Устройство для защиты электрооборудования и измерения времени действия перегрузочного тока

Полезная модель относится к области электричества, а именно - к средствам защиты, например, электрооборудования от анормальных и аварийных режимов, связанных с недопустимым повышением тока и может быть использовано в производственных и бытовых электрических, технологических или других установках, например для защиты электродвигателей от перегрузок и других анормальных режимов работы при достижении током предельно допустимого значения, а также для измерения времени действия перегрузочного тока.

Устройство для защиты электрооборудования и измерения времени действия перегрузочного тока, содержит трансформаторы тока по числу фаз сети, общие выходы которых соединены между собой, заземлены и подключены к переменным резисторам и анодам ограничительных диодов. Оно снабжено транзисторными оптронами, аноды светодиодов которых подключены к точкам соединения катодов ограничительных диодов, переменных резисторов и трансформаторов тока, а катоды светодиодов подключены к анодам ограничительных диодов. Эмиттеры оптотранзисторов подключены к общей точке схемы, а коллекторы через резисторы подсоединены к источнику питания схемы и ко вторым входам логических элементов, первые входы которых подключены к источнику питания. Выходы логических элементов подключены к контактам цифровых выходов и входам элемента логического суммирования, выход которого подсоединен к входу установки S запоминающего элемента, вход сброса R которого подсоединен через резистор к общей точке схемы и к переключателю, противоположной стороной подключенного к источнику питания схемы, выход Q запоминающего элемента через резистор соединен с базой

транзистора, которая через резистор подключена к общей точке схемы, куда также подключен эмиттер транзистора, а коллектор - к катоду светодиода, анод которого подсоединен через резистор к точке соединения исполнительного устройства и анода защитного диода, катод которого соединен с противоположным выходом исполнительного устройства и источником питания схемы.

При перегрузке на контактах цифровых выходов появляются импульсы с частотой равной частоте контролируемого тока, их подсчет позволяет определить длительность перегрузки. Число выходов равняется числу фаз. Также при перегрузке загорается светодиод, сигнализирующий об аварийном режиме.

Предлагаемое устройство обеспечивает наличие индикации срабатывания защиты, возможность использования устройства в составе цифровых систем, возможность измерения времени действия перегрузочного тока, т.е. расширение области применения и функциональных возможностей.

Полезная модель относится к электротехнике, а именно - к средствам защиты, например, электрооборудования от анормальных и аварийных режимов, связанных с недопустимым повышением тока и может быть использована в производственных и бытовых электрических, технологических или других установках, например для защиты электродвигателей от перегрузок и других анормальных режимов работы при достижении током предельно допустимого значения.

Известно устройство защиты (изобретение по заявке №93027585/07, приоритет 1993.05.11, МПК Н 01 Н 3/08, опубликовано 1995.07.20), содержащее трансформаторы тока, выходы которых подключены к входам выпрямителя, плюсовой вывод которого подключен к первому выводу импульсного стабилизатора напряжения и аноду блокирующего диода, катод которого подключен к общей точке первого вывода исполнительного блока защиты и плюсового вывода накопительного конденсатора, минусовой вывод которого подключен ко второму выводу исполнительного блока защиты, второй вывод импульсного стабилизатора напряжения подключен к первому выводу измерительного резистора, второй вывод которого подключен к минусовому выводу выпрямителя, общая точка минусового вывода конденсатора и второго вывода исполнительного блока защиты подключена к общей точке второго вывода измерительного резистора и минусового вывода выпрямителя, а третий вывод исполнительного блока защиты - к общей точке импульсного стабилизатора напряжения и первого вывода измерительного резистора.

Причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается предлагаемой полезной моделью, по аналогу, следующие:

- сложность схемотехнического решения, требующего наличия импульсного стабилизатора напряжения и измерительного резистора;

- отсутствие сигнализации срабатывания защиты;

- невозможность использования устройства в составе цифровых систем;

- ограниченная область применения, обусловленная ранее указанными недостатками.

За прототип принято устройство защиты двигателей или генераторов переменного тока от токовых перегрузок (изобретение по заявке №93028261/07, приоритет 1993.06.04, МПК Н 02 Н 7/06, опубликовано 1996.06.27), содержащее блок трансформаторов тока в цепи нагрузки, полупроводниковые диоды по числу фаз сети, пороговый элемент с регулируемым порогом срабатывания, исполнительный элемент, контактор. При этом диоды и вторичные обмотки блока трансформаторов тока образуют однополупериодный трехфазный выпрямитель, выход которого подключен к первому входу порогового элемента с регулируемым порогом срабатывания, второй вход которого подключен к общей точке вторичных обмоток блока трансформаторов тока. Выход порогового элемента связан с входом исполнительного элемента, а его выход - с входом контактора, контакты которого выполнены с возможностью подключения нагрузки к фазам сети.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, следующие.

