Выключатель дифференциального тока плавного регулирования

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам защитного отключения, применяемым в однофазных и трехфазных электрических сетях напряжением 220/380 В для оперативной защиты человека от поражения электрическим током, и может быть использована в промышленности, сельском хозяйстве, жилых и общественных зданиях и сооружениях при эксплуатации электроустановок, электроприборов и электроинструмента промышленного и бытового назначения. Предлагаемое устройство защитного отключения относится к переносным, обеспечивает быстрое отключение защищаемой электроустановки от сети при протекании тока через тело человека. При возникновении тока утечки на землю в результате повреждения изоляции токоведущих частей устройство защитного отключения рассматривается как устройство для обеспечения пожарной безопасности.
Известно устройство защитного отключения 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 16А, 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. Каталог-справочник. М., 2006, 75 с. Под редакцией Лобановой Л.А. 27-28 с.).
Однако недостатками указанного устройства являются сложность конструктивного исполнения, имеющего большое количество элементов, ограниченные функциональные возможности использования в трехфазных электрических сетях для подключения нагрузки. Отсутствие возможности регулирования отключающего дифференциального тока при использовании в качестве дополнительной защиты от прямых контактов с токоведущими частями стационарных и переносных электроустановок (насосов, ручного электроинструмента, триммеров и т.п.).
Известно переносное устройство защитного отключения – однофазный выключатель дифференциального тока – ДПВ типа А, используемый в однофазных электрических сетях напряжением 220 В, частотой 50 Гц с номинальным током нагрузки 16 А (без встроенной защиты). В корпусе устройства установлены: 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 устройству защитного отключения 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 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 (см. Переносные устройства защитного отключения, 06/09. Каталог «Интерэлектрокомплект» (ИЭК). М., 2013).
Основным недостатком известной конструкции является ограничение функциональных возможностей, связанных с использованием указанного устройства в качестве средства электрической защиты 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 при работе, в частности, с передвижными, переносными электроустановками, ручным электроинструментом и бытовыми электроприборами.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой полезной модели является регулируемый выключатель дифференциального тока типа А (без встроенной защиты), используемый в однофазных электрических сетях напряжением 220 В, частотой 50 Гц, с номинальным током нагрузки 16А, номинальными отключающими дифференциальными токами 5 мА, 10 мА и 30 мА, зависящее от напряжения питания (диапазон изменения напряжения составляет 220±22 В). Известное устройство, взятое за прототип, содержит корпус, в котором установлены дифференциальный трансформатор тока, имеющий первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка состоит из фазного и нулевого проводников, пропущенных в окно торроидального сердечника, подключенных к контактам коммутационного блока и катушке отключения, соединенных с силовыми зажимами и штырями вилки. К вторичной обмотке, расположенной на торроидальном сердечнике, подключены электронный усилитель, три резистора, блок "Ключ" регулирования уставки тока срабатывания, имеющий три входа и один выход, и пусковое устройство. В отверстиях съемной части корпуса установлены: кнопка «ВКЛ», кнопка «ТЕСТ», кнопочный переключатель уставок срабатывания, индикатор напряжения (см. RU №134355, МПК Н01Н83/00, опубл. 10.11.2013 г., бюлл. 31).
Основными недостатками известной конструкции являются сложность исполнения, ограниченные функциональные возможности, связанные с отсутствием возможности плавного регулирования отключающего дифференциального тока при использовании регулируемого выключателя дифференциального тока в однофазных электрических сетях в целях защиты, в частности, мобильной электротехники.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции переносного выключателя дифференциального тока плавного регулирования, применяемого в электрических сетях напряжением 220 В, частотой 50 Гц с плавным регулированием уставки отключающего дифференциального тока для защиты людей от поражения электрическим током в случае возникновения 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 возможности использования устройства как средства защиты при эксплуатации однофазных электроустановок промышленного и аналогичного назначения, снижении уровня 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 выключателе дифференциального тока плавного регулирования, содержащем корпус, в котором установлены катушка отключения, имеющая две полуобмотки, дифференциальный трансформатор тока, имеющий первичную обмотку, состоящую из фазного и нулевого проводников, пропущенных в окно торроидального сердечника, подключенных к контактам коммутационного блока и катушке отключения, соединенных с силовыми зажимами, к вторичной обмотке подключены электронный усилитель и пусковое устройство, согласно полезной модели к пусковому устройству подключен блок регулирования уставки тока срабатывания, имеющий один вход и один выход, к входу которого подключен переменный резистор с рукояткой, установленной в отверстии съемной части корпуса для плавного регулирования величины уставки отключающего дифференциального тока, при этом электронный усилитель присоединен к переменному резистору, а пусковое устройство – к катушке отключения.
