Устройство защиты однофазной электрической нагрузки, нестационарно подключаемой к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания

Предложено устройство защиты однофазной электрической нагрузки, нестационарно подключаемой к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания. Устройство защиты не пропускает недопустимое напряжение на нагрузку при перепутывании между собой нейтрального и одного из линейных проводов.

Указанное устройство защиты содержит два электромагнитных реле, два световых индикатора и трехполюсный тумблер.

При практическом применении устройства защиты его двухпроводный выход подключается к однофазной электрической нагрузке, питающейся напряжением 220 В, а четырехпроводный (три линейных провода и один - нейтральный) вход - к соответствующим проводам трехфазной четырехпроводной сети.

При правильном подключении защитного устройства к трехфазной четырехпроводной сети (без перепутывания нейтрального провода с одним из линейных проводов) и при включении его тумблером на нагрузку поступает фазное напряжение 220 В, наличие которого отображается на соответствующем световом индикаторе.

В случае неправильного подключения к трехфазной четырехпроводной сети (при перепутывании нейтрального провода с одним из линейных проводов) устройство защиты при включении его тумблером не пропускает на нагрузку опасное для нее линейное напряжение сети 380 В и выдает на соответствующий индикатор сигнал о неправильном подключении к сети.

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, а более точно, к устройствам защиты однофазной электрической нагрузки от неправильного ее подключения к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания.

На практике зачастую возникает необходимость оперативного подключения различной однофазной электрической нагрузки к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания в условиях отсутствия в месте ее подключения стационарных разъемных элементов (вилок, розеток).

При выполнении такого подключения с помощью соединительных проводников возможны случаи перепутывания нейтрального и одного из линейных проводов этой сети. Данная ситуация приводит к попаданию на однофазную нагрузку вместо фазного напряжения сети (со значением 220 В) линейного напряжения (со значением 380 В), являющегося опасным для нагрузки и вызывающего ее повреждение.

Для исключения вышеизложенной ситуации необходимо применение специализированного устройства защиты, блокирующего попадание линейного напряжения на однофазную электрическую нагрузку при ее нестационарном подключении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети в случае перепутывания нейтрального и одного из линейных проводов этой сети.

Известен патент РФ на изобретение «Устройство автоматического контроля правильности чередования и обрыва фаз и уровня напряжения в трехфазной сети» 2033621, которое содержит формирователь, три RS-триггера и логический блок, выполненный в виде мажоритарного элемента. Однако указанное устройство по патенту 2033621 не предназначено для защиты однофазной электрической нагрузки от перепутывания нейтрального и одного из линейных проводов трехфазной четырехпроводной сети.

Известно свидетельство РФ на полезную модель 38252 на «Устройство для непрерывного контроля наличия и правильности чередования фаз сети трехфазного напряжения», которое содержит три преобразователя-формирователя напряжения, два импульсных формирователя, элемент И, два триггера. Однако указанное устройство по свидетельству 38252 не предназначено для защиты однофазной электрической нагрузки от перепутывания нейтрального и одного из линейных проводов трехфазной четырехпроводной сети.

По сведениям заявителя, устройства с указанной функциональной возможностью - защитой однофазной электрической нагрузки, нестационарно подключаемой к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания (от перепутывания нейтрального и одного из линейных проводов) - не известны.

Техническая задача при создании предлагаемой полезной модели заключается в том, чтобы создать устройство защиты, которое пропускает на однофазную нагрузку фазное напряжение сети электропитания со значением 220 В только при правильном подключении к проводам трехфазной четырехпроводной сети и исключает возможность попадания на эту нагрузку линейного напряжения со значением 380 В при перепутывания нейтрального и одного из линейных проводов сети. Техническая задача также состоит в том, чтобы сделать указанное устройство защиты достаточно простым, дешевым и удобным в эксплуатации.

Сущность полезной модели заключается в том, что устройство защиты однофазной электрической нагрузки, нестационарно подключаемой к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания, содержит (далее следуют отличительные признаки) трехполюсный тумблер с первым, вторым и третьим входами и первым, вторым и третьим выходами, первое реле с одной группой нормально разомкнутых контактов, второе реле с первой группой нормально замкнутых контактов, второй и третьей группами нормально разомкнутых контактов, первый и второй световые индикаторы, каждый с первым и вторым входами, причем к первому, второму и третьему входам трехполюсного тумблера подключены, соответственно, первый, второй и третий линейные провода трехфазной четырехпроводной сети электропитания, к первому выходу трехполюсного тумблера подключены второй вход первого светового индикатора, первый вывод обмотки первого реле и первый контакт второй контактной группы второго реле, ко второму выходу трехполюсного тумблера подключены первый контакт первой контактной группы второго реле, второй вывод обмотки первого реле и первый вывод обмотки второго реле, к третьему выходу трехполюсного тумблера подключен первый контакт контактной группы первого реле, ко второму контакту первой контактной группы второго реле подключен первый вход первого светового индикатора, к первому контакту третьей контактной группы второго реле подключен нейтральный провод, ко второму контакту второй контактной группы второго реле подключен первый провод выхода устройства и первый вход второго светового индикатора, ко второму контакту третьей контактной группы второго реле подключен второй провод выхода устройства и второй вход второго светового индикатора, ко второму выводу обмотки второго реле подключен второй контакт контактной группы первого реле, к первому и второму проводам выхода устройства защиты подключается защищаемая однофазная электрическая нагрузка.

