УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к электротехнике, к классу автоматических устройств защиты людей от поражения электрическим током и повышения пожаробезопасности жилых зданий.
2. Уровень техники
Известные устройства защитного отключения (УЗО), содержащие автоматический выключатель с независимым расцепителем, датчик дифференциального тока, выпрямитель, к входам которого подключены фазные L и нулевой рабочий N проводники питающей сети, систему управления и ключ, подключенный в цепь постоянного тока выпрямителя, обладают рядом недостатков, в том числе они теряют работоспособность при обрыве нулевого рабочего проводника, в связи с чем, снижается безопасность при их использовании.
Известны УЗО, содержащие автоматический выключатель с независимым расцепителем, датчик дифференциального тока, выпрямитель, к входам которого подключены все проводники питающей сети, включая и защитный (заземляющий) проводник РЕ, систему управления и ключ, подключенный в цепь постоянного тока выпрямителя. Эти устройства работоспособны при обрыве нулевого рабочего проводника, но они так же обладают рядом недостатков, снижающих безопасность при их эксплуатации.
Наиболее близким прототипом заявляемой полезной модели является патент на изобретение №2184413, дата публикации 2002.06.27 «Устройство защитного отключения электроустановок в однофазной сети с глухозазем-ленной нейтралью», в котором варистор включен между фазным L и защитным РЕ проводниками, обмотка независимого расцепителя подключена между фазным проводником и входом выпрямителя, а кнопка ТЕСТ соединена с заземляющим проводником.
Недостатки прототипа:
- включение варистора между фазным и защитным проводниками. Это будет приводить к нежелательным срабатываниям УЗО общего типа при грозовых перенапряжениях в питающей сети, так как протекание грозовых импульсов тока через одну из первичных обмоток датчика дифференциального тока создает дифференциальный ток, на который реагирует устройство. Такое включение варистора при оборванном защитном проводнике в некоторых аварийных ситуациях может привести к выносу потенциала на защитный проводник и на корпуса оборудования, присоединенные к этому защитному проводнику;
- подключение обмотки независимого расцепителя между фазным проводником и входом выпрямителя. Это понижает надежность срабатывания УЗО при оборванном нулевом рабочем проводнике, так как обмотка независимого расцепителя будет шунтирована цепью нагрузки, которая может иметь незначительное сопротивление;
- соединение кнопки ТЕСТ с заземляющим проводником. Это приводит к тому, что при оперировании кнопкой ТЕСТ на защитный проводник будет подаваться напряжение, что запрещено п.7.2 ГОСТ Р 50807-95 по условиям электробезопасности;
- отсутствует узел постоянного контроля исправности защитного проводника. Контроль целостности защитного проводника с помощью кнопки ТЕСТ носит эпизодический характер и не предотвращает тех опасных ситуаций, которые могут возникнуть при обрыве этого проводника в период времени между проверками;
- не предусмотрены элементы для предотвращения протекания тока через защитный проводник при нормальном режиме работы. Дело в том, что при нормальной работе электроустановки на нулевом рабочем проводнике имеется падение напряжения от протекающего через него тока нагрузки (на защитном проводнике падение напряжения отсутствует). В связи с этим весь ток, потребляемый устройством защитного отключения, будет постоянно
протекать через защитный проводник, он не будет распределяться соответственно сопротивлению этих проводников.
3. Раскрытие полезной модели
Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства защитного отключения (УЗО), которое не производит нежелательных отключений при импульсах напряжения в питающей сети, ограничивая их величину, сохраняет работоспособность при обрыве нулевого рабочего проводника независимо от сопротивления цепи нагрузки, осуществляет постоянный контроль исправности защитного проводника без подачи на него опасного для людей напряжения, и, в конечном счете, повышает безопасность электроустановок.
Для этого варисторы подсоединяют между каждым фазным проводником и нулевым рабочим проводником. Это не будет приводить к нежелательным срабатываниям УЗО общего типа при грозовых перенапряжениях в питающей сети, а так же при оборванном защитном проводнике и предотвратит вынос потенциала через варистор на защитный проводник и на корпуса оборудования, присоединенного к этому защитному проводнику.
В цепь защитного проводника включен пороговый элемент, что позволит в нормальном режиме работы предотвратить протекание тока через этот проводник.
Обмотка независимого расцепителя включена в цепь постоянного тока выпрямителя, что обеспечивает возможность срабатывания УЗО при оборванном нулевом рабочем проводнике даже при незначительном сопротивлении цепи нагрузки, так как обмотка независимого расцепителя не будет ею шунтироваться.
Выпрямитель может быть как мостовым, так и однополупериодным. При использовании однополупериодного выпрямителя нулевой рабочий и защитный проводники подключены к общей точке через диоды.
