УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


RU (11) 2097894 (13) C1

(51) 6 H02H3/17, H02H5/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94041171/07 
(22) Дата подачи заявки: 1994.11.11 
(45) Опубликовано: 1997.11.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Устройство защитного типа УЗОШ 10.2.010. VXII 4. Паспорт ИЖТШ 656.111.001 ПС, 1987. 2. Устройство защитного отключения УЗО-В. Руководство по эксплуатации ИЖТШ. 656.111.058. РЭ, 1988. 3. Устройство защитного отключения УЗО-В. Руководство по эксплуатации 633.006РЭ, 1992. 
(71) Заявитель(и): Слободкин Адольф Ходосович; Иванов Лев Алексеевич 
(72) Автор(ы): Слободкин Адольф Ходосович; Иванов Лев Алексеевич 
(73) Патентообладатель(и): Слободкин Адольф Ходосович; Иванов Лев Алексеевич 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током. Сущность изобретения: за счет введения трех резисторов 9 - 11 и второго стабилитрона 12, включенных так, что выход выпрямительного моста 7 соединен через первый резистор 9 с катушкой выходного реле 4 и через второй резистор 10 с базой транзистора 3, достигается повышение помехоустойчивости устройства. 1 з.п. ф-лы. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током. Известны и широко используются устройства защитного отключения (УЗО), например, УЗОШ [1] УЗО-В [2] УЗО-В [3] и другие, содержащие датчик тока утечки 1, полупроводниковый пороговый элемент 2, транзисторный ключ 3, выходное реле 4, стабилитрон 5, конденсатор фильтра 6, выпрямитель 7 для питания порогового элемента и реле и токоограничивающий конденсатор 8 в цепи переменного тока выпрямителя. У всех известных устройств катушка выходного реле подключена через ключ параллельно цепям питания порогового элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство типов УЗОШ, принятое нами за прототип.

Функциональная схема прототипа приведена на чертеже.

В прототипе напряжение 220 В через токоограничивающий конденсатор 8 с большим емкостным сопротивлением Xc подается на мостовой выпрямитель 7.

Выпрямленное и сглаженное конденсатором фильтра 6 напряжение подается на две параллельные ветви: катушку реле 4 с последовательно включенным транзисторным ключом 3; стабилизатор напряжения на стабилитроне 5 и полупроводниковый пороговый элемент 2.

Недостаток прототипа заключается в большой мощности, потребляемой от сети переменного тока, и недостаточной надежности устройства. Это объясняется тем, что устройство работает в двух режимах: режим А, при котором цепь катушки реле разомкнута и из сети через токоограничивающий конденсатор 8 идет ток IА, равный сумме тока Iпэ, идущего через пороговый элемент, и тока Iст.А, текущего через стабилитрон в режиме А (IА Iпэ + Iст.А); режим В, при котором цепь катушки реле замкнута и суммарный потребляемый ток Iв больше IА приблизительно на величину тока Iр обмотки реле (Iв=Iпэ + Iст.в + Iр), где Iст.в новое значение тока, идущего через стабилитрон, в режиме В.

Очевидно, что сопротивление Xс токоограничивающего конденсатора 8 должно обеспечить прохождение наибольшего тока, соответствующего режиму В. В режиме А из сети будет течь в схему ток IаIв, так как величина этого тока определяется главным образом сопротивлением Xс конденсатора 8, а оно выбрано из условий режима В. При этом приращение тока I Iв -Iа Iр добавится к току через стабилитрон 5 и вызовет повышенный его нагрев и, как следствие, снижение надежности всего устройства.

Другим серьезным общим недостатком аналогов и прототипа является их низкая помехоустойчивость, проявляющаяся в том, что устройство реагирует на электромагнитные колебания, возникающие при искрении коммутируемых электроприборов в параллельных розетках, и дает ложные отключения. При этом снижается надежность электроснабжения защищаемой электроустановки.

Целью изобретения является уменьшение потребляемой от сети мощности, повышение надежности и помехоустойчивости устройства.

Указанная цепь достигается тем, что в устройство дополнительно введены первый, второй и третий резисторы и второй стабилитрон, включенные так, что точка соединения первого вывода конденсатора фильтра с выходом выпрямительного моста соединена через первый введенный резистор с катушкой выходного реле и через второй введенный резистор с базой транзистора, другой конец катушки реле соединен с первым выводом первого стабилитрона, параллельно катушке реле с учетом полярности присоединены коллектор и эмиттер транзистора, база которого присоединена через последовательно соединенные третий резистор и второй стабилитрон к выходу порогового элемента. Повышение помехоустойчивости устройства достигается тем, что дополнительно вводится конденсатор, который одним выводом присоединен к выходу порогового элемента, а другим к одному из выходных контактов реле.

Устройство, схема которого приведена на чертеже, содержит датчик 1, пороговый элемент 2, транзистор 3, реле 4, стабилитрон 5, конденсатор фильтра 6, выпрямительный мост 7, токоограничивающий конденсатор 8 и введенные вновь резисторы 9 11, стабилитрон 12 и противопомеховый конденсатор 13.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При подаче на входные клеммы устройства напряжения 220 В в цепи переменного тока выпрямительного моста 7 устанавливается переменный ток, эффективное значение которого определяется из выражения:



где U~ и Uст.5 напряжение соответственно сети и стабилитрона 5;

R9 и R4 сопротивление резистора 9 и катушки реле 4;

X8 емкостное сопротивление конденсатора 8.

Выпрямленный переменный ток, постоянная составляющая, (среднее значение) которого равно I-= I~/Kф, где Кф коэффициент формы, зависящей от степени фильтрации конденсатором 6, течет по двум параллельным цепям. Одна цепь, условно назовем ее "силовой", состоит из резистора 9, катушки реле 4, стабилитрона 5, напряжение Uст.5 которого осуществляет питание порогового элемента 2. Другая цепь, назовем ее "управляющей", состоит из резистора 10, резистора 11 и стабилитрона 12.

