РЕГУЛИРУЕМЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТОКА

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам защитного отключения (УЗО), управляемым дифференциальным током, применяемым в однофазных двухпроводных или трехпроводных (защитным РЕ-проводником) электрических сетях переменного тока напряжением не более 230 В для оперативной защиты человека от поражения электрическим током при прямом или косвенном прикосновении к токоведущим частям электроустановок. Предлагаемое устройство относится к переносным, применяемым при отсутствии стационарно установленных в электрощите устройств защитного отключения, и может использоваться в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, в быту, в помещениях и на территории при эксплуатации стационарных, передвижных, переносных электроустановок, ручного электроинструмента.
Известно устройство защитного отключения переносное (УЗО-вилка) АСТРО*УЗОФ-1271 типа А (без встроенной защиты), предназначенное для комплектации бытовых электроприборов - насосов, электроинструмента и т.п., используемое в однофазных электрических сетях напряжением 220 В, частотой 50 Гц, с номинальным током нагрузки 16 А, номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА, зависящее от напряжения питания (диапазон изменения напряжения составляет 220±22 В). Устройство состоит из корпуса, в котором размещены дифференциальный трансформатор тока; пусковой орган (пороговый элемент), выполненный на электронных компонентах; исполнительный механизм, включающий в себя силовую контактную группу с механизмом привода и соленоид; три зажима к которым подключается питающий кабель нагрузки и защитный РЕ-проводник; фазный и нулевой проводники. На корпусе расположены кнопка «ВКЛ»; кнопка «ТЕСТ» и два штыря вилки, подключаемой в сеть источника питания (см. Устройство защитного отключения. Каталог-справочник. М., 2006, 75 с. Под редакцией Лобановой Л.А. (с.27-28).
Однако недостатками указанного УЗО являются сложность конструктивного исполнения, имеющего большое количество элементов, ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в использовании в однофазных электрических сетях в цепи питания одиночного потребителя или группы потребителей. Отсутствие возможности регулирования отключающего дифференциального тока при прикосновении человека к токоведущим частям электрооборудования или электропроводящим элементам (корпусам и др.), оказавшимся под напряжением стационарных и нестационарных электроустановок, применяемых в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, бытовых условиях и др. (компрессор, насос, электроинструмент, стиральная машина и т.п.).
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является однофазный дифференциальный выключатель - ДПВ (УЗО-вилка). В корпусе из термостойкой ABS-пластмассы установлены: важнейший функциональный блок УЗО - дифференциальный трансформатор тока; исполнительный механизм, состоящий из силовой контактной группы и соленоида, т.е. механизма привода; пороговый элемент или следящее устройство, реагирующее на появление тока утечки; фазный и нулевой проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, 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 так же фазный и нулевой проводники питающего кабеля, подключенного к нагрузке. К третьему зажиму подключен защитный РЕ-проводник от источника питания (который к УЗО не подключается) и защитный РЕ-проводник питающего кабеля. Вторичной обмоткой дифференциального трансформатора тока является катушка, расположенная на торроидальном сердечнике, к которой подключено следящее устройство. На корпусе расположены два стержня вилки (включаемой в розетку), соединенные с силовыми контактами. На съемной крышке корпуса расположены кнопка «ВКЛ», предназначенная для подачи напряжения на УЗО и кнопка «ТЕСТ», в цепи тестирования, для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО. В отверстии съемной крышки расположен индикатор напряжения. (см. Переносные устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током. 6. Каталог «Интерэлектрокомплект» (НЭК). М., 2012, с.272-273).
