устройство защитного отключения электроустановок с синхронизатором фазы отключения

Формула изобретения

Устройство защитного отключения электроустановок в однофазной сети с глухозаземленной нейтралью, содержащее коммутационный аппарат с входом для подключения фазного (L) и нулевого рабочего (N) проводов питающей сети и выходом для подключения нагрузки, мостовой выпрямитель с дополнительным диодным плечом для подключения заземляющего провода (РЕ), причем фазный провод с выхода коммутационного аппарата (L1) подключен к мостовому выпрямителю через обмотку независимого расцепителя (HP) коммутационного аппарата, варистор, включенный между фазным проводом (L1) и заземляющим проводом (РЕ), стабилизатор напряжения, выполненный по компенсационной схеме и включенный последовательно в цепь анода ключа тиристорного в диагонали мостового выпрямителя, датчик дифференциального тока и усилитель, выход которого подключен к управляющему электроду ключа тиристорного, интегрирующую (RC) цепь, включенную на выход стабилизатора напряжения, при этом выводы конденсатора RC-цепи подключены к цепи питания усилителя, отличающееся тем, что оно снабжено варистором, включенным к выходным проводам коммутационного аппарата, схемой компенсационного стабилизатора напряжения на тиристоре, работающем в режиме катодного повторителя напряжения опорного стабилитрона, включенного последовательно с ограничительным резистором в цепь управляющего электрода тиристора, ключом тиристорным, включенным последовательно с компенсационным стабилизатором напряжения в диагональ мостового выпрямителя без ограничительного резистора тока HP, схемой выделения сигнала перехода синусоидального напряжения питающей сети через ноль, выполненной на транзисторе и включенной последовательно с опорным стабилитроном компенсационного стабилизатора таким образом, что ток опорного стабилитрона, протекая через базовый переход транзистора, шунтированный резистором, выделяет на его коллекторе импульс перехода синусоиды сетевого напряжения через ноль, используемый для стробирования сигнала управления ключа тиристорного.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, к классу автоматических устройств защиты людей от поражения электрическим током и повышения пожаробезопасности жилых зданий. За счет изменения схемного решения и алгоритма работы устройства защитного отключения получена его повышенная надежность в широком диапазоне отклонений напряжения питающей сети.

Уровень техники

Известно устройство защитного отключения (УЗО) для электрической сети с заземленной нейтралью, содержащее выключатель автоматический с катушкой независимого расцепителя, дифференциальный трансформатор тока с первичными обмотками по числу питающих проводов электрической сети и одной вторичной обмоткой и пороговый элемент с выходным ключом и узлом питания, выводы питания которого подключены к одному из фазных проводов и к нулевому проводу сети соответственно, при этом выводы вторичной обмотки дифференциального трансформатора тока соединены с входом порогового элемента, а также выпрямитель, дополнительный двуханодный стабилитрон с дополнительной обмоткой в дифференциальном трансформаторе для реализации дополнительных защитных функций (см. пат. РФ № 2124794, кл. Н02Н 3/16, опубл. 10.01.1999 г.).

Недостатком данного УЗО является то, что не имеется привязки момента отключения при появлении тока утечки к фазе синусоидального тока независимого расцепителя (HP), поэтому из-за явления самоиндукции в катушке индуктивности HP наблюдается затяжка процесса отключения коммутационного аппарата вплоть до его неотключения, при определенных углах фазы отключающего тока HP. Время отключения вышеуказанного УЗО зависит от фазы отключающего тока HP при появлении тока утечки, носит случайный характер и создает условия непрогнозируемой надежности УЗО.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятое автором за прототип является УЗО, содержащее коммутационный аппарат с нормально разомкнутыми контактами с входом для подключения проводников питающей сети и выходом для подключения нагрузки, мостовой выпрямитель (MB), причем фазный провод с выхода коммутационного аппарата подключен к MB через обмотку независимого расцепителя коммутационного аппарата, варистор, включенный между фазным проводом L1 и заземляющим проводом РЕ, стабилизатор напряжения, выполненный по компенсационной схеме на полевом транзисторе и ключ тиристорный, включенные последовательно с токозадающим резистором в диагональ MB, датчик дифференциального тока и усилитель, соединенный с ключом тиристорным (см. пат. РФ № 2184413, кл. Н02Н 5/10, 3/16, опубл. 27.06.2002 г.).

Недостатки прототипа:

- применение в стабилизаторе тока HP высоковольтного полевого транзистора с ограниченной энергией пробоя снижает надежность УЗО при использовании коммутационных аппаратов с низкоомными обмотками HP;

- время отключения УЗО зависит от фазы отключающего тока HP при появлении тока утечки, носит случайный характер и снижает надежность;

- варистор, включенный между фазным проводом L1 и заземляющим проводом РЕ, создает отключающий дифференциальный ток при перенапряжениях в сети, а в определенных случаях - и на грозовой импульс, снижая надежность.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является создание УЗО с повышенной надежностью, со стабильным временем отключения в широком диапазоне отклонений напряжения питающей сети.

