Устройство для отключения нагрузки бытовых и мелкомоторных потребителей электроэнергии

Разработка относится к области электроэнергетики. Сущность устройства для отключения нагрузки бытовых и мелкомоторных потребителей электроэнергии заключается в том, что в устройстве содержащем: УЗО, блок тока небаланса, который служит для создания искусственного тока небаланса, а цепь тока небаланса коммутируется с помощью блока коммутации по команде от внешнего микроконтроллера, питание блока коммутации осуществляется от внешнего блока питания. У предлагаемого устройства расширены функциональные возможности для измерения токов утечки в системах электроснабжения.

Предлагаемая разработка относится к области электроэнергетики и может быть использована для отключения или ограничения потребителей электрической энергии при исчерпании оплаченного лимита в системах контроля, учета и управления электропотреблением коммунально-бытовых потребителей.

Известно устройство отключения, выполненное в виде сильноточного реле, которое управляется сигналом с порта микроконтроллера и служит для оперативного управления процессом отпуска и потребления электроэнергии в сетях переменного тока (1).

Недостатком данного устройства является необходимость специальных устройств для отслеживания момента перехода мгновенного значения тока нагрузки через нуль для отключения и момента перехода мгновенного значения напряжения через нуль для включения. Все это необходимо для уменьшения габаритов, увеличения надежности и снижения требований к электрическим характеристикам реле. Кроме того, недостатком является невозможность выполнения требований по обеспечению пожарной и электробезопасности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство отключения в виде блока коммутации, принятое за прототип, выполненный с использованием вакуумного выключателя, управляющий привод которого соединен с микропроцессором, используемый в счетчике электрической энергии (2). Использование вакуумного выключателя позволяет уменьшить габариты и массу устройства, снизить энергопотребление, увеличить коммутационную износостойкость.

Недостатком данного устройства является низкая оперативность управления процессом отпуска и потребления электроэнергии городских и районных электрических сетей и невозможность выполнения требований по обеспечению пожарной и электробезопасности.

Сущность предлагаемой разработки заключается в том, что разработано устройство для отключения нагрузки бытовых и мелкомоторных потребителей электроэнергии, включающее устройство защитного отключения (УЗО), выполняющего функции защиты и отключения нагрузки с помощью тока небаланса, блок тока небаланса, блок коммутации. Сигнал управления на коммутацию поступает от внешнего устройства -

микроконтроллера, питание блока коммутации осуществляется от внешнего блока питания.

На фиг.1 представлена структурная схема, состоящая из устройства отключения нагрузки, которое содержит: устройство защитного отключения (УЗО) 1, блок тока небаланса 2, блок коммутации 3 и внешних устройств: блока питания 4, микроконтроллера 5.

В данном устройстве УЗО 1 используется в качестве быстродействующей защиты, обеспечивающей автоматическое отключение электроустановки потребителя электроэнергии при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током или возгорания, а также для отключения потребителя при неуплате за потребленную электроэнергию. Для этих целей может быть использовано любое электромеханическое или электронное УЗО, выбранное по условиям защиты потребителя, как российского, так и иностранного производства.

Блок тока небаланса 2 используется для создания искусственного тока небаланса. Для этих целей используется цепь из конденсаторов и контактов реле, которые нормально разомкнуты. Величина сопротивлений подбирается таким образом, чтобы ток небаланса превосходил ток уставки УЗО 1, в этом случае УЗО 1 отключится.

Блок коммутации 3 содержит два слаботочных реле, транзисторы на входе катушек реле и защитные диоды и используется для замыкания и размыкания контактами реле цепи тока небаланса. Наличие двух реле необходимо для увеличения надежности срабатывания. В случае залипания контактов одного из них, контакты второго реле разомкнут цепь тока небаланса по команде от микроконтроллера 5. Транзисторы на входе катушек реле используются для усиления сигнала, так как нагрузочная способность выходов микроконтроллера недостаточна для включения реле. Диоды используются для защиты элементов устройства от обратной ЭДС, возникающей при отключении катушки реле.

Принцип действия устройства основан на принципе действия УЗО как защитного выключателя, реагирующего на ток небаланса.

Устройство работает следующим образом. При израсходовании оплаченного лимита электроэнергии в микроконтроллере 5 формируется сигнал на включение блока коммутации 3, который замыкает контакты обоих реле, образуя цепь тока небаланса. Один конец этой цепи подключается на фазный вход УЗО 1, а другой конец на нулевой выход УЗО 1. Таким образом, цепь подключается на 220 В и в ней протекает ток небаланса больший, чем ток срабатывания УЗО 1. В этом случае происходит срабатывание УЗО 1 и отключение потребителя. Включение потребителя возможно только после подачи команды от микроконтроллера на разрыв цепи тока небаланса в случае получения микроконтроллером информации об оплаченном лимите электроэнергии.

Сравнение заявленного решения с другими аналогичными техническими решениями показывает, что создано универсальное и функционально приспособленное устройство для отключения потребителя

электроэнергии, которое повышает оперативность управления процессом отпуска и потребления электроэнергии городских и районных электрических сетей.

Одновременно обеспечена возможность использования современных, предписанных седьмым изданием Правил устройства электроустановок (ПУЭ), Государственными стандартами Российской Федерации (ГОСТ Р 50571.10-96), инструктивными письмами Главгосэнергонадзора РФ и Главного управления государственной службы МВД России средств обеспечения пожарной и электробезопасности - устройств защитного отключения (УЗО).

При этом расширены функциональные возможности устройства для отключения потребителей электроэнергии, упрощена его аппаратная реализация с использованием мобильного стандартного оборудования.

Литература.

1. RU, патент 2193812, 2000 г.

2. RU, патент 2098835, 1997 г.

Устройство для отключения нагрузки бытовых и мелкомоторных потребителей электроэнергии, содержащее устройство защитного отключения (УЗО), выполняющее функции защиты, блоки тока небаланса и коммутации, создающие ток небаланса отличающееся тем, что устройство защитного отключения используется и для отключения нагрузки с помощью тока небаланса, а сигнал управления на коммутацию поступает от внешнего устройства - микроконтроллера.