УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ТРЕМЯ ФАЗНЫМИ ПРОВОДАМИ И НУЛЕВЫМ ПРОВОДОМ

Полезная модель относится к области электротехнике, а именно к устройствам зашиты электрических линий, машин, приборов и людей от поражения электрическим током, предназначено для электроустановок, которые получают энергию по четырехпроводной сети переменного тока, и может использоваться в производственных и жилых помещениях.
Известно устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее первый асимметр, который подключен к фазным проводам и нулевому проводу сети, первый трансформатор тока нулевой последовательности, с вторичной обмоткой которого через первый усилитель соединена катушка реле с размыкающим контактом в цепи питания катушки магнитного пускателя, при этом оно дополнительно снабжено вторым асимметром, трансформатором тока нулевой последовательности и усилителем, причем второй асимметр подключен к фазным проводам сети так, что его токи не протекают по первичным обмоткам трансформатора тока нулевой последовательности, нулевая точка второго асимметра соединена с нулевым проводом сети через первичную обмотку второго трансформатора тока нулевой последовательности, а вторичная обмотка этого трансформатора тока подсоединена к входу второго усилителя, выход которого соединен с выходом первого усилителя и катушкой реле по схеме сравнения напряжений (пат. РФ №2017299 Н02Н 3/16 // Н02Н 5/10).
Недостатками данного устройства являются:
1. Схема с магнитным пускателем не может быть использована для отключения короткого замыкания в сети, так как он предназначен для коммутации сети.
2. Сложность схемы (два асимметра, два трансформатора тока нулевой последовательности) и как следствие низкая надежность.
3. Схема не срабатывает при двух- и трехфазных замыканиях в сети. Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству относится устройство для защитного отключения в электрической сети переменного тока с заземленной нейтралью, содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной обмоткой и пороговый элемент с выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нулевому проводу сети соответственно, при этом выводы вторичной обмотки дифференциального трансформатора тока соединены с входом порогового элемента, а также выпрямитель, при этом введены двуханодный стабилитрон, резистор, в дифференциальный трансформатор тока введена дополнительная обмотка, один вывод которой соединен с заземлением, а другой выход соединен через последовательно включенные двуханодный стабилитрон и резистор с нулевым проводом сети и через последовательно соединенные выходной ключ, катушку независимого расцепителя и выпрямитель с фазным проводом сети, три одинаковых резистора, каждый из которых соединен одним выводом с соответствующим фазным проводом сети, а их другие выводы присоединены к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора.
Недостатками данного устройства являются:
1. При обрыве фазного провода сети, питающий элемент отключения схемы будет не работоспособный.
2. При обрыве нулевого провода схема работать не будет, так как исчезнет напряжение с отключающей катушки автоматического отключения.
3. При коротком замыкании между двумя фазами, к которым катушка независимого расцепителя не подсоединена, схема не работоспособна.
4. Схема не будет работать при аварийном режиме в сети питания (перед счетчиком потребителя) в случае замыкания фазного провода на нулевой провод.
Следовательно, можно сделать вывод о низкой надежности срабатывания защитного отключения.
Задача изобретения - повысить надежность срабатывания защитного отключения.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной и дополнительной обмоткой, к заземленному выводу которой присоединены выводы трех одинаковых резисторов, каждый из которых соединен другим выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент, узел питания и выпрямитель, при этом к незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к плюсовой клемме диода, который через резистор присоединен к нулевому проводу сети, при этом блок питания содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки присоединены к минусовым клеммам трех диодов соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены, а начала трех вторичных обмоток соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора и минусовой клеммой светодиода, плюсовая клемма которого присоединена к входу резистора параллельно которому присоединен конденсатор, а также к плюсовой клемме стабилитрона, минусовая клемма которого заземлена, выход резистора соединен с входами как резистора, выход которого заземлен, так и входа делителя, выход которого через резистор подключен к минусовой клемме операционного усилителя, при этом третий выход делителя подключен к коллектору транзистора, при этом его эмиттер соединен как с входом резистора, выход которого заземлен, так и с входом катушки независимого расцепителя, выход которой заземлен, а база транзистора соединена с выходом резистора.
