УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2005 года по МПК H02H7/09 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в быту и на производстве при защите от перенапряжения и тока утечки бытовой и производственной техники, в частности автоматических стиральных машин, и персонала.

Известен однополюсный выключатель с нейтральной дифференциальной цепью, заключенный в диэлектрический корпус, разделенный посредством разделительной стенки на две смежные части, содержащий:

- первое отделение выключателя, содержащее фазовую цепь, имеющую стационарный фазовый контакт, подвижный фазовый контакт, магнитный и тепловой выключающий механизм с биметаллической полосой и обмоткой, нейтральную цепь, имеющую стандартный нейтральный контакт и подвижный нейтральный контакт, механизм для работы вручную посредством рычага управления и для автоматической работы посредством магнитного и теплового механизма выключения;

- второе отделение дифференциальной защиты, содержащее дифференциальный трансформатор с магнитным кольцевым сердечником, несущим первичную фазовую обмотку и вторичную измерительную обмотку, связанную с реле выключения, работающим совместно с механизмом, с контрольной схемой с контрольным резистором и нажимной кнопкой (Патент РФ №2077085 С1, МКИ 6 Н 01 Н 71/00).

Дифференциальный автоматический выключатель подобного типа известен также из патента Франции А-2662017.

Однако данные дифференциальные автоматические выключатели не обеспечивают отключения нагрузки при перенапряжениях электропитания.

Известны устройства защиты источника переменного тока от аварийного повышения выходного напряжения, в которых для ограничения напряжения холостого хода на выходе источника подключают встречно-последовательно соединенные стабилитроны или ограничители напряжения (Милях А.Н., Волков И.В. Системы неизменного тока на основе индуктивно-емкостных преобразователей. Киев: Наукова Думка, 1974. 154 с., рис.107).

Недостатком данных устройств является повышенная мощность рассеяния стабилитронами или ограничителями напряжения при напряжении питания нагрузки, близком и превышающим напряжение стабилизации или ограничения и связанная с этим температурная нестабильность напряжения стабилизации или ограничения.

Известно устройство защитного отключения, содержащее индуктивно-емкостной фильтр, варистор и биметаллический предохранитель (Реальная защита: сетевой фильтр Surge Arrest tm / Проспект фирмы АРС, 1997 г.).

Недостатком данного устройства является повышенная мощность рассеяния варистором при напряжении питания нагрузки, близком и превышающим напряжение стабилизации или ограничения варистором и связанная с этим температурная нестабильность напряжения стабилизации или ограничения.

Известно устройство для защиты от перенапряжений нагрузки, питающейся от однофазного источника переменного тока, содержащее управляющие тиристоры со схемой управления, коммутирущие реле и ограничительные резисторы (а.с. СССР №1312674 А1, МКИ 4 Н 02 Н 3/20), которое обеспечивает включение ограничительных резисторов при превышении допустимого напряжения питания нагрузки.

Недостатком данного устройства является повышенная мощность рассеивания на ограничительных резисторах при их подключении и невозможность контроля повышенного тока утечки.

Известно устройство защитного отключения, содержащее фазовую цепь, имеющую стационарный фазовый контакт, подвижный фазовый контакт, нейтральную цепь, имеющую стандартный нейтральный контакт и подвижный нейтральный контакт, механизм для работы вручную посредством рычага управления и для автоматической работы посредством выключающего механизма, дифференциальный трансформатор с магнитным кольцевым сердечником, несущим первичную фазовую обмотку и вторичную измерительную обмотку, связанную с реле выключения, работающим совместно с выключающим механизмом, с контрольной схемой с контрольным резистором и нажимной кнопкой (Проспект фирмы SASSIN INTERNATIONAL ELEKTRIC., LTD. 2002 год).

Однако данное устройство защитного отключения не обеспечивает отключения нагрузки при перенапряжениях электропитания нагрузки.

Известно устройство защиты от перенапряжения, содержащее последовательно включенные с нагрузкой предохранители и, шунтирующие нагрузку, параллельно-встречно включенные тиристоры со схемой управления, открывающиеся при перенапряжении в сети питания нагрузки и создающие короткое замыкание, что приводит к перегоранию предохранителей или отключению токовых автоматов (А.Пакало, 340074, Украина, г.Донецк-74, тел.22-26-93, 2002 год).

Однако данное устройство защиты от перенапряжения не обеспечивает отключения нагрузки при повышении тока утечки и требует рассеяния повышенной мощности при создании тока короткого замыкания на тиристорах при перенапряжении.

