УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ПО НАПРЯЖЕНИЮ
OVERVOLTAGE INTERRUPTER

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для защиты приемников электрической энергии от аварийных значений напряжений в электрических сетях.
Известно устройство контроля напряжения сети (А. Бутов. Научно-технический журнал «Схемотехника» №2, 2003), выполняющее функции аудиовизуального контроля за напряжением сети, содержащее компаратор и блок индикации. Устройство имеет следующие недостатки:
- при повышении (понижении) напряжения сети выше (ниже) установленных значений устройство сигнализирует аудиовидеосредствами о недопустимом значении уровня напряжения, подводимого к электроприемнику, но не отключает электроприемник от сети, что обусловливает возможность выхода электроприемника из строя;
- входные цепи питания устройства контроля напряжения сети не рассчитаны на возможность работы при длительном воздействии повышенного уровня напряжения в сети.
Известно устройство защиты от перепадов напряжения в электрической сети (А. Шрайбер. Радио, 2001, №2, с.46), содержащее устройство коммутации и блок индикации. Недостатки устройства заключаются в следующем:
- устройство работает в «триггерном» режиме и после восстановления допустимых значений параметров сети не обеспечивает автоматическое подключение нагрузки к питающей электрической сети;
- входные цепи питания устройства защиты не рассчитаны на возможную работу при длительном воздействии повышенного уровня напряжения в сети;
- устройство защиты обладает низкой помехоустойчивостью, обусловленной срабатыванием устройства даже при относительно кратковременном повышении питающего напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство защиты электроприемников от аварийных значений напряжений в электрической сети (патент на изобретение №2262113 от 30.03.2004, опубликовано 10.10.2005. Бюл. №28). Недостатками этого устройства являются:
- низкий уровень помехоустойчивости и гибкости функционирования, так как решение об отключении питающей сети принимается на основании результатов анализа только одной полуволны сетевого напряжения;
- относительная длительность по времени и сложность задания верхнего и нижнего порогов срабатывания, так как для их установки необходимо с помощью отвертки вращать оси потенциометров, задавая уровни порогов срабатывания.
Достигаемый технический результат, реализуемый предлагаемым устройством защитного отключения по напряжению, заключается в том, что:
- повышается помехоустойчивость устройства к сетевым импульсным помехам и гибкость его функционирования;
- сокращается время и упрощается процедура задания верхнего и нижнего порогов срабатывания устройства защитного отключения по напряжению.
Указанный технический результат достигается тем, что в схеме устройства защитного отключения по напряжению в качестве выпрямителя напряжения сети используется двухполупериодный выпрямитель напряжения электрической сети, в качестве аналого-цифрового преобразователя используется аналого-цифровой преобразователь, встроенный в микропроцессор, дополнительно введен электронный цифровой коммутатор. При этом микропроцессор является программируемым и определяет логику работы устройства. Микропроцессор по заданной программе анализирует сигналы, поступающие на его первый вход с выхода аналого-цифрового преобразователя и поступающие на его второй вход с выхода электронного цифрового коммутатора. Значение цифрового кода на выходе электронного цифрового коммутатора устанавливает пороги верхнего и нижнего предельно допустимых уровней напряжений, подаваемых на нагрузку. На вход аналого-цифрового преобразователя поступает уменьшенное по амплитуде напряжение электрической сети. По результатам анализа сигналов от аналого-цифрового преобразователя и от электронного цифрового коммутатора микропроцессор определяет качество напряжения электрической сети и формирует управляющие сигналы на отключение или подключение нагрузки к электрической сети в моменты времени, определяемые программой, записанной в резидентную память программ микропроцессора.
Сущность изобретения состоит в том, что предлагается устройство защитного отключения по напряжению, содержащее электрически связанные выпрямитель напряжения сети, делитель напряжения, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, электронный цифровой коммутатор, узел индикации, узел коммутации.
На фиг.1 приведена структурная схема устройства защитного отключения по напряжению, на которой использованы следующие обозначения:
1 - выпрямитель напряжения сети;
2 - делитель напряжения;
3 - аналого-цифровой преобразователь;
4 - электронный цифровой коммутатор;
5  - микропроцессор;
6 - узел индикации;
7 - узел коммутации.
В качестве выпрямителя напряжения сети 1 используется двухполупериодный выпрямитель напряжения электрической сети на полупроводниковых диодах, например 1N4007, КД258Д или других диодах с аналогичными характеристиками. В качестве делителя напряжения 2 могут использоваться последовательно соединенные резисторы типа ОМЛТ или им подобные. В качестве аналого-цифрового преобразователя 3 используется аналого-цифровой преобразователь, встроенный в микропроцессор 5. В качестве электронного цифрового коммутатора 4 можно использовать схемы интегральных коммутаторов с электронным управлением и их наборы типа IC701, BU4066B, ТС4016В и другие, им подобные. В качестве микропроцессора 5 может быть использован однокристальный микроконтроллер типа 16F676 или другой микропроцессор. В качестве узла индикации 6 может быть использован набор светодиодов. В качестве узла коммутации 7 может использоваться электромагнитное реле типа BS-901AS или ему подобное.
