Регулируемое трёхфазное устройство защитного отключения

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам защитного отключения, управляемым дифференциальным током, применяемым в однофазных и трехфазных электрических сетях напряжением 220/380 В для оперативной защиты человека от поражения электрическим током и может использоваться в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, в жилых и общественных зданиях, на территории при эксплуатации стационарных, передвижных, переносных электроустановок, ручного электроинструмента. Предлагаемое устройство защитного отключения относится к переносным, применяемым для быстрого отключения защищаемой электроустановки от сети при протекании тока через тело человека и предотвращения пожаров вследствие длительного протекания токов утечки на землю, в случае повреждения изоляции токоведущих частей, то есть выполняет электрозащитную и противопожарную функцию.
Известно устройство защитного отключения переносное типа А (без встроенной защиты), основными узлами которого являются корпус, дифференциальный трансформатор тока, пусковой орган (пороговый элемент), электронный усилитель, соленоид, силовая контактная группа, силовые зажимы, кнопка «ВКЛ», кнопка «ТЕСТ». В корпусе из термостойкой типа ABS-пластмассы установлены важнейший функциональный блок - дифференциальный трансформатор тока; исполнительный механизм, состоящий из силовой контактной группы с механизмом привода и соленоида; пороговый элемент, выполненный на электронных компонентах, реагирующий на появление тока утечки; фазный и нулевой проводники, проходящие внутри торроидального сердечника, включенные встречно, являющиеся первичной обмоткой дифференциального трансформатора тока, подключенные к силовым контактам; три зажима. К двум зажимам подключены фазный и нулевой проводники, идущие от силовых контактов, а также фазный и нулевой проводники питающего кабеля, подключенного к нагрузке. К третьему зажиму подключен защитный РЕ-проводник от источника питания, который к устройству защитного отключения не подключается. Вторичной обмоткой дифференциального трансформатора тока является катушка, расположенная на торроидальном сердечнике, к которой подключен электронный усилитель, с присоединенным к нему пороговым элементом. На съемной крышке корпуса расположены кнопка «ВКЛ», предназначенная для подачи напряжения на устройство защитного отключения и кнопка «ТЕСТ», в цепи тестирования, для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) устройства защитного отключения. В отверстии съемной крышки расположен индикатор напряжения. На корпусе расположены два штыря вилки, подключаемой в сеть источника питания (см. Переносные устройства защитного отключения, 06/09. Каталог «Интерэлектрокомплект» (ИЭК). М., 2013).
Основными недостатками известной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, связанные с недостаточным диапазоном изменения напряжения работоспособности, с необходимостью регулирования уставки срабатывания, с использованием в трехфазных электрических сетях при эксплуатации электроплит, электронасосов, мобильной электротехники.
Известно переносное устройство защитного отключения - трехфазный выключатель дифференциального тока типа А, используемое в трехфазных четырехпроводных электрических сетях напряжением 380 В, частотой 50 Гц с номинальным током нагрузки 16 А (без встроенной защиты), предназначенное для защиты человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара, вызванного утечкой тока через поврежденную изоляцию проводов и их некачественные соединения при эксплуатации стационарных и нестационарных электроустановок промышленного и бытового назначения. Устройство состоит из корпуса, в котором размещены дифференциальный трансформатор тока с первичной обмоткой, состоящей из трех фазных и нулевого проводников, а вторичной обмоткой является катушка на торроидальном сердечнике; электронный усилитель; пусковое устройство; соленоид, состоящий из двух полуобмоток; силовая контактная группа, имеющая восемь контактов; четыре силовые двухсекционные упругие пластины розетки; три фазных и нулевой проводники, к которым подключены четыре штыря вилки и четыре силовые двухсекционные упругие пластины розетки. На корпусе расположены четыре штыря вилки, включаемой в сеть источника питания. В отверстиях съемной крышки корпуса размещены кнопка «ВКЛ»; кнопка «ТЕСТ»; четыре гнезда розетки, в которую включается нагрузка; индикатор напряжения (см. RU №168088, Н01Н 83/14, опубл. 18.01.2017 г., Бюл. №2).