Сущность предлагаемой полезной модели состоит также в том, что (далее следуют отличительные признаки) указанные первое и второе реле выбираются с минимальным значением напряжения срабатывания реле, заведомо большим максимально возможного значения фазного напряжения между линейным и нейтральным проводами трехфазной четырехпроводной сети электропитания, указанный первый световой индикатор светится при подаче на него как фазного, так и линейного напряжения сети, а указанный второй световой индикатор светится при подаче на него фазного напряжения сети, а при подаче линейного напряжения сети не светится.

Полезная модель будет понятна из нижеследующего описания.

Описание иллюстрируется рисунком на фиг.1, на котором приводится устройство защиты однофазной электрической нагрузки, нестационарно подключаемой к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания (на фиг.1 указанное устройство обведено штрихпунктирной линией).

На рисунке обозначено:

1 - трехфазная четырехпроводная сеть электропитания;

2 - первый линейный провод сети;

3 - второй линейный провод сети;

4 - третий линейный провод сети;

5 - нейтральный провод сети;

6 - трехполюсный тумблер;

7 - первый вход трехполюсного тумблера;

8 - второй вход трехполюсного тумблера;

9 - третий вход трехполюсного тумблера;

10 - первый выход трехполюсного тумблера;

11 - второй выход трехполюсного тумблера;

12 - третий выход трехполюсного тумблера;

13 - первое реле;

14 - первый вывод обмотки первого реле;

15 - второй вывод обмотки первого реле;

16 - контактная группа первого реле;

17 - первый контакт контактной группы первого реле;

18 - второй контакт контактной группы первого реле;

19 - второе реле;

20 - первый вывод обмотки второго реле;

21 - второй вывод обмотки второго реле;

22 - первая контактная группа второго реле;

23 - первый контакт первой контактной группы второго реле;

24 - второй контакт первой контактной группы второго реле;

25 - вторая контактная группа второго реле;

26 - первый контакт второй контактной группы второго реле;

27 - второй контакт второй контактной группы второго реле;

28 - третья контактная группа второго реле;

29 - первый контакт третьей контактной группы второго реле;

30 - второй контакт третьей контактной группы второго реле;

31 - первый световой индикатор;

32 - первый вход первого светового индикатора;

33 - второй вход первого светового индикатора;

34 - второй световой индикатор;

35 - первый вход второго светового индикатора;

36 - второй вход второго светового индикатора;

37 - первый провод выхода устройства;

38 - второй провод выхода устройства;

39 - защищаемая однофазная электрическая нагрузка.

Устройство защиты однофазной электрической нагрузки 39, нестационарно подключаемой к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания 1, (далее в тексте называется сокращенно «устройство защиты») содержит трехполюсный тумблер 6, первое реле 13, второе реле 19, первый 31 и второй 34 световые индикаторы. Устройство защиты не пропускает на нагрузку 39 недопустимое напряжение при перепутывании нейтрального 5 и одного из линейных проводов (первого 2, второго 3, третьего 4), когда производится подключение нагрузки 39 к сети электропитания 1.

В качестве реле используются электромагнитные реле со значением рабочего напряжения обмотки 380 В, а в качестве световых индикаторов 31 и 34 - устройства, содержащие светодиод, выпрямительный диод и резистор - ограничитель тока индикатора, включенные последовательно. Из-за наличия у светодиодов значительного диапазона значений рабочего тока их свечение с небольшой разностью по яркости обеспечивается как при подаче на световые индикаторы фазного, так и линейного напряжения сети, что позволяет создать унифицированный узел для выполнения функций обоих световых индикаторов.

Трехполюсный тумблер 6 содержит первый 7, второй 8 и третий 9 входы и первый 10, второй 11 и третий 12 выходы. Первое реле 13 имеет одну группу 16 нормально разомкнутых контактов. Второе реле 19 имеет первую группу 22 нормально замкнутых контактов и вторую 25 и третью 28 группы нормально разомкнутых контактов. Первый и второй световые индикаторы 31 и 34, соответственно, имеют каждый первый 32 и 35 и второй 33 и 36 входы, соответственно.

