УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЕ Российский патент 2003 года по МПК H02H3/32 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током при снижении сопротивления изоляции электроприемников и появлении тока утечки в землю. За счет введения в устройство дополнительных элементов оно приобретает способность отключать защищаемые электроприемники при превышении напряжения сети свыше допустимых по ГОСТу 220+10%=242В. Благодаря этому обеспечивается сохранность дорогостоящей бытовой техники (телевизоры, видеомагнитофоны и т.д. ).

Известны устройства защитного отключения (далее - УЗО), например, АСТ-РОУ*ЗО, У3020 и ряд других типов [1]. Такие УЗО осуществляют защиту только от токов утечки в землю, защиту от повышенного сверх допустимого напряжения сети они не осуществляют. Известны аналоги данному предложению [2], позволяющие дополнить защитные функции УЗО и придать им способность осуществлять защиту от повышенных напряжений сети.

Недостатками аналога по [2] являются: влияние напряжения сети на порог срабатывания (уставку) по току утечки сравнительно большая потребляемая мощность делителем напряжения, что диктуется условием надежной работы. Эти недостатки побудили к разработке данного предложения.

Все известные УЗО подразделяются на электромеханические и электронные. В отличие от электромеханических УЗО, у электронных УЗО сигнал с датчика тока утечки усиливается полупроводниковым усилителем. Для функционирования полупроводникового усилителя необходимыми элементами схемы являются источник питания со стабилизированным напряжением. Учитывая изложенное, выбираем в качестве прототипа УЗО по [3].

Недостатком прототипа является отсутствие способности устройства фиксировать повышенное напряжение сети и производить отключение от сети защищаемых электроприемников, если напряжение превышает допустимые значения.

Целью изобретения является расширение защитных функций УЗО, а именно придание ему дополнительных функций защиты от повышенного напряжения сети с повышенной точностью и стабильностью, малым дополнительным потреблением мощности, устранением влияния напряжения сети на порог срабатывания (уставку) по току утечки, а также созданием задержки срабатывания при кратковременных малоопасных бросках напряжения сети.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно введены компаратор, элемент логического ИЛИ, второй времязадающий резистор, регулируемый делитель и резистор, при этом резистор одним выводом присоединен к аноду стабилитрона и не инвертирующему входу компаратора, другой вывод этого резистора присоединен к минусу источника питания и одному выводу регулируемого делителя, второй вывод регулируемого делителя присоединен к катоду стабилитрона, средний вывод делителя присоединен к инвертирующему входу компаратора; выходы пикового выпрямителя-усилителя и компаратора через первый и второй времязадающие резисторы соединены с входами элемента логического ИЛИ, а его выход присоединен к времязадающему конденсатору.

На чертеже приведена схема заявляемого устройства, которое как и прототип содержит датчик тока утечки 1, пиковый выпрямитель-усилитель 2, инерционную RC- цепь 3 с первым времязадающим резистором R1 и времязадающим конденсатором С, пороговый элемент 4 с исполнительным органом (реле) 5, источник питания 6, стабилитрон 7 и дополнительно введенные в схему: компаратор 8, элемент логического ИЛИ 9, второй времязадающий резистор 10, регулируемый делитель 11 и резистор 12.

Рассмотрим работу заявляемого устройства. Работа устройства по сигналу от датчика тока утечки ничем не отличается от работы прототипа. Отличие в том, что устройство должно иметь дополнительный канал для измерения величины напряжения сети и формирования отключающего сигнала. В электронных УЗО питание полупроводниковых приборов осуществляется от бестрансформаторного источника питания, поэтому гальванического разделения любой точки схемы от сети нет. Это накладывает требование, согласно которому все потенциалы схемы должны измеряться относительно общей нулевой шины. В заявляемом устройстве такой шиной является минус источника питания. Поэтому сигнал о величине напряжения сети необходимо брать после источника питания. Известно, что при работе параметрического стабилизатора напряжения ток через стабилитрон 7 приблизительно пропорционален напряжению сети, т.е. имеет место равенства I₇= k•U_сети. Соответственно падение напряжения на резисторе 12 также пропорционально напряжению сети U₁₂= R₁₂•I₇=k•R₁₂U_сети. Если величина сопротивления резистора 12 одного порядка с величиной дифференциального сопротивления стабилитрона 7, то качество стабилизации почти не снижается и к делителю напряжения 11 подводится стабилизированное напряжение, практически независящее от напряжения сети. Таким образом, с делителя 11 на инвертирующий вход компаратора 8 подается стабильное регулируемое опорное напряжение U₁₁, а на неинвертирующий вход с резистора 12 напряжение U₁₂= k•U_сети. Регулировкой опорного напряжения U₁₁ можно настроить компаратор 8 так, что на его выходе будет появляться напряжение при достижении сетевым напряжением значения 242В и более. Выходное напряжение компаратора 8 через второй времязадающий резистор 10 заряжает конденсатор С до напряжения, при котором срабатывает элемент 4 и исполнительный орган 5. Это приводит к отключению контактов автоматического выключателя, чем и обеспечивает защиту от повышенного напряжения.