Основными недостатками известной конструкции являются сложность исполнения, ограниченные функциональные возможности, связанные с отсутствием защиты от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений, невозможностью обеспечения защиты от поражения электрическим током при обрыве нулевого провода и с отсутствием возможности регулирования отключающего дифференциального тока.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой полезной модели является трехфазное переносное устройство защитного отключения, типа А, используемое в трехфазных четырех- или пятипроводных электрических сетях напряжением 380 В, частотой 50 Гц с номинальным током нагрузки 16 А (без встроенной защиты). Устройство предназначено для организации оперативной защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к токоведущим частям электрической сети и электроустановок, и защиты от возникновения воспламенения вследствие длительного протекания токов утечки через поврежденную изоляцию.
Известное устройство состоит из корпуса, в котором установлены дифференциальный трансформатор тока; электронный усилитель; следящее устройство; соленоид, состоящий из двух полуобмоток; силовая контактная группа, имеющая восемь контактов; пять силовых двухсекционных упругих пластин; пять силовых проводников, из которых три фазных и нулевой рабочий проводники подключены к четырем силовым упругим пластинам (через силовую контактную группу) и четырем силовым зажимам, подключаемым к источнику питания, нулевой защитный проводник подключен к силовым упругим пластинам. В отверстиях съемной крышки размещены кнопка «ВКЛ», кнопка «ТЕСТ», индикатор напряжения, (см. RU №185551, МПК Н01Н 83/00, опубл. 11.12.2018 г., Бюл №35).
Основным недостатком известной конструкции является ограничение функциональных возможностей, связанных с использованием ее как средства электропожарозащиты при возникновении токов утечки через поврежденную или изношенную изоляцию или некачественные соединения проводников, превышающих уставку отключающего дифференциального тока, при использовании устройства защитного отключения в групповых сетях или на отдельной линии, когда появляется необходимость регулирования уставки срабатывания в целях обеспечения высокоэффективных эксплуатационных характеристик устройства защитного отключения, при использовании трехфазных электроустановок, в частности, передвижной и переносной электротехники, ручного электроинструмента.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции устройства защитного отключения, применяемого в трехфазных четырех- или пятипроводных электрических сетях напряжением 220/380 В, частотой 50 Гц с регулируемой уставкой отключающего дифференциального тока для использования в групповых и отдельных линиях в случае возникновения токов утечки, превышающих уставку срабатывания, для защиты людей от поражения электрическим током и защиты от возникновения пожаров при длительном протекании токов утечки на землю.
Технический результат полезной модели заключается в расширении возможности использования устройства как средства защиты при эксплуатации трехфазных электроустановок промышленного и аналогичного назначения, снижении уровня электротравматизма людей, снижении возникновения пожаров и возгораний по электрическим причинам при работе со стационарной и мобильной электротехникой.
Указанный технический результат достигается тем, что в регулируемом трехфазном устройстве защитного отключения, содержащем корпус, в котором установлены катушка отключения двухсекционная, дифференциальный трансформатор тока, имеющий первичную и вторичную обмотки, первичная обмотка состоит из трех фазных и нулевого проводников, подключенных к контактам силовой контактной группы, соединенным с силовыми зажимами и силовыми упругими контактами розетки, а вторичной обмоткой является катушка на торроидальном сердечнике, к которой подключены электронный усилитель и пусковое устройство, согласно полезной модели к пусковому устройству подключен блок коммутатор-транзисторный ключ регулирования уставки тока срабатывания, имеющий два входа и один выход, к двум входам блока коммутатор-транзисторный ключ присоединены два резистора, между электронным усилителем и двумя резисторами в отверстии съемной крышки корпуса установлен кнопочный переключатель уставки срабатывания отключающего дифференциального тока.
