УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА ШТЕПСЕЛЬНЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ, В КОТОРЫХ МОЖЕТ ОТСУТСТВОВАТЬ ЗАЩИТНЫЙ ПРОВОДНИК

Устройство защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей решает проблему перегрева штепсельных соединителей в электрических сетях, имеющих в своем составе фазный проводник (L), нулевой проводник (N), а также имеющих или не имеющих защитный проводник (РЕ). Термины, обозначения и определения приводятся в соответствии с:
ГОСТ IEC 60051-151-2014
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ
СЛОВАРЬ Часть 151
Электрические и магнитные устройства
ГОСТ IEC 60051-195-2005
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЩИТА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Термины и определения
ГOCT IEC/TR60755-2017
УСТРОЙСТВА ЗАЩИТНЫЕ, УПРАВЛЯЕМЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛНЫМ
(ОСТАТОЧНЫМ ТОКОМ)
Общие требования
Под термином "Напряжение сети" будет пониматься действующее значение фазного переменного напряжения (U) между нулевым проводником (N) и фазным проводником (L).
Из предшествующего известно "Устройство защиты контактов штепсельного соединения от перегрева", описанное в патенте RU 17473577, которое мы будем использовать для сравнения и называть в дальнейшем "Сравниваемым устройством". В Сравниваемом устройстве, в качестве контактов штепсельного соединения рассматриваются контакты штепсельной розетки. Вводные контакты розетки соединены с нулевым (N), фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками. Для защиты электрической сети используется УЗО. В Сравниваемом устройстве используется термоэлемент, состоящий из:
1. Вариант
нормально разомкнутого термореле, соединенного последовательно с резистором, которые подключены между фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками
2. Вариант
термистор, подключенный между фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками
В Варианте 1, при превышении температурой значения, равного температуре срабатывания термореле, через резистор протекает ток, превышающий по значению номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, и УЗО отключается.
В Варианте 2, при превышении температурой порогового значения для термистора, сопротивление термистора резко падает, вследствие чего через него протекает ток, превышающий по значению номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, и УЗО отключается.
Недостатки в Варианте 1:
- При отсутствии защитного проводника (РЕ) в Сравниваемом устройстве, оно не может функционировать
- При нарушении целостности защитного (РЕ) проводника или отсутствия его соединения на вводном распределительном устройстве (ВРУ) с нулевым проводником (N), ток утечки, превышающий номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, отсутствует, УЗО не срабатывает, на корпусах приборов и оборудования появляется фазное напряжение.
- При не срабатывании УЗО по какой либо причине, например неисправности, через резистор протекает ток, который с учетом напряжения на резисторе, равного напряжению сети, вызывает нагрев резистора, если он не рассчитан на мощность в несколько Ватт. Например, при номинале резистора 6600 Ом при напряжении сети 220 Вольт на резисторе выделяется энергия, равная 7,3 Ватт/сек. Резисторы, рассчитанные на мощность 7,3 Ватт, имеют большие габариты, что делает их монтаж в бытовую штепсельную розетку (используемую в загородных домах, квартирах для подключения различного оборудования) невозможным. Использование малогабаритных резисторов меньшей мощности, приведет к их нагреву, перегреву и выходу из строя, с вероятностью возгорания.
Недостатки в Варианте 2
- аналогичные недостаткам Варианта 1
- возможность ложного срабатывания УЗО, вследствие того, что характеристика термистора отличается от характеристики идеального ключа, и ток утечки через термистор будет суммироваться с токами утечки в термисторах аналогичных Сравниваемых устройствах, установленных в той же сети, и может превысить значение номинального отключающего дифференциального тока УЗО.
Особенностью Устройства защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей, в которых может отсутствовать защитный проводник (в дальнейшем Устройство), является использование только нулевого проводника (N) и фазного проводника (L) для формирования при перегреве сигнальной последовательности коротких импульсов напряжения между ними, которые, могут быть использованы для отключения сети.
Для описания работы Устройства, в качестве примера, рассмотрим электрическую сеть, изображенную на Фиг. 1. Сеть состоит из фазного (L) 1, нулевого (N) 2 проводников, УЗО 6, штепсельного соединителя 20 с Устройством 17, нагрузкой 19, детектором импульсов напряжения 9. Устройство 17 устанавливается в штепсельный соединитель 20 и подключается внутри него к фазному проводнику 18 и нулевому проводнику 12.
В нормальном режиме при отсутствии перегрева контактов штепсельного соединителя 20, контакты УЗО находятся в положении 4.
При превышении температурой порогового значения, срабатывает термореле 14, положение контактов термореле переходит из состояния 16 в состояние 15, что приводит к росту напряжения на газовом разряднике 22, и он срабатывает. Значение емкости газового разрядника не превышает 4 пФ. Значение емкости конденсатора 13 подбирается исходя из условия, при котором максимальный ток в момент разряда в газовом разряднике 22 зависит от типа газового разрядника и, как правило, не превышает 1А. В противном случае, разряд в газовом разряднике из состояния Тлеющего перейдет в состояние Дугового. Дуговой разряд послужит причиной быстрого выхода из строя газового разрядника. Длительность фронта импульса в газовом разряднике определяется его типом. Для примера, выберем длительность фронта импульса в газовом разряднике 22 равной 10 нс. В этом случае соответствующая частота будет рана F=25 МГц. Реактивное сопротивление емкости равно 1/(2πFC). При напряжении сети равном 220 В, амплитуда напряжения равна 311 В, следовательно, C<1/(2πF)/311=20 пФ. Емкость сети Сс 21, в месте установки штепсельного соединителя, будем считать равной Сс=2 нФ. В этом случае импульс напряжения на газовом разряднике 22 амплитудой 140 В, вызовет импульс напряжения Ui между контактами 10 и 11 с амплитудой 140/(Сс/С)=1,4 В. Последовательность импульсов Ui детектируется детектором импульсов напряжения 9, который формирует ток утечки на входе 3 УЗО 6, что приводит к отключению УЗО 6, контакты которого переходят из состояния 4, в состояние 5 и сеть обесточивается.
Если в качестве штепсельного соединителя рассматривать штепсельную розетку, целесообразно устанавливать Устройство на внутреннюю поверхность корпуса рядом с отверстиями под контакты штепсельного соединения.
Рассмотренный вариант конфигурации сети и ее состав, для описания работы Устройства, не исчерпывает все возможные варианты использования Устройства защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей в которых может отсутствовать защитный проводник.