УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЕ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Заявляемое устройство относится к электротехнике, в частности, к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током. За счет введения дополнительных элементов в схему электронных устройств защитного отключения получены дополнительные защитные свойства, обеспечивающие защитное отключение как по току утечки в землю (дифференциальному току), так и по напряжению нейтраль-земля (корпус земля).
Известны [1] устройства защитного отключения УЗО-Д, реагирующие на разность токов в первичных проводниках дифференциального трансформатора тока (далее дифтрансформатор). Известно также УЗО дополнительно реагирующее на напряжение нулевого рабочего провода относительно земли и срабатывающее при обрыве нулевого провода. Таким устройством является выключатель комбинированной защиты типа ВКЗ [2], в котором применено изобретение [3]. Это ВКЗ принято за прототип. Принципиальная схема прототипа приведена на фиг.1. На этой фигуре приведены для сравнения только те элементы схемы прототипа, которые отмечены в [3] и сравниваются с элементами заявляемого устройства.
Для иллюстрации недостатков прототипа рассмотрим его работу лишь в той части, которая дополняется формулой полезной модели. Для наглядности на фиг.1 прототип присоединен к 2-ух проводной линии TN-C и к электроустановке ЭУ с токопроводящим корпусом. Общеизвестно [4, 5], что при обрыве PEN-провода на оторванном его участке на стороне нагрузки появляется напряжение относительно земли. Величина этого напряжения может доходить до 220 В. Как видно из схемы на фиг.1 напряжение с PEN-провода через контакт 1.2 выключателя поступает на резистор 4, далее на стабилитрон 5, далее на обмотку 2.2 и через нее на зажим Тr и далее в землю Возникающий при этом ток обмотки 2.2 индуктирует в обмотке 2.1 эдс, которая через элемент 3 воздействует на расцепитель выключателя и отключает защищаемую ЭУ. Однако напряжение на корпусе ЭУ останется, т.к. корпус остается соединенным с PEN проводом. Таким образом, УЗО сработало, но защиту от напряжения на корпусе оно не обеспечило. Кроме того, схема прототипа не контролирует целостность его внешнего заземляющего провода от зажима Тr к заземлителю. Обрыв этого заземления не контролируется и остается незамеченным неограниченно долго и может привести к электропоражению.
Из изложенного следуют недостатки прототипа:
а) необеспечение электробезопасности при прикосновении к зануленному корпусу, если на нулевом проводе (PEN-проводе) появляется напряжение более 50 В, например, из-за обрыва PEN-провода;
б) отсутствие постоянного контроля целостности внешнего заземляющего провода путем отключения объекта;
Целью данной заявки является устранение приведенных выше недостатков а) и б). Эта цель достигается тем, что к выходу контакта 1.2 полюса N выключателя 1 присоединен дополнительный зажим 7 и вывод варистора 5, второй вывод этого варистора через вторую обмотку 2.2 дифференциального трансформатора присоединен к входу 4.1 блока питания и к зажиму заземления 8, другой вход 4.2 блока питания вместе с дополнительно введенным конденсатором 6 присоединены к контакту 1.1 выключателя, а второй вывод конденсатора присоединен к контакту 1.2 выключателя.
На фиг.2 приведена принципиальная схема заявляемого устройства, которая содержит: выключатель автоматический - 1; дифтрансформатор - 2; полупроводниковый пороговый элемент - 3; блок питания - 4; варистор - 5; конденсатор - 6; зажим зануляющего защитного провода - 7; зажим заземления - 8. На этом же рисунке показано подключение этого УЗО к 2-ух проводной линии TN-C и к электроустановке ЭУ с токопроводящим корпусом. Следует подчеркнуть, что благодаря дополнительным элементам заявленное УЗО реагирует как на дифференциальный ток, так и на напряжение «нейтраль-земля», т.е. стало комбинированным, поэтому вводим обозначение «УЗО-К».
Рассмотрим функционирование заявляемого устройства в тех режимах, на которые направлены заявляемые дополнения. Функционирование этого устройства в режиме тока утечки (дифференциального тока) не рассматривается, т.к. оно не отличается от работы любых УЗО-Д.