Отличием в предлагаемой конструкции регулируемого трехфазного устройства защитного отключения является наличие блока коммутатор-транзисторный ключ, имеющего два входа и один выход, наличие двух резисторов, наличие кнопочного переключателя, установленного в отверстии съемной крышки корпуса устройства, присоединенного через электронный усилитель к вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока с одной стороны, а с другой - к одному из двух входов блока коммутатор-транзисторный ключ через один из двух резисторов, подключенных соответственно к двум кнопкам кнопочного переключателя.
Заявляемое устройство, относящееся к переносным, может использоваться в трехфазных электрических сетях как средство защиты при подключении нагрузки. Это позволяет снизить электротравматизм при работе с электроустановками, в том числе с мобильной электротехникой.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично изображено регулируемое трехфазное устройство защитного отключения.
Регулируемое трехфазное устройство защитного отключения (см. фигуру) содержит корпус 1, в котором установлены дифференциальный трансформатор тока 2 с первичной обмоткой, состоящей из трех фазных и нулевого проводников 3. Вторичной обмоткой является размещенная в пластмассовом кожухе катушка 4 на торроидальном сердечнике дифференциального трансформатора тока 2, с которой соединен электронный усилитель 5, присоединенный к кнопочному переключателю 6, расположенному в отверстии съемной крышки корпуса. К кнопочному переключателю 6 подсоединены 2 резистора (на фиг. не показаны), которые присоединены к блоку коммутатор-транзисторный ключ 7, имеющему два входа и один выход. Блок коммутатор-транзисторный ключ 7 подключен к пусковому устройству 8, соединенному с одной из двух секций катушки отключения 9, размещенной в пластмассовом кожухе. В корпусе 1 также установлены силовая контактная группа 10, содержащая восемь контактов, пять силовых упругих контактов 11 розетки, четыре зажима 12, резиновый сальник 13, пять гнезд 14 розетки с крышкой. Пятое гнездо предназначено для подключения к силовому упругому контакту 11 розетки нулевого защитного РЕ-проводника 15, который к устройству защитного отключения не подключается. В отверстиях съемной крышки, которая крепится к корпусу винтами, расположены кнопочный переключатель 6, кнопка «ВКЛ» 16 и кнопка «ТЕСТ» 17, индикатор напряжения (на фиг. не показан).
Фазные и нулевой проводники 3 подключены к четырем зажимам 12, к которым присоединяется питающий кабель, пропущены в окно торроидального сердечника дифференциального трансформатора тока 2 и подключены к контактам силовой контактной группы 10, а также к четырем силовым упругим контактам 11 розетки, к которым подключается нагрузка.
Регулируемое трехфазное устройство защитного отключения работает следующим образом. При подключении регулируемого трехфазного устройства защитного отключения в сеть трехфазного источника питания в фазных и нулевом проводниках 3 появляется ток и силовые контакты 10 оказываются под напряжением. Одновременно на одной из секций катушки отключения 9, подключенной к фазному и нулевому проводникам через пусковое устройство 8, подается напряжение (при подключении регулируемого трехфазного устройства защитного отключения к источнику питания эта секция катушки отключения постоянно находится под напряжением). При нажатии на кнопку «ВКЛ» (в отверстии индикатора напряжения появляется красный цвет), присоединенную к фазному проводнику 3 во второй секции катушки отключения 9, подключенной к кнопке «ВКЛ» и нулевому проводнику 3, появляется напряжение, в результате катушка отключения 9 замыкает контакты силовой контактной группы 10 и в фазных проводах от источника питания, к нагрузке протекает ток, то есть регулируемое трехфазное устройство защитного отключения пропускает ток. При отпускании кнопки «ВКЛ» во второй секции катушки отключения 9 напряжение исчезает, а катушка отключения удерживает контакты силовой контактной группы 10 в замкнутом состоянии при наличии напряжения в первой секции катушки отключения. Перед нажатием на кнопку «ВКЛ» с помощью кнопочного переключателя 6 устанавливается значение уставки тока срабатывания 10 мА или 30 мА.
