выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения

Формула изобретения

1. Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения, содержащий электромагнитное реле с силовыми контактами, входом подключенными к первой клемме питания, а выходом - к первой клемме потребителя, вторую клемму питания, соединенную со второй клеммой потребителя, резистор, диод и конденсатор, отличающийся тем, что он снабжен вторым электромагнитным реле, включенным последовательно с первым, кнопкой “Пуск”, механически соединенной с якорем первого электромагнитного реле через удлинитель, замыкающими контактами второго реле, подключенными к обмотке первого реле, причем резистор параллельно с конденсатором подключены к обмотке второго электромагнитного реле, а выход силовых контактов через анод диода и вторая клемма питания подключены соответственно к выводам последовательно соединенных первого и второго электромагнитных реле.

2. Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения по п.1, отличающийся тем, что катод диода подключен к катоду тиристора, соединенного с первыми выводами резистора, конденсатора и переменного резистора, управляющим электродом подключенного ко второму выводу резистора и аноду стабилитрона, катод которого подключен ко второму выводу конденсатора и среднему выводу переменного резистора, второй вывод которого подключен ко второй клемме питания, а анод тиристора подключен к средней точке последовательно соединенных первого и второго электромагнитных реле.

3. Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения по п.1, отличающийся тем, что он снабжен второй кнопкой “Пуск”, имеющей две пары замыкающих электроконтактов, причем одна из них соединена параллельно с обмоткой второго электромагнитного реле, а другая одним контактом соединена с входом первой клеммы питания и другим - с анодом диода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты электрических, в том числе и электронных, устройств от перенапряжения.

В ветренных районах страны, особенно в сельской местности, на воздушных линиях электропередачи случаются аварийные захлесты проводов, их касания и обрывы, из-за чего напряжение в сетях может повышаться с 220 до 380 В, что приводит к выходу из строя электрических и электронных устройств.

В стационарных условиях, например при ремонтных работах или других непредвиденных случаях, может произойти отключение или обрыв нулевого провода. При этом два потребителя, подключенные к разным фазам, окажутся включенными последовательно к сети с напряжением 380 В.

Если распределение последовательно включенных нагрузок окажется под длительно действующим перенапряжением, это может создать пожароопасную ситуацию, в том числе и в городских условиях.

Известно устройство для защиты трехфазного потребителя от обрыва фазы (см. авт. свидетельство №1279009, Н 02 Н 7/08, 1984), содержащее электромагнитную систему с силовыми контактами, включенными между клеммами источника и потребителя, кнопки “Пуск” и “Стоп” и схему защиты на тиристоре.

К недостаткам известного устройства следует отнести то, что оно обеспечивает защиту от перенапряжения лишь при обрыве нулевого провода.

Известно устройство защиты потребителя от перенапряжения (см. журнал “Радио” 1/89, статья В.Солоненко и Е.Алешина “Устройство защиты от повышения напряжения”, с.79), содержащее электромагнитное реле с силовыми контактами, используемое также в качестве порогового элемента, ограничительное сопротивление выполненное на резисторе повышенной мощности, диод и конденсатор.

К недостаткам известного устройства следует отнести то, что устройство остается включенным в дежурном режиме. При этом резисторы перегреваются, что уменьшает надежность работы данной схемы защиты.

Предлагаемое техническое решение устраняет перечисленные выше недостатки и, кроме того, выполняет функции выключателя сети, то есть является выключателем сети с защитой от перенапряжения.

Кроме того, устройство может быть снабжено второй ступенью защиты, что повысит надежность его работы, так как в данном случае фактор надежности приобретает главное значение.

Технический результат достигается тем, что выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения, содержащий электромагнитное реле с силовыми контактами, входом подключенными к первой клемме питания, а выходом к первой клемме потребителя, вторую клемму питания, соединенную со второй клеммой потребителя, резистор, диод и конденсатор, дополнительно снабжен вторым электромагнитным реле, включенным последовательно с первым, кнопкой “Пуск”, механически соединенной с якорем первого электромагнитного реле через удлинитель, замыкающими контактами второго реле, подключенными к обмотке первого реле, причем резистор параллельно с конденсатором подключены к обмотке второго электромагнитного реле, а выход силовых контактов через анод диода и вторая клемма питания подключены соответственно к выводам последовательно соединенных первого и второго электромагнитных реле.

При некотором усложнении схемы в устройство может быть включена вторая ступень защиты, при этом катод диода подключен к катоду тиристора, соединенного с первыми выводами резистора, конденсатора и переменного резистора, управляющим электродом подключенного к второму выводу резистора и аноду стабилитрона, катод которого подключен к второму выводу конденсатора и среднему выводу переменного резистора, второй вывод которого подключен к второй клемме питания, а анод тиристора подключен к средней точке последовательно соединенных первого и второго электромагнитных реле.

С целью развития конструкции устройства и расширения объема его использования, кнопка “Пуск”, механически соединенная с якорем первого электромагнитного реле, заменена кнопкой “Пуск”, снабженной двумя парами замыкающих электроконтактов, причем одна из них подсоединена параллельно обмотке второго электромагнитного реле, а другая одним контактом соединена с входом первой клеммы питания и другим - с анодом диода.