Устройство на фиг.1 работает следующим образом.
Сетевое напряжение поступает на выпрямитель напряжения сети 1, с выхода которого выпрямленное сетевое напряжение поступает на вход делителя напряжения 2. Делитель напряжения 2 делит входное напряжение таким образом, что с его выхода на вход аналого-цифрового преобразователя 3 поступает напряжение, не превышающее допустимое значение входного напряжения этого преобразователя. Сигнал в виде цифрового кода, пропорционального величине входного напряжения аналого-цифрового преобразователя 3, поступает с выхода этого преобразователя на первый вход микропроцессора 5. На второй вход микропроцессора 5 поступает сигнал в виде цифрового кода с выхода электронного цифрового коммутатора 4, соответствующий установленным положениям переключателей этого коммутатора, задающим значения верхнего и нижнего порогов срабатывания устройства защитного отключения по напряжению. В случае, если значение входного напряжения электрической сети находится в пределах между заданными значениями, соответствующими порогам верхнего и нижнего уровней его значений, задаваемых электронным цифровым коммутатором 4, то микропроцессор 5, воздействуя на узел коммутации 7, вызывает замыкание его контактов и тем самым обеспечивает подключение нагрузки к электрической сети.
В том случае, если уровень входного напряжения электрической сети находится ниже заданного значения порога нижнего уровня, задаваемого электронным цифровым коммутатором 4, то микропроцессор 5, воздействуя на узел коммутации 7, вызывает размыкание его контактов и тем самым обеспечивает отключение нагрузки от электрической сети.
В том случае, если уровень входного напряжения электрической сети находится выше заданного значения порога верхнего уровня, задаваемого электронным цифровым коммутатором 4, то микропроцессор 5, воздействуя на узел коммутации 7, вызывает размыкание его контактов и тем самым обеспечивает отключение нагрузки от электрической сети.
В зависимости от значения уровня входного напряжения электрической сети (в пределах между порогами верхнего и нижнего уровней значений, ниже заданного значения порога нижнего уровня, выше заданного значения порога верхнего уровня) микропроцессор 5 воздействует на узел индикации 6, вызывая засветку светодиодов, соответствующую значению уровня входного напряжения электрической сети.
Применение микропроцессора 5 в качестве управляющего элемента устройства защитного отключения по напряжению позволяет достичь высокой гибкости в анализе параметров входного напряжения электрической сети. В зависимости от конкретных условий решение об отключении нагрузки от электрической сети может приниматься микропроцессором 5 в зависимости от длительности временного интервала, соответствующего пониженному или повышенному значениям входного напряжения электрической сети, т.е. значениям напряжения электрической сети, находящимся за пределами порогов верхнего и нижнего уровней, заданных электронным цифровым коммутатором 4. Такой подход позволяет предотвратить постоянные отключения нагрузки и ее подключения при работе устройства защитного отключения по напряжению в «грязной» электрической сети. «Грязная» электрическая сеть - это такая сеть, в которой наблюдаются кратковременные импульсные помехи, амплитудные значения электрического напряжения которых выходят за пределы заданных порогов верхнего и нижнего уровней, однако действующее значение напряжения электрической сети остается в пределах, соответствующих заданным пороговым значениям. Помехи такого рода характерны для электрических сетей, расположенных вблизи промышленных предприятий и других крупных потребителей электрической энергии. По этой причине для повышения помехоустойчивости устройства защитного отключения по напряжению в микропроцессоре 5 задается длительность временного интервала, в течение которого амплитудные значения электрического напряжения сети выходят за пределы порогов верхнего и нижнего уровней, и при превышении которого принимается решение об отключении нагрузки от электрической сети с учетом параметров напряжения конкретной электрической сети. После отключения нагрузки от электрической сети при выходе значений входного напряжения электрической сети за пределы заданных порогов верхнего и нижнего уровней устройство защитного отключения по напряжению продолжает контролировать уровень входного напряжения электрической сети. При появлении на входе устройства защитного отключения по напряжению входного электрического напряжения, значения которого находятся в пределах заданных порогов верхнего и нижнего уровней, наступает так называемый «испытательный срок» - интервал времени, задаваемый программно, в течение которого микропроцессор 5 продолжает контролировать уровень входного напряжения электрической сети, но не подключает к ней нагрузку. Если в течение конкретного ″испытательного″ срока имели место «выбросы» или «провалы» амплитудных значений входного электрического напряжения за пределы заданных порогов верхнего и нижнего уровней, то по окончании этого «испытательного срока» начинается повторный «испытательный срок». Длительность испытательного срока задается программно и может устанавливаться от долей секунды до нескольких минут и более в зависимости от конкретных условий. При этом длительность первого и последующих «испытательных сроков» может варьироваться.
Анализ научно-технической литературы позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критериям технической новизны и практической применимости.