодиод 26 оптотранзистора. Оптотранзистор открывается и подает на вход 38 операционного усилителя 37 высокий потенциал, равный напряжению на выходе стабилитрона 31. Под воздействием высокого потенциала на входе 38 операционного усилителя 37 на его выходе 39 также устанавливается высокий потенциал, открывающий транзистор 51. Через выпрямительный диод 30, резистор 32, светодиод 50 и открытый транзистор 51 протекает ток, обеспечивающий свечение светодиода 50. Возврат операционного усилштеля 37, включенного по схеме триггера, в исходное состояние происходит только после снятия с него питания с помощью размыкания нормально замкнутых контактов кнопки 36, независимо от положения силовых контактов автоматического выключателя 1.
Светящийся светодиод 50 сигнализирует о том, что срабатывание автоматического выключателя 1 произощло по причине повышения напряжения в какой-либо из фаз силовой цепи сверх допустимого значения, что является следствием обрыва нулевого проводника, а не из-за перегрузок по току или короткого замыкания. Выключение светодиода 50 осуществляется размыканием нормально замкнутых контактов кнопки 36 путем нажатия на нее, при этом вся схема блока 4 сигнализации обесточивается. При последующем замыкании контактов кнопки 36 путем прекращения воздействия на нее схема блока 4 сигнализации принимает исходное состояние.
Конденсатор 34 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения питания операционного усилителя, конденсаторы 24, 35, 49, 29 служат д,ля сглаживания импульсных сетевых помех, что исключает ложные срабатывания устройства.
//.f/J
- 7
--8
Резистор 43 включен в цепь положительной обратной связи операционного усилителя 37, обеспечивая тем самым релейный режим работы блока 4 сигнализации.
Резисторы 17, 18, 23, 41, 45, 47 служат для обеспечения рабочих режимов, исполь: емых в схеме питания пол роводниковых приборов.
Бели причина повьппенного напряжения, которая чаще всего заключается в обрыве нулевого проводника, не устранена, то каждый раз при попытке включения автоматического выключателя будет срабатывать устройство управления выключателем по описанной выше схеме, до тех пор, пока неполадка не будет устранена. Авторы:rV/ /I хо М.Феськов В.И.Берман В.А.Силаев Т.Ю.Дмитриева