Устройство защиты электрической линии Российский патент 2021 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для многофакторной защиты электрических проводов от возгорания, в том числе, по причине плохого электрического контакта, и перегрузке по току, превышения допустимого напряжения, падения напряжения ниже допустимого, дефекта прерывания контакта и т.п.

Известно устройство для контроля и защиты электрических линий [RU 2303848, С2, Н02Н 3/08, 27.07.2007], содержащее исполнительный и чувствительный элементы, устройство включения, и контактную группу, при этом, в качестве исполнительного элемента применен полевой транзистор, а в качестве чувствительного элемента применено низкоомное сопротивление, а также в электрическую схему включены микроконтроллер мультиплексной связи, устройство управления, устройства сравнения, устройство формирования сигнала управления, дифференциально-функциональный усилитель, ключ напряжения, дифференцирующее устройство, при этом микроконтроллер мультиплексной связи выдает на устройство управления сигнал «включение» и при отсутствии сигнала блокировки с устройства сравнения, устройство управления выдает на устройство формирования сигнала управления сигнал U_вкл, устройство формирования сигнала управления формирует сигнал U_упр(t) на включение исполнительного элемента, на дифференциально-функциональный усилитель подается сигнал U_ДТ, пропорциональный протекающему току по чувствительному элементу, с дифференциально-функционального усилителя разностный сигнал между U_опор2 и U_ДТ поступает одновременно на ключ напряжения и первое устройство сравнения, последнее включает ключ напряжения при превышении разностного сигнала над U_опор3 и устройство формирования сигнала управления корректирует сигнал U_упр(t), который подается на исполнительное устройство, а также с дифференциально-функционального усилителя сигнал поступает на дифференцирующее устройство, с выхода которого сигнал, пропорциональный скорости изменения разностного сигнала, поступает на второе устройство сравнения, которое при превышении его над U_опор1, выдает сигнал на устройство управления, которое в свою очередь снимает сигнал U_вкл с устройства формирования сигнала управления, при этом происходит выключение исполнительного элемента в ускоренном режиме.

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность.

Известно также устройство [RU 2357341, С2, Н02Н 3/08, 27.05.2009], содержащее устройство управления, устройство формирования сигнала управления, исполнительный элемент, чувствительный элемент, устройства сравнения, дифференциально-функциональный усилитель, ключ напряжения, дифференцирующее устройство, микроконтроллер мультиплексной связи, при этом, в качестве устройства управления применен дешифратор, который преобразует двухразрядный двоичный код, подаваемый на вход дешифратора, в напряжение логического уровня на выходе дешифратора, а устройство формирования сигнала управления выполнено на основе генератора линейно-изменяющегося напряжения, при этом микроконтроллер мультиплексной связи выдает на устройство управления сигнал "включение", устройство управления выдает на устройство формирования сигнала управления сигнал U_вкл, по которому устройство формирования сигнала управления формирует сигнал U_упр(t) на включение исполнительного элемента по линейному закону а при выдаче микроконтроллером мультиплексной связи на устройство управления сигнала "выключение" или устройством сравнения сигнала "короткое замыкание" устройство управления выдает на устройство формирования сигнала управления сигнал U_выкл, по которому устройство формирования сигнала управления формирует сигнал U_упр (t) на выключение исполнительного элемента по линейному закону

Недостатком этого устройства также является его относительно высокая сложность.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 2022827, С1, Н02Н 5/04, 15.11.21994], содержащее датчик тока, присоединенный к первому входу блока вычисления перегрева, датчик скорости ветра и подключенный к нему нелинейный преобразователь, датчик температуры окружающей среды, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока вычисления перегрева, а его выход присоединен к исполнительному органу, а также второй и третий сумматоры, источник стабилизированного напряжения, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки регулируемых коэффициентов, при этом выход нелинейного преобразователя присоединен через первый блок регулируемого коэффициента к первому входу второго сумматора, источник стабилизированного напряжения через последовательно присоединенный второй блок регулируемого коэффициента подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого через третий блок регулируемого коэффициента присоединен к выходу датчика температуры окружающей среды, третий вход через четвертый блок регулируемого коэффициента подключен к выходу блока вычисления перегрева, а выход через пятый блок регулируемого коэффициента присоединен к второму входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу блока вычисления перегрева.

Недостатком устройств является относительно низкая точности и относительно узкая область применения, что обусловлено тем, что работа устройства основана на использовании датчика температуры окружающей среды и датчика ветра, что может вносить ошибки при защите линии от перегрева и не учитывать другие факторы, например, плохой контакт провода. Это сужает арсенал технических средств, которые могут быть использованы для многофакторной защиты электрических проводов от возгорания, в том числе, по причине плохого электрического контакта.

