Устройство защиты отключения при решении проблемы электробезопасности на кораблях Российский патент 2022 года по МПК H02J3/00 G01R31/50 

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно, к технике электробезопасности и может быть использовано на кораблях судах, и других подвижных объектах.

Известно, что замыкания в электрических сетях с изолированной нейтралью одной из фаз на корпус могут приводить не только к возникновению перенапряжений и импульсных помех, но и к ухудшению состояния электробезопасности.

Обеспечение электробезопасности на кораблях является проблемой, так как на кораблях широко используется специальное электрическое оборудование. Характерно также применение электрифицированных передвижных средств механизации и электрического переносного оборудования и электроинструмента различного назначения, что требует особого внимания при решении проблемы электробезопасности на кораблях и судах. Корабельные электрические сети переменного тока, как правило, выполняются с изолированной от корпуса корабля нейтралью. При нормальном состоянии изоляции между фазами и отсутствием емкостных токов утечки на корпус повреждение изоляции одной фазы не вызывает аварийного срабатывания защиты от недопустимых токов, обеспечивая непрерывность электроснабжения, что является достоинством таких сетей. В то же время, при наличии однофазного замыкания на корпус, возникает опасность электрического поражения человека при одновременном прикосновении к корпусу корабля и любой другой, неповрежденной фазе.

В реальных корабельных сетях, кроме сопротивления изоляции, необходимо принимать во внимание наличие емкостей фаз сети относительно корпуса корабля. Она образуется как собственной распределенной емкостью применяемого электрооборудования, в том числе электрических кабелей, так и емкостью фильтров защиты электронной аппаратуры от помех.

На кораблях и судах уровень емкостей фаз значительно превышает уровень электробезопасности, а ряде случаев и уровень пожаробезопасности.

Применение переносного и передвижного электрооборудования напряжением 220 В и 380 В, частотой 50 Гц приводит к необходимости использования дополнительных средств защиты, а именно использовать устройства защиты отключения.

Такое устройство должно отключать питание, если ток утечки на корпус превысит величину 30 мА (отключающий ток).

В береговых электросетях в настоящее время накоплен достаточный опыт применения устройств защиты отключения (УЗО), прежде всего в сетях с заземленной нейтралью электроустановок жилых и общественных зданий. Аналоги: 1. odinelectric.ru>equipment/circuit-breaker…uzo…vidy.

2. ГОСТ 12.1.038-82 «ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов», М., Изд. Стандартов, 1984 г. Известно устройство защиты отключения. Прототип. Источник: https://odinelectric.ru/equipment/circuit-breaker/chto-takoe-uzo-naznachenie-m. Оно состоит из: дифференциального трансформатора тока, порогового элемента, исполнительного механизма и цепи тестирования.

Принцип действия УЗО. Функционирование устройства построено на фиксации тока утечки на «землю» и отключении электросети в случае такого ЧП. Наличие утечки прибор фиксирует только по разнице между токами: теми, что вышли из прибора, и теми, что вернулись обратно. Если с электросетью все в порядке, то токи идентичны по величине, однако разнятся по направлению. Как только появляется утечка - к примеру, вы дотронулись до незаизолированного на 100% провода - часть тока уходит «на землю» по другому контуру (в данном случае - посредством тела человека). Как результат, ток, вернувшийся в УЗО через нейтраль, будет меньше вышедшего. То же самое происходит, если в одном из электрических приборов повредилась изоляция. Тогда под напряжением оказываются корпус или другая деталь. Задевая их, человек создает еще один контур «на землю». В этом случае часть тока будет двигаться по нему, то есть, баланс разрушится.

Недостатком, как аналога, так и прототипа является то, что УЗО требует наличие отдельного провода защитного заземления наряду с проводом рабочего заземления. Провод защитного заземления в этом случае подводится к электроприемнику таким образом, что позволяет создать обходной конур и обеспечит наличие разностного тока, формирующего сигнал отключение питания при превышении током утечки заранее установленного значения.

В корабельных сетях переменного тока, выполненных по схеме с изолированной нейтралью, создание обходного контура тока утечки вызывает определенные трудности.

