Устройство для защитного отключения электроустановки, корпус которой не заземляется, в сети с заземленной нейтралью

 

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к аппаратуре защиты, и может быть использовано для обеспечения безопасной эксплуатации различных электроприборов, корпус которых не заземляется, в сети с заземленной нейтралью, в том числе бытовых и электроинструмента. Целью изобретения является исключением ложных срабатываний и обеспечение возможности работы при произвольном подключении к нулю и фазе питающей сети. В качестве датчика тока утечки используют оптопары, состоящие из двухэлектродного ионного прибора (13, 17) и светочувствительного прибора (14, 18), причем ионные приборы оптопар подключены через резистивные делители к питающей сети, средняя точка делителей соединена с корпусом защищаемого прибора 1. Светочувствительные элементы 14, 18 управляют ключевыми элементами 24, 25, к выходу одного из которых подключено реле 10, отключающее электроприбор от сети при срабатывании защиты, которое происходит при появлении предпосылок поражения электрическим током: уменьшении сопротивления изоляции или при замыкании цепи корпус прибора - земля через тело человека. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к аппаратуре защиты, и может быть использовано для обеспечения безопасной эксплуатации различных электроприводов, корпус которых не заземляется, в сети с заземленной нейтралью, в том числе бытовых и электроинструментов.

Известен и широко применяется в технике способ защиты людей от поражения электрическим током путем заземления корпуса электроприборов [1] . Аналогичная защита осуществляется в некоторых зарубежных странах и при эксплуатации бытовых электроприборов, однако в этом случае требуется наличие в электропроводке третьего провода, так называемой нулевой фазы, которая отсутствует в бытовой электропроводке в СНГ.

В известных устройствах защитного отключения [2,3,4] для регистрации тока утечки используют трансформатор тока утечки (тока нулевой последовательности исполнительная часть таких устройств, включенный на выходе трансформатора транзисторный усилитель с катушкой управления коммутационным аппаратом [2] , к общим недостатками таких устройств [2,3,4] является то, что для получения уверенного сигнала наличия утечки требуется опасный для человека ток 10 и более миллиампер, при этом устройство отключения, основанное на этом принципе сработает только при одновременном выполнении двух условий: опасно пониженном сопротивлении изоляции и наличия замкнутой через тело человека цепи между корпусом прибора и землей, при этом через тело человека течет опасный ток 10 мА, что и вызывает срабатывание устройства.

К недостаткам устройства [2] относится также неустойчивость работы из-за повышенной чувствительности к высшим гармоникам коммутационных перенапряжений, всегда имеющихся в сети.

Недостатком устройства [3] является необходимость подбора параметров резонансного контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора тока утечки и конденсатора и неэффективной работы динисторов в режиме отпускания. Повышение надежности в [4] достигнуто введением в исполнительной части схемы стабилизации, фильтра и усилителя переменного тока релейного элемента. Устройство [4] , таким образом, стало еще более сложным и дорогостоящим, сохранив часть недостатков устройств [2] и [3] .

В устройстве [5] чувствительным элементом является управляющая сетка тиратрона. Для того, чтобы тиратрон загорелся, надо приложить напряжение между сеткой и катодом. Следовательно, катод должен быть соединен с нулевым проводом сети, а сетка с корпусом прибора. Если применять полярность включения, то к нулю оказывается подключенным анод тиратрона и напряжение утечки на корпус окажется приложенным между анодом и сеткой, при этом тиратрон не загорится и защита не сработает.

То есть первым недостатком [5] является то, что оно требует фиксированного подключения к нулевому и фазному проводу и не пригодно для бытовых приборов, включаемых в обычную розетку. Второй недостаток устройства [5] связан с тем, что корпус защищаемого прибора может быть подключен только к управляющему электроду тиратрона - сетке. Следовательно, тиратрон реагирует на изменение потенциала корпуса, а не на то утечки (ток измеряют по падению напряжения на резисторе, а в схеме с тиратроном нет резистора, по которому течет ток утечки, т. е. сопротивление негорящего тиратрона бесконечно велико), следовательно, тиратрон будет зажигаться от наводок, блуждающих потенциалов и т. д. , что вызовет ложные срабатывания защиты.

Целью изобретения является исключение ложных срабатываний и обеспечение возможности работы при произвольном подключении к нулю и фазе питающей сети.

Схема устройства, где в качестве ключевых элементов применены транзисторы, приведена на чертеже.

Нагрузка 1, соединенная с выводами 3 и 4, через контакты реле 7 и 11 подключается к питающей сети 5 и 6. Параллельно нагрузке подключены делители напряжения, состоящие из резисторов 15,16,19,20 и 12. Параллельно резисторам 15 и 19 подсоединены двухэлектродные ионные приборы оптопар 13 и 17. К точке соединения резисторов 15,19,12 и ионных приборов 13 и 17 через вывод 2 подключен корпус защищаемого прибора. Светочувствительные элементы оптопар 14 и 18 подключены одним концом к положительному выводу выпрямительного моста 22, подключенного через резистор 21 параллельно нагрузке. К выходу моста подключен также стабилитрон 23. Другие выводы светочувствительных элементов 14 и 18 подключены к базовым выводам транзисторов 24 и 25 соответственно, базовые выводы этих транзисторов через резисторы 26 и 27 соединены также с отрицательным выводом выпрямительного моста, куда подключены и эмиттерные выводы указанных транзисторов. Корректорный вывод транзистора 25 соединен с базой транзистора 24, а коллектор транзистора 24 соединен с обмоткой реле 10, другой вывод которой соединен с положительным выводом выпрямительного моста 22.