Отличием заявляемого устройства от прототипа является наличие в блоке регулирования уставки тока срабатывания одного входа и одного выхода, наличие переменного резистора с рукояткой для плавного регулирования отключающего дифференциального тока. При этом переменный резистор присоединен через электронный усилитель к вторичной обмотке дифференциального трансформатора с одной стороны, а с другой – к входу блока регулирования уставки тока срабатывания..
Заявляемое устройство обеспечивает преимущество применения устройства защитного отключения плавного регулирования в однофазных электрических сетях как средства защиты промышленных и бытовых электроустановок. Это позволяет значительно снизить электротравматизм при работе со стационарными установками и мобильной электротехникой.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена электрическая схема заявляемого устройства (см. фиг.).
Выключатель дифференциального тока плавного регулирования содержит корпус, в котором установлены дифференциальный трансформатор 1 тока, имеющий первичную обмотку, состоящую из фазного 2 и нулевого 3 проводников, пропущенных в окно торроидального сердечника дифференциального трансформатора 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 переменному резистору 7 с рукояткой 8, расположенной в отверстии съемной части корпуса. Переменный резистор 7 присоединен к блоку К регулирования уставки тока срабатывания, имеющему один вход и один выход. Блок 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. В отверстиях съемной части корпуса размещены кнопка «ВКЛ», кнопка «Тест» Т, и рукоятка 8 (на чертеже не показаны) с уставками регулирования от 0 до 30 мА.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При включении выключателя дифференциального тока плавного регулирования 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 11 и нагрузка Н находятся под напряжением. Перед нажатием на кнопку «ВКЛ» с помощью рукоятки 8 переменного резистора 7 устанавливается значение уставки тока срабатывания от 0 до 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, находящейся в аварийном режиме), на который произошло замыкание проводника 2 при пробое изоляции, тогда кроме тока нагрузки в проводнике 2 будет протекать ток утечки. В результате нарушения баланса токов в фазном 2 и нулевом 3 проводниках суммарный магнитный поток, создаваемый током небаланса или дифференциальным, наводит электродвижущую силу и во вторичной обмотке 5 появляется ток.
В рабочем режиме нагрузка Н контакты коммутационного блока 4 замкнуты. С помощью рукоятки 8 переменного резистора 7 путем плавного регулирования устанавливается необходимое значение тока уставки срабатывания в пределах от 0 до 30 мА (в зависимости от величины рабочего тока нагрузки, например 30 мА). При возникновении аварийного режима нагрузки Н, во вторичной обмотке 5 появляется ток утечки, который проходит через электронный усилитель 6 и переменный резистор 7, а на входе блока К появляется напряжение, создавая входной сигнал и определяя его амплитуду на выходе блока, отстроенного на величину тока 30 мА, превышающую это значение и на пороговом элементе пускового устройства 9, отстроенного на чувствительность защиты 30 мА, ток также будет превышать величину уставки срабатывания, т.е. 30 мА, вызывая его срабатывание. Сигнал срабатывания поступает на катушку отключения 10, обесточивая её и контакты коммутационного блока 4 размыкаются, ввиду того, что не удерживаются данной катушкой, неисправная нагрузка Н отключается.
При дальнейшем регулировании величины уставки тока срабатывания рукояткой 8 переменного резистора 7 до значения 30 мА процесс отключения будет аналогичным.
В заявляемом устройстве время отключения нагрузки H при попадании человека под действие электрического тока составляет 0,03 сек.
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 RT, 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.