На чертеже представлена электрическая схема выключателя сети с защитой потребителя от перенапряжения, включающая дополнения по дальнейшему развитию предложенного технического решения.

Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения содержит клеммы питания 1, кнопку “Пуск” - 2, силовые контакты - 3 первого электромагнитного реле - 4, диод - 5, клеммы потребителя - 6, второе электромагнитное реле - 7, резистор - 8, конденсатор - 9, замыкающий контакт второго реле - 10, тиристор - 11, стабилитрон - 12, переменный резистор - 13, конденсатор - 14, резистор - 15 и вторую кнопку “Пуск” - 16.

Кнопка “Пуск” 2 механически соединена с якорем первого электромагнитного реле 4 через удлинитель (конструкция не показана). Путем нажатия через кнопку “Пуск” и удлинитель на якорь электромагнитного реле происходит его срабатывание и самоподхват.

Второе электромагнитное реле 7 выполняет роль порогового элемента и срабатывает от заранее заданного уровня напряжения сети переменного тока.

Диод 5, резистор 8, конденсатор 9 обеспечивают режим срабатывания второго электромагнитного реле 7. Резистор 8 шунтирует обмотку реле и устанавливает уровень его срабатывания. Диод 5 и конденсатор 9 способствуют уменьшению и сглаживанию пульсаций якоря второго электромагнитного реле 7.

Замыкающий контакт второго электромагнитного реле 10 при срабатывании замыкает обмотку первого электромагнитного реле 4, вследствие чего ток через обмотку второго электромагнитного реле 7 на время переключения контактов увеличивается.

Такая положительная обратная связь обеспечивает четкое срабатывание второго реле 7 и соответственно обесточивание и отпускание первого реле 4.

Так как при нажатии кнопки “Пуск” через второе электромагнитное реле 7 протекает ток, на якорь реле 7 начинает действовать постоянная сила, направленная в сторону его срабатывания, что уменьшает зону неоднозначности релейной характеристики и обеспечивает более стабильный порог срабатывания реле 7.

Через резистор 8, подключенный параллельно обмотке реле 7, течет ток в 3-4 раза меньшей величины, чем в случае приведенного выше прототипа, что обеспечивает работу резистора 8 без перегрева. Обмотки первого и второго электромагнитных реле 4 и 7 образуют делитель напряжения, с которого выпрямленное однополупериодное напряжение сети подается на анод и катод тиристора 11 и на делитель напряжения, образованный переменным резистором 13, которым регулируется открытие тиристора 11 при различных заданных напряжениях сети.

При открытии тиристора 11 происходит шунтирование реле 4 и его отпускание. Стабилитрон 12 является пороговым элементом. При напряжении на стабилитроне выше напряжения стабилизации ток стабилитрона резко возрастает.

Положительное напряжение снимается с переменного резистора 13 и накапливается на конденсаторе 14, который разряжается через стабилитрон 12, создавая на резисторе 6 положительное напряжение, воздействующее на управляющий электрод тиристора 11.

Второй кнопкой “Пуск” 16 устройство может быть включено без воздействия на кнопку “Пуск” 2.

Кнопка “Пуск” 16 имеет две пары электроконтактов. Одна пара замыкает обмотку второго электромагнитного реле 7, другая подает напряжение сети на анод диода.

Таким образом при нажатии второй кнопки “Пуск” 16 второе электромагнитное реле шунтируется накоротко, а на обмотку первого электромагнитного реле 4 через диод подается напряжение сети и реле 4 срабатывает.

Вторую кнопку “Пуск” 16 целесообразно использовать в комплекте с электромагнитными реле (первыми), имеющими закрытые группы контактов, а кнопку “Пуск” 2 - в комплекте с электромагнитными реле (первыми), имеющими открытые группы контактов, так как в этом случае более доступна конструкция с удлинителем, связанным с кнопкой “Пуск” 2.

Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения работает следующим образом.

После подключения клемм питания 1 к сети переменного тока и нажатия кнопки “Пуск” или кнопки "Пуск" 16 срабатывает первое электромагнитное реле 4, самоподхватывается и подключает потребитель. Тиристор 11 закрыт и шунтирующего действия на обмотку реле 4 не оказывает. Через второе электромагнитное реле 7 течет ток, но за счет шунтирующего резистора 8, срабатывания реле 7 не происходит. В случае повышения напряжения сети выше заданного уровня происходит срабатывание второго электромагнитного реле 7, которое замыкающими контактами 10 обесточивает обмотку реле 4, силовые контакты 3 размыкаются и отключают потребитель.

Вторая ступень защиты от перенапряжения работает следующим образом. После повышения напряжения выше заданного уровня происходит срабатывание стабилитрона 12, по резистору 15 начинает течь ток, создающий на управляющем электроде тиристора 11 положительное напряжение, которое его и открывает.

Тиристор 11 шунтирует обмотку первого электромагнитного реле 4 в течение положительного полупериода напряжения переменного тока и реле 4 возвращается в исходное положение, отключая потребитель.

По предложенному техническому решению изготовлен эксперементальный образец, который обеспечил защиту от перенапряжений, возникающих во внешних сетях в пределах до 5 В от заданного уровня.