RU2121205C1

RU2121205C1 - Automatic safety device

Info

Publication number: RU2121205C1
Application number: RU97113574/09A
Authority: RU
Inventors: В.С. Терещук; Р.Х. Кафиатуллин; И.А. Крыницка; И.А. Крыницкая; Ш.М. Нигматуллин
Original assignee: Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1998-10-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; protection of electrical installations against damage and human beings against electric shock. SUBSTANCE: safety device has phase and neutral cores of current transformer connected to current collector terminals. Overload and short-circuit protective device such as fuse is inserted in phase lead. Power circuit of switching member, such as triac anode and cathode, is connected to current collector terminals and control circuit of switching member, including gate electrode of triac, to control device powered from supply mains, for example, to electronic amplifier whose input is connected to secondary winding of differential current transformer. EFFECT: enlarged functional capabilities of device. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты электроустановок от повреждения и защиты человека от поражения электрическим током. The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for protecting electrical installations from damage and protecting a person from electric shock.

Известны аппараты защиты сети от токов перегрузки и короткого замыкания, например плавкие предохранители или тепловые аппараты защиты, основанные на тепловой деформации биметаллической пластины, описанные, например, в книге В. Т. Морозовского, И.М. Синдеева, К.Д. Рунова "Системы электроснабжения летательных аппаратов".- М.: Машиностроение, 1973. Они защищают сеть от превышения током в приемнике допустимого значения, но не способны защитить человека от поражения электрическим током, так как они не реагируют на токи утечки, возникающие при касании человеком токонесущих проводов. Known devices for protecting the network from overload and short circuit currents, for example fuses or thermal protection devices based on thermal deformation of a bimetallic plate, described, for example, in the book of V. T. Morozovsky, I. M. Sindeeva, K.D. Runova "Aircraft Power Supply Systems" .- M.: Mashinostroenie, 1973. They protect the network from exceeding the current limit in the receiver, but are not able to protect a person from electric shock, since they do not respond to leakage currents that occur when a person touches current-carrying wires.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выключатель, реагирующий на ток утечки (Патент 2502412, Франция, МКИ H 02 H 3/33. Выключатель, реагирующий на ток утечки/ Lewiner Jacques, Hennion Claude, Perino Didier; Заявлено 18.03.81; Опубл. 4.09.82. Изобретения за рубежом, 1983, вып. 125, стр. 3). Выключатель состоит из дифференциального трансформатора тока в виде тороидального сердечника, через который проходит фазный и нейтральный провода электрической сети, образуя его первичные обмотки, а вторичная обмотка дифференциального трансформатора подключена к входу питаемой от сети электронной схемы управления реле, контакты которого включены между сетью и токоприемником. При повреждении изоляции обмотки или при прикосновении человека к токонесущим проводам возникает разность мгновенных значений токов в фазном и нейтральном проводах и при достижении сигналом вторичной обмотки трансформатора тока порогового значения, схема управления реле размыкает его контакты, отключая токоприемник от сети. The closest in technical essence to the claimed device is a switch that responds to leakage current (Patent 2502412, France, MKI H 02 H 3/33. Switch that responds to leakage current / Lewiner Jacques, Hennion Claude, Perino Didier; Declared 03/18/81; Publ. 4.09.82. Inventions Abroad, 1983, issue 125, p. 3). The switch consists of a differential current transformer in the form of a toroidal core, through which the phase and neutral wires of the electric network pass, forming its primary windings, and the secondary winding of the differential transformer is connected to the input of the relay control electronic circuit powered by the contacts, the contacts of which are connected between the network and the current collector. If the insulation of the winding is damaged or when a person touches the current-carrying wires, a difference in the instantaneous currents in the phase and neutral wires occurs and when the secondary winding signal reaches a threshold value of the current transformer, the relay control circuit opens its contacts, disconnecting the current collector from the network.

Недостатком этого выключателя является отсутствие в нем функции защиты электроустановок от токов перегрузки и короткого замыкания, поэтому для одновременной защиты электрической сети от повреждения и защиты человека от поражения электрическим током необходимо оснащение сети как аппаратом защиты, реагирующим на токи перегрузки и короткого замыкания, так и устройством защиты, реагирующим на ток утечки. The disadvantage of this switch is the lack of a function to protect electrical installations from overload and short circuit currents, therefore, to simultaneously protect the electrical network from damage and protect a person from electric shock, it is necessary to equip the network with both a protection device that responds to overload and short circuit currents, and a device protection responsive to leakage current.

Изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей существующих устройств защиты сетей от токов утечки, обеспечивая одновременно защиту сетей от перегрузки и короткого замыкания. The invention solves the problem of expanding the functionality of existing devices for protecting networks from leakage currents, while simultaneously protecting networks from overload and short circuit.

Поставленная задача достигается тем, что в автомате защиты, состоящем из дифференциального трансформатора тока, первичные обмотки которого образуют фазный и нейтральный провода, коммутирующего элемента, устройства управления коммутирующим элементом, питаемого от сети и подключенного ко вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока, последовательно с дифференциальным трансформатором тока включен аппарат защиты сети от токов перегрузки и короткого замыкания, а коммутирующий элемент включен с возможностью замыкания между собой зажимов токоприемника при превышении током утечки своего допустимого значения. The task is achieved by the fact that in the circuit breaker, consisting of a differential current transformer, the primary windings of which form phase and neutral wires, a switching element, a switching element control device, powered from the network and connected to the secondary winding of the differential current transformer, in series with the differential current transformer the apparatus for protecting the network from overload and short circuit currents is turned on, and the switching element is switched on with the possibility of short circuit between oboj clips susceptor in excess leakage current of its allowable value.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где представлен один из вариантов реализации заявляемого изобретения. Здесь: 1 - дифференциальный трансформатор тока; 2 - аппарат защиты сети от токов перегрузки и короткого замыкания; 3 - коммутирующий элемент; 4 - устройство управления коммутирующим элементом; 5 - токоприемник. The invention is illustrated in the drawing, which shows one of the embodiments of the claimed invention. Here: 1 - differential current transformer; 2 - apparatus for protecting the network from overload and short circuit currents; 3 - switching element; 4 - control device switching element; 5 - current collector.