Устройство содержит трансформаторы тока по числу фаз сети, общие выходы которых соединены между собой, заземлены и подключены к переменным резисторам и анодам ограничительных диодов.

Однако для прототипа характерны следующие недостатки:

- отсутствие сигнализации срабатывания защиты;

- невозможность использования устройства в составе цифровых систем;

- невозможность измерения времени действия перегрузочного тока;

- ограниченная область применения, обусловленная ранее указанными недостатками.

Технический результат, проявляющийся при изготовлении либо при использовании предлагаемой полезной модели, - расширение функциональных возможностей и области применения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, достигается следующим образом. Устройство для защиты электрооборудования и измерения времени действия перегрузочного тока, содержащее трансформаторы тока по числу фаз сети, общие выходы которых соединены между собой, заземлены и подключены к переменным резисторам и анодам ограничительных диодов, снабжено транзисторными оптронами, аноды светодиодов которых подключены к точкам соединения катодов ограничительных диодов, переменных резисторов и трансформаторов тока, а катоды светодиодов подключены к анодам ограничительных диодов, эмиттеры оптотранзисторов подключены к общей точке схемы, а коллекторы через резисторы подсоединены к источнику питания схемы и ко вторым входам логических элементов, первые входы которых подключены к источнику питания, выходы логических элементов подключены к контактам цифровых выходов и входам элемента логического суммирования, выход которого подсоединен к входу установки S запоминающего элемента, вход сброса R которого подсоединен через резистор к общей точке схемы и к переключателю, противоположной стороной подключенного к источнику питания схемы, выход Q запоминающего элемента через резистор соединен с базой транзистора, которая через резистор подключена к общей точке схемы, куда также подключен эмиттер транзистора, а коллектор - к катоду светодиода, анод которого подсоединен через резистор к точке соединения исполнительного устройства и анода защитного диода, катод которого соединен с противоположным выходом исполнительного устройства и источником питания схемы.

Существенные признаки заявляемой полезной модели.

Устройство для защиты электрооборудования и измерения времени действия перегрузочного тока, содержащее трансформаторы тока по числу фаз сети, общие выходы которых соединены между собой, заземлены и подключены к переменным резисторам и анодам ограничительных диодов.

В отличие от прототипа устройство снабжено транзисторными оптронами, аноды светодиодов которых подключены к точкам соединения катодов ограничительных диодов, переменных резисторов и трансформаторов тока, а катоды светодиодов подключены к анодам ограничительных диодов. Эмиттеры оптотранзисторов подключены к общей точке схемы, а коллекторы через резисторы подсоединены к источнику питания схемы и ко вторым входам логических элементов, первые входы которых подключены к источнику питания, выходы логических элементов, подключены к входам элемента логического суммирования, выход которого подсоединен к входу установки S запоминающего элемента, вход сброса R которого подсоединен через резистор к общей точке схемы и к переключателю, противоположной стороной подключенного к источнику питания схемы, выход Q запоминающего элемента через резистор соединен с базой транзистора, которая через резистор подключена к общей точке схемы, куда также подключен эмиттер, а коллектор - к катоду светодиода, анод которого подсоединен через резистор к точке соединения исполнительного устройства и анода защитного диода, катод которого соединен с противоположным выходом исполнительного устройства и источником питания схемы.

Снабжение устройства транзисторными оптронами, аноды светодиодов которых подключены к точкам соединения катодов ограничительных диодов, переменных резисторов и трансформаторов тока, а катоды светодиодов подключены к анодам ограничительных диодов, эмиттеры оптотранзисторов подключены к общей точке схемы, а коллекторы через резисторы

подсоединены к источнику питания схемы и ко вторым входам логических элементов, первые входы которых подключены к источнику питания, выходы логических элементов подключены к контактам цифровых выходов и входам элемента логического суммирования, выход которого подсоединен к входу установки S запоминающего элемента, вход сброса R которого подсоединен через резистор к общей точке схемы и к переключателю, противоположной стороной подключенного к источнику питания схемы, выход Q запоминающего элемента через резистор соединен с базой транзистора, которая через резистор подключена к общей точке схемы, куда также подключен эмиттер транзистора, а коллектор - к катоду светодиода, анод которого подсоединен через резистор к точке соединения исполнительного устройства и анода защитного диода, катод которого соединен с противоположным выходом исполнительного устройства и источником питания схемы позволило организовать цифровые выходы. При перегрузке на цифровых выходах появляются импульсы с частотой равной частоте контролируемого тока, их подсчет позволяет определить длительность перегрузки, а включение светодиода в цепь исполнительного устройства позволило создать индикацию режима перегрузки по току, что в свою очередь позволило расширить функциональные возможности и область применения устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема устройства;

на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства в номинальном и аварийном режимах (U - напряжение на логическом выходе, I_c - ток срабатывания защиты, I - измеряемый ток).