Контроль целостности защитного проводника должен быть постоянным, чтобы предотвращать те опасные ситуации, которые могут возникнуть при
обрыве этого проводника в период времени между проверками. Поэтому к защитному проводнику подсоединен узел контроля его исправности, а выход узла контроля исправности защитного проводника подключен к входу ключа в цепи постоянного тока выпрямителя. Однако могут быть случаи, когда нежелательно срабатывание устройства защитного отключения при появлении сигнала от устройства контроля исправности. В связи с этим введен узел сигнализации, к входу которого подключен выход узла контроля исправности защитного проводника, что позволяет давать информацию о состоянии защитного проводника без отключения устройства.
Краткое описание чертежей
На фигурах 1 и 2 представлены схемы устройства защитного отключения, сохраняющего работоспособность при обрыве нулевого рабочего проводника и повышающего безопасность электроустановки.
На фигуре 1 приведена схема устройства с мостовым выпрямителем 5 и с узлом контроля исправности защитного проводника 10, подключенным к входу ключа в цепи постоянного тока выпрямителя 5.
На фигуре 2 приведена схема устройства с однополупериодным выпрямителем 5, выполненным на диодах 9, и с узлом контроля исправности защитного проводника 10, подключенным к входу узла сигнализации 11, который, в частности, может быть световым. На фигурах:
1 - автоматический выключатель;
2 - независимый расцепитель;
3 - датчик дифференциального тока;
4 - варистор;
5 - выпрямитель;
6 - система управления;
7 - ключ;
8 - пороговый элемент;
9 - диоды;
10 - узел контроля исправности защитного проводника;
11 - узел сигнализации.
5. Осуществление полезной модели
Устройство защитного отключения состоит из автоматического выключателя 1 с независимым расцепителем 2, датчика дифференциального тока 3, варисторов 4, выпрямителя 5, к входам которого подключены все проводники питающей сети, включая защитный проводник РЕ, системы управления 6, ключа 7, порогового элемента 8, узла контроля исправности защитного проводника 10 и узла сигнализации 11.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
После включения выключателя 1 напряжение питающей сети подается на нагрузку и через выпрямитель 5 на систему управления 6. Так как варистор 4 подключен параллельно нагрузке, то, при появлении грозовых перенапряжений в питающей сети, варистор будет ограничивать напряжение на нагрузке, но нежелательные срабатывания устройства не будут происходить, потому что грозовые импульсы тока, протекающие по обоим первичным обмоткам датчика дифференциального тока, не будут приводить к появлению дифференциального тока и, следовательно, к срабатываниям устройства.
Система управления 6 потребляет ток, однако этот ток протекает через нулевой рабочий проводник N и не протекает через защитный проводник РЕ. Это обеспечено тем, что в цепь защитного проводника включен пороговый элемент 8, напряжение которого должно быть выше напряжения, имеющегося на нулевом рабочем проводнике в нормальном режиме работы.
Если в защищаемой цепи появится ток утечки, то и на вторичной обмотке датчика дифференциального тока 3 появится сигнал, который воздействует на систему управления 6, что приводит к срабатыванию ключа 7. Срабатывание ключа 7 приводит к подаче напряжения на обмотку независимого расцепителя 2, что вызывает срабатывание автоматического выключателя 1 и
отключение устройства. При исправном нулевом рабочем проводнике N ток, протекающий через обмотку независимого расцепителя 2, протекает через нулевой рабочий проводник N и, при наличии порогового элемента 8, не будет протекать через защитный проводник РЕ. Аналогичным образом работает устройство при оборванном нулевом рабочем проводнике N, только в этом ненормальном режиме ток системы управления 6 и обмотки независимого расцепителя 2 будет протекать через защитный проводник РЕ. Так как обмотка независимого расцепителя 2 включена в цепь постоянного тока выпрямителя 5, то она не шунтируется цепью нагрузки.
Выпрямитель 5 может быть как мостовым, показанным на Фиг.1, так и однополупериодным, показанным на Фиг.2. При использовании однополупериодного выпрямителя 5 нулевой рабочий N и защитный РЕ проводники подключены к общей точке выпрямителя, как и фазный проводник L, через диоды 9.
Для контроля исправности защитного проводника РЕ к этому проводнику подсоединен узел контроля 10 его исправности. На фиг.1 выходной сигнал узла контроля исправности защитного проводника 10 воздействует на вход ключа 7 в цепи постоянного тока выпрямителя 5, в связи с чем, обеспечивается отключение устройства при обрыве нулевого рабочего проводника. На фиг.2 выходной сигнал узла контроля исправности защитного проводника 10 воздействует на вход узла сигнализации 11. В этом случае при обрыве нулевого рабочего проводника дается информация о состоянии защитного проводника без отключения устройства. Сигнализация может быть световой.
Таким образом, предлагаемое устройство защитного отключения не производит нежелательных отключений при импульсах напряжения в питающей сети, ограничивая их величину, сохраняет работоспособность при обрыве нулевого рабочего проводника независимо от сопротивления цепи нагрузки, осуществляет постоянный контроль исправности защитного проводника без подачи на него опасного для людей напряжения, и, в конечном счете, повышает безопасность электроустановок.