EA038845B1 - Electric heating system (variants thereof) - Google Patents

Description

Заявляемое изобретение относится к системам электрического отопления, питающимся от сети переменного тока частотой 50-60 Гц, или 400 Гц, или 1000 Гц, в которых в качестве тепловыделяющих элементов используют нагревательные элементы резистивного типа, например, пленочные двухмерные нагревательные элементы на основе углеродного волокна, токопроводящих плёнок, нагревательные кабели, нагревательные сетки и ткани, ленточные, стержневые или проволочные нагреватели, нагревающие элементы на базе токопроводящих жидкостей, нагревающие элементы, специально предназначенные для обогрева прозрачных или отражающих поверхностей, например, окон, ветровых стекол, зеркал.The claimed invention relates to electric heating systems powered by an alternating current with a frequency of 50-60 Hz, or 400 Hz, or 1000 Hz, in which heating elements of a resistive type are used as fuel elements, for example, two-dimensional film heating elements based on carbon fiber, conductive films, heating cables, heating nets and fabrics, tape, rod or wire heaters, heating elements based on conductive liquids, heating elements specially designed for heating transparent or reflective surfaces such as windows, windshields, mirrors.

Заявляемое изобретение позволяет создавать современные электробезопасные, энергоэффективные, бесшумные отопительные системы повышенной комфортности для жилых, общественных, промышленных помещений, транспортных средств, объектов сельскохозяйственного назначения, например, теплиц, помещений для содержания животных, складских помещений, для объектов уличного и садово- паркового назначения, например, отапливаемых дорожек, тротуаров, ступенек, скамеек, проезжей части дорог, для систем снеготаяния и антиобледенительных систем, например, крыш и козырьков зданий, для обычной и специальной одежды с подогревом, для постельных принадлежностей, например, электропледов, электроодеял, для предметов санитарно-гигиенического назначения, например, унитазов и биде с подогревом.The claimed invention makes it possible to create modern electrical safe, energy-efficient, noiseless heating systems of increased comfort for residential, public, industrial premises, vehicles, agricultural facilities, for example, greenhouses, premises for keeping animals, warehouses, for outdoor and garden-park facilities, for example, heated walkways, sidewalks, steps, benches, carriageways, for snow melting and anti-icing systems, for example, roofs and canopies of buildings, for ordinary and special clothing with heating, for bedding, for example, electric blades, electric blankets, for sanitary items - for hygienic purposes, such as toilets and heated bidets.

В настоящее время для большинства систем электрического отопления основным источником электроэнергии является промышленная сеть переменного тока частотой 50/60 Гц с номинальным рабочим напряжением в диапазоне 110-420 В, а для автономных объектов с локальной электросистемой (самолеты, суда, иные транспортные средства) источником энергии для электрического отопления является сеть переменного тока с частотой от 400-1000 Гц с номинальным рабочим напряжением сотни вольт. Контакт пользователя с токоведущими частями отопительных систем, питающихся от таких источников энергии, несёт опасность поражения электрическим током.Currently, for most electric heating systems, the main source of electricity is an industrial AC network with a frequency of 50/60 Hz with a nominal operating voltage in the range of 110-420 V, and for autonomous objects with a local electrical system (aircraft, ships, other vehicles), a source of energy for electric heating, an alternating current network with a frequency of 400-1000 Hz with a nominal operating voltage of hundreds of volts is used. Contact of the user with live parts of heating systems powered by such energy sources carries the risk of electric shock.

Из уровня техники известны способы защиты пользователя от поражения током в электрических устройствах, в том числе, в системах электрического отопления.Methods of protecting a user from electric shock in electrical devices, including electric heating systems, are known from the prior art.

В ГОСТ Р МЭК 335-1-94 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов в качестве средства защиты от поражения электрическим током предусматривается использование основной изоляции, двойной или усиленной изоляции токоведущих частей, организация заземляющего контура, то есть окружение токоведущих цепей устройств токопроводящим заземлённым экраном, который предотвращает прямой контакт пользователя с токоведущими частями.GOST R IEC 335-1-94 Safety of household and similar electrical appliances as a means of protection against electric shock provides for the use of basic insulation, double or reinforced insulation of current-carrying parts, the organization of a grounding circuit, that is, the environment of current-carrying circuits of devices with a conductive grounded shield, which prevents direct contact of the user with live parts.

Согласно указанному ГОСТу безопасной считается электрическая цепь с действующим значением напряжения менее 42,4 В, которое определяется международными стандартами как безопасное сверхнизкое напряжение.According to the specified GOST, an electrical circuit with an effective voltage value of less than 42.4 V is considered safe, which is defined by international standards as a safe extra-low voltage.