Целью изобретения является обеспечение электробезопасности в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Поставленная цель достигается тем, что в корпус устройства введено: : устройство защитного отключения которое соединено с входом и выходом разделительного трансформатора, который изменяет условие протекания различных токов утечки через сопротивление R_из или сопротивление человека R_ч со стороны нагрузки в сети питания, при этом лишь часть тока утечки, а именно через емкости С_о, формирует сигнал срабатывания, а другая часть возвращается в источник питания через емкости нагрузки С_н, не влияя на работу устройства защитного отключения, причем ток утечки через емкости С_о выше установки срабатывания, как только сопротивление станет ниже допустимого уровня, при этом электроприбор соединяется с выходом трансформатора.

Предлагаемое устройство состоит из:

1 - корпуса;

2 - устройство защиты отключения (УЗО);

3 - электроприбора;

4 - напряжение питающей сети (U_c);

5 - емкости фаз относительно корпуса на стороне питающей сети (С_о);

6 - емкости фаз относительно корпуса на стороне подключающей нагрузки (С_н);

7 - сопротивление тела человека (R_ч);

8 - сопротивление изоляции в цепи питания (R_из1; R_из2);

9 - защитного заземления.

Все элементы конструкции плотно соединены с корпусом. В устройстве обработка и формирование сигналов осуществляется с применением полупроводниковой и микроэлектронной техники. Для формирования тактового сигнала используется трансформаторный датчик тока. В качестве исполнительного органа использован малогабаритный контактор типа ПМ 12 в морском исполнении. ТУ3426-077-05758109-2014. Указанный контактор обеспечивает требуемое быстродействие (время отключение), необходимый ресурс работы и приемлемые массогабаритные параметры). В корпусе устройства защиты 2 размещаются платы электронных блоков, трансформаторный датчик тока утечки, предназначенные для определения силы переменного или постоянного тока в электрических цепях.

Он состоит из магнитопровода с зазором и компенсационной обмотки, датчика Холла и электронной платы обработки электрических сигналов. Контактор и зажимы для подключения внешних электрических кабелей (цепи питания и цепи нагрузки).

Устройство защиты отключения 2 работоспособно при суммарной емкости относительно корпуса корабля до 20 мкФ на фазу при несимметрии не более: 30% для сети 380 В; 40% для сети 220 В.

Время срабатывания при возникновении дифференциального тока не превышает значений: 1.. 2 I_ном - 200 мс; 250 - 100 мс; >500 - 90 мс. Применение устройство защиты отключения при решении проблемы электробезопасности на кораблях, несомненно, положительно скажется на состоянии электробезопасности кораблей и судов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам электробезопасности. Технический результат заключается в обеспечении электробезопасности в электрических цепях с изолированной нейтралью. Достигается тем, что одна часть тока утечки через емкости фаз относительно корпуса на стороне питающей сети С_о формирует сигнал срабатывания устройства защитного отключения, как только сопротивление станет ниже допустимого уровня и ток утечки через емкости фаз относительно корпуса на стороне питающей сети С_о будет выше уставки срабатывания, при этом другая часть тока утечки возвращается в источник питания через емкости фаз относительно корпуса на стороне подключающейся нагрузки С_н, не влияя на работу устройства защитного отключения. 1 ил.

Устройство защиты электроприборов на кораблях, в корпусе которого содержатся: электроприбор, соединенный с выходом трансформатора; устройство защитного отключения, в котором размещены плата электронных приборов, исполнительный орган в виде малогабаритного контактора, трансформаторный датчик тока утечки, состоящий из магнитопровода с зазором и компенсационной обмотки, датчика Холла и электронной платы обработки электрических сигналов, выполненный с возможностью определения силы переменного или постоянного тока в электрических цепях и формирования тактового сигнала; устройство защитного отключения соединено с входом и выходом разделительного трансформатора, который изменяет условия протекания различных токов утечки через сопротивление изоляции в цепи питания R_из или через сопротивление тела человека R_ч со стороны нагрузки в сети питания, при этом одна часть тока утечки через емкости фаз относительно корпуса на стороне питающей сети С_о формирует сигнал срабатывания устройства защитного отключения, как только сопротивление станет ниже допустимого уровня и ток утечки через емкости фаз относительно корпуса на стороне питающей сети С_о будет выше уставки срабатывания, при этом другая часть тока утечки возвращается в источник питания через емкости фаз относительно корпуса на стороне подключающейся нагрузки С_н, не влияя на работу устройства защитного отключения.