АВТОМАТ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ТОКА ПОВРЕЖДЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H01H83/14 H02H3/33 

Изобретение относится к автомату защитного отключения тока повреждения согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.

Автоматы защитного отключения тока повреждения должны иметь согласно соответствующим международным, национальным или региональным инструкциям испытательное устройство для испытания функциональной пригодности автомата защитного отключения тока повреждения. Подобное испытательное устройство содержит, как правило, испытательное сопротивление и испытательный тестер, причем при приведении в действие испытательного тестера замыкается цепь испытательного тока, и подобным образом имитированный ток повреждения вырабатывается от одного проводника к другому проводнику на преобразователе суммарного тока. Если автомат защитного отключения тока повреждения функционирует надлежащим образом, он срабатывает, и размыкающие контакты автомата защитного отключения тока повреждения разъединяют проводники защищаемой сети. При подобных особенно просто выполненных испытательных устройствах испытательное сопротивление должно было бы термически выдерживать мощности порядка 30 Вт, возникающие при имитированном испытательном токе. Однако подобное сопротивление было бы очень большим и дорогостоящим, и поэтому, как правило, в цепи испытательного тока размещается так называемый вспомогательный контакт, который при размыкании размыкающих контактов также размыкает цепь испытательного тока. За счет этого термическая нагрузка испытательного сопротивления может поддерживаться малой, так как испытательное сопротивление должно выдерживать мощность только в интервале времени между приведением в действие испытательного тестера и срабатыванием автомата защитного отключения тока повреждения. Вообще обеспечение подобного вспомогательного контакта в цепи испытательного тока и его соединение с размыкающими контактами является конструктивно и технологически затратным и требует в форме вспомогательного контакта дополнительного дорогостоящего конструктивного элемента.

В JP 11339629 А описан автомат защитного отключения с цепью испытательного тока, который имеет схему стабилизации напряжения и полупроводниковый стабилитрон (диод Зенера).

Задачей изобретения является создание автомата защитного отключения тока повреждения вышеназванного типа, с помощью которого могут быть устранены вышеуказанные недостатки, с помощью которого - при отказе от коммутационного контакта в цепи испытательного тока - может использоваться испытательное сопротивление меньшего конструктивного размера и который имеет конструктивно простую структуру.

В соответствии с изобретением это достигается признаками пункта 1 формулы изобретения.

Тем самым в автомате защитного отключения тока повреждения - при отказе от коммутационного контакта в цепи испытательного тока - можно использовать испытательное сопротивление меньшего конструктивного размера. За счет заметно повышенного - по сравнению с известным уровнем техники - числа витков или общего количества обмоток, которыми цепь испытательного тока связана с преобразователем суммарного тока, испытательное сопротивление может быть выполнено значительно более высокоомным, чем это имело место до сих пор. За счет этого ток через испытательное сопротивление и, тем самым, также потребление мощности испытательного сопротивления может понижаться. Благодаря этому может применяться испытательное сопротивление, которое должно иметь еще меньшую термическую нагрузочную способность и несмотря на это пригодно для продолжительной эксплуатации, за счет чего можно отказаться от конструктивно и технологически затратного вспомогательного контакта для разделения цепи испытательного тока. Термически меньше нагружаемые сопротивления характеризуются, в противоположность термически более высоконагружаемым сопротивлениям, заметно уменьшенными размерами. Тем самым можно существенно снизить конструктивные и технологические затраты на создание автомата защитного отключения тока повреждения. За счет отказа от вспомогательного контакта, а также меньшей необходимой термической нагрузочной способности могут быть снижены затраты на создание автомата защитного отключения тока повреждения. За счет применения третичной обмотки как части цепи испытательного тока уже имеющиеся в автомате защитного отключения тока повреждения конструктивные узлы можно использовать многократно, благодаря чему может обеспечиваться экономия дополнительных ресурсов.

Зависимые пункты формулы изобретения, которые аналогично пункту 1 формулы изобретения одновременно образуют часть описания, касаются других предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Изобретение поясняется более подробно со ссылками на приложенный чертеж, на котором для примера изображена только предпочтительная форма выполнения соответствующего изобретению автомата защитного отключения тока повреждения как схематичная диаграмма протекания тока.

На чертеже показан автомат 1 защитного отключения тока повреждения, содержащий по меньшей мере один преобразователь 2 суммарного тока, через который проведены по меньшей мере один первый проводник 3 и один второй проводник 4 защищаемой цепи, причем на преобразователе 2 суммарного тока размещена по меньшей мере одна вторичная обмотка 5, причем вторичная обмотка 5 схемотехнически соединена с размыкателем 6, который через коммутационный фиксатор 20 соединен с размыкающими контактами 7 в по меньшей мере одном первом проводнике 3 и по меньшей мере одном втором проводнике 4, причем на преобразователе 2 суммарного тока размещена третичная обмотка 8, которая схемотехнически соединена с по меньшей мере одним зависимым от напряжения сопротивлением 9, причем третичная обмотка 8 является частью цепи 10 испытательного тока, включающей в себя испытательный тестер 11 и испытательное сопротивление 12.

Тем самым в автомате 1 защитного отключения тока повреждения - при отказе от коммутационного контакта в цепи 10 испытательного тока - может использоваться испытательное сопротивление 12 меньшего конструктивного размера. За счет заметно повышенного - по сравнению с известным уровнем техники - числа витков или количества витков или обмоток, с помощью которых цепь 10 испытательного тока связана с преобразователем 2 суммарного тока, испытательное сопротивление 12 может выполняться заметно более высокоомным, чем это было до сих пор. Тем самым ток через испытательное сопротивление 12 и, следовательно, также потребляемая мощность испытательного сопротивления 12 снижается. Поэтому может применяться испытательное сопротивление 12, которое должно иметь еще более низкую термическую нагрузочную способность, но несмотря на это пригодно для длительной эксплуатации, благодаря чему можно отказаться от конструктивно и технологически затратного вспомогательного контакта для размыкания цепи 10 испытательного тока. Термически менее нагружаемые сопротивления имеют по сравнению с термически более высоконагружаемыми сопротивлениями заметно сниженные размеры. За счет этого можно заметно снизить конструктивные и технологические затраты на создание автомата 1 защитного отключения тока повреждения. За счет отказа от вспомогательного контакта, а также меньшей необходимой термической нагрузочной способности испытательного сопротивления 12 можно снизить затраты на создание автомата 1 защитного отключения тока повреждения. Посредством применения третичной обмотки 8 в качестве части цепи 10 испытательного тока уже имеющиеся в автомате защитного отключения тока повреждения конструктивные узлы можно использовать многократно, благодаря чему могут экономиться дополнительные ресурсы.

В качестве испытательного сопротивления 12 в смысле заявленного изобретения определяется сопротивление, которое действует, по существу, как чисто омическое сопротивление или по меньшей мере на частоте защищаемой цепи действует как чисто омическое сопротивление.

На чертеже показана только особенно предпочтительная форма выполнения соответствующего изобретению автомата 1 защитного отключения тока повреждения для независимого от напряжения сети защитного отключения тока повреждения как схематичное изображение функциональных конструктивных узлов. Подобный автомат 1 защитного отключения тока повреждения предусмотрен для защиты установок и людей, причем в случае возникающего опасного тока повреждения потребители, подключенные к автомату 1 защитного отключения тока повреждения, отсоединяются от сети энергопитания, включающей в себя первый проводник 3 и второй проводник 4. Автомат 1 защитного отключения тока повреждения содержит соединительные клеммы 18, в частности винтовые соединительные клеммы, для подсоединения по меньшей мере одного первого и одного второго проводников 3, 4 электрической сети энергоснабжения. Представленная схематичная диаграмма прохождения тока показывает форму выполнения с только одним первым и одним вторым проводниками 3, 4. Однако могут предусматриваться формы выполнения с любым заданным количеством линий или проводников электрической сети энергоснабжения, в частности формы выполнения с тремя или четырьмя проводниками, например, для защиты потребителя трехфазного переменного тока, подключенного к сети трехфазного переменного тока. Последующее описание относится к представленной форме выполнения с одним первым и одним вторым проводниками 3, 4, причем она охватывает соответственно эквивалентным образом формы выполнения с множеством проводников. В первом и втором проводниках 3, 4 размещены так называемые размыкающие контакты 7, следовательно, коммутационные контакты, которые предусмотрены или выполнены для отсоединения или прерывания первого или второго проводников, а также для последующего замыкания. Описанные и показанные на чертеже конструктивные элементы или конструктивные блоки размещены совместно в изолированном корпусе, который имеет отверстия по меньшей мере для соединительных клемм 18 и приводимый в действие вручную рычаг переключения для ручного размыкания или замыкания размыкающих контактов 7. Кроме того, может быть предусмотрено, что соответствующий изобретению автомат 1 защитного отключения тока повреждения содержит другие непоказанные или неописанные конструктивные блоки или компоненты, например индикатор положения переключения, индикатор размыкания и т.п.

