Система защиты от перегрева элементов электрических сетей
Изобретение относится к противопожарному электротехническому оборудованию и решает проблему повышения надежности защиты элементов электрических сетей от перегрева. Проблема решается Системой защиты от перегрева элементов электрических сетей посредством подключения между нулевым (N) и защитным (РЕ) проводниками нормально разомкнутых термореле, использованием устройства защитного отключения (УЗО), автоматическим выключателем, через который подключен защитный проводник РЕ и механически соединенным с устройством защитного отключения (УЗО), для одновременного срабатывания. Термореле устанавливаются вблизи возможных мест перегрева контролируемых элементов электрических сетей. Термореле при перегреве формируют ток утечки, превышающий номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, в результате чего сеть обесточивается. Номинальный ток автоматического выключателя превышает номинальный отключающий дифференциальный ток срабатывания УЗО, но не превышает максимальный ток, на который рассчитано термореле. Использование автоматического выключателя, механически соединенного с УЗО, для одновременного срабатывания ограничивает протекающий через термореле ток, предотвращает его перегрев и возможное возгорание при несрабатывании УЗО по какой-либо причине. 1 ил.
Система защиты от перегрева элементов электрических сетей решает проблему повышения надежности защиты элементов электрических сетей от перегрева имеющих, кроме фазного (L) и нулевого (N) проводников, защитный проводник (РЕ) и состоит из устройства защитного отключения (УЗО), автоматического выключателя на защитном проводнике (РЕ) механически соединенного с устройством защитного отключения (УЗО) и термореле, установленных в местах возможного перегрева. Термины, обозначения и определения приводятся в соответствии с:
ГОСТ IEC 60051-151-2014
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ Часть 151
Электрические и магнитные устройства
ГОСТ IEC 60051-195-2005
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЩИТА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Термины и определения
ГOCT IEC/TR60755-2017
УСТРОЙСТВА ЗАЩИТНЫЕ, УПРАВЛЯЕМЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛНЫМ (ОСТАТОЧНЫМ ТОКОМ)
Общие требования
Под термином "Элемент электрической сети" понимается как один, так и несколько объединенных элементов выполняющих определенную функцию, из которых состоит электрическая сеть.
Под термином "Напряжение сети" будет пониматься действующее значение фазного переменного напряжения (U) между нулевым проводником (N) и фазным проводником (L) на выходе вводного распределительного устройства (ВРУ).
Под термином "Ток сети " будет пониматься действующее значение переменного тока (I) фазного проводника (L) на выходе вводного распределительного устройства (ВРУ).
Под термином "Мощность сети " будет пониматься Активная мощность в сети (Р) равная P=U*I.
Под термином "Устройство защитного отключения (УЗО)" в данном случае также понимается дифференциальный автоматический выключатель выполняющий функцию УЗО.
Из предшествующего известно "Устройство защиты контактов штепсельного соединения от перегрева", описанное в патенте RU 174 735, которое мы будем использовать для сравнения и называть в дальнейшем "Сравниваемым устройством". В Сравниваемом устройстве, в качестве контактов штепсельного соединения рассматриваются контакты штепсельной розетки. Вводные контакты розетки соединены с нулевым (N), фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками. Для защиты электрической сети используется УЗО. В Сравниваемом устройстве используется термоэлемент, состоящий из:
1. Вариант
нормально разомкнутого термореле, соединенного последовательно с резистором, которые подключены между фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками
2. Вариант
термистор, подключенный между фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками
В Варианте 1, при превышении температурой значения, равного температуре срабатывания термореле, через резистор протекает ток, превышающий по значению номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, и УЗО отключается.
В Варианте 2, при превышении температурой порогового значения для термистора, сопротивление термистора резко падает, вследствие чего через него протекает ток, превышающий по значению номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, и УЗО отключается.
Недостатки в Варианте 1:
- При нарушении целостности защитного (РЕ) проводника или отсутствия его соединения на вводном распределительном устройстве (ВРУ) с нулевым проводником (N), ток утечки, превышающий номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, отсутствует, УЗО не срабатывает, на корпусах приборов и оборудования появляется фазное напряжение.
- При не срабатывании УЗО по какой либо причине, например неисправности, через резистор протекает ток, который с учетом напряжения на резисторе, равного напряжению сети, вызывает нагрев резистора, если он не рассчитан на мощность в несколько Ватт. Например, при номинале резистора 6600 Ом при напряжении сети 220 Вольт на резисторе выделяется энергия равная 7,3 Ватт/сек. Резисторы рассчитанные на мощность 7,3 Ватт имеют большие габариты, что делает их монтаж в бытовую штепсельную розетку (используемую в загородных домах, квартирах для подключения различного оборудования) невозможным. Использование малогабаритных резисторов меньшей мощности, приведет к их нагреву, перегреву и выходу из строя, с вероятностью возгорания.
Недостатки в Варианте 2
- аналогичные недостаткам Варианта 1
- возможность ложного срабатывания УЗО, вследствие того, что характеристика термистора отличается от характеристики идеального ключа, и ток утечки через термистор будет суммироваться с токами утечки в термисторах аналогичных Сравниваемых устройствах, установленных в той же сети, и может превысить значение номинального отключающего дифференциального тока УЗО.