Универсальным и надежным способом обеспечения электробезопасности, вне зависимости от мер предпринимаемых по электроизоляции токоведущих частей с помощью электроизоляционных материалов и конструкций, является введение в состав систем электроотопления специализированного устройства - функционального элемента, понижающего значение рабочего напряжения нагревательных элементов до безопасного уровня, например 12, 24, 36 или 42,4 В и, что особенно важно, обеспечивающего гальваническое разделение электрических цепей питающей промышленной сети, или локальных питающих электросетей и тепловыделяющих элементов.A universal and reliable way to ensure electrical safety, regardless of the measures taken to electrical insulation of live parts using electrical insulating materials and structures, is the introduction of a specialized device into the electrical heating systems - a functional element that lowers the operating voltage of heating elements to a safe level, for example 12, 24, 36 or 42.4 V and, which is especially important, providing galvanic separation of electrical circuits of the power supply network, or local power supply networks and heat-generating elements.

Таким функциональным элементом, представляющим собой устройство защиты от поражения электрическим током, является безопасный разделительный трансформатор, который понижает действующее напряжение электрических цепей нагрузки до безопасного сверхнизкого уровня, а также обеспечивает гальваническую развязку между цепью питающей электросети и электрическими цепями нагрузки. В специальной литературе безопасный разделительный трансформатор часто называют также безопасный изолирующий трансформатор или безопасный понижающий трансформатор.Such a functional element, which is a protection device against electric shock, is a safe isolation transformer, which reduces the operating voltage of the electrical load circuits to a safe extra-low level, and also provides galvanic isolation between the supply mains circuit and the electrical load circuits. In specialist literature, the safety isolation transformer is often referred to as the safety isolation transformer or the safety step-down transformer.

В ГОСТе Р МЭК 335-1-94 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов такой трансформатор определён как безопасный разделительный трансформатор, то есть трансформатор, входная обмотка которого электрически отделена от выходной обмотки изоляцией, эквивалентной, по крайней мере, двойной или усиленной изоляции, и который предназначен для питания прибора или его цепей безопасным сверхнизким напряжением.In GOST R IEC 335-1-94 Safety of household and similar electrical appliances, such a transformer is defined as a safe isolation transformer, that is, a transformer whose input winding is electrically separated from the output winding by insulation equivalent to at least double or reinforced insulation, and which designed to power the device or its circuits with safe extra-low voltage.

Из уровня техники известна система электрического отопления помещения, а именно, предназначенная для использования в тёплых полах с напряжением питания 220 В переменного тока, частотой 5060 Гц, в которой в качестве тепловыделяющего резистивного нагревательного элемента используется инфракрасная плёнка Heat Plus толщиной 0,5 мм производства южно-корейской компании Seggi Century Co. Ltd, которая содержит восемь слоёв, нанесённых на карбоновую токопроводящую основу (девятый слой), четыре из которых представляют собой усиленную двойную электроизоляцию токоведущих частей, являющуюся основным и единственным средством обеспечения электробезопасности отопительной системы (см. информацию на сайте в сети Интернет по адресу www.ec21.com).From the prior art, an electric space heating system is known, namely, intended for use in underfloor heating with a supply voltage of 220 V AC, a frequency of 5060 Hz, in which an infrared Heat Plus film with a thickness of 0.5 mm produced in southern Russia is used as a heat-generating resistive heating element. -Korean company Seggi Century Co. Ltd, which contains eight layers applied to a carbon conductive base (ninth layer), four of which are reinforced double electrical insulation of conductive parts, which is the main and only means of ensuring the electrical safety of the heating system (see information on the Internet site at www. ec21.com).

Из уровня техники известна система электрического обогрева помещения, содержащий потолочный плёночный электронагреватель с резистивным тепловыделяющим элементом (патент на изобретение РФ №2389161, дата приоритета 03.10.2008, опубликовано 10.05.2010, патентообладатель ООО Завод Рацио- 1 038845 нальные отопительные системы). В которой в качестве средств обеспечения электробезопасности используют электроизоляционные плёнки увеличенной толщины, которые дополнительно защищают электронагреватель от пробоя электрическим током при перегрузках сети и от механических повреждений резистивного излучающего элемента. Указанная система работает от питающей сети переменного тока со значением действующего напряжения 220 В.From the prior art, a system of electric heating of a room is known, containing a ceiling film electric heater with a resistive heat-generating element (patent for invention of the Russian Federation No. 2389161, priority date 03.10.2008, published 10.05.2010, patent holder LLC Plant Rational Heating Systems). In which, as a means of ensuring electrical safety, electrical insulating films of increased thickness are used, which additionally protect the electric heater from electric breakdown during network overloads and from mechanical damage to the resistive emitting element. The specified system operates from an AC mains with an effective voltage value of 220 V.