Задачей, которая решатся в изобретении, заключается в создании устройства для многофакторной защиты электрических линий, в том числе от возгорания по причине плохого электрического контакта.

Требуемый технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы для многофакторной защиты электрических линий, и повышении, на этой основе, эффективности защиты электрических линий.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство защиты электрической линии, содержащее исполнительный орган и ведущий чувствительный элемент, содержащий датчик тока в фазном проводе электрической линии, согласно изобретению, введен ведомый чувствительный элемент, устанавливаемый в точке подключения нагрузки к электрической линии (например в розетке или в подрозетнике) и содержащий датчик напряжения на нагрузке, при этом, ведущий чувствительный элемент содержит датчик напряжения между фазным и нейтральным проводами и выполнен с возможностью сравнения между собой напряжения на нагрузке, фиксируемом в ведомом чувствительном элементе, и напряжения между фазным и нейтральным проводами в ведущем чувствительном элементе при фиксируемом датчиком тока в фазном проводе электрической линии величине тока, и при разности напряжений выше допустимого при зафиксированном значении тока в ведущем чувствительном элементе формируют сигнал для исполнительного органа на отключение нагрузки, включенной на защищаемом участке электрической линии.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что ведущий чувствительный элемент содержит датчик напряжения ведущего чувствительного элемента, включенный между фазным и нейтральным проводами, датчик тока, включенный в фазный провод, и контроллер ведущего чувствительного элемента, вход показаний напряжения и вход показаний тока, которого соединены с выходом датчика напряжения ведущего чувствительного элемента и датчика тока, соответственно, блок питания контроллера ведущего чувствительного элемента, входы которого соединены к фазному и нейтральному проводниками, а выход соединен с входом питания контроллера ведущего чувствительного элемента, выход которого является выходом ведущего чувствительного элемента.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что ведомый чувствительный элемент содержит датчик напряжения ведомого чувствительного элемента, включенный между фазным и нейтральным проводниками, контроллер ведомого чувствительного элемента, вход показаний напряжения которого соединен с выходом датчика напряжения ведомого чувствительного элемента, и блок питания контроллера ведомого чувствительного элемента, вход которого соединен с фазным и нейтральным проводниками, а выход соединен с входом питания контроллера ведомого чувствительного элемента, выход которого является выходом ведомого чувствительного элемента.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - устройство защиты электрической линии совместно с нагрузкой;

на фиг. 2 - ведущий чувствительный элемент;

на фиг. 3 - ведомый чувствительный элемент;

на фиг. 4 - пример использования устройства защиты электрической линии.

Устройство защиты электрической линии (фиг. 1) содержит исполнительный орган 1 и ведущий чувствительный элемент 2, содержащий датчик 3 тока в фазном проводе электрической линии, а также ведомый чувствительный элемент 4, устанавливаемый в точке подключения нагрузки 5 к электрической линии и содержащий датчик 6 напряжения на нагрузке, подключенный параллельно нагрузке 5, при этом, ведущий чувствительный элемент 2 содержит датчик 8 напряжения между фазным и нейтральным проводом и выполнен с возможностью сравнения между собой напряжения на нагрузке 5, фиксируемого в ведомом чувствительном элементе 4, и напряжения между фазным и нейтральным проводами в ведущем чувствительном элементе 2 при фиксируемом датчиком 3 токе в фазном проводе электрической линии величине тока, и при разности напряжений выше допустимого при зафиксированном значении тока в ведущем чувствительном элементе 2 формировании сигнала для исполнительного органа 1 на отключение нагрузки, включенной на защищаемом участке электрической линии.

Ведущий чувствительный элемент (фиг. 2) содержит датчик 8 напряжения ведущего чувствительного элемента, включенный между фазным и нейтральным проводами, датчик 3 тока, включенный в фазный проводник, и контроллер 7 ведущего чувствительного элемента 2, вход показаний напряжения и вход показаний тока которого соединены с выходом датчика 8 напряжения ведущего чувствительного элемента и датчика 3 тока, соответственно, блок 9 питания контроллера ведущего чувствительного элемента, входы которого соединены к фазному и нейтральному проводам, а выход соединен со входом питания контроллера 7 ведущего чувствительного элемента, выход которого является выходом ведущего чувствительного элемента 2.

В частном случае качестве контроллера 7 ведущего чувствительного элемента может быть использован контроллер STM32F103C8T6.

Ведомый чувствительный элемент (фиг. 3) содержит датчик 6 напряжения ведомого чувствительного элемента, включенный между фазным и нейтральным проводами, контроллер 10 ведомого чувствительного элемента, вход показаний напряжения которого соединен с выходом датчика 6 напряжения ведомого чувствительного элемента, и блок 11 питания контроллера ведомого чувствительного элемента, вход которого соединен с фазным и нейтральным проводами, а выход соединен с входом питания контроллера 10 ведомого чувствительного элемента, выход которого является выходом ведомого чувствительного элемента 4.

