УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H02H3/34 

Предлагаемое изобретение имеет отношение к защите электроустановок, например, электроустановок жилых квартир, от аварийных режимов, включая случайные прикосновения людей к токоведущим частям. Оно может быть использовано при реконструкции вводных электрических щитков в жилых квартирах.

Широко известны устройства защитного отключения, срабатывающие от тока утечки на землю, например, из книги Н.В.Щипунова. Защитное отключение. М.: Энергия, 1968. Известные устройства, в принципе, могут работать как в однофазных электроустановках, так и в трехфазных. Общий недостаток их заключается в том, что они не обеспечивают защиту от утечек тока, возникающих между двух рабочих проводников (фазным и нулевым или между двухфазных) и тем самым не предотвращают возникновение коротких замыканий, которые, в свою очередь, являются источниками пожаров.

Наиболее близким к заявленному является устройство защитного отключения по току утечки, известное из книги М.Р.Найфельда. Заземление и другие защитные меры. М.: Энергия, 1975 г. В этой книге на стр. 35 дано описание, а на рис. 20, б приведена схема устройства защитного отключения, которое выбрано в качестве прототипа.

Известное устройство содержит дифференциальный (разностный, суммирующий) трансформатор тока нулевой последовательности, ко вторичной обмотке которого подключен чувствительный орган (реле), воздействующий на автоматический выключатель (защитный аппарат). Через окно сердечника трансформатора проходят нулевой и фазный провода, которые являются первичной обмоткой дифференциального трансформатора тока. В трехфазных электроустановках через окно сердечника проходят три фазных провода и нулевой. Работает прототип следующим образом. При равенстве токов в нулевом и фазном (или трехфазных) проводах (ток нагрузки) их геометрическая сумма, как известно, равна нулю (ток в фазном проводе течет в одном направлении, а ток в нулевом проводе точно такого же значения течет в противоположном направлении) и поэтому тока во вторичной обмотке дифференциального трансформатора нет. При замыкании или утечке тока на заземленный корпус электроприемника, а также при случайном прикосновении человека к фазному проводу электрической сети равенство токов в первичной обмотке дифференциального трансформатора нарушится, поскольку по фазному проводу помимо тока нагрузки будет проходить ток замыкания или утечки, и в его вторичной обмотке появится ток. Если он равен или превышает ток срабатывания чувствительного органа (реле), то буквально за считанные доли секунды произойдет отключение аварийного участка сети.

Недостатком прототипа является невозможность обеспечивать защиту электроустановки при возникновении тока утечки между рабочими проводниками (фазным и нулевым или между двумя или тремя фазными) и тем самым прототип не способен предотвращать возникновение коротких замыканий, являющихся в подавляющем числе случаев источниками пожаров, и не защищает людей, случайно прикоснувшихся к двум проводам электрической сети (одновременно к фазному и нулевому или к двум фазным проводам).

Задачей изобретения является устранение указанного выше недостатка, присущего прототипу.

В результате использования предлагаемого изобретения становится возможным обеспечивать защиту электроустановки при возникновении тока утечки не только на землю, но и между любыми проводами электрической сети в защищаемой зоне.

Достигается вышеуказанный технический результат применением принципиально нового устройства защитного отключения, которое включает автоматический выключатель с расцепителем, реагирующим на цифровой сигнал (например, как в компьютерах с корпусом и блоком питания типа АТХ), тороидальные мини-трансформаторы тока, число которых равно числу защищаемых проводов (двум в однофазных двухпроводных сетях и четырем в четырехпроводных трехфазных сетях), вторичные обмотки которых присоединены к преобразователю аналоговой информации в цифровую, блок памяти с модулями памяти на микросхемах, микропроцессор, соединенный с преобразователем аналоговой информации (т.е. значения тока) в цифровую и с блоком памяти, зависимые и независимые источники тока (источники питания микросхем), блок кнопки настройки и блок кнопки проверки работоспособности устройства.