Недостатком данной системы обогрева помещения, является то, что увеличение толщины слоев электроизоляции отрицательно сказывается на тепловой эффективности системы отопления в целом, за счёт низкой теплопроводности электроизоляционных материалов, препятствующих теплопередачи от защищенного ими резистивного компонента к поверхности тепловыделяющего элемента, что приводит к росту затрат электроэнергии на отопление.The disadvantage of this room heating system is that an increase in the thickness of the electrical insulation layers negatively affects the thermal efficiency of the heating system as a whole, due to the low thermal conductivity of electrical insulating materials, which prevent heat transfer from the resistive component protected by them to the surface of the fuel element, which leads to an increase in electricity costs for heating.

Из уровня техники известна система электрического отопления с использованием в качестве резистивного тепловыделяющего элемента плёнки HeatLife 220/M2 с заземлением, производства корейской компании Ondolia Co., Ltd. Многослойная конструкция плёнки заземления приведена на сайте в сети Интернет по адресу http://www.heatlife.ru/product-details/hl-220-m2/, конструкция которой запатентована в Южной Корее совместно с Корейским Институтом Индустриальных технологий, заявка на изобретение KR20100087907, опубликована 06.08.2010.An electric heating system is known from the prior art using a HeatLife 220 / M2 film with grounding, manufactured by the Korean company Ondolia Co., Ltd., as a resistive fuel element. The multilayer construction of the grounding film is shown on the Internet site at http://www.heatlife.ru/product-details/hl-220-m2/, the design of which is patented in South Korea jointly with the Korean Institute of Industrial Technology, invention application KR20100087907 , published on 06.08.2010.

Указанная отопительная плёнка с заземлением 220/М2 используется для полноценного единственного отопления помещений, в том числе, во влажных помещениях (душевых, бассейнах, банях). В качестве дополнительного средства обеспечения электробезопасности отопительной системы используются дополнительные токопроводящие слои заземления, расположенные сверху и снизу изолирующих слоёв нагревательного резистивного элемента.The specified heating film with grounding 220 / M2 is used for full-fledged single heating of premises, including in wet rooms (showers, swimming pools, saunas). As an additional means of ensuring the electrical safety of the heating system, additional conductive ground layers are used, located above and below the insulating layers of the heating resistive element.

Дополнительный токопроводящий слой заземления собирает статическое электричество и утечки тока с поверхности пленки, а отдельная медная шина собирает их, чтобы скинуть на контур заземления.An additional conductive ground layer collects static electricity and leakage current from the surface of the film, and a separate copper bus collects them to drop onto the ground loop.

Из уровня техники известна система электрического отопления помещения или салонов транспортных средств по патенту РФ на полезную модель № 7729, дата приоритета 20.11.1997, опубликованная 16.09.1998, содержащая напольное обогревательное устройство, выполненное в виде токопроводящей пластины из бумаги на основе дискретного углеродного волокна, облицованной с обеих сторон полиамидным стеклопластиком, уложенные на теплоизолирующий материал, поверх которых нанесен слой напольного покрытия (кафель, ламинат).A system of electric heating of a room or interiors of vehicles is known from the prior art according to the RF patent for utility model No. 7729, priority date 20.11.1997, published 16.09.1998, containing a floor heating device made in the form of a conductive plate made of paper based on discrete carbon fiber, lined on both sides with polyamide fiberglass, laid on a heat-insulating material, on top of which a layer of floor covering is applied (tile, laminate).

Указанная система отопления подключается к питающей электросети переменного тока с напряжением 220В частотой 50-60 Гц непосредственно или через безопасный разделительный трансформатор.The specified heating system is connected to the AC supply mains with a voltage of 220V and a frequency of 50-60 Hz either directly or through a safe isolation transformer.

В данной полезной модели используют два средства обеспечения электробезопасности в виде усиленной электроизоляции токопроводящих цепей, а также предусматривается возможность подключения резистивного нагревательного элемента к электросети через безопасный разделительный трансформатор, работающий на частоте питающей сети, который обеспечивает понижение питающего напряжения до безопасного уровня.This utility model uses two means of ensuring electrical safety in the form of reinforced electrical insulation of current-carrying circuits, and also provides for the possibility of connecting a resistive heating element to the mains through a safe isolation transformer operating at the frequency of the supply network, which ensures a decrease in the supply voltage to a safe level.