Известен ограничитель максимального напряжения, содержащий устройство защитного отключения и подключенный к нему блок контроля превышения номинального напряжения, содержащий ограничители напряжения с коммутатором максимального напряжения выключения (Проспект Центра электромагнитной безопасности, Москва, 2002 г.).

Известное устройство имеет ограниченное число фиксированных настроек напряжения отключения (срабатывания УЗО и отключения нагрузки), повышенную мощность рассеяния на ограничителях напряжения при входных напряжениях, близких к установленному напряжению отключения нагрузки и сопутствующую этому температурную нестабильность установленного порога срабатывания.

Цель изобретения - расширение диапазона и точности установки напряжения и повышение экономичности и стабильности работы устройства.

Указанная цель в предлагаемом устройстве достигается тем, что в устройство для защиты от перенапряжений, содержащее дифференциальный автомат (Устройство защитного отключения), а именно - фазовую цепь, имеющую стационарный фазовый контакт, подвижный фазовый контакт, нейтральную цепь, имеющую стандартный нейтральный контакт и подвижный нейтральный контакт, механизм для работы вручную посредством рычага управления и для автоматической работы посредством выключающего механизма, дифференциальный трансформатор с магнитным кольцевым сердечником, несущим первичную фазовую обмотку и вторичную измерительную обмотку, связанную с реле выключения, работающим совместно с выключающим механизмом, с контрольной схемой с контрольным резистором и нажимной кнопкой, отличающееся тем, что с целью расширения диапазона и точности установки максимального напряжения отключения, а также повышения экономичности и стабильности работы устройства, в него введены динистор, потенциометр, супер-бета транзистор, диодный мост и четыре резистора, причем входные выводы диодного моста подключены, соответственно, к входному нейтральному выводу дифференциального автомата и выходному фазному выводу дифференциального автомата, динистор включен между средней точкой цепи первого резистора и потенциометра, средний вывод которого подсоединен к средней точке этой же цепи первого резистора и потенциометра и входом делителя, состоящим из второго и третьего резисторов, к средней точке которого подключена база супер-бета транзистора, эмиттер которого соединен с третьим одиночным выводом потенциометра, вторым выводом третьего резистора и первым выходом диодного моста, а его коллектор подключен через четвертый резистор ко второму выводу первого резистора и второму выходу диодного моста.

Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.

Устройство для защиты от перенапряжений содержит.

Дифференциальный автомат, динистор VD1, потенциометр R5, супер-бета транзистор VT, диодный мост VD2-VD4 и четыре резистора R1, R2, R3 и R4, причем входные выводы диодного моста VD2-VD4 подключены, соответственно, к входному нейтральному выводу дифференциального автомата и выходному фазному выводу дифференциального автомата, динистор VD1 включен между средней точкой цепи первого резистора R1 и потенциометра R5, средний вывод которого подсоединен к средней точке этой же цепи первого резистора R1 и потенциометра R5 и входом делителя, состоящим из второго резистора R2 и третьего резистора R3, к средней точке которого подключена база супер-бета транзистора VT, эмиттер которого соединен с третьим одиночным выводом потенциометра R5, вторым выводом третьего резистора R3 и первым выходом диодного моста VD2-VD4, а его коллектор подключен через четвертый резистор R4 ко второму выводу первого резистора R1 и второму выходу диодного моста VD2-VD4.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства для защиты от перенапряжений в сеть переменного напряжения при входном напряжении выше порогового уровня напряжения, установленного потенциометром R5, происходит пробой динистора VD1, что влечет за собой появление тока в делителе R2, R3 и появление тока базы супер-бета транзистора VT, достаточного для его перехода в режим насыщения, что влечет за собой прохождение импульса тока (более 30 миллиампер, например) через коллектор супер-бета транзистора VT и резистор R4, что в свою очередь шунтирует выход диодного моста VD2-VD5, обеспечивая, тем самым появление тока в цепи входного нейтрального вывода дифференциального автомата и его же выходного фазного вывода, что эквивалентно протеканию тока утечки, фиксируемого дифференциальным автоматом (УЗО), превышающего уровень тока утечки, достаточного для срабатывания дифференциального автомата (УЗО), в результате чего происходит выключение дифференциального автомата, при этом обеспечивается отключение нагрузки, подключенной к выходу дифференциального автомата (УЗО). При входном напряжении ниже уровня, установленного потенциометром R5 пробоя динистора VD1 не происходит и нагрузка не отключается дифференциальным автоматом.

