УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ НАГРУЗКИ

Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности, к средствам защиты потребителей однофазного переменного тока напряжением до 1000 В от аварийных состояний.
Известно устройство для защитного отключения нагрузки в случае аварийного повышения тока в защищаемой цепи, выполненное в виде плавкого предохранителя (Сороко В.И., Розенберг Е.Н. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2 кн. Кн.2. - 3-е изд. - М.: НПФ «Планета», 2000 - С.698). При этом нагрузка отключается путем разрыва электрической цепи расплавленной плавкой вставкой предохранителя.
Недостатками плавкого предохранителя являются необходимость замены плавкой вставки после каждого случая его срабатывания и реагирование только на состояние повышенного тока в защищаемой цепи.
Известно устройство для защитного отключения нагрузки, реагирующее на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой нагрузке (Рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации электроустановок зданий при применении устройств защитного отключения. - М.: Издательство МЭИ, 2002. - С.20) - принято за прототип. Это устройство содержит исполнительный элемент с нормально разомкнутыми контактами, включенными последовательно в проводники, и пусковым органом, подключенным к датчику. В качестве датчика использован дифференциальный трансформатор тока, в котором первичными обмотками являются встречно включенные проводники, проходящие сквозь окно трансформатора, и подводящие электроэнергию к нагрузке. Если в нагрузке нет утечки тока на землю, токи в проводниках одинаковы, и наводимые в сердечнике встречно направленные магнитные потоки взаимно компенсируются. При возникновении в нагрузке утечки тока на землю, например, при прикосновении
человека к токопроводящим частям или к корпусу электроприбора, равенство токов нарушается, возникает разбаланс магнитных потоков. В результате во вторичной обмотке дифференциального трансформатора появляется ток, который воздействует на пусковой орган исполнительного элемента, вызывая отключение контактами последнего нагрузки от источника питания.
Недостатком этого устройства является ограниченная возможность его применения только для защиты нагрузки от утечек тока на землю, возникающих при нарушении изоляции между токоведущими и заземленными частями.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства для защитного отключения нагрузки при нарушении ее нормальных режимов электроснабжения.
Поставленная задача решается тем, что устройство для защитного отключения нагрузки, содержащее нормально-разомкнутые контакты, подключенные к проводам однофазной изолированной от земли сети, соединенные с исполнительным элементом, свободные выводы нормально-разомкнутых контактов подключены к выводам датчика разностного тока и датчика максимального тока, который включен в фазный провод, а датчик разностного тока включен в оба провода однофазной сети и подключен к нагрузке, дополнительно содержит последовательно соединенные датчик максимального напряжения, первый элемент ИЛИ, элемент задержки, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, а второй вход - с выходом датчика разностного тока, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом датчика максимального тока, а входы датчика максимального напряжения соединены с общими точками соединения датчиков разностного тока и максимального тока с выводами нормально-разомкнутых контактов.
На чертеже представлена структурная схема устройства для защитного отключения нагрузки.
Устройство для защитного отключения нагрузки содержит нормально-разомкнутые контакты 1 в проводах L (фаза) и N (ноль) однофазной изолированной от земли сети, управляемые при включении мускульной силой человека и фиксируемые в этом состоянии, а при выключении - сжатой пружиной, управляемой исполнительным элементом 2 (Рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации электроустановок зданий при применении устройств защитного отключения - М.: Издательство МЭИ, 2002, с.20). Между контактами 1 и нагрузкой 3 расположен датчик максимального тока 4, выполненный виде трансформатора тока, измеряющий ток в фазном проводе, и датчик разностного тока 5, выполненный в виде трансформатора тока, фиксирующий разность токов в фазном и нулевом проводах. К нулевому и фазному проводам подключен вход датчика максимального напряжения 6, выполненный в виде делителя напряжения. Выход датчика максимального напряжения 6 соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ 7, второй вход которого подключен к выходу датчика максимального тока 4. Выход первого элемента ИЛИ 7 соединен через элемент задержки 8, выполненной в виде RС-цепи, с одним из входов второго элемента ИЛИ 9, другой вход которого подключен к выходу датчика разностного тока 5, а выход второго элемента ИЛИ 9 соединен с входом исполнительного элемента 2. Элемент задержки 8 позволяет отстроиться от кратковременных импульсных токов и напряжений коммутационного или иного характера, не наносящих вреда нагрузке 3.
Устройство для защитного отключения нагрузки работает следующим образом.
В исходном состоянии контакты 1 в проводах L (фаза) и N (ноль) однофазной цепи, управляемые при включении мускульной силой человека и фиксируемые в этом состоянии, замкнуты, и нагрузка 3 получает питание от этой однофазной изолированной от земли сети.
В случае возникновения в нагрузке 3 утечки тока на землю, например, при прикосновении человека к токопроводящим частям или к корпусу электроприбора,
датчик разностного тока 5 фиксирует разность токов в фазном и нулевом проводах и через второй элемент ИЛИ 9 воздействует на исполнительный элемент 2, который с помощью контактов 1 отключает нагрузку 3 от источника питания, защищая этим человека от поражения электрическим током.
В случае возникновения в нагрузке 3 несанкционированного увеличения тока, например, при коротком замыкании, датчик максимального тока 4, измеряющий ток в фазном проводе, фиксирует это событие и через первый элемент ИЛИ 7, элемент задержки 8 и второй элемент ИЛИ 9 воздействует на исполнительный элемент 2, который с помощью контактов 1 отключает нагрузку 3 от источника питания, защищая цепи питания и элементы нагрузки 3 от теплового поражения избыточным током.
При возникновении между фазным L и нулевым N проводами несанкционированного повышенного напряжения, например, вследствие смещения нуля в трехфазной системе, от которой осуществляется отбор электроэнергии для однофазной нагрузки 3, датчик максимального напряжения 6 фиксирует это событие и через первый элемент ИЛИ 7, элемент задержки 8 и второй элемент ИЛИ 9 воздействует на исполнительный элемент 2, который с помощью контактов 1 отключает нагрузку от источника питания, защищая элементы нагрузки 3 от поражения изоляции, тепловых перегрузок слаботочных цепей, не обнаруживаемых датчиком максимального тока 4, избыточным напряжением.
Заявляемое устройство успешно выдержало стендовые испытания при моделировании перечисленных несанкционированных событий. Работоспособность устройства проверена в цепях однофазного электропитания контрольно-испытательных приборов испытательной лаборатории электромагнитной стойкости и совместимости Государственного образовательного учреждения военного профессионального образования - Военного инженерно-технического университета. За период 6 мес. устройство осуществило 7 отключений
нагрузки при достижении уровня питающего напряжения 255 В, величины напряжения настройки датчика максимального напряжения 6.