Недостатком данной системы электроотопления является акустический шум работающего безопасного разделительного трансформатора.The disadvantage of this electric heating system is the acoustic noise of the operating safe isolation transformer.

Из уровня техники известна система электрического отопления помещения с использованием безопасного низкого напряжения не более 30 В, международная заявка на изобретение PCT/KR 2003/002750, дата приоритета 16.12.2002, дата международной подачи заявки 16.12.2003, дата международной публикации WO 2004/056155 от 01.07.2004, выбранная за прототип.A system of electric space heating using a safe low voltage of no more than 30 V is known from the prior art, international application for invention PCT / KR 2003/002750, priority date 12/16/2002, international filing date 12/16/2003, international publication date WO 2004/056155 from 01.07.2004, chosen for the prototype.

Данная система отопления питается от промышленной сети переменного тока с напряжением 110В/220В частотой 50-60 Гц, электробезопасность системы обеспечивается использованием безопасного разделительного трансформатора, обеспечивающего понижение питающего напряжения до безопасного уровня, а также гальваническое разделение цепи питающей электросети и цепи резистивного тепловыделяющего элемента.This heating system is powered from an industrial AC network with a voltage of 110V / 220V with a frequency of 50-60 Hz, the electrical safety of the system is ensured by the use of a safe isolation transformer, which ensures a decrease in the supply voltage to a safe level, as well as galvanic separation of the supply mains circuit and the resistive fuel element circuit.

В указанной системе безопасный разделительный трансформатор работает на частоте питающей сети, то есть на частоте 50-60 Гц - такой трансформатор является низкочастотным.In this system, a safe isolation transformer operates at the mains frequency, that is, at a frequency of 50-60 Hz - such a transformer is a low-frequency one.

Однако, использование в качестве средства обеспечения электробезопасности электроотопительной системы низкочастотного трансформатора, работающего на частоте промышленной сети 50/60 Гц, имеет недостатки, которые сдерживают рост объёма применения энергоэфективных отопительных систем с резистивными нагревательными элементами, особенно пленочного двухмерного типа, особенно для жилых помещений.However, the use of a low-frequency transformer operating at a frequency of an industrial network of 50/60 Hz as a means of ensuring the electrical safety of an electric heating system has drawbacks that restrain the growth of the use of energy-efficient heating systems with resistive heating elements, especially a two-dimensional film type, especially for residential premises.

Из уровня техники известно (ГОСТ 12.2.024-87 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Шум. Трансформаторы силовые масляные. Нормы и методы контроля), что низкочастотные трансформаторы во время работы создают вибрации и излучают акустический шум на частотах кратных частоте питающей сети 50/60 Гц.It is known from the state of the art (GOST 12.2.024-87 Occupational Safety Standards System (SSBT). Noise. Oil power transformers. Norms and methods of control) that low-frequency transformers during operation create vibrations and emit acoustic noise at frequencies that are multiples of the frequency of the supply network 50 / 60 Hz.

В прототипе акустические колебания, излучаемые низкочастотным безопасным разделительным трансформатором, работающим на частоте от 50-60 Гц, являются следствием возникающих в нем механических колебаний обмоток и магнитострикции сердечника под действием знакопеременного магнитного поля, создаваемого обмотками трансформатора при прохождении через них знакопеременного тока.In the prototype, acoustic vibrations emitted by a low-frequency safe isolation transformer operating at a frequency of 50-60 Hz are the result of mechanical oscillations of the windings and magnetostriction of the core arising in it under the action of an alternating magnetic field created by the transformer windings when an alternating current passes through them.

- 2 038845- 2 038845

При прочих равных условиях (частота, напряжение, температура), мощность акустического излучения (шума), издаваемого трансформатором при работе, пропорциональна мощности трансформатора.All other things being equal (frequency, voltage, temperature), the power of acoustic radiation (noise) emitted by the transformer during operation is proportional to the power of the transformer.

Чем больше мощность трансформатора, тем больше его масса и габариты, а также производимое им акустическое излучение (шум).The greater the power of the transformer, the greater its mass and dimensions, as well as the acoustic radiation (noise) it produces.

Поскольку системы отопления характеризуются достаточно большой мощностью энергопотребления, в них используются низкочастотные трансформаторы значительных габаритов и массы, которые производят постоянный акустический шум при работе.Since heating systems are characterized by a sufficiently large power consumption, they use low-frequency transformers of significant dimensions and weight, which produce constant acoustic noise during operation.

