устройство защитного отключения электроустановок в однофазной сети с глухозаземленной нейтралью

Формула изобретения

Устройство защитного отключения электроустановок в однофазной сети с глухозаземленной нейтралью, содержащее коммутационный аппарат с входом для подключения фазного (L) и нулевого рабочего (N) проводов питающей сети и выходом для подключения нагрузки, мостовой выпрямитель, причем фазный провод с выхода коммутационного аппарата (L1) подключен к мостовому выпрямителю через обмотку независимого расцепителя коммутационного аппарата, стабилизатор напряжения и ключ тиристорный, включенные в диагональ мостового выпрямителя, датчик дифференциального тока и усилитель, выход которого соединен с управляющим электродом ключа тиристорного, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным диодным плечом для подключения заземляющего провода (РЕ) к мостовому выпрямителю, кнопкой ТЕСТ, варистором, включенным между проводом L1 и заземляющим проводом РЕ, интегрирующей RC цепью, включенной на выход стабилизатора напряжения, выполненного по компенсационной схеме на полевом транзисторе, причем, выводы конденсатора интегрирующей RC цепи подключены к цепи питания усилителя, к выходу указанного стабилизатора через токозадающие резисторы подключены ключ тиристорный и один вывод кнопки ТЕСТ, при этом второй вывод кнопки ТЕСТ соединен с заземляющим проводом РЕ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, к классу автоматических устройств защиты людей от поражения электрическим током и повышения пожаробезопасности жилых зданий.

Известные устройства защитного отключения (УЗО) [1, 2] не имеют общей системы стабилизации параметров, за исключением параметрического стабилизатора напряжения питания усилителя, поэтому характеристики УЗО, особенно временные, зависят от уровня напряжения сети, а при провалах напряжения ниже 110В они либо отключают нагрузку [1], либо перестают работать вообще [2]. Диапазон опасных напряжений 42В... 110В является "белым пятном" для вышеназванных устройств, к тому же в диапазоне рабочих напряжений эти устройства имеют существенное собственное энергопотребление, особенно [1], выполненное на основе коммутационного аппарата с нормально разомкнутыми контактами. К недостаткам вышеназванных УЗО следует также отнести выполнение защитного отключения при обрыве нулевого рабочего проводника в отсутствии утечки на землю, что расширяет зону анализа причин срабатывания УЗО.

Известно устройство защитного отключения [3], содержащее коммутационный аппарат с нормально разомкнутыми контактами с входом для подключения проводников питающей сети и выходом для подключения нагрузки, мостовой выпрямитель (MB), причем фазный провод с выхода коммутационного аппарата подключен к MB через обмотку независимого расцепителя коммутационного аппарата, стабилизатор напряжения и ключ тиристорный, включенные в диагональ MB, датчик дифференциального тока и усилитель, соединенный с ключом тиристорным.

Недостатки прототипа:

- для защиты от обрыва нулевого рабочего проводника применен коммутационный аппарат с нормально разомкнутыми контактами, что определяет существенный ток потребления устройством для поддержания замкнутого состояния;

- при обрыве нулевого рабочего проводника устройство отключает нагрузку без автоматического восстановления цепи даже при отсутствии утечки на землю, т.е. по факту обрыва;

- использование параметрического стабилизатора дает нижний предел рабочего напряжения в зоне опасных напряжений и существенный ток потребления при номинальном рабочем напряжении.

Задачей данного изобретения является создание устройства защитного отключения, сохраняющего работоспособность при снижении напряжении сети до 42В и обрыве нулевого рабочего проводника, а также повышение надежности и снижение потребляемой мощности устройства.

Указанная задача достигается тем, что устройство защитного отключения электроустановок в однофазной сети с глухозаземленной нейтралью, содержащее коммутационный аппарат с входом для подключения фазного (L) и нулевого рабочего (N) проводников питающей сети и выходом для подключения нагрузки, мостовой выпрямитель (MB), причем фазный провод с выхода коммутационного аппарата (L1) подключен к MB через обмотку независимого расцепителя коммутационного аппарата, стабилизатор напряжения и ключ тиристорный (КТ), включенные в диагональ MB, датчик дифференциального тока и усилитель, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора КТ, в отличие от прототипа, снабжено дополнительным диодным плечом MB для подключения заземляющего проводника (РЕ), устройством эксплутационного контроля - кнопкой ТЕСТ, варистором, включенным между проводниками L1 и РЕ, интегрирующей RC цепью, включенной на выход стабилизатора напряжения, выполненного по компенсационной схеме на полевом транзисторе, причем, выводы конденсатора RC цепи подключены к цепи питания усилителя, к выходу указанного стабилизатора через токозадающие резисторы подключены КТ и кнопка ТЕСТ, при этом второй вывод кнопки ТЕСТ соединен с проводником РЕ.