Фазный и нейтральный провода электрической сети пропущены сквозь тороидальный сердечник дифференциального трансформатора тока 1 и присоединены к зажимам токоприемника 5. Фазный провод имеет рассечку, в которую включен аппарат защиты сети от токов перегрузки и короткого замыкания 2, например, тепловой аппарат защиты. К зажимам токоприемника 5 подсоединена силовая цепь коммутирующего элемента 3, например анод и катод симистора, а управляющая цепь коммутирующего элемента 3, в частности управляющий электрод симистора, подсоединена к выходу питаемого от сети управляющего устройства 4, например, электронному усилителю, вход которого соединен со вторичной обмоткой дифференциального трансформатора тока 1. The phase and neutral wires of the electric network are passed through the toroidal core of the differential current transformer 1 and connected to the terminals of the current collector 5. The phase wire has a cut, which includes a device for protecting the network from overload and short circuit currents 2, for example, a thermal protection device. The power circuit of the switching element 3, for example, the anode and the cathode of the triac, is connected to the terminals of the current collector 5, and the control circuit of the switching element 3, in particular the control electrode of the triac, is connected to the output of the control device 4, which is supplied from the network, for example, an electronic amplifier, the input of which is connected to the secondary winding differential current transformer 1.

Принцип действия автомата защиты заключается в следующем. Мгновенные значения токов в фазном и нулевом проводе при включении и нормальной работе токоприемника 5 остаются равными друг другу и противоположными по направлению, поэтому напряжение на вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока 1 близко к нулю и устройство 4, управляющее коммутирующим элементом 3, сохраняет его разомкнутое состояние. The principle of operation of the circuit breaker is as follows. The instantaneous values of the currents in the phase and neutral wires when switching on and the normal operation of the current collector 5 remain equal to each other and opposite in direction, therefore, the voltage on the secondary winding of the differential current transformer 1 is close to zero and the device 4, which controls the switching element 3, maintains its open state.

При превышении током допустимого значения или коротком замыкании в токоприемнике 5 аппарат защиты сети 2 срабатывает и разрывает цепь между источником и токоприемником 5. При этом мгновенные значения токов в проводах также остаются равными и противоположными по знаку и устройство 4 сохранит разомкнутое состояние коммутирующего элемента 3. When the current exceeds the permissible value or a short circuit in the current collector 5, the network protection device 2 trips and breaks the circuit between the source and the current collector 5. In this case, the instantaneous currents in the wires also remain equal and opposite in sign and the device 4 saves the open state of the switching element 3.

При возникновении тока утечки нарушается баланс мгновенных значений токов в фазном и нейтральном проводах, что приводит к появлению сигнала на вторичной обмотке трансформатора тока 1. При достижении этим сигналом выбранного заранее допустимого значения устройство 4, управляющее коммутирующим элементом 3, замкнет его, искусственно создав режим короткого замыкания сети. Возросшее значение потребляемого от источника тока вызовет срабатывание аппарата защиты 2. When a leakage current occurs, the balance of the instantaneous values of the currents in the phase and neutral wires is violated, which leads to the appearance of a signal on the secondary winding of current transformer 1. When this signal reaches a selected predetermined value, the device 4, which controls the switching element 3, closes it, artificially creating a short network short circuits. An increased value of the current consumed from the current source will trigger the protection device 2.

Отличия предлагаемого технического решения от прототипа заключаются в следующих признаках:
1) коммутирующий элемент при достижении током утечки своего допустимого значения не размыкает цепь между сетью и токоприемником, а замыкая между собой зажимы токоприемника, искусственно создает условия срабатывания включенного последовательно с дифференциальным трансформатором тока аппарата защиты от токов перегрузки и короткого замыкания, который и размыкает цепь, защищая человека от поражения электрическим током;
2) другие элементы предлагаемого устройства не препятствуют работе аппарата защиты в соответствии с его назначением, благодаря чему автомат защиты приобретает свойство защиты сети от токов перегрузки и короткого замыкания.The differences of the proposed technical solution from the prototype are in the following features:
1) the switching element, when the leakage current reaches its permissible value, does not open the circuit between the network and the current collector, but closing the clamps of the current collector, artificially creates the conditions for the operation of the protection device against the overload and short circuit currents connected in series with the differential transformer, which opens the circuit, protecting a person from electric shock;
2) other elements of the proposed device do not interfere with the operation of the protection apparatus in accordance with its purpose, so the circuit breaker acquires the property of protecting the network from overload currents and short circuits.

Claims

A circuit breaker for protecting the network against overload and short circuit currents and against electric shock from a person, consisting of a differential current transformer, the primary windings of which form phase and neutral wires, a switching element, a switching element control device, powered from the network and connected to the secondary winding of the differential current transformer characterized in that, in series with the differential current transformer, the apparatus for protecting the network from overload currents and short circuit is connected tions, while the switching element is turned on, with a clamp circuit between the susceptor at its leakage current exceeds the allowable value.