Дополнительные мероприятия по шумо и виброизоляции низкочастотных трансформаторов, устанавливаемых в отапливаемых помещениях, повышают расходы на обустройство и эксплуатацию отопительной системы. Также существует аналогичная проблема интерьерного обустройства помещений, вызванная существенными габаритами и массой низкочастотных безопасных разделительных трансформаторов, поскольку в объеме отапливаемого помещения необходимо предусматривать значительные дополнительные объемы, или конструктивные элементы, или отдельные элементы мебели для размещения крупногабаритного низкочастотного безопасного разделительного трансформатора (см. видео Система отопления Carbontec полы на сайте в сети Интернет по адресу http://carbontecrus.ru/).Additional measures for noise and vibration isolation of low-frequency transformers installed in heated rooms increase the cost of arranging and operating the heating system. There is also a similar problem of the interior arrangement of premises, caused by the significant dimensions and weight of low-frequency safe isolation transformers, since it is necessary to provide significant additional volumes, or structural elements, or separate furniture elements in the volume of the heated room to accommodate a large-sized low-frequency safe isolation transformer (see video Heating system Carbontec floors on the Internet site at http://carbontecrus.ru/).

Частота акустического излучения трансформаторов, работающих на частоте промышленной сети 50/60 Гц, лежит в частотной области хорошо слышимой человеком или животным. Постоянное нахождение человека или животного в отапливаемом помещении, в котором постоянно слышен монотонный шум гудящего трансформатора, нарушает условия акустического комфорта пребывания в таких помещениях.The frequency of the acoustic radiation of transformers operating at a frequency of an industrial network of 50/60 Hz lies in the frequency domain well audible by humans or animals. The constant presence of a person or animal in a heated room, in which the monotonous noise of a humming transformer is constantly heard, violates the conditions for the acoustic comfort of stay in such rooms.

Если низкочастотный безопасный разделительный трансформатор устанавливается вне отапливаемого помещения с целью уменьшения слышимости издаваемого им акустического шума, это полностью не решает проблему шума, поскольку имеет место передача вибраций (шума) через элементы строительных конструкций зданий. При этом, возникает другая проблема, а именно, проблема снижения энергоэффективности отопительной системы, возникающая по следующим причинам.If a low-frequency safe isolation transformer is installed outside the heated room in order to reduce the audibility of the acoustic noise emitted by it, this does not completely solve the noise problem, since there is a transmission of vibrations (noise) through the elements of building structures of buildings. In this case, another problem arises, namely, the problem of reducing the energy efficiency of the heating system, which arises for the following reasons.

Во-первых, значение коэффициента полезного действия (КПД) низкочастотных безопасных разделительных трансформаторов, используемых в качестве устройства обеспечения электробезопасности отопительных систем, составляет не более 94-96%.Firstly, the value of the efficiency (efficiency) of low-frequency safe isolation transformers used as a device for ensuring electrical safety of heating systems is no more than 94-96%.

Вынос трансформатора за пределы отапливаемого помещения означает, что тепловые потери трансформатора будут рассеиваться вне объема отапливаемого помещения, соответственно, энергоэффективность системы отопления будет как минимум на 4-6% ниже по сравнению с установкой безопасного разделительного трансформатора непосредственно в отапливаемом помещении.Removal of the transformer outside the heated room means that the heat losses of the transformer will be dissipated outside the volume of the heated room, respectively, the energy efficiency of the heating system will be at least 4-6% lower than the installation of a safe isolation transformer directly in the heated room.

Во вторых, использование безопасных сверхнизких значений напряжения для питания резистивных тепловыделяющих элементов, требует пропорционального увеличения силы тока, текущего в цепи нагревательных элементов, для сохранения выделяемой тепловой мощности отопительной системой. Увеличение значения тока, текущего в цепи тепловыделяющих резистивных элементов, требует увеличения сечения подводящих проводов.Secondly, the use of safe ultra-low voltage values for powering resistive fuel elements requires a proportional increase in the current flowing in the heating element circuit in order to maintain the heat generated by the heating system. An increase in the value of the current flowing in the circuit of heat-generating resistive elements requires an increase in the cross-section of the supply wires.

Кроме того, увеличение длинны подводящих проводов, за счёт удаленной установки трансформатора дополнительно снижает энергоэффективность системы отопления из-за дополнительных непродуктивных омических потерь в проводах и увеличивает трудоемкость и материалоёмкость монтажа системы отопления и, соответственно, увеличивает стоимость системы отопления и стоимость её эксплуатации.In addition, an increase in the length of the supply wires, due to the remote installation of the transformer, further reduces the energy efficiency of the heating system due to additional unproductive ohmic losses in the wires and increases the labor intensity and material consumption of installing the heating system and, accordingly, increases the cost of the heating system and the cost of its operation.