Соответствующий изобретению автомат 1 защитного отключения тока повреждения имеет, известным способом, по меньшей мере один преобразователь 2 суммарного тока с сердечником преобразователя, содержащим магнитный материал, через который проведены первый и второй проводники 3, 4 в качестве первичной обмотки. Может предусматриваться, что первый и второй проводники 3, 4 проводятся только по существу через центральное отверстие преобразователя 2 суммарного тока, или они навиваются вокруг сердечника преобразователя. На преобразователе 2 суммарного тока размещена, кроме того, вторичная обмотка 5 для обнаружения сигналов тока повреждения, причем вторичная обмотка 5 схемотехнически соединена с размыкателем 6, который предпочтительно выполнен как размыкатель 17 на постоянном магните, благодаря чему может быть реализовано особенно надежное и быстрое срабатывание автомата 1 защитного отключения тока повреждения. Размыкатель 6 действует механически через коммутационный фиксатор 20 на размыкающие контакты 7, что показано на чертеже пунктирной линией 19. При появлении опасного тока повреждения вырабатывается соответствующий сигнал тока повреждения во вторичной обмотке 5, и размыкатель 6 воздействует на размыкающие контакты 7, которые размыкаются и разделяют первый и второй проводники 3, 4.

Конструктивные блоки, размещенные в подобном зависимом от напряжения сети автомате 1 защитного отключения тока повреждения для обнаружения тока повреждения и размыкания автомата 1 защитного отключения тока повреждения и поэтому разделения размыкающих контактов 7, получают свою энергию, необходимую для размыкания, полностью из тока повреждения или пропорционального ему сигнала тока повреждения во вторичной обмотке 5 и поэтому не имеют никаких активных электронных компонентов, таких как транзисторы и/или операционные усилители, и никаких сетевых блоков питания для энергопитания подобных активных компонентов.

Автоматы 1 защитного отключения тока повреждения должны защищать людей и установки от воздействия электрических токов повреждения и в соответствующих опасных ситуациях отсоединять установки и потребителей от электрической сети энергоснабжения, причем нежелательные размыкания на основе неопасных, лишь очень кратковременно возникающих токов повреждения должны исключаться в максимальной степени. Поэтому соответствующий изобретению автомат 1 защитного отключения тока повреждения содержит, дополнительно к вторичной обмотке 5 для обнаружения токов повреждения для размыкания автомата 1 защитного отключения тока повреждения, так называемую третичную обмотку 8 или защитную обмотку на преобразователе 2 суммарного тока. Концы этой третичной обмотки 8 подключены к по меньшей мере одному зависимому от напряжения сопротивлению 9. Третичная обмотка и зависимое от напряжения сопротивление 9 выполнены таким образом, что зависимое от напряжения сопротивление 9 при заданном напряжении напрямую соединяется, третичная обмотка 8 тем самым становится проводимой с малым сопротивлением, и из индуцированного во вторичной обмотке 5 сигнала тока повреждения извлекается энергия. Тем самым можно избежать ложных размыканий на основе кратковременных, неопасных для людей и установок сетевых помех.

В качестве зависимого от напряжения сопротивления 9 может предусматриваться любое зависимое от напряжения сопротивление, например варистор. Особенно предпочтительно и, как показано на чертеже, предусмотрено, что зависимое от напряжения сопротивление 9 выполнено как по меньшей мере один диод 15, 16, благодаря чему обеспечивается возможность простого и экономичного выполнения автомата 1 защитного отключения тока повреждения. Для того чтобы описанную защиту от ложных размыканий обеспечить также в предпочтительном использовании автомата 1 защитного отключения тока повреждения при обычных в сетях энергоснабжения переменных токах, особенно предпочтительным является, как показано на чертеже, предусмотреть, что к третичной обмотке 8 подключены первый диод 15 и второй диод 16, причем первый диод 15 включен параллельно второму диоду 16, и первый диод 15 размещен с противоположной полярностью по отношению ко второму диоду 16. «С противоположной полярностью» означает в данном случае, что направления пропускания обоих параллельно включенных диодов 15, 16 установлены соответственно противоположными.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что третичная обмотка 8 является частью цепи 10 испытательного тока, включающей в себя испытательный тестер 11 и испытательное сопротивление 12, причем может предусматриваться любой вид соединения третичной обмотки 8 с цепью 10 испытательного тока или любой тип интеграции третичной обмотки 8 в цепь испытательного тока, с которыми могут достигаться описанные преимущества и действия.