Исходное состояние. PEN-проводник целый, контакты 1.1 и 1.2 УЗО замкнуты, корпус электроустановки ЭУ по защитному РЕ проводнику соединен с нулевым проводом линии, т.е. занулен. Питание электронной части УЗО осуществляется по цепи «фаза-контакт 1.1-вход 4.2 блока питания-вход 4.1 блока питания-зажим 8-земля». В отсутствии аварийной ситуации напряжение между зажимами N и Тr устройства может составлять единицы вольт, в идеале оно должно быть около нуля. Если варистор 5 имеет пороговое напряжение, т.е. напряжение перехода в проводящее состояние, в пределах 30,…50 вольт, то варистор остается закрытым до тех пор, пока напряжение между зажимами N и Тr будет меньше порогового напряжения варистора. В этом режиме ток конденсатора 6 проходит по проводам «фаза-нейтраль», в непроводящий варистор не ответвляется и на работу схемы не влияет.
Режим «оборванный ноль». Питание электронной части УЗО осуществляется по той же цепи, что и в исходном состоянии. Но из-за обрыва цепи нулевого провода ток конденсатора 6 протекать будет через варистор 5 и через обмотку 2.2 дифтрансформатора к зажиму 8 и через него в землю. Ток обмотки 2.2 индуктирует в обмотке 2.1 эдс, на которую реагирует пороговый элемент 3, что приводит к срабатыванию выключателя 1 и отключению защищаемого объекта. При этом размыкающийся контакт 1.2 выключателя в цепи N отсоединяет корпус электроустановки ЭУ от оборванного участка нейтрали, благодаря чему опасный потенциал нейтрали на корпус ЭУ не выносится. Таким образом, устраняется недостаток а) прототипа.
Режим «обрыв заземления». При этом ток питания электронной части меняет путь и протекает по цепи «линия-контакт 1.1-вход 4.2 блока питания-вход 4.1 блока питания-обмотка 2.2-варистор 5-контакт 1.2-зажим N-PEN провод». Из-за обрыва заземления питающий ток блока питания 4 к зажиму 8 не идет, а вынужден проходить через обмотку 2.2, варистор 5 и контакт 1.2 в нейтраль. Этот ток обмотки 2.2 индуктирует в обмотке 2.1 эдс, что и приводит к отключению объекта и отсоединению корпуса ЭУ от нейтрали линии. Таким образом, устраняется недостаток б) прототипа.
Режим «напряжение корпуса». В этом режиме должно происходить защитное отключение объекта, если между корпусом электроустановки и землей появится опасное для человека напряжение. Действующее значение опасного напряжения установлено ГОСТом [6] и не должно превышать 50 В (ГОСТ Р 50571.3-94, п.411.1.1). Из схемы заявляемого устройства видно, что при появлении снаружи устройства на зажимах N и Тr напряжения превышающего пороговое напряжение варистора он переходит в проводящее состояние и пропускает по обмотке 2.2 ток, который приводит к срабатыванию устройства и отключению объекта. Как отмечалось выше, корпус электроустановки контактом 1.2 отсоединяется от нейтрального провода и прерывает «вынос потенциала», делая прикосновение к корпусу не опасным.
Предлагаемое техническое решение расширяет защитные возможности прототипа и повышает надежность защиты при различных авариях в системе электроснабжения.
Использование данного предложения имеет «социальный эффект», заключающийся в расширении спектра аварийных ситуаций обеспеченных защитой. Кроме того, возможен и «технико-экономический эффект», что определяется схемами использования этого УЗО на объектах.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. ГОСТ Р 50807-95 (МЭК 755-83). Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током.
2. ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ с комбинированной защитой типа ВКЗ. Техописание и Руководство по эксплуатации. ТЕСС.731146.009.
3. Патент РФ №2124794. Устройство для защитного отключения в электрической сети переменного тока с заземленной нейтралью. Бюл. №1, 1999 г
4. Слободкин А.Х., Повышение эффективности устройств защитного отключения Обоснование целесообразности корректировки некоторых требований ГОСТ и ПУЭ с целью повышения электробезопасности. Промышленная энергетика, 2001 г, №11.
5. Слободкин А.Х., Пупин В.М., Обзор Российского рынка устройств защитного отключения и анализ эффективности осуществляемой ими защиты в сетях напряжением 380/220 В. Вестник Госэнергонадзора, 2000 г., №1, Москва. ГОСТ Р 50571.3-94 (МЭК-364-4-41-92). Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током.
6. ГОСТ Р 50571.3-94 (МЭК 364-4-41-92). Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током.