Задачей заявляемого изобретения является создание бесшумной, электробезопасной и энергоэффективной системы электрического отопления.The objective of the claimed invention is to create a noiseless, electrically safe and energy efficient electric heating system.

Поставленная задача решается тем, что в первом варианте системы электрического отопления, питающейся от сети переменного тока частотой в диапазоне 50-1000 Гц, содержащей, по меньшей мере, один резистивный нагревательный элемент и устройство защиты от поражения электрическим током, последовательно включенное между цепью питающей сети переменного тока и резистивным нагревательным элементом, выполненное на базе, по меньшей мере, одного безопасного разделительного трансформатора, устройство защиты от поражения электрическим током дополнительно снабжено генератором, последовательно включенным между цепью питающей сети переменного тока и безопасным разделительным трансформатором, при этом вход генератора подключен к питающей сети переменного тока, выход генератора подключен к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора, а выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора подключена к резистивному нагревающему элементу, при этом рабочая частота генератора подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного.The problem is solved by the fact that in the first version of an electric heating system powered by an alternating current with a frequency in the range of 50-1000 Hz, containing at least one resistive heating element and an electric shock protection device connected in series between the supply network circuit alternating current and a resistive heating element, made on the basis of at least one safe isolation transformer, the electric shock protection device is additionally equipped with a generator connected in series between the AC supply circuit and the safe isolation transformer, while the generator input is connected to the supply AC mains, the generator output is connected to the primary winding of the safety isolation transformer, and the output winding of the safety isolation transformer is connected to a resistive heating element, while the operating frequency of the generator is matched in such a way that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by a safe isolation transformer is beyond the audibility of human and / or animal hearing organs.

Во втором варианте исполнения система электрического отопления, питающейся от сети переменного тока частотой в диапазоне 50-1000 Гц, содержащей, по меньшей мере, один резистивный нагревательный элемент и устройство защиты от поражения электрическим током, последовательно включенное между цепью питающей электросети и резистивным нагревательным элементом, выполненное на базе, по меньшей мере, одного безопасного разделительного трансформатора, устройство защиты от поражения электрическим током дополнительно снабжено генератором, последовательно включенным между цепью питающей электросети и безопасным разделительным трансформатором и по меньшей мере од- 3 038845 ним выходным выпрямителем, последовательно подключенным между безопасным разделительным трансформатором и резистивным нагревательным элементом, при этом вход генератора подключен к питающей сети переменного тока, выход генератора подключен к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора, выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора подключена ко входу выходного выпрямителя, а выход выходного выпрямителя подключен к резистивному нагревательному элементу, при этом рабочая частота генератора подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного.In the second embodiment, an electric heating system powered from an alternating current network with a frequency in the range of 50-1000 Hz, containing at least one resistive heating element and an electric shock protection device connected in series between the supply mains circuit and a resistive heating element, made on the basis of at least one safe isolation transformer, the electric shock protection device is additionally equipped with a generator connected in series between the supply mains circuit and the safe isolation transformer and at least one output rectifier connected in series between the safe isolation transformer transformer and a resistive heating element, while the generator input is connected to the AC mains, the generator output is connected to the primary winding of the safe isolation transformer, the output winding of the safe an isolation transformer is connected to the input of the output rectifier, and the output of the output rectifier is connected to a resistive heating element, while the operating frequency of the generator is selected in such a way that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by a safe isolation transformer is beyond the audibility of human and / or animal hearing organs ...

В третьем варианте исполнения система электрического отопления, питающейся от сети переменного тока частотой в диапазоне 50-1000 Гц, содержащей по меньшей мере один резистивный нагревательный элемент и устройство защиты от поражения электрическим током, последовательно включенное между цепью питающей электросети и резистивным нагревательным элементом, выполненное на базе, по меньшей мере, одного безопасного разделительного трансформатора, устройство защиты от поражения электрическим током дополнительно снабжено генератором, последовательно включенным между цепью питающей электросети и безопасным разделительным трансформатором, и последовательно включенными между безопасным разделительным трансформатором и резистивным нагревательным элементом, по меньшей мере, одним выходным выпрямителем и по меньшей мере одним блоком переполюсовки выходного напряжения выходного выпрямителя, при этом вход генератора подключен к питающей сети переменного тока, выход генератора подключен к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора, выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора подключена ко входу выходного выпрямителя, выход которого подключен ко входу блока переполюсовки выходного напряжения выходного выпрямителя, выход которого подключен к резистивному нагревательному элементу, при этом рабочая частота генератора подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного.In the third embodiment, an electric heating system powered by an alternating current network with a frequency in the range of 50-1000 Hz, containing at least one resistive heating element and an electric shock protection device connected in series between the supply mains circuit and a resistive heating element, made on base of at least one safe isolation transformer, the electric shock protection device is additionally equipped with a generator connected in series between the supply mains circuit and the safe isolation transformer, and connected in series between the safe isolation transformer and a resistive heating element, at least one output rectifier and at least one block of polarity reversal of the output voltage of the output rectifier, while the generator input is connected to the AC mains, the generator output is connected to the primary winding to the safety isolation transformer, the output winding of the safety isolation transformer is connected to the input of the output rectifier, the output of which is connected to the input of the polarity reversal block of the output voltage of the output rectifier, the output of which is connected to a resistive heating element, while the operating frequency of the generator is selected in such a way that the frequency spectrum of the acoustic signal radiation emitted by a safe isolation transformer was beyond the hearing range of human and / or animal hearing organs.