На чертеже представлена схема устройства защитного отключения.

Патентуемое устройство содержит в качестве коммутационного аппарата выключатель автоматический 1 с нормально замкнутыми контактами и обмоткой независимого расцепителя 2, мостовой выпрямитель 3 с дополнительным диодным плечом 4 для подключения заземляющего проводника (РЕ), причем фазный проводник (L1) с выхода коммутационного аппарата соединен с мостом 3 через обмотку независимого расцепителя 2, варистор 5, включенный между проводниками L1 и РЕ, стабилизатор 6, выполненный по компенсационной схеме на полевом транзисторе, и включенные на его выход интегрирующую RC цепь 7, ключ тиристорный 8 и устройство эксплуатационного контроля 9, датчик дифференциального тока 10 с усилителем 11, причем цепь питания усилителя соединена с конденсатором RC цепи 7, а выход - с управляющим электродом тиристора ключа 8.

Работа устройства защитного отключения (УЗО) осуществляется следующим образом.

После установки рукоятки выключателя 1 в положение ВКЛ напряжение сети подается в нагрузку и через обмотку независимого расцепителя 2 на мостовой выпрямитель 3, через стабилизатор напряжения 6, RC цепь 7, задающую уровень пульсаций, питает усилитель 11. При отсутствии утечки на землю ключ 8 закрыт, цепь устройства эксплутационного контроля 9 разорвана и ток через обмотку независимого расцепителя 2 составляет 1 mА, складывающийся из тока покоя усилителя 11 и тока стабилитрона стабилизатора 6. По цепи N и РЕ возвращающийся ток разделяется соответственно сопротивлению цепей. При обрыве нулевого рабочего проводника N указанный ток полностью перераспределяется в цепь РЕ, чем достигается сохранение работоспособности УЗО. Причем нулевой рабочий проводник в нагрузке изолирован от проводника РЕ сопротивлением нагрузки моста 3, составляющим сотни килоом.

При появлении утечки на землю со стороны нагрузки дифференциальный сигнал с датчика дифференциального тока (трансформатора) 10 через усилитель 11 включает ключ тиристорный 8, создающий в диагонали моста 3 расцепляющий ток независимого расцепителя 2, определяемый выходным напряжением стабилизатора 6 и величиной резистора ключа 8. При включенном ключе 8 RC цепь 7 разрядным током препятствует отпусканию тиристора ключа тиристорного 8 при переходе фазного напряжения через ноль, что увеличивает средний ток за период через обмотку независимого расцепителя 2, ускоряя процесс расцепления выключателя 1. Стабилизатор 6 напряжения на полевом транзисторе обеспечивает заданные параметры УЗО в диапазоне опасных напряжений 42В...380В, в т.ч. и работу устройства эксплутационного контроля 9, которое, кроме выполнения основной функции контроля работоспособности УЗО, выполняет контроль целостности проводника РЕ.

При перенапряжении в защищаемой линии, вызванном аварийными режимами сети, по цепи фазный проводник L1, варистор 5, заземляющий проводник РЕ потечет дифференциальный ток и при длительности процесса более заданного помехозащитными цепями усилителя 11 произойдет защитное отключение УЗО, предохраняя оборудование на защищаемой линии от пробоев изоляции и перегрузок.

Таким образом, при малом собственном токе потребления и простоте исполнения достигается надежное функционирование УЗО.

Патентуемая конструкция изготовлена в ОАО "Сигнал" г. Ставрополя и сертифицирована на соответствие государственным стандартом, распространяющимся на УЗО.

Источники информации

1. SU 609160, Н02Н 3/16, 30.05.78г.

2. RU 2124794, Н02Н 3/16, 01.10.99г.

3. SU 1132322 А, Н02Н 3/16, 30.12.84г. - прототип.