ЗАЩИТНЫЙ АППАРАТ С САМОТЕСТИРОВАНИЕМ Российский патент 2005 года по МПК H01H83/14 

Изобретение относится к области электрификации сельского хозяйства, в частности для обеспечения электробезопасности людей и животных.

Известен патент №2149476 "Модульный дифференциальный выключатель", МПК Н 01 Н 83/14, 2000 г. Устройство содержит многополюсный выключатель, выбираемый из числа многополюсных выключателей, различающихся количеством полюсов и имеющих соединительные зажимы, количество которых соответствует количеству полюсов, расположенных на боковой соединительной поверхности многополюсного выключателя, блок дифференциальной защиты, выбираемый из числа блоков дифференциальной защиты, различающихся количеством полюсов и имеющих соединительные провода в количестве, соответствующем количеству полюсов, расположенные на жестком щитке.

В качестве прототипа принято устройство (Якобc А.И., Луковников А.В. Электробезопастность в сельском хозяйстве. - М.: Колос, 1981. - 239 с., на с.151-153), содержащее датчик тока утечки, представляющий собой трансформатор тока, коммутационное устройство в виде силовых контактов, реле-привод отключения силовых контактов, кнопку контроля исправности устройства, резистор ограничения искусственного тока утечки. Датчик тока утечки содержит тороидальный магнитопровод с обмоткой, выполняющей роль вторичной. Через "окно" магнитопровода проходят силовые проводники питающей сети как фазные, так и нулевой, выполняющие все вместе роль первичной обмотки трансформатора. При отсутствии тока утечки в цепи после места включения устройства сумма токов этих проводников равна нулю, т.е. первичный ток равен нулю и во вторичной обмотке ток отсутствует; при появлении тока утечки сумма токов фазных и нейтрального проводников равна току утечки, он отличается от нуля, и во вторичной обмотке появляется ток. При достижении током утечки заданной величины вторичный ток вызывает защитное отключение устройства, т.е. размыкание силовых контактов приведением в действие привода.

Известное изобретение имеет недостаток, заключающийся в том, что в случае появления в его магнитопроводе короткозамкнутого электрического контура, последний выполняет роль размагничивающего элемента, увеличивая при этом ток срабатывания устройства, т.е. изменяет защитную характеристику по току утечки. Такой короткозамкнутый контур появляется при электрическом соединении РЕ и N проводников на участке цепи после включения дифференциального аппарата или в случае соединения одного или нескольких одноименных фазных проводников до и после места включения дифференциального аппарата в результате соответствующего повреждения изоляции или случайных и преднамеренных ошибок при монтаже электроустановки.

Техническим решением задачи является обеспечение периодического самотестирования состояния его магнитной цепи для обнаружения появления короткозамкнутого контура и информирования об этом пользователя.

Поставленная задача достигается тем, что защитный аппарат, содержащий дифференциальный датчик тока, состоящий из тороидального магнитопровода с обмоткой, выполняющей роль вторичной, силовые проводники питающей сети, проходящие через "окно" магнитопровода, коммутационное устройство и исполнительный орган привода коммутатора, а также имеет генератор импульсов, электромагнитное поляризованное реле управления сигнальным устройством и дополнительный дифференциальный датчик тока утечки с тороидальным магнитопроводом и двумя обмотками, одна из которых подключена к первому каналу генератора импульсов, а другая подключена к электромагнитному поляризованному реле управления сигнальным устройством, которое подключено ко второму каналу генератора импульсов, при этом через "окно" магнитопровода дополнительного дифференциального датчика тока проведены силовые проводники питающей сети, а в цепях электромагнитного поляризованного реле управления сигнальным устройством включены два диода для предотвращения пропускания сигнала обратно на генератор импульсов и для предотвращения перемагничивания обмотки дополнительного дифференциального датчика тока соответственно.

Новизна этого предложения состоит в том, что в защитном аппарате используется дополнительный дифференциальный датчик тока, который обеспечивает самотестирование состояния магнитной цепи аппарата с целью обнаружения появления короткозамкнутого контура и информирования об этом пользователя, а также используется двухканальный генератор импульсов, обеспечивающий периодичность самотестирования.

На чертеже представлена схема защитного аппарата.

Защитный аппарат содержит датчик тока утечки, состоящий из магнитопровода 1, на котором расположена обмотка 2, коммутационное устройство в виде контактов 3, отключаемых приводом 4, подключенным к обмотке 2. Кнопка ручного контроля исправности дифференциального аппарата 5 включена последовательно с резистором имитации тока утечки 6. На магнитопроводе дополнительного дифференциального датчика тока 7 расположены обмотки 8 и 9. Генератор импульсов, обеспечивающий периодичность самотестирования и распределение тестирующих сигналов по каналам 10, второй канал которого подключен к обмотке 8, электромагнитное поляризованное реле 11, контролирующее состояние магнитной цепи защитного аппарата, подключенного к обмотке 9 и к первому каналу генератора импульсов 10. Контакт реле 12 управляет индикатором состояния магнитной цепи 13 (световой, звуковой или иной). Участок 14 короткозамкнутой цепи с сопротивлением Z_КЗ, силовые проводники питающей сети 15 и 16 проведены через "окна" магнитопроводов основного 1 и дополнительного 7 дифференциальных датчиков тока. Полупроводниковые диоды 17 и 18 включены в цепи реле 11 для предотвращения передачи сигнала к генератору импульсов 10 и предотвращения изменения полярности напряжения на обмотке 9.