Устройство защиты от поражения электрическим током во всех вариантах изобретения может быть конструктивно полностью или частично выполнено в виде предмета интерьерного обустройства помещения, например, картины.The protection device against electric shock in all variants of the invention can be structurally fully or partially made in the form of an object of interior furnishing of a room, for example, a picture.

Общеизвестно, что наиболее теплоэффективной и экономичной в эксплуатации с точки зрения минимизации затрат на отопление помещения, является система электрического отопления, в которой в качестве резистивного тепловыделяющего элемента, используются нагревательный элемент двухмерного пленочного типа с минимальным количеством и толщиной защитных слоёв, обеспечивающих электробезопасность и механическую защиту токоведущих частей нагревательных элементов.It is generally known that the most heat-efficient and economical operation in terms of minimizing the cost of heating a room is an electric heating system, in which a two-dimensional film-type heating element is used as a resistive heat-generating element with a minimum number and thickness of protective layers that provide electrical safety and mechanical protection. live parts of heating elements.

Однако, уменьшая количество и толщину защитных слоёв тепловыделяющего элемента в борьбе за теплоэффективность и экономичность отопительной системы, возникает проблема обеспечения электробезопасности отопительной системы, питающейся от электроопасных промышленных и коммерческих сетей переменного тока частотой 50-1000 Гц.However, reducing the number and thickness of the protective layers of the fuel element in the struggle for the thermal efficiency and economy of the heating system, there is a problem of ensuring the electrical safety of the heating system powered by electrical hazardous industrial and commercial AC networks with a frequency of 50-1000 Hz.

Одним из способов сохранить теплоэффективность, экономичность электрической отопительной системы при обеспечении требуемых норм её электробезопасности, является применение безопасного разделительного трансформатора. Установка безопасного разделительного трансформатора в отапливаемом помещении наиболее рациональна с точки зрения повышения тепловой эффективности за счёт использования на отопление помещения тепла, выделяемого трансформатором при его работе.One of the ways to preserve the thermal efficiency, economic efficiency of an electric heating system while ensuring the required standards of its electrical safety, is to use a safe isolation transformer. Installation of a safe isolation transformer in a heated room is the most rational from the point of view of increasing thermal efficiency due to the use of heat generated by the transformer during its operation for heating the room.

В качестве средства обеспечения электробезопасности отопительной системы в настоящее время повсеместно находят применение низкочастотные трансформаторы, работающие от коммерческой, промышленной питающей электросети переменного тока частотой 50-1000 Гц.Low-frequency transformers operating from a commercial, industrial AC power supply network with a frequency of 50-1000 Hz are now widely used as a means of ensuring the electrical safety of the heating system.

Низкочастотные трансформаторы органически сочетают в себе простоту конструкции с функциями редукции рабочего напряжения до безопасного уровня и гальванического разделения цепей питающей сети и цепей тепловыделяющих элементов. К достоинствам низкочастотных трансформаторов следует отнести то, что на выходе трансформатора присутствует переменный ток, который можно непосредственно подавать на тепловыделяющие элементы. Работа электрических цепей нагревательных элементов на переменном токе, в отличие от их работы на постоянном токе, значительно снижает скорость электрохимической коррозии токоведущих составляющих цепи тепловыделяющих элементов и способствует повышению эксплуатационной надежности системы отопления, особенно при работе в условиях повышенной влажности.Low-frequency transformers organically combine the simplicity of design with the functions of reducing the operating voltage to a safe level and galvanic separation of the supply network circuits and circuits of fuel elements. The advantages of low-frequency transformers include the fact that there is an alternating current at the output of the transformer, which can be directly supplied to the fuel elements. The operation of electrical circuits of heating elements on alternating current, in contrast to their operation on direct current, significantly reduces the rate of electrochemical corrosion of current-carrying components of the circuit of fuel elements and contributes to an increase in the operational reliability of the heating system, especially when operating in conditions of high humidity.

