УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02H5/12 

Изобретение относится к электронике, в частности к защитным устройствам, и может быть использовано для защиты человека от поражения электрическим током в сети переменного тока.

Известно автоматическое защитное устройство, содержащее трехфазный трансформатор тока, чувствительный усилитель, выпрямительно-пороговый узел и отключающее реле. Через контакты отключающего реле входные клеммы трех фаз соединяются с началами первичных токовых обмоток трансформатора, а к концам этих обмоток подключается нагрузка. Один из выводов вторичной обмотки трансформатора подключен к общему потенциалу, а второй вывод к входу чувствительного усилителя, выход которого соединен с входом выпрямительно-порогового узла, а выход выпрямительно-порогового узла соединен с одним из выводов отключающего реле, другой вывод которого подключен к источнику питания [1]
Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность токов утечки и значительные габариты трансформатора.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство защитного отключения, включающее трансформатор тока, содержащий две симметричные первичные обмотки, включенные встречно, и одну вторичную обмотку, чувствительный усилитель, пороговый элемент и отключающее реле, через контакты которого входные клеммы подключены к началам первичных обмоток, концы которых соединены с выходными клеммами, вторичная обмотка трансформатора одним из выводов подключена к общему потенциалу, а вторым выводом к входу чувствительного усилителя, выход которого соединен с входом порогового элемента, выход которого подключен к одному из выводов отключающего реле, другой вывод которого подключен к источнику постоянного тока [2]
Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность токов утечки и значительные габариты трансформатора из-за того, что трансформатор и чувствительный усилитель на связаны обратными связями.

Проанализировав недостатки известных технических решений, можно сделать вывод, что возникла необходимость в создании устройства защитного отключения, обладающего повышенной чувствительностью токов утечки и малыми габаритами трансформатора, предназначенного для автоматического отключения электроустановок при прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека.

Цель изобретения повышение чувствительности токов утечки и уменьшение габаритов трансформатора за счет введения отрицательной обратной связи. Одновременно с высокой чувствительностью при очень малых габаритах сердечника трансформатора увеличивается помехоустойчивость.

Устройство характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.

Устройство защитного отключения включает в себя трансформатор тока, содержащий две симметричные первичные обмотки, включенные встречно, и одну вторичную обмотку, чувствительный усилитель, пороговый элемент и отключающее реле, через контакты которого входные клеммы подключены к началам первичных обмоток, концы которых соединены с выходными клеммами, вторичная обмотка трансформатора одним из выводов подключена к общему потенциалу, а вторым выводом к входу чувствительного элемента, выход которого соединен с входом порогового элемента, выход которого подключен к одному из выводов отключающего реле, другой вывод которого подключен к источнику постоянного тока. В устройство введены вторая вторичная обмотка трансформатора и резистор, один из выводов которого подключен к выходу чувствительного усилителя и к входу порогового элемента, а второй вывод к одному из выводов второй вторичной обмотки, другой вывод которой подключен к общему потенциалу.

По сравнению с известными техническими решениями заявленное решение позволяет повысить чувствительность токов утечки, увеличить помехоустойчивость и уменьшить габариты трансформатора. Кроме того, повышается надежность устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства защитного отключения.

Устройство защитного отключения включает в себя трансформатор 1 тока, имеющий две симметричные первичные обмотки, включенные встречно, и две симметричные вторичные обмотки, чувствительный усилитель 2, пороговый элемент 3 и отключающее реле 4. Через контакты 5 отключающего реле 4 входные клеммы 6, 7 подключены к началам первичных обмоток трансформатора 1, концы которых соединены с выходными клеммами 8, 9. Первая вторичная обмотка трансформатора одним из выводов подключена к общему потенциалу, а вторым выводом к входу чувствительного элемента 3. Выход порогового элемента 3 подключен к одному из выводов отключающего реле 4, другой вывод которого подключен к источнику 10 постоянного тока. Вторая вторичная обмотка трансформатора 1 одним из выводов подключена к общему потенциалу, а другим выводом к одному из выводов резистора 11, другой вывод которого подключен к выходу чувствительного усилителя 2 и к входу порогового элемента 3.

Устройство защитного отключения работает следующим образом.