Анализ работы устройства защиты от перенапряжений и его испытания показали, что ток потребления схемы модуля установки предельного напряжения срабатывания дифференциального автомата (УЗО) определяется прежде всего делителем R1, R5, уход параметров, при нагреве которых, вследствие прохождения через них тока, например, до 1 мА, практически не влияет на установленный порог открывания динистра VD1. При этом высокие чувствительность и коэффициент усиления супер-бета транзистора VT обеспечивают его работу в ключевом режиме, в результате чего коллекторный ток супер-бета транзистора VT в режиме отсечки (слежения), не превосходит 10 мкА, т.е. падение мощности на супер-бета транзисторе VT в режиме отсечки (слежения) не превосходит 5 мВт, что не приводит к нагреву супер-бета транзистора VT и обеспечивает стабильность уровня напряжения выключения (срабатывания) устройства для защиты от перенапряжения, установленного потенциометром R5. При этом собственная мощность потребления устройства для защиты от перенапряжений, в режиме слежения не превосходит 0,3 Вт.

Таким образом, обеспечение создания тока утечки, достаточного для срабатывания различных УЗО с широким разбросом максимально допустимых токов утечки и исключает необходимость дополнительной регулировки порогового уровня срабатывания в предлагаемом устройстве защиты от перенапряжений, в случае замены УЗО в данном устройстве, в отличие от прототипа и аналогов.

Плавная регулировка с помощью потенциометра R5 позволяет устанавливать порог срабатывания защиты с более мелким шагом и в более широком диапазоне, нежели в прототипе, что обеспечивает возможность установки уровня срабатывания УЗО, равного максимальному номинальному напряжению работы нагрузки, указанному в сопроводительной документации на нагрузку, например, 240 вольт или 242 вольта.

В свою очередь, использование в устройстве для защиты от перенапряжений динистора и супер-бета транзистора обеспечивает повышенную экономичность и стабильность работы схемы, по сравнению с прототипом.

Объектом предлагаемого изобретения является устройство для защиты от перенапряжений, содержащее дифференциальный автомат (Устройство защитного отключения), фазовую цепь, имеющую стационарный фазовый контакт, подвижный фазовый контакт, нейтральную цепь, имеющую стандартный нейтральный контакт и подвижной нейтральный контакт, механизм для работы вручную посредством рычага управления и для автоматической работы посредством выключающего механизма, дифференциальный трансформатор с магнитным кольцевым сердечником, несущим первичную фазовую обмотку и вторичную измерительную обмотку, связанную с реле выключения, работающим совместно с выключающим механизмом, с контрольной схемой с контрольным резистором и нажимной кнопкой, отличающееся тем, что для достижения технического результата расширения диапазона и точности установки максимального напряжения отключены, а также повышения экономичности и стабильности работы устройства, в него введены динистор, потенциометр, супер-бета транзистор, диодный мост и четыре резистора, причем входные выводы диодного моста подключены, соответственно, к входному нейтральному выводу дифференциального автомата и выходному фазному выводу дифференциального автомата, динистор включен между средней точкой цепи первого резистора и потенциометра, средний вывод которого подсоединен к средней точке этой же цепи первого резистора и потенциометра и входом делителя, состоящим из второго и третьего резисторов, к средней точке которого подключена база супер-бета транзистора, эмиттер которого соединен с третьим одиночным выводом потенциометра, вторым выводом третьего резистора и первым выходом диодного моста, а его коллектор подключен через четвертый резистор ко второму выводу первого резистора и второму выходу диодного моста. 1 ил.

Устройство для защиты от перенапряжений, содержащее дифференциальный автомат, выполненный в виде фазовой цепи, имеющей входной фазовый вывод, выходной фазовый контакт, нейтральную цепь, имеющую входной нейтральный вывод и выходной нейтральный контакт, механизм для работы вручную посредством рычага управления и для автоматической работы посредством выключающего механизма, дифференциальный трансформатор с магнитным кольцевым сердечником, несущим первичную фазовую обмотку и вторичную измерительную обмотку, связанную с реле выключения, работающим совместно с выключающим механизмом, с контрольной схемой с контрольным резистором и нажимной кнопкой, отличающееся тем, что в него введены динистор, потенциометр, супер-бета транзистор, диодный мост и четыре резистора, причем входные выводы диодного моста подключены соответственно к входному нейтральному выводу нейтральной цепи и выходному фазовому контакту фазовой цепи, динистор включен между средней точкой цепи первого резистора и потенциометра, средний вывод которого подсоединен к средней точке этой же цепи первого резистора и потенциометра и входом делителя, состоящего из второго и третьего резисторов, к средней точке которого подключена база супер-бета транзистора, эмиттер которого соединен с третьим одиночным выводом потенциометра, вторым выводом третьего резистора и первым выходом диодного моста, а его коллектор подключен через четвертый резистор ко второму выводу первого резистора и второму выходу диодного моста.