СХЕМА КОНТРОЛЯ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТОКА
CONTROL CIRCUIT FOR AUTOMATIC CIRCUIT BREAKER OF DIFFERENTIAL CURRENT

Настоящее описание относится к области техники электроустановок, в частности, к схемам контроля автоматических выключателей дифференциального тока.
Как известно автоматический выключатель дифференциального тока содержит систему защиты, которая выполнена с возможностью обнаружения тока утечки в цепи нагрузки переключает автоматический выключатель дифференциального тока во включенное состояние, что на практике приводит к размыканию выключателя.
Известные схемы контроля автоматических выключателей дифференциального тока содержат кнопку контроля, предусмотренную с целью предоставления пользователю возможности надлежащим образом проверить работоспособность упомянутой системы защиты и, таким образом, данного автоматического выключателя дифференциального тока. При нажатии пользователем на кнопку контроля измерительный резистор соединяется с находящимися под напряжением цепями схемы, т.е. с фазовой цепью схемы и нейтральной цепью схемы для имитации тока утечки.
Обычно рекомендуется, чтобы для проверки правильности работы автоматического выключателя дифференциального тока пользователь нажимал на кнопку контроля, по меньшей мере, один раз в месяц.
Однако отмечается, что зачастую пользователи забывают выполнить данную операцию, что приводит к ситуации с потенциальным риском для таких пользователей.
Для снижения упомянутого риска были разработаны автоматические выключатели дифференциального тока, оснащенные счетчиком и визуальным или акустическим сигнализатором, выполненным с возможностью подавать сигнал о необходимости проведения контроля данного автоматического выключателя дифференциального тока, если это не было сделано в течение заданного промежутка времени. Автоматический выключатель упомянутого типа описан, например, в патенте ЕР 0665623 В1. Однако отмечается, в случае перебоя сетевого напряжения в автоматическом выключателе дифференциального тока, описанного в патенте ЕР 0665623 В1, автоматически происходит сброс счетчика. Это является причиной проблемы, связанной с безопасностью, в районах с частыми перебоями сетевого напряжения. Фактически, если промежуток времени между двумя последовательными перебоями меньше упомянутого заданного промежутка времени, то сигнал о длительном отсутствии нажатия на кнопку контроля не будет подан, что сведет к нулю функцию визуального или акустического сигнализатора необходимости/рекомендации произвести контроль. Аналогичная проблема возникла бы и при размыкании автоматического выключателя вручную.
В патенте WO 2004/111665 А1 описывается комплексное решение, предлагающее определять нажатие кнопки микропроцессором, который, в свою очередь, управляет выходом реле для отключения электропитания от электрической нагрузки.
В патенте WO 2007/143576 А2 описывается комплексное решение для автоматического выключателя с микроконтроллером со встроенной функцией автоматического контроля, который может быть подключен к удаленному устройству контроля для передачи ему результатов прохождения контрольных тестов.
Задачей настоящего описания является предложение решения, которое позволит преодолеть все или некоторые из упомянутых недостатков со ссылкой на патент известного уровня техники ЕР 0665623 В1, и которое, в то же время, ограничивает стоимость данного решения.
Подобная цель достигается посредством схемы контроля для автоматического выключателя дифференциального тока, в целом определенной в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления упомянутой схемы контроля определены в прилагаемых зависимых пунктах формулы изобретения.
Яснее понять настоящее изобретение позволяет следующее подробное описание конкретных вариантов его осуществления, сделанных в виде неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
- на Фиг. 1 представлена принципиальная схема автоматического выключателя дифференциального тока, содержащего встроенную схему контроля; и
- на Фиг. 2 представлено трехмерное изображение автоматического выключателя дифференциального тока, показанного на Фиг. 1.
На этих чертежах одинаковые или схожие элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.
На Фиг. 1 показан неограничивающий вариант осуществления автоматического выключателя дифференциального тока 10, содержащего схему контроля 20. В представленном примере автоматический выключатель дифференциального тока 10 содержит корпус 16 и контрольное устройство 20, размещенное в корпусе 16. Упомянутый корпус 16 обычно изготавливается из электроизоляционного материала, например, из твердой пластмассы. Корпус 16 предназначен, например, для установки на монтажную рейку внутри распределительного электрощита.
Автоматический выключатель дифференциального тока 10 используется для подключения (отключения) сетевого источника электропитания 3, например, электрораспределительной сети, к (от) электросети нагрузки 13, например, к (от) домашней электросети, в которую включают различные бытовые электроприборы, или отключения их друг от друга.