В нормальном режиме работы нагрузки геометрическая сумма токов в трехфазных и нулевом проводниках 3 равна нулю и результирующий магнитный поток в торроидальном сердечнике дифференциального трансформатора тока, создаваемый этими токами тоже равен нулю, ток во вторичной обмотке 4 также равен нулю. При прикосновении человека к токоведущим частям питающей сети или к корпусу электроустановки (нагрузки), оказавшемуся под напряжением в результате повреждения изоляции токоведущих частей и замыкании на корпус, происходит нарушение баланса токов в фазных и нулевом проводниках 3 и суммарный магнитный поток, создаваемый током небаланса или дифференциальным током, наводит электродвижущую силу, создающую ток во вторичной обмотке 4.
При нажатии кнопки, соответствующей величине уставки срабатывания 10 мА кнопочного переключателя 6 (с взаимозависимым переключением кнопок), контакты силовой контактной группы 10 замыкаются и ко вторичной обмотке 4 через электронный усилитель 5 и один из двух резисторов, рассчитанный на уставку 10 мА, подключается первый вход блока коммутатор-транзисторный ключ 7, определяя амплитуду входного сигнала, а выход этого блока, отстроенный на 30 мА, соединяется с пусковым устройством 8, чувствительность которого также составляет 30 мА. Если возникающий ток утечки будет превышать пороговое значение, то есть величину уставки срабатывания 10 мА, то на выходе блока коммутатор-транзисторный ключ 7 появится ток, превышающий величину уставки тока срабатывания порогового элемента слежения, то есть пускового устройства 8, более 30 мА. В результате пусковое устройство 8 срабатывает, оказывая воздействие на катушку отключения 9, отключая ее питание. Отключенная катушка отключения 9 не удерживает контакты силовой контактной группы 10 в замкнутом состоянии, и они размыкаются под действием силы пружины, обесточивая неисправную нагрузку, то есть регулируемое трехфазное устройство защитного отключения выполняет свою защитную функцию.
При нажатии кнопки 30 мА кнопочного переключателя 6 контакты силовой контактной группы 10 замыкаются и ко вторичной обмотке 4 через электронный усилитель 5 и второй резистор, рассчитанный на уставку срабатывания 30 мА, подключается второй вход блока коммутатор-транзисторный ключ 7. Если ток утечки в защищаемой сети будет превышать пороговое значение, то есть величину уставки тока срабатывания 30 мА, то регулируемое трехфазное устройство защитного отключения так же, как указано выше, срабатывает, отключая неисправную нагрузку.
В регулируемом трехфазном устройстве защитного отключения время отключения нагрузки, то есть быстродействие составляет 0,03 с.
Для осуществления контроля исправности (работоспособности) устройства предусмотрена цепь тестирования, работающая за счет искусственного создания отключающего дифференциального тока небольшой величины, протекающего через тестовый провод. Тестовый провод подключается к нулевому проводнику, пропущенному через окно торроидального сердечника дифференциального трансформатора тока и к кнопке «ТЕСТ», от кнопки «ТЕСТ» к фазному проводнику от источника питания. Поэтому ток в тестовой цепи эквивалентен несбалансированному току в проводниках первичной обмотки дифференциального трансформатора тока, и при нажатии на кнопку «ТЕСТ» происходит немедленное отключение регулируемого трехфазного устройства защитного отключения (отключение напряжения, подаваемого на защищаемую электроустановку), значит оно исправно. В индикаторном отверстии исчезает индикатор красного цвета. Если регулируемое трехфазное устройство защитного отключения не отключилось (не сработало), значит, оно неисправно.
Предлагаемое регулируемое трехфазное устройство защитного отключения по сравнению с прототипом (см. RU №185551, МПК H01H 83/00, опубл. 11.12.2018 г., Бюл. №35) позволяет достичь:
- расширения возможности использования устройства как средства защиты при эксплуатации трехфазных электроустановок промышленного и аналогичного назначения;
- снижения уровня электротравматизма людей;
- снижения возникновения пожаров и возгораний по электрическим причинам при работе со стационарной и мобильной электротехникой.