СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КЛЕММНОГО СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК G01K7/22 G05D23/24 

Изобретение относится к способу защиты электросети от короткого замыкания посредством регулирования температуры клеммных соединений и может быть использовано в промышленной и в бытовой аппаратуре для предотвращения пожароопасных ситуаций.

Широко известны плавкие предохранители, работа которых основана на последовательном включении предохранителя с потребителем электрического тока и разрыве электрической цепи с перегоранием плавкой вставки при превышении током номинального значения.

Такие предохранители повсеместно используются для защиты любого электрооборудования, например, для исключения перегрева проводов бытовой электрической сети в случае коротких замыканий. Однако в случае срабатывания плавкого предохранителя, дальнейшая работа цепи возможна только в случае замены сгоревшей вставки. К тому же, неграмотное увеличение номинального тока может повлечь за собой повреждение электропроводки от высокой температуры и вплоть до возникновения пожара.

Помимо плавких предохранителей часто используют автоматические выключатели, работа которых также основана на разрыве электрической цепи при превышении током номинального значения. При этом возможно повторное использование такого автомата защиты после перещелкивания его выключателей или снижения температуры ниже критической. Однако и в данном случае при нарушении условий использования чрезмерный ток может повредить розетки и другие элементы электроустановки, а также привести к возникновению пожароопасной ситуации. 

Известен способ работы устройства для контроля температуры (патент РФ №2023286, опубликовано 15.11.1994 г.), выбранный за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, заключающийся в том, что при включении питания 200 В управляющий ток, протекающий через управляющий электрод, выпрямляется на диодном мосте и через ограничитель напряжения запитывает делитель напряжения и компаратор, при этом напряжение на  неинвертирующем  входе компаратора больше, чем на инвертирующем входе, что вызывает срабатывание компаратора, который в свою очередь вызывает включение второго транзисторного ключа. Когда управляющий ток симистора достигает тока включения, симистор включается, а его выключение происходит, когда напряжение в сети уменьшается до нуля. В дальнейшем процесс повторяется. С увеличением температуры сопротивление терморезистора уменьшается, и когда напряжение на неинвертирующем входе становится меньше, чем на инвертирующем входе, первый транзисторный ключ запирается и включение симистора становится невозможным. При этом терморезистор начинает остывать, его сопротивление увеличивается, а следовательно увеличивается и напряжение на неинвертирующем входе компаратора. Когда напряжение на неинвертирующем входе станет больше, чем на инвертирующем входе, срабатывает компаратор, второй транзисторный ключ, и включается симистор.

Указанное решение позволяет не допустить нагрева электропроводки до критических показателей, продолжить питать потребителя, если температура снова снизится до нормы, а при повторном повышении температуры снова отключить потребителя, тем самым исключив оплавление изоляции электропроводки и её возгорание.

Однако в данном случае клеммное соединение, в котором происходит перегрев, и терморезисторы, которые выступают в роли термодатчиков, удалены друг от друга – связаны электрической связью. В итоге информация о перегреве наиболее уязвимой части - клеммного соединения - поступает на терморезисторы с задержкой, за время которой температура в клеммном соединении может возрасти до критического уровня, что увеличивает риск возникновения пожароопасной ситуации.

Техническим результатом изобретения является получение оперативной и достоверной информации о тепловом состоянии клеммных соединений электрической цепи за счет исключения электрической связи термодатчика с термощупом, а также использования инвертирующей схемы включения компаратора.

Технический результат достигается при использовании способа контроля температуры клеммного соединения, заключающегося в том, что устанавливают термощуп в клеммное соединение, используют термощуп в качестве основы для термодатчика, на неинвертирующий вход компаратора подают опорное напряжение, определяемое  делителем напряжения из постоянных резисторов, на инвертирующий вход компаратора подают изменяемое напряжение, определяемое постоянным резистором и терморезисторами, используемыми в качестве термодатчиков, далее производят сравнение напряжений на этих двух входах компаратора, при повышении температуры клеммного соединения до критического показателя и соответствующем превышении напряжения на инвертирующем входе открывают транзистор для срабатывания реле и разрывают электрическую цепь, при уменьшении температуры на клеммном соединении и соответствующем уменьшении напряжения на инвертирующем входе закрывают транзистор, отключают реле, тем самым возобновляя работу электрической цепи.

При срабатывании реле может быть включена светозвуковая сигнализация для дополнительного оповещения о повышении температуры выше допустимого уровня.

В заявляемом устройстве термощуп служит основанием для установки термодатчика, благодаря чему достигается максимальное приближение термодатчика к контролируемой части защищаемого объекта. Это позволяет обеспечить получение оперативной и достоверной информации о тепловом состоянии самой уязвимой, подверженной возгораниям части объекта защиты. Отсутствие электрической связи термодатчика с термощупом исключает ложное срабатывание, что повышает достоверность информации. Только в такой совокупности взаимосвязей достигается технический результат - оперативность срабатывания.

Инвертирующая схема включения компаратора – схемное решение, позволяющее получить низкий уровень сигнала на выходе компаратора.

На фиг. 1 показано устройство контроля температуры клеммного соединения (контроллер), реализующее заявляемый способ.

На фиг. 2а показан вид сверху используемого термощупа, на фиг. 2б - вид сбоку используемого термощупа.