Новые существенные признаки:
1. К незаземленному выводу дополнительной обмотки дифференциального трансформатора дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода, а минусовыми выводами к трем фазным проводам сети.
2. Второй конец дополнительной обмотки дифференциального трансформатора подключен к плюсовой клемме диода, который последовательно соединен с резистором и присоединен к нулевому проводу сети, к которому подсоединены и вторые выводы трех одинаковых резисторов.
3. Блок питания содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу.
4. Концы вторичной обмотки присоединены к минусовым клеммам трех диодов соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены.
5. Начала трех вторичных обмоток соединены между собой последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора и минусовой клеммой светодиода.
6. Плюсовая клемма светодиода присоединена к входу резистора, параллельно которому присоединен конденсатор, а также плюсовая клемма стабилитрона, минусовая клемма которого заземлена.
7. Выход резистора соединен с входами как резистора, выход которого заземлен, так и входа делителя, выход которого через резистор подключен к минусовой клемме операционного усилителя, при этом третий выход делителя подключен к коллектору транзистора.
8. Эмиттер транзистора соединен как с входом резистора, выход которого заземлен так и с входом катушки независимого расцепителя, выход которой заземлен, а база транзистора соединена с выходом резистора.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат заключающийся в повышении надежности и расширении функций защитного отключения.
При возникновении сигнала во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока утечки, равного или большего тока уставки, операционный усилитель срабатывает, через стабилитрон проходит положительный сигнал, транзистор открывается и автоматический выключатель отключится катушкой независимого расцепителя. Благодаря тому, что питание схемы осуществляется от трехфазного трансформатора, нейтральная точка первичной обмотки которого соединена с нулевым проводом сети, схема будет работоспособной при исчезновении напряжении напряжения в сети даже на двух фазах, когда третья фаза остается под напряжением и представляет опасность для персонала, который может коснуться ее. Наличие в схеме элементов стабилизации позволяет получить напряжение на катушке независимого расцепителя, при однофазном питании, отличного от номинального его значения не более чем на 2,5%.
На фиг.1 представлена электрическая схема устройства для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами и нулевым проводом.
1
2
3
Устройство для защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фазными проводами (L L, L) и нулевым проводом (N) содержащие выключатель автоматический 1 с катушкой независимого расцепителя 2. Также дифференциальный трансформатор тока 3 с первичными обмотками 4 по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной 5 и дополнительный обмоткой 6, к заземленному выводу которой присоединены выводы трех одинаковых резисторов 7, 8, 9, каждый из которых (соединен другим выводом к соответствующим фазным проводам сети, пороговый элемент 10, узел питания 11 и выпрямитель 12. При этом к незаземленному выводу дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3 дополнительно подключены плюсовыми клеммами три диода 13, 14, 15, а своими минусовыми выводами к трем фазным проводам сети, а второй конец дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3 подключен к плюсовой клемме диода 16, который через резистор 17 присоединен к нулевому проводу сети. Блок питания 11 содержит трехфазный трансформатор 18, первичная обмотка 19 которого присоединена к трем фазным проводам сети, нейтральная точка которого присоединена к нулевому проводу, а концы вторичной обмотки 20 присоединены к минусовым клеммам трех диодов 21, 22, 23 соответственно, плюсовые клеммы которых заземлены. Начала трех вторичных обмоток 20 соединены между собой и последовательно подсоединены как к первому зажиму конденсатора 24, второй зажим которого заземлен, так и последовательно соединенных между собой резистора 25 и минусовой клеммой светодиода 26. Плюсовая клемма светодиода 26 присоединена к входу резистора 27, параллельно которому присоединен конденсатор 28, а также к плюсовой клемме стабилитрона 29, минусовая клемма которого заземлена. Выход резистора 27 соединен с входами как резистора 30, выход которого заземлен, так и входа делителя 31, выход которого через резистор 32 подключен к минусовой клемме операционного усилителя 33. При этом третий выход делителя 31 подключен к коллектору транзистора 34, при этом его эмиттер соединен как с входом резистора 35, выход которого заземлен, так и с входом катушки независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1, выход которого заземлен, а база транзистора 34 соединена с выходом резистора 36.