Принцип действия устройства состоит в следующем. При отсутствии короткозамкнутой цепи (Z_КЗ∞_{) генератор импульсов 10 периодически (например, раз в 5 мин) подает напряжение на поляризованное реле 11, при этом реле замыкает свой контакт 12 и срабатывает сигнальное устройство 13, диод 18 не пропускает сигнал на обмотку 9, чтобы не вызвать перемагничивания. После чего генератор импульсов 10 снимает напряжение с поляризованного реле, но при этом контакт 12 остается в положении "неисправно" и подается напряжение на обмотку 8, через несколько секунд после снятия напряжения с поляризованного реле, и в обмотке 9 наводится вторичная ЭДС, которая имеет полярность, противоположную первоначальному импульсу, подаваемому на поляризованное реле, диод 17 не пропускает сигнал обратно на генератор импульсов, при этом реле 11 переключает свой контакт 12 в положение "исправно" и сигнальное устройство 13 отключается. Защитный аппарат выполняет свои традиционные функции, т.е. при отсутствии тока утечки в цепи после места включения устройства сумма токов этих проводников равна нулю, т.е. первичный ток равен нулю и во вторичной обмотке ток отсутствует. При появлении тока утечки сумма токов фазных и нейтрального проводников равна току утечки, он отличается от нуля, и во вторичной обмотке появляется ток. При достижении током утечки заданной величины вторичный ток вызывает защитное отключение защитного аппарата, т.е. размыкание силовых контактов приведением в действие привода. При появлении короткозамкнутого контура (zкз≈0) проявляется размагничивающее действие этого контура (короткозамкнутого витка на обоих магнитопроводах, согласно закону Ленца), поляризованное реле 11 замыкает свой контакт 12, и срабатывает сигнальное устройство 13. После чего генератор импульсов 10 снимает напряжение с поляризованного реле, но при этом контакт 12 остается в положении "неисправно" и подается напряжение на обмотку 8, в обмотке 9 наводится вторичная ЭДС, которая имеет полярность, противоположную первоначальному импульсу, поданному на поляризованное реле, но т.к. значение ЭДС ниже номинального напряжения срабатывания реле 11, реле не переключает свой контакт 12 в положение "исправно" и сигнальное устройство 13 не отключается. Защитное отключение не производится, но пользователь извещается о наличии неисправности защитного аппарата, вызвавшей потерю устройством своих функций защитного отключения при появлении тока утечки.}

Использование: для обеспечения электробезопасности людей и животных в сельском хозяйстве. Для обеспечения самотестирования дифференциальный аппарат имеет генератор импульсов, поляризованное реле и дополнительный дифференциальный датчик тока, обмотка которого снабжена генератором импульсов, обеспечивающим периодичность тестирования и распределение тестирующих сигналов по каналам цепи управления, электромагнитным поляризованным реле с сигнальным устройством, при этом через “окно” магнитопровода дополнительного дифференциального датчика тока проведены силовые проводники силовой сети. Технический результат заключается в обеспечении периодического самотестирования состояния магнитной цепи защитного аппарата. 1 ил.

Защитный аппарат, содержащий дифференциальный датчик тока, состоящий из тороидального магнитопровода с обмоткой, выполняющей роль вторичной, силовые проводники питающей сети, проходящие через “окно” магнитопровода, коммутационное устройство, выполненное в виде силовых контактов, и исполнительный орган привода коммутатора, подключенный к обмотке дифференциального датчика тока и размыкающий силовые контакты для защитного отключения аппарата, отличающийся тем, что имеет генератор импульсов, электромагнитное поляризованное реле управления сигнальным устройством и дополнительный дифференциальный датчик тока утечки с тороидальным магнитопроводом и двумя обмотками, одна из которых подключена к первому каналу генератора импульсов, а другая подключена к электромагнитному поляризованному реле управления сигнальным устройством, которое подключено ко второму каналу генератора импульсов, при этом через “окно” магнитопровода дополнительного дифференциального датчика тока проведены силовые проводники питающей сети, а в цепях электромагнитного поляризованного реле управления сигнальным устройством включены два диода для предотвращения пропускания сигнала обратно на генератор импульсов и для предотвращения перемагничивания обмотки дополнительного дифференциального датчика тока соответственно.