Основным недостатком известной конструкции является ограничение функциональных возможностей, связанных с использованием в качестве средства электропожарозащиты при возникновении токов утечки, превышающих уставку срабатывания для групповой или одиночной защиты электроустановок, т.е. при необходимости регулирования уставки срабатывания и расширения области применения устройства, путем обеспечения высокоэффективных эксплуатационных характеристик УЗО-вилки при работе, в частности, с передвижными, переносными электроустановками, ручным электроинструментом и бытовыми электроприборами.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции переносного регулируемого выключателя дифференциального тока, используемого в однофазных двух или трехпроводных электрических сетях напряжением 220 В, частотой 50 Гц с регулируемой уставкой отключающего дифференциального тока для защиты людей от поражения электрическим током при возникновении токов утечки, превышающих уставку срабатывания с групповой и одиночной защитой электроустановок и защиты от возникновения пожаров при длительном протекании токов утечки на землю.
Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей устройства, уменьшении электротравматизма и предотвращении возникновения пожаров и возгораний по электрическим причинам при эксплуатации стационарных и нестационарных электроустановок, т.е. передвижных, переносных и ручного электроинструмента.
Указанный технический результат достигается тем, что в регулируемом выключателе дифференциального тока, содержащем корпус, в котором установлены дифференциальный трансформатор тока, имеющий первичную обмотку, состоящую из фазного и нулевого проводников, подключенных к контактной группе коммутационного блока и силовым зажимам, и вторичную обмотку, соединенную с пусковым устройством и электронным усилителем, согласно полезной модели к вторичной обмотке через электронный усилитель подключен блок «Ключ» регулирования уставки тока срабатывания, имеющий три входа и один выход, между электронным усилителем и блоком «Ключ», на съемной части корпуса установлен кнопочный переключатель, к которому подключены три резистора.
Отличием заявляемого устройства является наличие блока «Ключ», имеющего три входа и один выход, наличие кнопочного переключателя, установленного на съемной части корпуса устройства, присоединенного через электронный усилитель к вторичной обмотке дифференциального трансформатора с одной стороны, а с другой - к одному из трех входов блока «Ключ», через один из трех резисторов, подключенных соответственно к кнопкам кнопочного переключателя.
Выход блока «Ключ», отстроенный на величину тока уставки срабатывания 30 мА подключен к пусковому устройству, присоединенному к катушке отключения и нулевому проводнику. Установка дополнительных элементов, т.е. блока «Ключ», подключенного к пусковому устройству, кнопочного переключателя для регулирования в пределах 5 мА, 10 мА и 30 мА уставки срабатывания дифференциального отключающего тока, трех резисторов, подключенных к трем контактам кнопочного переключателя расширяет функциональные возможности устройства, дает возможность использовать устройство (УЗО) в современных радиальных схемах электроустановок в групповых цепях, а в необходимых случаях и в цепях питания одиночных наиболее опасных по условиям электропоражения потребителей. Это позволяет снизить возникновение электротравматизма при эксплуатации стационарных и нестационарных электроустановок в различных сферах деятельности человека.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена электрическая схема заявляемого устройства.
Регулируемый выключатель дифференциального тока (УЗО-вилка) содержит корпус, в котором установлены дифференциальный трансформатор тока 1, имеющий первичную обмотку, состоящую из фазного 2 и нулевого 3 проводников, пропущенных в окно торроидального сердечника дифференциального трансформатора тока 1. Проводники 2 и 3 подключены к контактам коммутационного блока 4. На торроидальном сердечнике размещена вторичная обмотка 5 дифференциального трансформатора тока 1, с которой соединен электронный усилитель 6, присоединенный к расположенному на съемной части корпуса кнопочному переключателю 7. К кнопочному переключателю 7 подсоединены три резистора 8, которые присоединены к блоку «Ключ» К регулирования уставки тока срабатывания, имеющему три входа и один выход. Блок «Ключ» К подключен к пусковому устройству 9, соединенному с одной из двух полуобмоток катушки отключения 10 и с нулевым проводником 3. Вторая полуобмотка катушки отключения 10 соединена с нулевым проводником 3 и с кнопкой «ВКЛ», присоединенной к фазному проводнику 2. Фазный 2 и нулевой 3 проводники подключаются с одной стороны к двум штырям устройства (на чертеже не показаны), а с другой стороны - к силовым зажимам 11, к которым подключается нагрузка Н. На съемной части корпуса размещены кнопка «ВКЛ», кнопка «Тест» Т, и кнопки 5 мА, 10 мА, 30 мА кнопочного переключателя 7 (на чертеже не показаны), с которым соединены три резистора 8 и блок «Ключ» К.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При включении УЗО-вилки в сеть в фазном 2 и нулевом 3 проводниках появляется ток, а на контактах коммутационного блока 4 возникает напряжение. При нажатии на кнопку «ВКЛ» присоединенную к фазному проводнику 2 в катушке отключения 10, подключенной к кнопке «ВКЛ» и нулевому проводнику 3, появляется ток, который замыкает контакты коммутационного блока 4, в результате в фазном 2 и нулевом 3 проводниках от источника питания к нагрузке Н, подключенной к силовым зажимам 11 будет протекать ток, т.е. силовые зажимы и нагрузка находятся под напряжением. Перед нажатием на кнопку «ВКЛ» с помощью кнопочного переключателя 7 устанавливается значение уставки тока срабатывания 5 мА, 10 мА или 30 мА.