Решение указанной задачи достигается тем, что УЗО электроустановок в однофазной сети с глухозаземленной нейтралью, содержащее коммутационный аппарат с входом для подключения фазного (L) и нулевого рабочего (N) проводов питающей сети и выходом для подключения нагрузки, шунтированный варистором, мостовой выпрямитель с дополнительным диодным плечом мостового выпрямителя для подключения заземляющего провода (РЕ), причем фазный провод с выхода коммутационного аппарата (L1) подключен к мостовому выпрямителю через обмотку независимого расцепителя (HP) коммутационного аппарата, стабилизатор напряжения, включенный последовательно с ключом тиристорным в диагональ мостового выпрямителя, датчик дифференциального тока и усилитель в отличие от прототипа снабжено дополнительной схемой выделения сигнала перехода синусоидального напряжения питающей сети через ноль и стабилизатором напряжения, выполненном по компенсационной схеме на тиристоре.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена схема УЗО с синхронизатором фазы отключения.

Осуществление изобретения

Патентуемое устройство содержит в качестве коммутационного аппарата выключатель автоматический 1 с нормально разомкнутыми контактами и обмоткой независимого расцепителя 2, мостовой выпрямитель 3 с диодным плечом 4 для подключения заземляющего проводника (РЕ), причем фазный проводник (L1) с выхода коммутационного аппарата соединен с мостом 3 через обмотку независимого расцепителя 2, варистор 5, включенный между выходными проводами (L1, N1) коммутационного аппарата, стабилизатор напряжения 6, выполненный по компенсационной схеме на тиристоре, работающем в режиме катодного повторителя напряжения опорного стабилитрона, включенного последовательно с ограничительным резистором в цепь управляющего электрода тиристора, ключ тиристорный 8, включенный последовательно со стабилизатором напряжения 6 в диагональ мостового выпрямителя без ограничительного резистора тока HP, схему выделения сигнала перехода синусоидального напряжения питающей сети через ноль 9, выполненную на транзисторе и включенную последовательно с опорным стабилитроном стабилизатора напряжения, датчик дифференциального тока 10 с усилителем 11.

Работа УЗО с синхронизатором фазы отключения осуществляется следующим образом.

После установки рукоятки выключателя 1 в положение ВКЛ напряжение сети подается в нагрузку и через обмотку HP 2 на мостовой выпрямитель 3, через стабилизатор напряжения 6, RC цепь 7, задающую уровень пульсаций, питает усилитель 11. При отсутствии утечки на землю ключ 8 закрыт и ток через обмотку независимого расцепителя 2 составляет порядка 1 мА, складывающийся из тока покоя усилителя 11 и тока стабилитрона стабилизатора 6, который, протекая через базовый переход, шунтированный резистором, транзистора схемы выделения сигнала перехода синусоидального напряжения сети через ноль 9, выделяет на его коллекторе разрешающий импульс, используемый для стробирования цепи управления ключа 8.

При появлении тока утечки на землю со стороны нагрузки дифференциальный сигнал с датчика дифференциального тока (трансформатора) 10 через усилитель 11, при наличии на стробирующем входе усилителя разрешающего уровня от схемы 9 выделения сигнала перехода синусоидального напряжения сети через ноль, включает ключ тиристорный 8 при достижении на его аноде уровня напряжения включения. Из-за короткого замыкания в нагрузке стабилизатора напряжения 6, вызванного открыванием ключа 8, тиристор стабилизатора напряжения 6 переходит в ключевой режим и полностью открывается, создавая совместно с открытым ключом 8 расцепляющий ток в диагонали моста 3. Значение расцепляющего тока определяется сопротивлением обмотки независимого расцепителя и напряжением питающей сети. В связи с тем, что начальная фаза расцепляющего тока синхронизирована схемой 9 с переходом синусоидального напряжения сети через ноль, время расцепления определяется только параметрами безинерционного независимого расцепителя и находится в пределах от 4 до 7 мс, т.е. процесс отключения происходит в пределах одной полуволны (10 мс) синусоидального напряжения питающей сети частотой 50 Гц без задержек, связанных с противодействием расцепляющему току эдс самоиндукции обмотки независимого расцепителя.

Таким образом, совместное использование схемы выделения сигнала перехода синусоидального напряжения сети через ноль 9 и стабилизатора напряжения, выполненного по компенсационной схеме на тиристоре 6, решает проблему прогнозируемой надежности УЗО при сохранении ранее достигнутых в прототипе высоких эксплуатационных характеристик.

Патентуемое УЗО «Ставропольского радиозавода «Сигнал» было испытано на соответствие требованиям государственных стандартов, распространяющихся на устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током.