Рассмотрим поочередно процессы в каждой цепи, начиная с "силовой", учитывая при этом, что ток в силовой цепи в 20 30 раз больше тока в цепи управления. На этом основании при рассмотрении процессов в силовой цепи ток в цепи управления не учитывается.

Из выражения (1) видно, что в тех случаях, когда X8 > R R9 + R4, значение I~ и I= мало зависят от изменения R. Поэтому, если коммутацию катушки реле 4 осуществлять шунтированием ее с помощью транзисторного ключа 3, то изменение токов I~ и I= будут незначительными. Проиллюстрируем изложенное числовым примером, в котором числовые значения номиналов компонентов схемы соответствуют номиналам в реальном изделии: R9 820 Ом, R4 1400 Ом, C8 0,47 мФ, X8 6770 Ом, U~= 220 B,, Uст.5 30 В. Для этих значений имеем: в режиме А, когда катушка реле зашунтирована открытым транзистором, R R9 и I~= 27,8 мА; в режиме В, когда транзистор закрыт, R R9 + R4 и I~= 26,6 мА.

Из этого примера видно, что в предложенном устройстве приращение тока в стабилитроне 5 при переходе из режима А в режим В незначительно (всего лишь 1,2 мА), а в прототипе это приращение в зависимости от примененного реле, составляет 25,30 мА.

Переходим к рассмотрению цепи управления транзистором. Как видно из схемы на фиг.2, непосредственное соединение выхода порогового элемента 2 с базой транзистора 3 не обеспечит переключение транзистора и состояние "открыто" из-за того, что потенциал на выходе элемента 2 в любом режиме ниже потенциала эмиттера. Поэтому заявляется схема управления транзистором, позволяющая смещать потенциал базы относительно эмиттера в интервале от -5 В при U2.А0 В до +1,0 1,5 В при U2.В 20 В.

Рассмотрим, как и в случае с прототипом, два режима: режим А, когда напряжение на выходе порогового элемента не превышает 2 В (U2.А 2 В); режим В, когда U2.ВUст.5, т.е. когда пороговый элемент пришел в состояние логической единицы, (элемент "сработал").

В любом режиме в цепи с элементами 10-11-12-2 устанавливается ток:



где U6, Uст.12, U2 напряжение соответственно на элементах 6, 12 и 2;

R10, R11 сопротивление резисторов 10 и 11.

Выразим потенциалы базы и эмиттера транзистора 3 относительно минусового полюса выпрямителя:



Напряжение между базой и эмиттером равно



При выборе определенных значений входящих в выражение (4) составляющих, например, для режима А, U2.А 2 В, Uст.12 8,2 В, U ст.5 30 B, U6 60 В, R10 47 кОм, R11 20 кОм, получаем напряжение Uбэ.А -4,934 В. При этом напряжении в режиме А транзистор закрыт, а реле включено, так как через катушку проходит полностью ток I== I~/Kф.

В режиме В выходное напряжение порогового элемента U2.В28 В. Подставив U2.В 28 В в выражение (4) при прочих неизмененных значениях, получим Uбэ.В +13,3 В. Таким образом, в режиме В произошло изменение полярности напряжения на базе транзистора и он перешел в насыщенное состояние (открылся), зашунтировав катушку реле. Контакты реле при этом размыкаются.

Реально напряжение Uбэ.В не доходит до 13,3 В, а устанавливается на уровне напряжения p-n переход база-эмиттер транзистора, но для рассмотрения работы предложенного устройства это несущественно.

Предложенная схема обеспечивает практически неизменяемое потребление из сети тока в режимах А и В, в результате чего уменьшено значение номинала конденсатора В, исключена перегрузка стабилитрона 5, в целом повышена надежность устройства и снижены массогабаритные показатели.

Чувствительность устройства к электромагнитным помехам расчетным путем проанализировать не представляется возможным, поэтому повышение помехоустойчивости ведется опытным путем на основе лабораторных испытаний макетных и опытных образцов. Опытным путем установлено, что соединение через конденсатор 13 выхода порогового элемента 2 с землей или с любым проводом сети повышает помехоустойчивость устройства в режиме "готов" (режим А) и снижает помехоустойчивость в режиме "отключено" (режим В). Поэтому противопомеховый конденсатор 13 подключается к сети в режиме В, благодаря чему сохраняется помехоустойчивость и в этом режиме.

Технико-экономическая эффективность выражается в минимальном потреблении тока из сети, снижении рассеиваемой стабилитроном мощности и за счет этого повышение надежности устройства, а также повышения надежности электроснабжения защищаемой электроустановки за счет повышения помехоустойчивости устройства. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Устройство для защитного отключения в электрической сети переменного тока, содержащее датчик, соединенный своим выходом с входом порогового элемента, транзистор, выходное реле, первый стабилитрон, соединенный с конденсатором фильтра, подключенного параллельно выходу выпрямительного моста, в цепь переменного тока которого включен последовательно токоограничивающий конденсатор, отличающееся тем, что дополнительно введены первый, второй и третий резисторы и второй стабилитрон, включенные так, что выход выпрямительного моста соединен через первый резистор с катушкой выходного реле и через второй резистор с базой транзистора, другой конец катушки реле соединен с другим выводом первого стабилитрона, параллельно катушке выходного реле с учетом полярности подключен коллекторно-эмиттерный переход транзистора, база которого присоединена через последовательно соединенные третий резистор и второй стабилитрон к выходу порогового элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введен конденсатор, который соединен одним выходом с выходом порогового элемента, а другим с одним из выходных контактов реле.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru