RU207595U1

RU207595U1 - Устройство защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей

Info

Publication number: RU207595U1
Application number: RU2021116974U
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Купцов; Борис Николаевич Зубов
Original assignee: Владимир Дмитриевич Купцов; Борис Николаевич Зубов
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2021-11-03

Abstract

Полезная модель относится к противопожарному электротехническому оборудованию и решает проблему перегрева штепсельных соединителей электрических сетей, в состав которых входит устройство защитного отключения (УЗО), фазный проводник (L), нулевой проводник (N) и защитный проводник (РЕ). Проблема решается устройством защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей посредством создания тока утечки, который превышает номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО при превышении температурой определенного порога. Ток утечки создается нормально разомкнутым термоэлементом, включенным между нулевым (N) и защитным (РЕ) проводниками, устанавливаемым вблизи наиболее вероятного места перегрева. Температурный порог определяется характеристиками термоэлемента. Минимальная мощность нагрузки, подключенной к штепсельному соединителю, в котором установлено устройство защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей определяется напряжением в сети, удельным сопротивлением проводников, расстоянием от места установки штепсельных соединителей до места соединения защитного (РЕ) проводника и нулевого проводника (N) во вводном распределительном устройстве (ВРУ), характеристиками термоэлемента, величиной номинального отключающего дифференциального тока УЗО.

Description

Устройство защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей решает проблему перегрева штепсельных соединителей в электрических сетях, имеющих в своем составе устройство защитного отключения (УЗО), фазный проводник (L), нулевой проводник (N), защитный проводник (РЕ). Термины, обозначения и определения приводятся в соответствии с:

ГОСТ iec 60051-151-2014

Международный электротехнический

словарь часть 151

Электрические и магнитные устройства

ГОСТ iec 60051-195-2005

Национальный стандарт Российской Федерации

Заземление и защита от поражения электрическим током

термины и определения

ГОСТ iec/tr60755-2017

Устройства защитные, управляемые дифференциальным

(остаточным током)

Общие требования

Под термином "Напряжение сети" будет пониматься действующее значение фазного переменного напряжения (U) между нулевым проводником (N) и фазным проводником (L) на выходе вводного распределительного устройства (ВРУ).

Под термином "Ток сети " будет пониматься действующее значение переменного тока (I) фазного проводника (L) на выходе вводного распределительного устройства (ВРУ).

Под термином "Мощность сети " будет пониматься Активная мощность в сети (Р), равная P=UМ⋅I.

Из предшествующего известно "Устройство защиты контактов штепсельного соединения от перегрева" (патент) RU 174735, которое мы будем использовать для сравнения, и называть в дальнейшем "Сравниваемым устройством". В Сравниваемом устройстве, в качестве контактов штепсельного соединения рассматриваются контакты штепсельной розетки. Вводные контакты розетки соединены с нулевым (N), фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками. Для защиты электрической сети используется УЗО. В Сравниваемом устройстве используется термоэлемент, состоящий из

1. Вариант

нормально разомкнутого термореле, соединенного последовательно с резистором, которые подключены между фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками.

2. Вариант

термистор, подключенный между фазным (L) и защитным (РЕ) проводниками.

В Варианте 1, при превышении температурой значения, равного температуре срабатывания термореле, через резистор протекает ток, превышающий по значению номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, и УЗО отключается.

В Варианте 2, при превышении температурой порогового значения для термистора, сопротивление термистора резко падает, вследствие чего через него протекает ток, превышающий по значению номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, и УЗО отключается.

Недостатки в Варианте 1:

при нарушении целостности защитного (РЕ) проводника или отсутствия его соединения на вводном распределительном устройстве (ВРУ) с нулевым проводником (N), ток утечки, превышающий номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО, отсутствует, УЗО не срабатывает, на корпусах приборов и оборудования появляется фазное напряжение;

при не срабатывании УЗО по какой либо причине, например неисправности, через резистор протекает ток, который с учетом напряжения на резисторе, равного напряжению сети, вызывает нагрев резистора, если он не рассчитан на мощность в несколько Ватт. Например, при номинале резистора 6600 Ом при напряжении сети 220 В на резисторе выделяется энергия равная 7,3 Вт/с. Резисторы рассчитанные на мощность 7,3 Вт имеют большие габариты, что делает их монтаж в бытовую штепсельную розетку (используемую в загородных домах, квартирах для подключения различного оборудования) невозможным. Использование малогабаритных резисторов меньшей мощности, приведет к их нагреву, перегреву и выходу из строя, с вероятностью возгорания.

Недостатки в Варианте 2

аналогичные недостаткам Варианта 1;

возможность ложного срабатывания УЗО, вследствие того, что характеристика термистора отличается от характеристики идеального ключа, и ток утечки через термистор будет суммироваться с токами утечки в термисторах аналогичных Сравниваемых устройствах, установленных в той же сети, и может превысить значение номинального отключающего дифференциального тока УЗО.