Автоматический выключатель дифференциального тока 10 выполнен с возможностью прерывать нейтральную цепь схемы 1, 11 и фазовую цепь схемы 2, 12 при обнаружении тока утечки. Нейтральная цепь схемы 1, 11 содержит, например, первый проводник 1 и второй проводник 11. В свою очередь, фазовая цепь схемы 2, 12 содержит, например, первый проводник 2 и второй проводник 12. В одном из вариантов осуществления изобретения, несколько фазных цепей схемы 2, 12 могут быть предусмотрены, например, для цепей трехфазной схемы.
В конкретном примере, показанном на Фиг. 1 в виде неограничивающего примера, автоматический выключатель дифференциального тока 10 содержит первую пару клемм Т1 и Т2, соединенных с сетевым источником электропитания 3, а также содержит вторую пару клемм Т11 и Т12, соединенных с электросетью нагрузки 13. Данный способ подключения является наиболее частым, и обычно те клеммы автоматического выключателя, которые расположены вверху, соединяются с сетевым источником электропитания 3, а те, которые расположены внизу, соединяются с электросетью нагрузки 13. Однако возможен и обратный способ подключения, при котором те клеммы, которые находятся вверху, соединяются с электросетью нагрузки 13, а те, которые находятся внизу, с сетевым источником электропитания 3.
В примере, представленном на Фиг. 1, автоматический выключатель дифференциального тока 10 дополнительно содержит измерительный тороидальный трансформатор 15, первичная обмотка которого зашунтирована нейтральной цепью схемы 1, 11 и фазовой цепью схемы 2, 12, а вторичная обмотка электрически соединена с отключающим устройством 14, например, известного типа; автоматический выключатель дифференциального тока 10 содержит в данном примере коммутирующие элементы С1 и С2, реагирующие на отключающее устройство 14 так, что они, находясь в выключенном состоянии, переводятся отключающим устройством 14 во включенное состояние при обнаружении измерительным тороидальным трансформатором 15 тока утечки или, скорее, разбаланса токов между фазной цепью схемы 1, 11 и нейтральной цепью схемы 2, 12, обусловленного током утечки. Например, каждый из двух коммутирующих элементов C1, С2 содержит неподвижный контактный элемент и подвижный контактный элемент, при этом подвижные контактные элементы реагируют на отключающее устройство 14. Подвижный контактный элемент также может быть известным способом перемещен посредством рычага управления 28 (Фиг. 2), приводимым в действие вручную или электроприводом, для включения и отключения автоматического выключателя дифференциального тока 10.
В рассмотренном примере коммутирующий элемент С1 позволяет соединить/разъединить первый 1 и второй 11 проводники нейтральной цепи схемы друг с другом, тогда как коммутирующий элемент С2 позволяет соединить/разъединить первый 2 и второй 12 проводники фазовой цепи схемы.
Схема контроля 2 0 содержит:
- первый узел входной цепи N1, электрически соединенный с нейтральной цепью схемы 1, 11;
- второй узел входной цепи N2, электрически соединенный с фазовой цепью схемы 2, 12;
- измерительный резистор Rtest;
- контрольный переключатель С3, управляемый посредством кнопки контроля 21, для подключения контрольного резистора Rtest между первым N1 и вторым N2 узлами цепи с целью имитации тока утечки.
Например, контрольный переключатель С3 является нормально-разомкнутым кнопочным переключателем.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, нажатие кнопки контроля 21 приводит к замыканию контрольного переключателя С3 с целью непосредственного создания замкнутого пути для тока между узлами цепи N1, N2, который проходит через измерительный резистор (Rtest). Таким образом, относительно простая и безопасная схема может непосредственно управляться вручную для имитации тока утечки, обнаруживаемого измерительным тороидальным трансформатором 15.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, схема контроля 20 дополнительно содержит секционированный переключатель С4, функционально установленный между узлами входной цепи N1, N2, реагирующий на отключающее устройство 14 и выполненный с возможностью быть разомкнутым при размыкании коммутирующих элементов C1, С2, и замкнутым при замыкании последних. В данном примере, в предпочтительном варианте осуществления изобретения секционированный переключатель С4 позволяет отсоединить схему контроля 20 в том случае, когда сетевой источник электропитания 3 подключен к клеммам Т11 и Т12 нестандартным образом.
В конкретном примере, показанном на Фиг. 1, видно, что измерительный тороидальный трансформатор 15, и, в частности, его первичная обмотка, зашунтирован нейтральной цепью схемы 1, 11 и фазовой цепью схемы 2, 12, а узлы входной цепи N1, N2 расположены один до и один после измерительного тороидального трансформатора 15.