В частном случае качестве контроллера 10 ведущего чувствительного элемента может быть использован контроллер STM32F103C8T6.

Работает устройство защиты электрической линии следующим образом.

Работа устройства основана на предположении, что измеряют падение напряжения на защищаемом участке электропроводки, соотносят это с током в линии, и, если падение напряжения больше нормального, отключают линию, т.к. детектирован перегрев проводника, скорее всего, в месте с плохим контактом.

Для этого на участок электрической линии устанавливаются на входе в электрическом щитке ведущий чувствительный элемент 2, а в точке подключения нагрузки 5 в розетке или подразетнике ведомый чувствительный элемент 4.

Ведомый чувствительный элемент 4 измеряет напряжение и передает данные в ведущий чувствительный элемент 2, например, по этой же линии или линии беспроводной связи. В ведущем чувствительном элементе 2 измеряется величина напряжения и величина тока. Далее в контроллере 7 ведущего чувствительного элемента определяется, не слишком ли большое падение напряжения (разница напряжений между измерениями в ведущем 2 и ведомом 4 чувствительных элементах в линии для такой силы тока), и, если более допустимого, то через исполнительный орган 1 отключает линию от нагрузки 5, например, методом генерирования тока утечки на УЗО.

Контроллеры в чувствительных элементах оцифровывают все показания датчиков, производят расчеты, контроллер ведущего чувствительного элемента отправляет сигнал на отключение и выводит на индикатор информацию о причине отключения. контроллеры хранят и выполняют логику работы устройства в целом. В зависимости от прошивки/настройки контроллеров, устройство настраивается под разные характеристики: толщина кабеля, максимальное/минимальное напряжение, максимально допустимое время превышения значения тока (для пусковых токов) и т.п.

Таким образом, в предложенном техническом решении достигается требуемый технический результат, который заключается в расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы для многофакторной защиты электрических линий и повышении на этой основе эффективности защиты.

Использование: в области электротехники для многофакторной защиты электрических проводов от возгорания, в том числе, по причине плохого электрического контакта. Технический результат - расширение арсенала технических средств. Согласно изобретению на участок электрической линии устанавливаются на входе в электрическом щитке ведущий чувствительный элемент (2), а в точке подключения нагрузки (5) в розетке или подразетнике ведомый чувствительный элемент (4). Ведомый чувствительный элемент (4) измеряет напряжение и передает данные в ведущий чувствительный элемент (2). В контроллере ведущего чувствительного элемента определяется падение напряжения между ведущим (2) и ведомым (4) чувствительным элементами в линии для такой силы тока. Если падение напряжения больше допустимого, то через исполнительный орган (1) отключают линию от нагрузки (5), т.к. детектирован перегрев проводника, в месте с плохим контактом. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство защиты электрической линии, содержащее исполнительный орган и ведущий чувствительный элемент, содержащий датчик тока в фазном проводе электрической линии, отличающееся тем, что в устройство введен ведомый чувствительный элемент, устанавливаемый в точке подключения нагрузки к электрической линии и содержащий датчик напряжения на нагрузке, при этом ведущий чувствительный элемент содержит датчик напряжения между фазным и нейтральным проводами и выполнен с возможностью сравнения между собой напряжения на нагрузке, фиксируемого в ведомом чувствительном элементе, и напряжения между фазным и нейтральным проводами в ведущем чувствительном элементе при фиксируемой датчиком тока в фазном проводе электрической линии величине тока, и при разности напряжений выше допустимого при зафиксированном значении тока в ведущем чувствительном элементе формируют сигнал для исполнительного органа на отключение нагрузки, включенной на защищаемом участке электрической линии.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ведущий чувствительный элемент содержит датчик напряжения ведущего чувствительного элемента, включенный между фазным и нейтральным проводами, датчик тока, включенный в фазный провод, и контроллер ведущего чувствительного элемента, вход показаний напряжения и вход показаний тока которого соединены с выходом датчика напряжения ведущего чувствительного элемента и датчика тока, соответственно, блок питания контроллера ведущего чувствительного элемента, входы которого соединены к фазному и нейтральному проводам, а выход соединен со входом питания контроллера ведущего чувствительного элемента, выход которого является выходом ведущего чувствительного элемента.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ведомый чувствительный элемент содержит датчик напряжения ведомого чувствительного элемента, включенный между фазным и нейтральным проводами, контроллер ведомого чувствительного элемента, вход показаний напряжения которого соединен с выходом датчика напряжения ведомого чувствительного элемента, и блок питания контроллера ведомого чувствительного элемента, вход которого соединен с фазным и нейтральным проводами, а выход соединен с входом питания контроллера ведомого чувствительного элемента, выход которого является выходом ведомого чувствительного элемента.