УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЕ Российский патент 2012 года по МПК H02H3/00 

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 и при превышении напряжения сети свыше допустимого по ГОСТу 220+10%=242B.

Известно 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, компаратор, элемент логического ИЛИ, второй времязадающий резистор, регулируемый 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 (Патент РФ на изобретение №2214664, м.кл. Н02Н 3/32, опубл. 2002.07.27).

Недостатком данного устройства являются заниженные функциональные возможности, обусловленные тем, что при превышении напряжения сети свыше допустимого по ГОСТу 220+10%=242 В происходит отключение сети, а не снижение величины напряжения.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет снижения величины напряжения при превышении напряжения сети свыше допустимого по ГОСТу 220+10%=242 В. Технический результат достигается за счет обеспечения однополупериодного протекания тока через нагрузку после размыкания сети контактами исполнительного органа.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что 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, 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 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, дополнительно содержит первый и второй тиристоры, управляющие входы которых соединены с выходом компаратора, вход первого и выход второго тиристоров соединены с входными проводами сети, а выход первого и вход второго тиристоров соединены с выходными проводами сети.

На фигуре приведена функциональная схема устройства защиты линии электропередач, где: 1 - датчик тока утечки; 2 - пиковый выпрямитель-усилитель; 3 - инерционная RC-цепь с первым времязадающим резистором R1 и времязадающим конденсатором С; 4 - пороговый элемент; 5 - исполнительный орган (реле); 6 - источник питания; 7 - стабилитрон; 8 - компаратор; 9 - элемент логического ИЛИ; 10 - второй времязадающий резистор; 11 - регулируемый делитель; 12 - резистор; 13, 14 - тиристоры.

Устройство защитного отключения комбинированное содержит датчик тока утечки 1, пиковый выпрямитель-усилитель 2, инерционную RC-цепь с времязадающими резистором и конденсатором 3, пороговый элемент 4, исполнительный орган 5, источник питания 6, стабилитрон 7, компаратор 8, элемент логического ИЛИ 9, второй времязадающий резистор 10, регулируемый делитель 11, резистор 12, первый 13 и второй 14 тиристоры, причем выход датчика тока утечки 1 присоединен к входу пикового выпрямителя-усилителя 2, выход которого соединен с времязадающим резистором, а времязадающий конденсатор соединен с входом порогового элемента с исполнительным органом, компаратор, элемент логического ИЛИ, второй времязадающий резистор, регулируемый делитель 11 и резистор 12, при этом резистор 12 одним выводом присоединен к аноду стабилитрона 7 и неинвертирующему входу компаратора 8, другой вывод резистора 12 присоединен к минусу источника питания 6 и одному выводу регулируемого делителя 11, другой вывод регулируемого делителя 11 присоединен к катоду стабилитрона 7, средний вывод регулируемого делителя 11 присоединен к инвертируемому входу компаратора 8, выходы пикового выпрямителя-усилителя 2 и компаратора 8 через первый и второй времязадающие резисторы присоединены к входам элемента 9 логического ИЛИ, а его выход присоединен к времязадающему конденсатору, управляющие входы первого 13 и второго 14 тиристоров соединены с выходом компаратора 8, вход первого 13 и выход второго 14 тиристоров соединены с входными проводами сети, а выход первого 13 и вход второго 14 тиристоров соединены с выходными проводами сети.

Устройство функционирует следующим образом. 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 не зависящее 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 242 В 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.

Для обеспечения понижения напряжения питания используются первый 13 и второй 14 тиристоры. Напряжением с выхода порогового элемента 4 осуществляется управление исполнительным органом 5, контактами которого происходит отключение напряжения сети. При этом с выхода компаратора 8 поступает управляющий сигнал на входы управления первого 13 и второго 14 тиристоров, они открываются и осуществляют однополупериодное протекание тока через нагрузку, чем понижают напряжения сети в два раза.

Использование: в области электротехники. Технической результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения однополупериодного протекания тока через нагрузку после размыкания сети контактами исполнительного органа. Устройство защитного отключения комбинированное содержит датчик тока утечки (1), пиковый выпрямитель-усилитель (2), инерционную RC-цепь с времязадающими резистором и конденсатором (3), пороговый элемент (4), исполнительный орган (5), источник питания (6), стабилитрон (7), компаратор (8), элемент логического ИЛИ (9), второй времязадающий резистор (10), регулируемый делитель (11), резистор (12), первый (13) и второй (14) тиристоры. 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, 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 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, отличающееся тем, что содержит первый и второй тиристоры, управляющие входы которых соединены с выходом компаратора, вход первого и выход второго тиристоров соединены с входными проводами сети, а выход первого и вход второго тиристоров соединены с выходными проводами сети.