Работа устройства происходит следующим образом.

Если сопротивление изоляции нормальное, то после механического замыкание контактов 11 кнопкой 7 реле 10, загорается ионный прибор 8 - УЗО и электроприбор приведен в рабочее состояние: по цепи сеть (контакт 6) - резистор 16 - ионный прибор 13 - сопротивление 12 - сеть (контакт 5) течет ток. Резисторы 16,15,12 подобраны таким образом, что падение напряжения на резисторе 15 больше напряжения зажигания ионного прибора 13 и он зажигается, сопротивления резисторов 19,20 подобраны таким образом, что при нормальном сопротивлении изоляции напряжение на резисторе 19 ниже напряжения зажигания ионного прибора 17 и он не зажигается. Т. к. ионный прибор 13 загорелся, он освещает фоторезистор 14, его сопротивление уменьшается, открывается транзистор 24, по катушке реле 10 течет ток, больше тока отпускания (величина тока определяется номиналом резистора 21).

После появления утечки в цепи корпус прибора (вывод 2) - один из проводов сети (вывод 5,3) загорается ионный прибор 17 (т. к. сопротивление утечки оказывается включенным параллельно резистору 12, то падение напряжения на резисторе 12 уменьшается, а на резисторах 16,15,19,20 увеличивается, т. к. напряжение, приложенное между выводами 3 и 4, составляет 220 В, при этом падение напряжения на резисторе 19 становится больше напряжения зажигания ионного прибора 17, подключенного параллельно резистору 19), его свет освещает фоторезистор 18, открывается транзистор 25 и закрывается транзистор 24 (т. к. транзистор 25 шунтирует эмиттерный переход транзистора 24) - питание реле прекращается, оно обесточивает электроприбор.

При появлении утечки в цепи корпус электроприбора (вывод 2) - другой провод сети (вывод 6 и 4) сопротивление утечки шунтирует ионный прибор 13 - резистор 16 (при этом общее сопротивление резисторов 16,15,20,19, ионных приборов 13,17 и подключенного параллельно им сопротивления утечки между выводами 2 и 4 уменьшится, падение напряжения на резисторе 12 увеличится, а падение напряжения на резисторах 16,15,20,19 уменьшится, в этом случае падение напряжения на резисторе 15 станет меньше напряжения горения ионного прибора 13) ионный прибор 13 гаснет, транзистор 24 закрывается, по катушке реле течет ток меньше тока отпускания, оно отключает электроприбор от сети.

Т. к. устройство срабатывает при появлении утечки на любой из проводов сети 5 или 6, то не имеет значения какой из них 5 или 6 подключен к нулю, а какой к фазовому проводу, что позволяет обеспечить работу устройства при произвольном подключении к нулевому и фазному проводу питающей сети, газоразрядный элемент включен параллельно одному из резисторов делителя, в цепь которого включен корпус, следовательно, измеряется именно ток утечки, который и имеет значение для защиты, а не потенциал, как в [5] .

Таким образом, устройство срабатывает и отключает защищаемый прибор от сети при появлении предпосылок поражения электрическим током: уменьшения сопротивления изоляции ниже заданного уровня или при замыкании цепи корпус электроприбора - земля через тело человека даже при нормальном сопротивлении изоляции (как известно, для поражения током необходимо одновременное выполнение двух условий: уменьшение сопротивления изоляции и замыкании цепи корпус прибора - земля через тело человека).

Кроме того, сопротивление резисторов делителя 15,16,19,20 подбираются таким образом, что ток срабатывания защиты соответствует нормам МЭК и совершенно не ощущается человеком. (56) Электроприборы бытовые. Общие технические условия. ГОСТ 14087-80 (ст. СЭВ 1110-78).

Авторское свидетельство СССР N 743102, кл. Н 02 Н 3/16, 1978.

Авторское свидетельство СССР N 609160, кл. Н 02 Н 3/16, 1976.

Авторское свидетельство СССР N 1132322, кл. Н 02 Н 3/16, 1982.

Авторское свидетельство СССР N 917250, кл. Н 02 Н 3/16, 1980.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, КОРПУС КОТОРОЙ НЕ ЗАЗЕМЛЯЕТСЯ, В СЕТИ С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее в качестве датчика тока утечки газоразрядный прибор, первый ключевой элемент тока, на выход которого подсоединен исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью исключения ложных срабатываний и обеспечения возможности работы при произвольном подключении к нулю и фазе питающей сети, введен второй ключевой элемент, а в качестве датчика тока утечки используют две оптопары, газоразрядные двухэлектродные приборы которых включены через резистивные делители, подключенные между питающими проводами, средняя точка делителей соединена с корпусом электроустановки, а светочувствительные приборы оптопар подключены в цепь управления ключевых элементов тока, при этом выход второго ключевого элемента соединен с входом первого ключевого элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1