Устройство работает следующим образом:
3
1
2
1
2
1
2
1. При обрыве фазы L - ток пройдет от необорванных фаз L и L к резисторам 7 и 8 соединенных с заземленным выводом дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3, через которую к плюсовым клеммами двух диодов 13, 14, минусовые выводы которых подключены к двум фазным необорванным проводам сети L и L. Во вторичной обмотке 5 дифференциального трансформатора 3 появится напряжение, которое выпрямляется пороговым элементом 10, и если ток небаланса в этой обмотке равен или больше величины тока уставки на операционном усилителе 33, то схема срабатывает. Транзистор 34 открывается и включает катушку независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1, которая его и отключает. Так как напряжение через фазы L L и нулевой провод N будет подаваться на вторичную обмотку 20 дифференциального трансформатора 18 через первичную обмотку 19 этого же дифференциального трансформатора выпрямляться и сглаживаться диодами 21, 22, 23, и ток пойдет по цепи конденсатор 24 - резистор 25 - светодиод 26 - блок стабилизации, состоящий из резистора 27, параллельно которому включен конденсатор 28 и включен на входе резистора 27 стабилитрон 29, второй конец которого заземлен, а на выходе резистора 27 подключен резистор 30, второй выход которого заземлен, с выхода резистора 27 ток пойдет через последовательно соединенных делитель 31 - резистор 32 на минусовую клемму операционного усилителя 33, с третьего выхода делителя 31 ток пойдет на коллектор транзистора 34. Сигнал с операционного усилителя 33 через резистор 36 подается на базу транзистора 34. Транзистор 34 срабатывает и замыкает цепь коллектор - эмиттер и ток идет на катушку независимого расцепителя 2 автоматического выключателя 1, который и размыкает цепь питания. Схема будет продолжать работать.
3
2
1
3
2
2. При обрыве двух фаз L и L - ток пройдет по цепи от необорванной фазы L к резистору 7 соединенному с заземленным выводом дополнительной обмотки 6 дифференциального трансформатора 3, через которую к плюсовой клемме диода 13, и минусовым выводом к фазному необорванному проводу сети. При обрыве двух фаз L и L в первичной обмотке 19 дифференциального трансформатора 18 появится однофазное напряжение, а на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18 появится трехфазное напряжение и ток пойдет по цепи аналогичной первому случаю. Схема будет продолжать работать.
3. При обрыве нулевого провода N в питающей сети - используется классическая схемы заземления-зануления, ток небаланса (надо всего 10 мА) пойдет от нулевого провода соединенного с повторным заземлением (на фиг. не показано) по резистору 17, диоду 16, дополнительной обмотке 6 дифференциального трансформатора 3, через плюсовые клеммы трех диодов 13, 14, 15 и замкнет на фазные провода сети. Подаваемое трехфазное напряжение, на первичную обмотку 19 дифференциального трансформатора 18 будет соответственно трехфазным и на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18, и ток будет протекать аналогично рассмотренному первому случаю. Схема будет продолжать работать.
3
4. Замыкание фазы L на N в питающей сети (перед счетчиком потребителя) - ток пойдет от точки короткого замыкания по нулевому проводу через резистор 17, диод 16, дополнительную обмотку 6 дифференциального трансформатора 3, на плюсовые клеммы двух диодов 13, 14, соединенных с неповрежденными фазными проводами сети. Напряжение на первичной обмотке 19 дифференциального трансформатора 18 будет двухфазным, а на вторичной обмотке 20 дифференциального трансформатора 18 оно будет трехфазным и ток будет протекать аналогично первому рассмотренному случаю. Схема будет продолжать работать.
5. При трехфазном коротком замыкании - исчезнет питание усилителя и питающей катушки, следовательно сеть отключится.