Выключатель автоматический универсальный с защитой по напряжению и току

Выключатель автоматический универсальный с защитой по напряжению и току (ВАУЗ-НТ) относится к электротехническим устройствам и предназначен для обеспечения безопасной работы в электросети - защите линии, электроприборов и человека от неблагоприятных факторов воздействия электрического тока. ВАУЗ-НТ предполагает использование провода «земля» в 3-проводной линии в качестве информационного для регистрации сигналов с внешних датчиков: тока, температуры, загазованности, задымленности, грозового разрядника и т.д. Благодаря применению принудительного электронного управления электромагнитным расцепителем в автоматическом выключателе и входа для регистрации сигналов с внешних датчиков, ВАУЗ-НТ обладает большими функциональными возможностями и повышенными техническими характеристиками по сравнению с имеющимися автоматическими выключателями, совместно работающими с устройствами защитного отключения, что ставит его на новую ступень в развитии аналогичных средств защиты.

Полезная модель относится к системам защиты, осуществляющим автоматическое отключение и непосредственно реагирующим на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров. Предлагаемое устройство предназначено для обеспечения безопасной работы в электросети - защите линии, электроприборов и человека от неблагоприятных факторов воздействия электрического тока.

Выключатель автоматический универсальный с защитой по напряжению и току (ВАУЗ-НТ) предполагает использование провода «земля» в 3-проводной линии в качестве информационного для регистрации сигналов с внешних датчиков: тока, температуры, загазованности, задымленности, грозового разрядника и т.д.

К аналогам ВАУЗ-НТ относятся автоматические выключатели (АВ) [1], совместно работающие с устройствами защитного отключения (УЗО) [2] и механически друг с другом связанные, но не предполагающие использование провода «земля» для регистрации сигналов с внешних датчиков.

Наиболее близким по выполняемой функции является автоматический выключатель ВА47-29 [1] с устройством защитного отключения АД-14 [2], который выбран в качестве прототипа.

К АВ с УЗО можно подключить датчик таким образом, чтобы при его срабатывании обеспечить ток утечки на провод «земля», соединенный с «нулем». В виду небольшой чувствительности УЗО при регистрации токов утечки, зависящей от токов нагрузки, а также из-за невозможности обеспечить универсальность подключения внешних датчиков по любому из проводов «фаза» или «ноль», заявленный режим использования АВ с УЗО не применяется на практике.

В основе работы АВ лежит использование обмотки электромагнита в качестве датчика тока. Воздействуя якорем на рычаг механической части выключателя, электромагнит размыкает его подвижные контакты, разрывая тем самым электрическую цепь.

Основной задачей АВ является защита электросети от короткого замыкания в нагрузке, если ток в ней превысит порог срабатывания автомата.

Из-за конструктивных особенностей и физических свойств электромагнита АВ не имеет ярко выраженного порога срабатывания по току. Поэтому, чтобы устранить ложные отключения АВ, электромагнит рассчитывается на ток срабатывания, намного

превышающий номинальную рабочую нагрузку, что видно из технической характеристики АВ [1].

Такие АВ нашли применение на промышленных предприятиях, так как устраняют ложные отключения пусковыми токами индуктивной нагрузки, источником которой, в частности, являются электродвигатели.

В электрических сетях, предназначенных для работы с осветительной нагрузкой и бытовыми электроприборами, характерной особенностью которых являются незначительные величины индуктивных токов, применение АВ может привести к существенным аварийным последствиям, так как проектирование таких линий чаще всего ведется из-за нагрузочной достаточности и экономических соображений в выборе сечения и марки подводящих проводов.

Для подключения внешних дополнительных устройств в АВ имеется доступ к рычагу механической части выключателя, воздействуя на который внешним механическим приводом, УЗО разрывает электрическую цепь, отключая нагрузку.

Недостатками АВ являются:

1. Большое время срабатывания электромагнитного расцепителя (ЭР);

2. Большой ток надежного срабатывания ЭР при перегрузке и коротком замыкании в линии;

3. Зависимость тока срабатывания от величины номинального нагрузочного тока;

4. Неоднозначность в срабатывании по п.1 и п.2;

5. Невозможность осуществлять контроль за неисправной нагрузкой с токами, не превышающими порог срабатывания АВ, отсутствие которого может привести к пожароопасной ситуации;

6. Зависимость тока надежного срабатывания АВ от параметров линии, ее сопротивления и длины, которые, в ряде случаев, могут превышать допустимые пределы в результате:

- ослабления контактов, подключенных электротехнических устройств;

- увеличения сопротивления линии с ее нагревом;

- увеличения переходных сопротивлений скруток в распределительных коробках;

- подключения нагрузки через переносные удлинительные линии;

7. Невозможность контролировать температуру проводов линии;

8. Невозможность подключения к АВ более одного внешнего дополнительного устройства для расширения функциональных возможностей автомата.