Особенностью Системы защиты от перегрева элементов электрических сетей, в дальнейшем Система, является использование устройства защитного отключения (УЗО), автоматического выключателя установленного на защитном проводнике (РЕ) механически соединенного с устройством защитного отключения (УЗО), и термореле установленных на местах возможного перегрева, подключенных между нулевым (N) и защитным (РЕ) проводниками, которые формируют при превышении температурного порога ток утечки, превышающий номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО.
Для описания работы Системы защиты от перегрева электрических сетей рассмотрим электрическую сеть Фиг. 1 со вводным распределительным устройством (ВРУ) 8, фазным (L) 12, нулевым (N)13, защитным (РЕ) 14 проводниками, УЗО 7 с номинальным отключающим дифференциальным током IΔn=30 мА, автоматическим выключателем 11 с номинальным током срабатывания 1 Ампер механически соединенным с УЗО 7, штепсельным соединителем 18 в качестве элемента электрической сети, к которому через контакты 20 подключена нагрузка с сопротивлением (Rr) 19. Прочие нагрузки в электрической сети отсутствуют. Будем считать расстояние от штепсельного соединителя до ВРУ равным расстоянию от точки расщепления 4 до вводного контакта штепсельного соединителя 25. Сопротивление фазного проводника от ВРУ до штепсельного соединителя (Rl) 17; сопротивление нулевого проводника от ВРУ до штепсельного соединителя (Rn) 16; сопротивление защитного проводника от ВРУ до штепсельного соединителя (Rpe) 15. Будем считать Rn=Rl=Rpe.
Напряжение питания от подстанции подается на ВРУ 8 через вводной контакт 1 фазного проводника и вводной контакт 2 совмещенного нулевого и защитного проводника (PEN) 2. Внутри ВРУ совмещенный нулевой и защитный проводник 2 расщепляется 4 на нулевой проводник (N) 13 и защитный проводник (РЕ) 14. ВРУ имеет локальное заземление 6.
Ток утечки создается термореле 24 с сопротивлением в замкнутом состоянии Rt 23. Ток через термореле 24 (It) равен току утечки при положении контактов 22 термореле 24. Автоматический выключатель 11 отключит УЗО при его не срабатывании по какой-либо причине, если ток утечки превысит 1 Ампер, и предотвратит перегрев термореле 24. Напряжение между защитным и нулевым проводниками Upn в месте установки штепсельного соединителя 18 при отсутствии тока в защитном проводнике 14, будет равно I*Rn. При токе сети I=40А, удельном сопротивлении нулевого проводника 0,0068 Ом/м и расстоянию между местом установки штепсельного соединителя и точкой расщепления 4 равному 30 метрам, Upn=0,0068*30*40=8,2B. При замыкании контактов термореле, переключение из положения 21 в положение 22, напряжение на термореле равно Upn. Небольшое значение напряжения на термореле позволяет ему выдерживать токи переключения в несколько десятков ампер.
Для расстояния от ВРУ 8 до штепсельного соединителя 18 равного 1 метр, напряжения в сети U=220 В, Rt=30 мОм, Rn=Rl=Rpe=0,0068 Ом, при наличии только одного штепсельного соединителя 18, для определения минимальной нагрузки при которой ток утечки будет равен It=IΔn=30 мА, произведем несложный расчет и получим значение сопротивления нагрузки 19 Rr=1144 Ом. Пренебрегая падением напряжения на сопротивлениях Rl и Rn, будем считать напряжение на нагрузке равным напряжению сети 220 В и соответственно мощность нагрузки будет равна Pn=42 Ватта. Это означает, что при наличии нагрузки мощностью более 42 Ватт, подключенной к штепсельному соединителю 18, установленному на расстоянии 1 метр от ВРУ 8, при превышении температурой порога срабатывания термореле 24, определяемого параметрами термореле, при переходе контактов термореле 24 из положения 21 в положение 22 произойдет отключение УЗО 7. Контакты УЗО 7 переключатся из положения 3 в положение 5 одновременно с контактами автоматического выключателя 11, контакты которого перейдут из положения 10 в положение 9. При увеличении расстояния (более 1 метра) от места установки штепсельного соединителя 18 до ВРУ 8, мощность нагрузки, необходимая для создания тока утечки It=IΔn=30 мА, будет уменьшаться.
Таким образом, обеспечивается защита термореле от перегрева и возгорания и, как следствие, повышается надежность защиты элементов электрических сетей.
Если в качестве штепсельного соединителя рассматривать штепсельную розетку, целесообразно устанавливать термореле на внутреннюю поверхность корпуса рядом с отверстиями для контактов штепсельного соединения.
Рассмотренный вариант использования Системы защиты от перегрева элементов электрических сетей, не исчерпывает все возможные варианты ее использования и технического исполнения.
Система защиты от перегрева элементов электрических сетей, состоящая из устройства защитного отключения, с номинальным отключающим дифференциальным током 30 мА, автоматического выключателя на защитном проводнике (РЕ) с номинальным током отключения 1 А, ограничивающего ток через защитный проводник (РЕ) и механически соединенного для одновременного срабатывания с устройством защитного отключения, нормально разомкнутых термореле, включенных между нулевым проводником (N) и защитным проводником (РЕ), которые при превышении температурного порога создают ток утечки, превышающий номинальный отключающий дифференциальный ток устройства защитного отключения.