При особенно предпочтительной описанной форме выполнения настоящего изобретения предусмотрено, что первый конец третичной обмотки 8 схемотехнически соединен с первым проводником 3, второй конец 14 третичной обмотки 8 схемотехнически соединен с испытательным тестером 11, испытательный тестер 11 схемотехнически соединен с испытательным сопротивлением 12 и испытательное сопротивление 12 схемотехнически соединено со вторым проводником 4. При этом понятие «схемотехническое соединение» означает электропроводное соединение, предпочтительно соединение сваркой, пайкой, соединение обжимом и/или клеммное соединение. Может быть предусмотрено, как показано на чертеже, что соединения цепи 10 испытательного тока с первым и вторым электрическими проводниками 3, 4 расположены на той же самой стороне преобразователя 2 суммарного тока. Но также может быть предусмотрено, что соединения цепи 10 испытательного тока с первым и вторым проводниками 3, 4 расположены на различных сторонах преобразователя 2 суммарного тока.

Автомат (1) защитного отключения тока повреждения с зависимым от сетевого напряжения размыкателем тока повреждения содержит по меньшей мере один преобразователь (2) суммарного тока, через который проведены по меньшей мере один первый проводник (3) и один второй проводник (4) защищаемой цепи. На преобразователе (2) суммарного тока размещена по меньшей мере одна вторичная обмотка (5), причем вторичная обмотка (5) схемотехнически соединена с размыкателем (6), который через коммутационный фиксатор (20) соединен с размыкающими контактами (7) в по меньшей мере одном первом проводнике (3) и по меньшей мере одном втором проводнике (4). На преобразователе (2) суммарного тока дополнительно размещена третичная обмотка (8), которая схемотехнически соединена с по меньшей мере одним зависимым от напряжения сопротивлением (9) для применения испытательного сопротивления (12) меньшей величины. При отказе от коммутационного контакта в цепи (10) испытательного тока третичная обмотка (8) является частью цепи (10) испытательного тока, включающей в себя испытательный тестер (11) и испытательное сопротивление (12). Технический результат - исключение ложных размыканий на основе кратковременных, неопасных для людей и установок сетевых помех. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автомат (1) защитного отключения тока повреждения с зависимым от сетевого напряжения размыкателем тока повреждения, содержащий по меньшей мере один преобразователь (2) суммарного тока, через который проведены по меньшей мере один первый проводник (3) и один второй проводник (4) защищаемой цепи, причем на преобразователе (2) суммарного тока размещена по меньшей мере одна вторичная обмотка (5), причем вторичная обмотка (5) схемотехнически соединена с размыкателем (6), который через коммутационный фиксатор (20) соединен с размыкающими контактами (7) в по меньшей мере одном первом проводнике (3) и по меньшей мере одном втором проводнике (4), отличающийся тем, что на преобразователе (2) суммарного тока дополнительно размещена третичная обмотка (8) для предотвращения ложных размыканий, которая схемотехнически соединена с по меньшей мере одним зависимым от напряжения сопротивлением (9), причем третичная обмотка (8) и зависимое от напряжения сопротивление (9) выполнены таким образом, что зависимое от напряжения сопротивление (9) при заданном напряжении переключается, чтобы из индуцированного во вторичной обмотке сигнала тока повреждения извлечь энергию, и третичная обмотка (8) является частью цепи (10) испытательного тока, включающей в себя испытательный тестер (11) и испытательное сопротивление (12).

2. Автомат (1) защитного отключения тока повреждения по п.1, отличающийся тем, что первый конец (13) третичной обмотки (8) схемотехнически соединен с первым проводником (3), второй конец (14) третичной обмотки (8) схемотехнически соединен с испытательным тестером (11), испытательный тестер (11) схемотехнически соединен с испытательным сопротивлением (12), и испытательное сопротивление (12) схемотехнически соединено со вторым проводником (4).

3. Автомат (1) защитного отключения тока повреждения по п.1 или 2, отличающийся тем, что зависимое от напряжения сопротивление (9) выполнено как по меньшей мере один диод (15, 16).

4. Автомат (1) защитного отключения тока повреждения по п.1, отличающийся тем, что к третичной обмотке (8) подключены первый диод (15) и второй диод (16), причем первый диод (15) включен параллельно второму диоду (16), и первый диод (15) размещен с противоположной полярностью по отношению ко второму диоду (16).

5. Автомат (1) защитного отключения тока повреждения по п.1, отличающийся тем, что размыкатель (6) выполнен как размыкатель на постоянном магните (17).