На чертеже приведена схема устройства. Оно содержит автоматический выключатель 1, тороидальные мини-трансформаторы тока 2, расцепитель, реагирующий на цифровой сигнал 3, преобразователь аналоговой информации (значения тока) в цифровую 4, блок памяти 5, зависимый источник питания 6, микропроцессор 7, независимый источник питания (аккумулятор) 8, блок кнопки настройки 9 и блок кнопки проверки работоспособности устройства 10.

Тороидальные трансформаторы тока 2 присоединены к преобразователю аналоговой информации в цифровую 4, который в свою очередь присоединен к блоку памяти 5 и микропроцессору 7, а он присоединен к расцепителю 3, реагирующему на цифровой сигнал, зависимому источнику питания 6, независимому источнику питания 8, блоку кнопки настройки 9 и к блоку кнопки проверки работоспособности устройства 10.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. При включении в защищаемой зоне любого электроприемника (электрической лампочки, холодильника, утюга, электроплиты, электробритвы, фена и т. п.) через тороидальный мини-трансформатор в момент включения потечет ток переходного процесса, который наведет ток во вторичной обмотке тороидального мини-трансформатора. Ток со вторичной обмотки трансформатора попадет на преобразователь аналоговой информации в цифровую и затем в виде оцифрованного сигнала длительностью, измеряемой долями секунды, попадет на микропроцессор и затем в блок памяти. Если в этот момент будет нажата кнопка настройки, то блок памяти запомнит эту информацию, а если кнопка настройки не нажата, то микропроцессор и блок памяти начнут искать эту информацию среди ранее записанных в блоке памяти, и если информация не будет найдена, устройство в доли секунды отключит защищаемый участок. Чтобы исключить ложные срабатывания, необходимо периодически нажимать кнопку настройки, после чего по очереди включать и отключать все электроприемники, находящиеся в защищаемой зоне. Тем самым после отжатия кнопки “настройка” устройству буде придана функция “свой-чужой”. На “своих” устройство реагировать не будет. Но если под напряжение попадет человек или в случае нарушения изоляции в защищаемом участке появится ток утечки, устройство сработает и в доли секунды отключит питание. Кнопкой проверки работоспособности, как говорит само ее название, проверяется работоспособность устройства путем подключения к защищаемой зоне “чужой” нагрузки автоматически для всех возможных вариантов.

Устройство предназначено для защиты электроустановок от аварийных режимов и людей, например, при случайных прикосновениях людей к токоведущим частям. Оно может быть использовано при реконструкции вводных электрических щитков в жилых квартирах. Устройство содержит расцепитель, тороидальные мини-трансформаторы тока, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, микропроцессор, блок кнопки проверки работоспособности устройства и блок кнопки настройки. Количество тороидальных мини-трансформаторов тока равно числу защищаемых проводов. Кнопка настройки устройства предназначена для включения записи в блок памяти информации о переходном процессе, возникающем при подключении нового электроприемника. Если при подключении нового электроприемника кнопка настройки не была нажата, устройство отключит защищаемый участок. Тем самым устройству придается функция “свой-чужой”. Устройство также обеспечивает защиту электроустановок и людей при возникновении тока утечки между любыми проводами электрической сети на защищаемом участке сети. 1 ил.

Устройство защитного отключения, содержащее автоматический выключатель, отличающееся тем, что содержит расцепитель, реагирующий на цифровой сигнал, тороидальные мини-трансформаторы тока, число которых равно числу защищаемых проводов, вторичные обмотки которых присоединены к преобразователю аналоговой информации в цифровую, блок памяти с модулями памяти на микросхемах, микропроцессор, соединенный с преобразователем аналоговой информации в цифровую и с блоком памяти, зависимые и независимые источники питания микросхем, блок кнопки настройки и блок кнопки проверки работоспособности устройства.