Устройство содержит трансформаторы тока 1, 2, 3, общие выходы которых соединены между собой, заземлены и подключены к переменным резисторам 4, 5, 6 и анодам ограничительных диодов 7, 8, 9, аноды светодиодов транзисторных оптронов 10, 11, 12 подключены к точкам соединения катодов ограничительных диодов 7, 8, 9, переменных резисторов

4, 5, 6 и трансформаторов тока 1, 2, 3, а катоды светодиодов подключены к анодам ограничительных диодов 7, 8, 9. Эмиттеры оптотранзисторов 10, 11, 12 подключены к общей точке схемы, а коллекторы через резисторы 13, 14, 15 подсоединены к клемме 33 источника питания схемы и ко вторым входам логических элементов 16, 17, 18, первые входы которых подключены к клемме 33 источника питания. Выходы логических элементов 16, 17, 18 подключены к контактам цифровых выходов 19, 20, 21 и входам элемента логического суммирования 22, выход которого подсоединен к входу установки S запоминающего элемента 23, вход сброса R которого подсоединен через резистор 24 к общей точке схемы и к переключателю 25, противоположной стороной подключенного к клемме 33 источника питания схемы.

Выход Q запоминающего элемента 23 через резистор 26 соединен с базой транзистора 28, которая через резистор 27 подключена к общей точке схемы, куда также подключен эмиттер транзистора 28, а коллектор к катоду светодиода 29, анод которого подсоединен через резистор 30 к точке соединения исполнительного устройства 31 и анода защитного диода 32, катод которого соединен с противоположным выходом исполнительного устройства 31 и клемме 33 источника питания схемы.

Устройство работает следующим образом. Через переменные резисторы 4, 5, 6 протекают токи, пропорциональные измеряемым (I) трансформаторами тока 1, 2, 3. С помощью движков резисторов устанавливаются падения напряжения на них, таким образом, регулируется порог срабатывания (I_с) защиты по каждой фазе. При превышении током порога срабатывания включаются светодиоды транзисторных оптронов 10, 11, 12, что вызывает открытие ключей, выполненных на транзисторных оптронах 10, 11, 12 и резисторах 13, 14, 15. Ограничительные диоды 7, 8, 9 ограничивают обратное напряжение на оптронах. Открытие ключей вызывает появление логической единицы на выходе логических элементов 16, 17, 18. Перегрузка в любой из фаз вызывает появление логической

единицы на одном из трех входов элемента логического суммирования 22, что приводит к появлению логической единицы на его выходе.

Положительный перепад уровня на входе установки S запоминающего устройства 23, вход сброса R которого для корректной работы подтянут к общей точке схемы с помощью резистора 24, вызывает срабатывание ключа, образованного из резисторов 26, 27 и транзистора 28, что приводит к срабатыванию исполнительного устройства 31 и свечению светодиода 29. Резистор 30 ограничивает коллекторный ток транзистора 28. Защитный диод 32 защищает от перенапряжения при закрытии транзистора 28. Переключатель 25 используется для возвращения устройства в исходное состояние после срабатывания защиты, путем подключения входа сброса R запоминающего устройства 23 клемме 33 источника питания схемы.

При перегрузке на контактах цифровых выходов 19, 20, 21 появляются импульсы (U) с частотой равной частоте контролируемого тока, их подсчет позволяет определить длительность перегрузки.

Технический эффект, обеспечиваемый новой совокупностью признаков заключается в:

- наличии индикации срабатывания защиты;

- возможности использования устройства в составе цифровых систем;

- возможности измерения времени действия перегрузочного тока.

Новые признаки способствуют расширению функциональных возможностей и области применения устройства.

Устройство для защиты электрооборудования и измерения времени действия перегрузочного тока, содержащее трансформаторы тока по числу фаз сети, общие выходы которых соединены между собой, заземлены и подключены к переменным резисторам и анодам ограничительных диодов, отличающееся тем, что оно снабжено транзисторными оптронами, аноды светодиодов которых подключены к точкам соединения катодов ограничительных диодов, переменных резисторов и трансформаторов тока, а катоды светодиодов подключены к анодам ограничительных диодов, эмиттеры оптотранзисторов подключены к общей точке схемы, а коллекторы через резисторы подсоединены к источнику питания схемы и ко вторым входам логических элементов, первые входы которых подключены к источнику питания, выходы логических элементов подключены к контактам цифровых выходов и входам элемента логического суммирования, выход которого подсоединен к входу установки S запоминающего элемента, вход сброса R которого подсоединен через резистор к общей точке схемы и к переключателю, противоположной стороной подключенного к источнику питания схемы, выход Q запоминающего элемента через резистор соединен с базой транзистора, которая через резистор подключена к общей точке схемы, куда также подключен эмиттер транзистора, а коллектор - к катоду светодиода, анод которого подсоединен через резистор к точке соединения исполнительного устройства и анода защитного диода, катод которого соединен с противоположным выходом исполнительного устройства и источником питания схемы.