На фиг. 3а показан штыревой термощуп для зажима в клеммном соединении, на фиг. 3б – термощуп в виде клеммы под гаечное соединение.

На фиг. 1 изображено устройство контроля температуры клеммного соединения (контроллер), реализующее заявляемый способ, которое содержит компаратор 1, оба входа которого подключены к делителям напряжения. Первый делитель напряжения, подключенный к инвертирующему входу («-») компаратора 1, состоит из постоянного резистора 2 и терморезисторов 3 и 4, которые являются термодатчиками и могут быть соединены как последовательно, так и параллельно. Второй делитель напряжения, подключенный к неинвертирующему входу («+») компаратора 1, состоит из постоянных резисторов 5 и 6. Выход компаратора 1 соединён с транзистором 7 и реле 8. Резистор 10 является ограничителем тока для светодиода 9, который служит индикатором перегрева клеммного соединения. Звуковая сигнализация 11 может быть дополнительно использована для оповещения пользователей о перегреве клеммного соединения.

Термощуп представляет собой металлический наконечник, выполненный из металла, имеющий любую конфигурацию, в теле которого располагается термодатчик (фиг. 2а, фиг. 2б).

Наиболее распространенные формы наконечников - штыревой для зажима в клеммном соединении (фиг. 3а) и в виде клеммы под гаечное соединение (фиг. 3б).

Термощуп зажимается в клеммное соединение и находится максимально близко к месту возможного перегрева электропроводки из-за плохого контакта, что позволяет быстро определять место перегрева. В теле термощупа располагаются термодатчики – терморезисторы 3 и 4. Количество терморезисторов определяется количеством клеммных соединений, которые необходимо контролировать. Для максимально точной и быстрой передачи нагрева термошупа к термодатчику последний смазан термопастой. В качестве термощупа можно также использовать штыревые контакты бытовой сетевой вилки и контролировать температуру в розетке, в которую включена данная сетевая вилка с контроллером, реализующим заявляемый способ.

Как известно, сопротивление терморезистора при комнатной температуре очень большое и уменьшается при нагревании. Согласно логике работы делителя напряжения, напряжение на инвертирующем входе компаратора 1 будет ниже при комнатной температуре и будет повышаться при нагреве терморезисторов 3 и 4.

Чтобы включать реле 8 в зависимости от температуры, необходимо установить порог переключения (температуру порога переключения). Для этого служит неинвертирующий вход компаратора 1, на который подаётся опорное (неизменяемое) напряжение. Это опорное напряжение задаётся постоянными резисторами5 и 6, которые выполняют роль делителя напряжения.

Компаратор сравнивает два уровня напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах. Если напряжение на инвертирующем входе  будет больше, чем на неинвертирующем входе, то выходное напряжение с компаратора 1 откроет транзистор 7 и вызовет срабатывание реле 8. Как только напряжение на инвертирующем входе при понижении температуры опустится ниже уровня напряжения на неинвертирующем входе, транзистор 7 закроется, реле 8 отключится.

Изобретение позволяет не допустить перегрева электропроводки, предотвратить пожары от возгорания электропроводки систем электроснабжения жилых, административных и производственных объектов напряжением 0,4 кВ, распространяемые от зажимов коммутационной аппаратуры.

Изобретение относится к способу защиты электросети от короткого замыкания посредством регулирования температуры клеммных соединений и может быть использовано в промышленной и в бытовой аппаратуре для предотвращения пожароопасных ситуаций. Техническим результатом является получение оперативной и достоверной информации о тепловом состоянии клеммных соединений электрической цепи за счет исключения электрической связи термодатчика с термощупом, а также использования инвертирующей схемы включения компаратора. В заявленном способе контроля температуры клеммного соединения устанавливают термощуп в клеммное соединение и используют термощуп в качестве основы для термодатчика. При этом на неинвертирующий вход компаратора подают опорное напряжение, определяемое делителем напряжения из постоянных резисторов, на инвертирующий вход компаратора подают изменяемое напряжение, определяемое постоянным резистором и терморезисторами, используемыми в качестве термодатчиков. Далее производят сравнение напряжений на этих двух входах компаратора. При повышении температуры клеммного соединения до критического показателя и соответствующем превышении напряжения на инвертирующем входе открывают транзистор для срабатывания реле и разрывают электрическую цепь. При уменьшении температуры на клеммном соединении и соответствующем уменьшении напряжения на инвертирующем входе закрывают транзистор, отключают реле, тем самым возобновляя работу электрической цепи. 3 ил.

Способ контроля температуры клеммного соединения, заключающийся в том, что устанавливают термощуп в клеммное соединение, используют термощуп в качестве основы для термодатчика, на неинвертирующий вход компаратора подают опорное напряжение, определяемое  делителем напряжения из постоянных резисторов, на инвертирующий вход компаратора подают изменяемое напряжение, определяемое постоянным резистором и терморезисторами, используемыми в качестве термодатчиков, далее производят сравнение напряжений на этих двух входах компаратора, при повышении температуры клеммного соединения до критического показателя и соответствующем превышении напряжения на инвертирующем входе открывают транзистор для срабатывания реле и разрывают электрическую цепь, при уменьшении температуры на клеммном соединении и соответствующем уменьшении напряжения на инвертирующем входе закрывают транзистор, отключают реле, тем самым возобновляя работу электрической цепи.