Схема контроля 20 содержит:
- электронную схему управления 22, выполненную с питанием от нейтральной цепи схемы 1, 11 и от фазовой цепи схемы 2, 12 и содержащую электронный счетчик времени, выполненный с возможностью изменения и хранения подсчитанного значения времени, а также сброса этого подсчитанного значения времени при нажатии кнопки контроля 21;
- визуальный и/или акустический сигнализатор D5, управляемый электронной схемой управления 22, для подачи акустического и/или визуального сигнала при достижении счетчиком времени заданного подсчитанного значения времени.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, электронная схема управления 22 запитывается током от источника электропитания, протекающим через измерительный резистор (Rtest).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, визуальный и/или акустический сигнализатор D5 является светодиодом или содержит его.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, визуальный и/или акустический сигнализатор D5 запитывается от электронной схемы управления 22.
Назначением электронного счетчика времени является фактический подсчет времени, прошедшего после последнего нажатия на кнопку контроля 21. Если подсчитанный период времени превысит заданное значение временного подсчета (например, соответствующую одному месяцу или 30 календарным дням), то электронная схема управления 22 предупредит пользователя посредством устройства визуальной или звуковой сигнализации D5: например, в случае светодиода, может предусматриваться переключение его из выключенного состояния в состояние непрерывного излучения или в состояние периодического излучения, или изменение цвета излучаемого им света, и т.п. Вариант осуществления изобретения, предусматривающий переключение светодиода LED D5 из выключенного состояния в состояние периодического излучения при превышении упомянутого заданного подсчитанного значения времени, является предпочтительным, если, например, выбрано сокращенное время включения менее 50% (или, например, не более 25%), поскольку это позволяет ограничить ток, потребляемый схемой контроля 20.
Схема контроля 20 выполнена с возможностью питания сетевым напряжением, поступающим от нейтральной цепи схемы 1, 11 и от фазовой цепи схемы 2, 12.
Кроме того, электронный счетчик времени содержит энергозависимое запоминающее устройство, выполненное с возможностью сохранения упомянутого подсчитанного значения и сброса его при нажатии кнопки контроля 21 или при отсутствии упомянутого напряжения питания. Электронная схема управления 22 содержит энергонезависимое запоминающее устройство и запрограммирована на выполнение периодического копирования в это энергонезависимое запоминающее устройство подсчитанного значения времени, хранимого в энергозависимом запоминающем устройстве, для сохранения его даже при отсутствии напряжения питания. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления изобретения перебой напряжения питания, поступающего от сетевого источника электропитания 3, или размыкание автоматического выключателя дифференциального тока 10 не приводит к полной потере значения временного подсчета, достигнутого к моменту подобного перебоя или размыкания.
В соответствии с особо предпочтительным вариантом осуществления изобретения, электронная схема управления 22 содержит микроконтроллер, выполненный с возможностью автоматического переключения из выключенного состояния, вызванного перебоем сетевого напряжения или размыканием автоматического выключателя, во включенное состояние при восстановлении упомянутого сетевого напряжения или замыкании автоматического выключателя дифференциального тока, причем данный микроконтроллер запрограммирован на автоматическое копирование в энергозависимое запоминающее устройство подсчитанного значения времени, которое сохранено в энергонезависимом запоминающем устройстве на момент перехода из выключенного состояния во включенное состояние. Таким образом можно возобновить подсчет после перебоя сетевого напряжения или замыкания автоматического выключателя дифференциального тока 10 от подсчитанного значения, равного или близкого к подсчитанному значению, достигнутому к моменту такого перебоя сетевого напряжения или размыкания автоматического выключателя дифференциального тока.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, потребляемый микроконтрорллером ток составляет не более 200 мкА, а в более предпочтительном варианте - не более 100 мкА. То есть, в вышеуказанных вариантах осуществления изобретения микроконтроллер является микроконтроллером с низким энергопотреблением, и, следовательно, потребляет ток (т.е. ток потребления, протекающий через измерительный резистор Rtest), который не влияет на функционирование автоматического выключателя дифференциального тока 10 настолько, чтобы снизить уровень безопасности или стать причиной нежелательного срабатывания отключающего устройства 14. Неограничивающим примером микроконтроллера с низким энергопотреблением, оснащенного энергозависимым запоминающим устройством в виде запоминающего устройства для данных типа ОЗУ, а также энергонезависимым запоминающим устройством в виде запоминающего устройства для программ типа FLASH, является микроконтроллер с названием PIC10F320, выпускаемый в настоящее время компанией Microchip™.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, электронная схема управления 22 запрограммирована на выполнение периодического копирования в энергонезависимое запоминающее устройство подсчитанного значения времени, сохраненного в энергозависимом запоминающем устройстве, с промежутками не менее 30 минут, в предпочтительном варианте - не менее 60 минут, например каждые 120 или 180 минут Такой подход вносит свой вклад в снижение энергопотребления схемы контроля 20, хотя наличие светодиода D5, выполненного с возможностью мигания при превышении заданного подсчитанного значения времени, как это описано ранее, вносит основной вклад в ограничение энергопотребления.