Использование компаратора для выявления значения напряжения сети, при котором составляющая U₁₂ начинает превышать величину опорного напряжения U₁₁, обеспечивает устройству высокую точность и стабильность. В отличие от аналога по [2] взаимное влияние тока утечки и напряжения сети в заявляемом устройстве исключено, т. к. эти сигналы обрабатываются разными каналами и выводятся на исполнительный орган (реле) через элемент логического ИЛИ. Малые входные токи компаратора позволяют использовать в делителе 11 высокоомные сопротивления, что обеспечивает малое потребление заявляемого устройства. Добавление второго времязадающего резистора 10 обеспечивает независимую от R1 задержку срабатывания при кратковременных бросках напряжения сети.

Технико-экономическая эффективность заявляемого устройства выражается в защите дорогостоящих электроприборов (телевизоры, видеомагнитофоны, холодильники и т.д.) от работы при повышенном напряжении сети, что исключает возгорание электроприборов и возникновение пожаров, пробою изоляции, поражению людей электрическим током.

Лабораторными испытаниями подтверждена работоспособность данного предложения.

Источники информации
1. Монаков В.К. Современные тенденции обеспечения электробезопасности в промышленных и бытовых электроустановках на основе применения устройств защитного отключения. Журнал Промышленная Энергетика, 1996 г., 2.

2. Слободкин А. Х., Серафимов Н.А. Устройство защитного отключения для электрической сети переменного тока. Заявка на изобретение 99122010/09 (023236) от 19.10.99 г.

3. Устройство защитного отключения электрической сети переменного тока. Патент на изобретение 2124795 (заявка 97104627 от 25.03.97 г.).

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в бытовых и промышленных установках. Технический результат заключается в расширении защитных функций УЗО, в малом дополнительном потреблении мощности, устранении влияния напряжения сети на порог срабатывания по току утечки. Для этого устройство содержит датчик тока утечки, пиковый выпрямитель-усилитель, инерционную RC-цепь с времязадающими резистором и конденсатором, пороговый элемент с исполнительным органом и стабилизатор напряжения питания на стабилитроне, дополнительно введены компаратор, элемент логического ИЛИ, второй времязадающий резистор, регулируемый делитель и резистор, источник питания. 1 ил.

Устройство защитного отключения комбинированное, содержащее датчик тока утечки, пиковый выпрямитель-усилитель, инерционную RC-цепь с времязадающими резистором и конденсатором, пороговый элемент с исполнительным органом и стабилизатор напряжения питания на стабилитроне, соединенные так, что выход датчика тока утечки присоединен к входу пикового выпрямителя-усилителя, выход которого соединен с времязадающим резистором, а времязадающий конденсатор соединен с входом порогового элемента с исполнительным органом, отличающееся тем, что дополнительно введены компаратор, элемент логического ИЛИ, второй времязадающий резистор, регулирумый делитель и резистор, при этом резистор одним выводом присоединен к аноду стабилитрона и неинвертирующему входу компаратора, другой вывод резистора присоединен к минусу источника питания и одному выводу регулируемого делителя, другой вывод регулируемого делителя присоединен с катоду стабилитрона, средний вывод регулируемого делителя присоединен к инвертируемому входу компаратора, выходы пикового выпрямителя-усилителя и компаратора через первый и второй времязадающие резисторы присоединены к входам элемента логического ИЛИ, а его выход присоединен к времязадающему конденсатору.