Сетевое напряжение переменного тока, подводимое к входным клеммам 6, 7, поступает к началам первичных обмоток трансформатора 1 через замкнутые контакты 5 отключающего реле 4. С концов первичных обмоток трансформатора 1 сетевое напряжение поступает на выходные клеммы 8, 9, к которым подключена, например, нагрузка. Ток нагрузки, протекая через первичные обмотки трансформатора 1, вызывает магнитные потоки, которые полностью компенсируются за счет встречного включения первичных обмоток трансформатора 1. В этом случае во вторичных обмотках трансформатора 1 и на выходе чувствительного усилителя 2 напряжение не возникает. Пороговый элемент 3 не срабатывает и не включает отключающее реле 4, которое своими контактами 5 сохраняет цепь тока нагрузки.

При прикосновении человека к токоведущим частям нагрузки появляется ток утечки между клеммами 6-9 или 7-8. Появившийся ток утечки добавляется к току нагрузки только в одной первичной обмотке трансформатора 1, а во вторичной обмотке наводится напряжение, которое усиливается чувствительным усилителем 2. Напряжение на выходе чувствительного усилителя 2 создает ток для компенсации тока утечки через отрицательную обратную связь, состоящую из резистора 11 и второй вторичной обмотки трансформатора 1. Напряжение на выходе чувствительного усилителя 2 определяется из следующего соотношения:
V_вых= W₁ / W₂ ˙ I_ут ˙ R, где W₁ число витков первичных обмоток;
W₂ число витков вторичных обмоток;
I_ут ток утечки;
R сопротивление резистора 11.

Когда величина напряжения на выходе чувствительного усилителя 2 соответствует величине напряжения срабатывания порогового элемента 3, последний срабатывает и включает отключающее реле 4, через контакты которого отключается нагрузка от сетевого напряжения и тем самым предотвращается поражение человека электрическим током.

Таким образом, благодаря введению отрицательной обратной связи трансформатор 1 находится в активном режиме, что предотвращает его насыщение. Тем самым увеличивается помехоустойчивость одновременно с высокой чувствительностью токов утечки при очень малых габаритах сердечника трансформатора 1. Кроме того, величина W₁ ˙ I_ут/W₂ из приведенного в тексте соотношения является током компенсации тока утечки. Токи утечки составляют доли и единицы миллиампер, поэтому токи компенсации соизмеримы. Следовательно, число витков вторичных обмоток незначительное, что сокращает до минимума расход меди.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защитным устройствам, и может быть использовано для защиты человека от поражения электрическим током в сети переменного тока. Изобретение позволяет решить задачу повышения чувствительности токов утечки и уменьшения габаритов трансформатора. Устройство защитного отключения включает в себя трансформатор тока, содержащий две симметричные первичные обмотки, включенные встречно, и одну вторичную обмотку, чувствительный усилитель, пороговый элемент и отключающее реле, через контакты которого входные клеммы подключены к началам первичных обмоток, концы которых соединены с выходными клеммами. Вторичная обмотка трансформатора одним выводом подключена к общему потенциалу, а другим выводом к входу чувствительного усилителя, выход которого соединен с входом порогового элемента, выход которого подключен к одному выводу отключающего реле, другой вывод которого подключен к источнику постоянного тока. Новым в устройстве защитного отключения является введение в него второй вторичной обмотки трансформатора и резистора, один вывод которого подключен к выходу чувствительного усилителя и к входу порогового элемента, а другой вывод к одному из выводов второй вторичной обмотки, другой вывод которого подключен к общему потенциалу. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ, содержащее трансформатор тока с двумя симметричными первичными обмотками, включенными встречно, и одной вторичной обмоткой, чувствительный усилитель, пороговый элемент и отключающее реле, через контакты которого входные клеммы подключены к началам первичных обмоток, концы которых соединены с выходными клеммами, вторичная обмотка трансформатора тока одним из выводов подключена к общему потенциалу, а вторым выводом к входу чувствительного усилителя, выход которого соединен с входом порогового элемента, выход которого подключен к одному из выводов отключающего реле, другой вывод которого подключен к источнику постоянного тока, отличающееся тем, что в него введена вторая вторичная обмотка трансформатора тока и резистор, один из выводов которого подключен к выходу чувствительного усилителя и к входу порогового элемента, а второй вывод к одному из выводов второй вторичной обмотки, другой вывод которой подключен к общему потенциалу.