В нормальном рабочем режиме работы нагрузки H результирующий магнитный поток в сердечнике дифференциального трансформатора тока 1 равен нулю, ток во вторичной обмотке 5 также равен нулю. При прикосновении человека к токоведущим частям или к корпусу электроустановки (нагрузки Н), на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику 2, кроме тока нагрузки будет протекать ток утечки. В результате нарушения баланса токов в фазном 2 и нулевом проводниках 3 суммарный магнитный поток, создаваемый током небаланса или дифференциальным, наводит электродвижущую силу и во вторичной обмотке 5 появляется ток.
При нажатии кнопки, соответствующей величине уставки срабатывания 5 мА кнопочного переключателя 7 контакты замыкаются и ко вторичной обмотке 5, через электронный усилитель 6 и один из трех резисторов 8, рассчитанный на уставку срабатывания 5 мА, подключается первый вход блока «Ключ» К, определяя амплитуду входного сигнала, а выход этого блока, отстроенный на 30 мА, соединяется с пусковым устройством 9, чувствительность которого также составляет 30 мА. Если возникающий ток утечки будет превышать пороговое значение, т.е. величину уставки срабатывания 5 мА, то на выходе блока «Ключ» К появится ток, превышающий величину уставки тока срабатывания порогового элемента пускового устройства 9, т.е. более 30 мА. В результате пусковое устройство 9 срабатывает, оказывая воздействие на катушку отключения 10, отключая ее питание. Отключенная катушка 10 не удерживает контакты коммутационного блока 4 в замкнутом состоянии, и они размыкаются под действием силы пружины, обесточивая неисправную нагрузку Н.
При нажатии кнопок 10 мА или 30 мА кнопочного переключателя 7 контакты замыкаются и ко вторичной обмотке 5 через электронный усилитель 6 и второй или третий резисторы 8, рассчитанные на уставку срабатывания 10 мА или 30 мА, подключается второй вход или третий вход блока «Ключ» К. Если ток утечки в защищаемой сети будет превышать пороговое значение, т.е. величину уставки тока срабатывания 10 мА или 30 мА, то УЗО-вилка также, как указано выше, срабатывает отключая неисправную нагрузку Н.
В заявляемом устройстве время отключения нагрузки H при попадании человека под действие электрического тока составляет 0,03 сек.
T
Для осуществления контроля исправности (работоспособности) устройства предусмотрена цепь тестирования (кнопка Т, подключенная к фазному проводнику), работающая за счет искусственного создания отключающего дифференциального тока, протекающего через тестовый резистор R, подключенный к нулевому проводнику. Тестовый проводник проходит через сердечник дифференциального трансформатора тока, поэтому ток в тестовом проводнике эквивалентен нарушению баланса токов в фазном и нулевом проводниках, т.е. устройство должно отключиться при нажатии на кнопку T. Если устройство отключилось, значит, оно исправно, не отключилось - неисправно.