К недостаткам УЗО [2] относятся:

1. Большие пороговые значения дифференциального тока (тока утечки), лежащие на уровне, который опасен для жизни и здоровья человека в случае его поражения электрическим током;

2. Большое превышение порога срабатывания УЗО от величины максимально допустимого значения напряжения сети;

3. Внешнее механическое управление АВ, ограничивающее подключение других дополнительных устройств.

Указанные недостатки АВ с УЗО в полной мере устранены в ВАУЗ-НТ.

Технический результат достигается тем, что в выключатель автоматический универсальный с защитой по напряжению и току (ВАУЗ-НТ), содержащий автоматический выключатель ВА47-29, введены:

- дополнительная обмотка (ДО), имеющая электромагнитную связь с автоматическим выключателем ВА47-29;

- электронный ключ (ЭК), управляющий дополнительной обмоткой;

- устройство управления электронным ключом (УУЭК), содержащее датчик тока (ДТ), защитное устройство от повышенного напряжения (ЗУПН), устройство обнаружения дифференциального тока (УОДТ) и устройство слежения за внешними датчиками и токами утечки (УСВДТУ);

- n внешних датчиков (ВД), где n - натуральное число.

При этом вход автоматического выключателя ВА47-29 является входом «фаза» линии электрический сети, а выход соединен с входами ЭК, ЗУПН и через датчик тока с «фазными» входами УОДТ и УСВДТУ. «Ноль» линии электрической сети соединен с «нулевыми» входами УОДТ и УСВДТУ и выходом ДО. Выходы ЗУПН, ДТ, УОДТ, УСВДТУ соединены с управляющим входом ЭК, выход которого соединен с ДО. «Фазный» и «нулевой» выходы УОДТ соединены с входами внешних датчиков, выходы которых являются соответственно выходами «фаза» и «ноль» электрической сети. Сигнальные выходы внешних датчиков соединены с входом «земля» УСВДТУ.

В качестве внешних датчиков могут использоваться датчики тока, датчики температуры, датчики загазованности, датчики задымленности, грозовые разрядники.

Описание заявленного устройства поясняется чертежом Фиг.1, где схематично показана блок-схема ВАУЗ-НТ с подключенными внешними датчиками. На блок-схеме приняты следующие обозначения: ВА47-29 - автоматический выключатель; ДО - дополнительная обмотка; ЭК - электронный ключ; УУЭК - устройство управления электронным ключом; ЗУПН - защитное устройство от повышенного напряжения; ДТ -

датчик тока; УОДТ - устройство обнаружения дифференциального тока; УСВДТУ - устройство слежения за внешними датчиками и токами утечки.

Работает ВАУЗ-НТ следующим образом.

Напряжение сети 220 В подается по проводам «фаза» и «ноль» на автоматический выключатель ВА47-29, с выхода которого напряжение по проводу «фаза» подается на ЭК являющееся источником энергии для дополнительной обмотки ДО, при срабатывании ключа от сигнала управления, идущего с узлов ДТ, ЗУПН, УОДТ, УСВДТУ блока УУЭК. Дополнительная обмотка ДО имеет электромагнитную связь с электромагнитным расцепителем ЭР, позволяющая принудительно размыкать контакты автоматического выключателя ВА47-29 по сигналу управления, поступающего на ЭК.

Провод «фаза» поступает также на измерительную токовую обмотку датчика тока ДТ с напряжением, которое используется для передачи сигнала управления на ЭК по сигнальным цепям ДТ «вход-выход».

Напряжение сети по проводу «фаза» подается на фильтр импульсных помех в узле ЗУПН с последующим сравнением с опорным напряжением в пороговом устройстве и подачей сигнала управления на ЭК при выходе его значения за допустимые пределы.

Провода «фаза» и «ноль» проходят через токовый трансформатор узла УОДТ. В информационной обмотке трансформатора индуцируется сигнал, который усиливается до необходимой величины и с выхода УОДТ поступает на ЭК.