Особенностью Устройства защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей, в дальнейшем Устройство, является использование нулевого проводника (N) и защитного проводника (РЕ) для создания тока утечки, превышающего номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО.

Для описания работы Устройства, в качестве примера, рассмотрим электрическую сеть Фиг. 1, со вводным распределительным устройством (ВРУ) 8, фазным (L) 9, нулевым (N)10, защитным (РЕ) 11 проводниками, УЗО 7 с номинальным отключающим дифференциальным током IΔn=30 мА, штепсельным соединителем 15, к которому через контакты 23 подключена нагрузка с сопротивлением (Rr) 16. Прочие нагрузки в электрической сети отсутствуют. Будем считать расстояние от штепсельного соединителя до ВРУ равным расстоянию от точки расщепления 4 до вводного контакта штепсельного соединителя 24. Сопротивление фазного проводника от ВРУ до штепсельного соединителя (Rl) 14; сопротивление нулевого проводника от ВРУ до штепсельного соединителя (Rn) 13; сопротивление защитного проводника от ВРУ до штепсельного соединителя (Rpe) 12. Будем считать Rn=Rl=Rpe.

Напряжение питания от подстанции подается на ВРУ 8 через вводной контакт 1 фазного проводника и вводной контакт 2 совмещенного нулевого и защитного проводника (PEN) 2. Внутри ВРУ совмещенный нулевой и защитный проводник 2 расщепляется 4 на нулевой проводник (N) 10 и защитный проводник (РЕ) 11. ВРУ имеет локальное заземление 6.

Ток утечки создается термоэлементом 17, в состав которого входит нормально разомкнутое термореле 20, с сопротивлением в замкнутом состоянии Rt 19, с последовательно подключенным самовосстанавливающимся предохранителем 18, в дальнейшем предохранитель 18, с сопротивлением Rp 24. Ток через термореле (It) равен току утечки при положении контактов 22 термореле 20. Предохранитель 18 ограничивает ток через термореле, указанный в параметрах термореле, при не срабатывании УЗО по какой либо причине. Время отключения УЗО при дифференциальных токах в несколько ампер, не превышает 40 мс и меньше времени срабатывания предохранителя 18. Напряжение между защитным и нулевым проводниками Upn в месте установки штепсельного соединителя 15 при отсутствии тока в защитном проводнике 11, будет равно I⋅Rn. При токе сети I=40А, удельном сопротивлении нулевого проводника 0,0068 Ом/м и расстоянию между местом установки штепсельного соединителя и точкой расщепления 4 равному 30 метрам, Upn=0,0068⋅30⋅40=8,2B. При замыкании контактов термореле, переключение из положения 21 в положение 22, напряжение на термореле меньше Upn. Небольшое значение напряжения на термореле позволяет ему выдерживать токи переключения в несколько десятков ампер.

Для расстояния от ВРУ 8 до штепсельного соединителя 15 равного 1 метр, напряжения в сети U=220 В, Rt=30 мОм, Rp=30 мОм, Rn=Rl=Rpe=0,0068 Ом, при наличии только одного штепсельного соединителя 15, для определения минимальной нагрузки при которой ток утечки будет равен It=IΔn=30 мА, произведем несложный расчет и получим значение сопротивления нагрузки 16 Rr=678 Ом. Пренебрегая падением напряжения на сопротивлениях Rl и Rn, будем считать напряжение на нагрузке равным напряжению сети 220 В и соответственно мощность нагрузки будет равна Рn=71 Вт. Это означает, что при наличии нагрузки мощностью более 71 Вт, подключенной к штепсельному соединителю 15, установленному на расстоянии 1 м от ВРУ 8, при превышении температурой порога срабатывания термореле 20, определяемого параметрами термореле, Устройство отключит УЗО 7. Контакты УЗО 7 переключатся из положения 3 в положение 5. При увеличении расстояния (более 1 метра) от места установки штепсельного соединителя 15 до ВРУ 8, мощность нагрузки, необходимая для создания тока утечки It=IΔn=30 мА, будет уменьшаться.

Если в качестве штепсельного соединителя рассматривать штепсельную розетку, целесообразно устанавливать Устройство на внутреннюю поверхность корпуса рядом с отверстиями для контактов штепсельного соединения.

Рассмотренный вариант использования Устройства защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей, не исчерпывает все возможные варианты его использования и технического исполнения.

Claims

Устройство защиты от перегрева штепсельных соединителей электрических сетей, имеющих в своем составе устройство защитного отключения (УЗО), фазный проводник (L), нулевой проводник (N), защитный проводник (РЕ), отличающееся тем, что посредством замыкания нулевого (N) и защитного (РЕ) проводников нормально разомкнутым термоэлементом, установленным в месте контроля температуры, состоящим из нормально разомкнутого термореле с последовательно соединенным предохранителем, при превышении температурного порога формирует ток утечки, превышающий номинальный отключающий дифференциальный ток устройства защитного отключения (УЗО).