К первому 7, второму 8 и третьему 9 входам трехполюсного тумблера 6 подключены первый 2, второй 3 и третий 4 линейные провода трехфазной четырехпроводной сети электропитания 1.

К первому выходу 10 трехполюсного тумблера 6 подключены второй вход 33 первого светового индикатора 31, первый вывод обмотки 14 первого реле 13 и первый контакт 26 второй контактной группы 25 второго реле 19.

Ко второму выходу 11 трехполюсного тумблера 6 подключены первый контакт 23 первой контактной группы 22 второго реле 19, второй вывод обмотки 15 первого реле 13 и первый вывод обмотки 20 второго реле 19.

К третьему выходу 12 трехполюсного тумблера 6 подключен первый контакт 17 контактной группы 16 первого реле 13.

Ко второму контакту 24 первой контактной группы 22 второго реле 19 подключен первый вход 32 первого светового индикатора 31.

К первому контакту 29 третьей контактной группы 28 второго реле 19 подключен нейтральный провод 5.

Ко второму контакту 30 третьей контактной группы 28 второго реле 19 подключен второй провод выхода устройства 38 и второй вход 36 второго светового индикатора 34.

Ко второму контакту 27 второй контактной группы 25 второго реле 19 подключен первый провод выхода устройства 37 и первый вход 35 первого светового индикатора 34.

Ко второму выводу обмотки 21 второго реле 19 подключен второй контакт 18 контактной группы 16 первого реле 13.

К первому 37 и второму 38 проводам выхода устройства защиты подключается защищаемая однофазная электрическая нагрузка 39.

Устройство защиты работает следующим образом. Первый 7, второй 8 и третий 9 входы трехполюсного тумблера 6 подключают, соответственно, к первому 2, второму 3 и третьему 4 линейным проводам, а первый контакт 29 третьей контактной группы 28 второго реле 19 - к нейтральному проводу 5 трехфазной четырехпроводной сети 1.

Затем включают трехполюсный тумблер 6. При правильном подключении устройства защиты к сети 1 ее первый линейный провод 2 через первый вход 7 и первый выход 10 трехполюсного тумблера 6 подключается ко второму входу 33 первого светового индикатора 31, к первому выводу обмотки 14 первого реле 13, а также к первому контакту 26 второй контактной группы 28 второго реле 19.

Одновременно второй линейный провод 3 через второй вход 8 и второй выход 11 трехполюсного тумблера 6 подключается к первому выводу обмотки 20 второго реле 19, ко второму выводу обмотки 15 первого реле 13, а также к первому контакту 23 первой контактной группы 22 второго реле 19.

Одновременно третий линейный провод 4 через третий вход 9 и третий выход 12 трехполюсного тумблера 6 подключается к первому контакту контактной группы 16 первого реле 13.

В вышеизложенном случае линейное напряжение со значением 380 В, существующее между линейными проводами 2 и 3 сети 1, поступает на первый 14 и второй 15 выводы обмотки первого реле 13 и, через нормально замкнутые первый 23 и второй 24 контакты первой контактной группы 22 второго реле 19, на первый 32 и второй 33 входы первого светового индикатора 31, вызывая его свечение.

Под воздействием этого линейного напряжения первое реле 13 срабатывает, замыкая нормально разомкнутые первый 17 и второй 18 контакты контактной группы 16 первого реле 13. При этом линейное напряжение со значением 380 В, существующее между линейными проводами 3 и 4 сети 1, поступает на первый 20 и второй 21 выводы обмотки второго реле 19.

Под воздействием этого линейного напряжения второе реле 19 срабатывает, замыкая нормально разомкнутые первый 26 и второй 27 контакты второй контактной группы 25 второго реле 19, а также замыкая нормально разомкнутые первый 29 и второй 30 контакты третьей контактной группы 28 второго реле 19, и размыкая нормально замкнутые первый 23 и второй 24 контакты первой контактной группы 22 второго реле 19.

Данное состояние схемы устройства защиты обеспечивает прекращение свечения первого светового индикатора 31, предназначенного для отображения неправильного подключения устройства защиты к сети 1, обеспечивает выдачу на защищаемую нагрузку 39 фазного напряжения со значением 220 В, существующее между первым линейным проводом 2 и нейтральными проводом 5 сети 1, а также вызывает свечение второго светового индикатора 34, предназначенного для отображения выдачи на защищаемую нагрузку фазного напряжения сети 1. Вышеупомянутое свечение первого светового индикатора 31 при правильном подключении устройства защиты к сети 1 является кратковременным и практически незаметным для пользователя (определяется общим временем последовательного срабатывания первого и второго реле).