Касательно электрической схемы представленной на Фиг. 1 схемы контроля следует отметить, что она является конкретным вариантом осуществления схемы, выполненным в виде неограничивающего примера. В настоящем варианте осуществления электронная схема управления 22 является микроконтроллером, питание которого подключено между 0В (к выводу под названием GND) и напряжением постоянного тока (DC) (к выводу под названием Vdd). В примере на Фиг. 1 напряжение DC получают в цепи выпрямителя (однополупериодного) D1, D2, R1, D3, Q1, R2, С1 из переменного напряжения. Сигнальный вход (на выводе под названием In1) микроконтроллера реагирует на замыкание переключателя С3, чтобы микроконтроллер мог произвести сброс энергозависимого запоминающего устройства при нажатии кнопки контроля 21. Резисторами R5 и R6 напряжение сигнала на выводе In1 регулируется до необходимого для микроконтроллера уровня, наконец, резистор R3, подключенный последовательно со светодиодом 15 к сигнальному выходу на выводе под названием out1, позволяет задавать значение тока свечения светодиода D5.
В варианте осуществления изобретения, представленном на Фиг. 1, схема контроля 20 непосредственно интегрирована внутри автоматического выключателя дифференциального тока 10, чтобы сформировать единое устройство, размещенное в одном корпусе 16, которое в своей наиболее общей форме содержит:
- коммутирующие элементы C1, С2, выполненные с возможностью устанавливать или разрывать электрическое соединение в нейтральной цепи схемы 1, 11 и в фазовой цепи схемы 2, 12;
- отключающее устройство 14, выполненное с возможностью управления коммутирующими элементами C1, С2 для разрыва упомянутого электрического соединения при обнаружении тока утечки;
- корпус 16, выполненный с возможностью размещения коммутирующих элементов С1 и С2, а также отключающего устройства 14;
- первая T1, Т2 и вторая T11, Т12 пара клемм.
Упомянутый автоматический выключатель дифференциального тока 10 дополнительно содержит интегрированную схему контроля 20, содержащую:
- первый узел входной цепи N1, электрически соединенный с нейтральной цепью схемы 1, 11;
- второй узел входной цепи N2, электрически соединенный с фазовой цепью схемы 2, 12;
- измерительный резистор Rtest;
- контрольный переключатель С3, управляемый посредством кнопки контроля 21, для подключения контрольного резистора (Rtest) между первым N1 и вторым N2 узлами цепи с целью имитации тока утечки;
- электронную схему управления 22, выполненную с питанием от нейтральной цепи схемы 1, 11 и от фазовой цепи схемы 2, 12 и содержащую электронный счетчик времени, выполненный с возможностью изменения и хранения подсчитанного значения времени, а также сброса его при нажатии кнопки контроля 21;
- визуальный или акустический сигнализатор D5, управляемый электронной схемой управления 22, для подачи акустического и/или визуального сигнала при достижении счетчиком времени заданного подсчитанного значения времени;
в которой:
- электронный счетчик времени содержит энергозависимое запоминающее устройство, выполненное с возможностью сохранения упомянутого подсчитанного значения времени и сброса его при нажатии кнопки контроля 21 или при отсутствии упомянутого напряжения питания;
- электронная схема управления 22 содержит энергонезависимое запоминающее устройство и запрограммирована на выполнение периодического копирования в это энергонезависимое запоминающее устройство подсчитанного значения времени, хранимого в энергозависимом запоминающем устройстве, для сохранения данного подсчитанного значения времени даже при отсутствии сетевого напряжения.
Практический вариант осуществления автоматического выключателя дифференциального тока, представленного на Фиг. 1, показан на Фиг. 2, иллюстрирующем корпус (или оболочку 16), пару клемм T11, Т12, визуальный и/или акустический сигнализатор D5 в виде светодиода, установленного в оболочке 16, кнопки контроля 21, рычага ручного управления 28.
В соответствии с другим возможным вариантом осуществления изобретения, не показанном на чертежах, упомянутая схема контроля 20 может быть частью защитного устройства дифференциального тока или модулем, внешним по отношению к автоматическому выключателю, например, магнитотермического типа, и иметь с ним
электромеханическую связь для образования автоматического выключателя дифференциального тока - например, блока автоматического магнитотермического выключателя
дифференциального тока. Например, без внесения тем самым каких-либо ограничений, упомянутое защитное устройство дифференциального тока может быть устройством такого типа, который описан и/или заявлен в патенте ЕР 2019407 А1.
Очевидно, что специалист в данной области техники может внести многочисленные модификации и изменения в упомянутую схему контроля с целью выполнения непредвиденных и особых требований, оставаясь при этом в пределах объема охраны изобретения в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.