Эти же провода подключаются к УСВДТУ и используются для создания на его выходе сигнала управления ЭК по сигналам, поступающим на вход узла с внешних датчиков по проводу «земля» 3-проводной линии.

Введение электронного управления в ЭР, позволяет расширить функциональные возможности АВ, работающего совместно с УЗО, необходимые для безопасной работы в сети и устранить указанные недостатки при сохранении параметров автомата ВА47-29:

1. Мгновенное время срабатывания достигается введением в ВАУЗ-НТ резервного источника питания, выполненного на конденсаторе с накопительной емкостью, достаточной, чтобы запасенной в ней энергии, хватило для срабатывания ЭР. Чтобы исключить разрядку конденсатора через элементы остальной части электрической схемы, необходимо подключить его к источнику питания через развязывающий диод;

2. Точный порог срабатывания ЭР по току, достигается введением внутреннего датчика тока ДТ, (Фиг.1);

3. Независимость ВАУЗ-НТ от длины линии и ее сопротивления достигается устройством, которое регистрирует сигналы с внешних датчиков тока ВДТ по

информационному проводу «земля» 3-проводной линии. На блок-схеме (Фиг.1) данное устройство обозначено как - УСВДТУ;

Устройство реализуется таким образом, чтобы обеспечить возможность подключения ВДТ по любому из проводов линии «фаза» или «ноль» для удобства установки их потребителем.

4. Индивидуальный контроль устройством УСВДТУ за нагрузками:

- токи, которых меньше порога срабатывания ВАУЗ-НТ;

- с токами утечки на провод «земля», соединенного в ВАУЗ-НТ;

- с токами, определяющими работоспособность электроприборов;

5. Обеспечение электробезопасности человека от поражения электрическим током, возникающим между «фазой» или «нулем» и металлическими частями электроприборов в случае их неисправности;

6. Защита человека от поражения электрическим током, возникающим между «фазой» и заземленными на «ноль» нетоковедущими металлоконструкциями, устройством обнаружения дифференциального тока УОДТ;

7. Защита, от несанкционированного отбора электроэнергии минуя автомат с улучшенными характеристиками, чем у аналога;

8. Защита электроприборов от повышенного напряжения ЗУПН, выполнена при минимизации массогабаритных показателях узла и необходимости приближения порога срабатывания к верхнему допустимому пределу напряжения сети с учетом импульсных помех, которые могут возникнуть в линии.

Экспериментальный образец предлагаемого устройства, реализованный на современной промышленной базе, позволил подтвердить его заявленные высокие технические характеристики.

Использованные источники информации

1. Интерэлектрокомплект. Каталог. М., 2003 г. Издание третье. С.4-5

2. Интерэлектрокомплект. Каталог. М., 2003 г. Издание третье. С.14-15.

Выключатель автоматический универсальный с защитой по напряжению и току, содержащий автоматический выключатель ВА47-29, отличающийся тем, что введены дополнительная обмотка, имеющая электромагнитную связь с автоматическим выключателем ВА47-29, электронный ключ, управляющий дополнительной обмоткой, устройство управления электронным ключом, содержащее датчик тока, защитное устройство от повышенного напряжения, устройство обнаружения дифференциального тока и устройство слежения за внешними датчиками и токами утечки, n внешних датчиков, где n - натуральное число, при этом вход автоматического выключателя ВА47-29 является входом «фаза» линии электрический сети, а выход соединен с входами электронного ключа, защитного устройства от повышенного напряжения и через датчик тока с «фазными» входами устройства обнаружения дифференциального тока и устройства слежения за внешними датчиками и токами утечки, «ноль» линии электрической сети соединен с «нулевыми» входами устройства обнаружения дифференциального тока и устройства слежения за внешними датчиками и токами утечки и выходом дополнительной обмотки, выходы защитного устройства от повышенного напряжения, датчика тока, устройства обнаружения дифференциального тока, устройства слежения за внешними датчиками и токами утечки соединены с управляющим входом электронного ключа, выход которого соединен с входом дополнительной обмотки, «фазный» и «нулевой» выходы устройства обнаружения дифференциального тока соединены с входами внешних датчиков, выходы которых являются соответственно выходами «фаза» и «ноль» электрической сети, сигнальные выходы внешних датчиков соединены с входом «земля» устройства слежения за внешними датчиками и токами утечки.