Далее рассмотрим возможные варианты неправильного подключения устройства защиты к сети 1, заключающиеся в перепутывании ее нейтрального 5 и одного из линейных (2, 3 или 4) проводов.

Предположим, что при подключении перепутаны между собой первый линейный 2 и нейтральный 5 провода сети 1. Тогда при включении трехполюсного тумблера 6 на первый 14 и второй 15 выводы обмотки первого реле 13 поступит фазное напряжение сети 1 со значением 220 В, недостаточным для срабатывания этого реле. В связи с этим не произойдет и срабатывание второго реле 19 из-за разомкнутого состояния первого 17 и второго 18 контактов контактной группы 16 первого реле 13. Как следствие, первый световой индикатор 31 будет светиться, отображая факт неправильного подключения, а на защищаемую нагрузку 39 и на второй световой индикатор 34 линейное напряжение со значением 380 В не поступит, поэтому последний светиться не будет.

Если при подключении перепутаны между собой второй линейный 3 и нейтральный 5 провода сети 1, то вышеизложенная ситуация полностью повторится.

Если при подключении перепутаны между собой третий линейный 4 и нейтральный 5 провода сети 1, то при включении трехполюсного тумблера 6 на первый 14 и второй 15 выводы обмотки первого реле 13 поступит линейное напряжение сети 1 со значением 380 В, приводящее к его срабатыванию и замыканию нормально разомкнутых первого 17 и второго 18 контактов контактной группы 16 этого реле.

Однако фазное напряжение сети 1, поступившее в этом случае на первый 20 и второй 21 выводы обмотки второго реле 19 через замкнувшиеся первый 17 и второй 18 контакты контактной группы 16 первого реле 13, не вызовет срабатывание второго реле 19, рассчитанного на подачу в его обмотку линейного напряжения сети 1. При этом первый световой индикатор 31 будет светиться, отображая факт неправильного подключения к сети 1, а на защищаемую нагрузку 39 и на второй световой индикатор 34 линейное напряжение со значением 380 В не поступит, поэтому последний светиться не будет.

Таким образом, предлагаемая полезная модель надежно защищает однофазную электрическую нагрузку от ошибок при подключении к проводам трехфазной четырехпроводной сети электропитания.

Предлагаемая полезная модель, простая и, соответственно, имеющая небольшую стоимость, осуществима, так как все необходимые элементы и технологии известны и доступны. Ее опытная проверка прошла с положительным результатом в составе различной мониторинговой радиоэлектронной аппаратуры, питающейся от однофазного напряжения сети со значением 220 В.

1. Устройство защиты однофазной электрической нагрузки, нестационарно подключаемой к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети электропитания, отличающееся тем, что оно содержит трехполюсный тумблер с первым, вторым и третьим входами и первым, вторым и третьим выходами, первое реле с одной группой нормально разомкнутых контактов, второе реле с первой группой нормально замкнутых контактов, второй и третьей группами нормально разомкнутых контактов, первый и второй световые индикаторы, каждый с первым и вторым входами, причем к первому, второму и третьему входам трехполюсного тумблера подключены, соответственно, первый, второй и третий линейные провода трехфазной четырехпроводной сети электропитания, к первому выходу трехполюсного тумблера подключены второй вход первого светового индикатора, первый вывод обмотки первого реле и первый контакт второй контактной группы второго реле, ко второму выходу трехполюсного тумблера подключены первый контакт первой контактной группы второго реле, второй вывод обмотки первого реле и первый вывод обмотки второго реле, к третьему выходу трехполюсного тумблера подключен первый контакт контактной группы первого реле, ко второму контакту первой контактной группы второго реле подключен первый вход первого светового индикатора, к первому контакту третьей контактной группы второго реле подключен нейтральный провод, ко второму контакту второй контактной группы второго реле подключен первый провод выхода устройства и первый вход второго светового индикатора, ко второму контакту третьей контактной группы второго реле подключен второй провод выхода устройства и второй вход второго светового индикатора, ко второму выводу обмотки второго реле подключен второй контакт контактной группы первого реле, к первому и второму проводам выхода устройства защиты подключается защищаемая однофазная электрическая нагрузка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные первое и второе реле имеют минимальное значение напряжения срабатывания реле заведомо большее максимально возможного значения фазного напряжения между линейным и нейтральным проводами трехфазной четырехпроводной сети электропитания, причем указанный первый световой индикатор светится при подаче на него как фазного, так и линейного напряжения сети, а указанный второй световой индикатор светится при подаче на него фазного напряжения сети, а при подаче линейного напряжения сети не светится.