Однако, низкочастотные трансформаторы, устанавливаемые в отапливаемом помещении для обеспечения электробезопасности отопительной системы, работающие на частоте промышленной сети 501000 Гц, являются источниками постоянного, монотонного (с гармониками кратными частоте питающей сети) акустического излучения (шума), нарушающего условия комфортного пребывания человека и/или животного в отапливаемом помещении.However, low-frequency transformers installed in a heated room to ensure the electrical safety of the heating system, operating at a frequency of an industrial network of 501000 Hz, are sources of constant, monotonic (with harmonics multiples of the frequency of the supply network) acoustic radiation (noise) that violates the conditions for a comfortable stay of a person and / or animal in a heated room.

Амплитуда (громкость), издаваемого трансформатором акустического излучения пропорционально его массе и габаритам, то есть чем больше мощность, необходимая для отопления помещения, тем больше масса и габариты трансформатора, используемого для обеспечения электробезопасности, тем вышеThe amplitude (loudness) of the acoustic radiation emitted by the transformer is proportional to its mass and dimensions, that is, the more power required to heat the room, the greater the mass and dimensions of the transformer used to ensure electrical safety, the higher

- 4 038845 интенсивность создаваемого им акустического излучения (шума).- 4 038845 intensity of acoustic radiation (noise) generated by it.

Эффективным решением задачи сохранения акустического комфорта в отапливаемом помещении, в котором находится трансформатор, при одновременном сохранении высокой электробезопасности отопительной системы и её тепловой эффективности и, как следствие, её экономичности, является дополнительное снабжение устройства электробезопасности генератором, последовательно подключенным между цепью питающей электросети и безопасным разделительным трансформатором, рабочая частота которого подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного.An effective solution to the problem of maintaining acoustic comfort in the heated room in which the transformer is located, while maintaining high electrical safety of the heating system and its thermal efficiency and, as a consequence, its efficiency, is the additional supply of the electrical safety device with a generator connected in series between the power supply circuit and the safe separation a transformer, the operating frequency of which is selected in such a way that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by a safe isolation transformer is beyond the audibility of human and / or animal hearing organs.

Генератор обеспечивает преобразованные частоты тока коммерческой, промышленной питающей электросети 50-1000 Гц в переменный ток, частота которого лежит за границами частотной области слышимости органами слуха человека и/или животного, например, частотой выше 20000 Гц.The generator provides the converted current frequencies of a commercial, industrial power supply network of 50-1000 Hz into alternating current, the frequency of which lies outside the boundaries of the frequency range of audibility by the human and / or animal hearing organs, for example, with a frequency higher than 20,000 Hz.

Такой частотный электрический сигнал поступает на вход безопасного разделительного трансформатора, который начинает излучать акустический сигнал той же или кратной ей частоты, которые также будут находиться за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного, обеспечивая таким образом акустический комфорт их пребывания в отапливаемом помещении, то есть безопасный разделительный трансформатор не будет издавать монотонный, раздражающий гул при его работе.Such a frequency electrical signal enters the input of a safe isolation transformer, which begins to emit an acoustic signal of the same frequency or a multiple of it, which will also be outside the hearing range of human and / or animal hearing organs, thus ensuring the acoustic comfort of their stay in a heated room, then there is a safe isolation transformer will not emit a monotonous, annoying hum when it is working.

Первый вариант изобретения эффективен и целесообразен для использования в случаях, когда устройство обеспечения электробезопасности, содержащее безопасный разделительный трансформатор, находится в непосредственной близости от резистивного нагревающего элемента, то есть имеет с резистивным элементом короткие соединительные провода, обладающие низким значением собственной паразитной индуктивности, а сам резистивный нагревательный элемент является двухмерным пленочным нагревательным элементом, который также имеет низкое значение собственной паразитной индуктивности. Низкое значение собственной паразитной индуктивности соединительных проводов и резистивного нагревательного элемента позволяет беспрепятственно течь току высокой частоты более 1000 Гц, например, частотой 20000 Гц в цепи нагрузки.The first variant of the invention is effective and expedient for use in cases where an electrical safety device containing a safe isolation transformer is in close proximity to a resistive heating element, that is, it has short connecting wires with a resistive element having a low value of its own parasitic inductance, and the resistive the heating element is a two-dimensional film heating element that also has a low self-parasitic inductance value. The low self-parasitic inductance of the connecting wires and the resistive heating element allows high frequency currents of more than 1000 Hz, for example, 20,000 Hz, to flow unhindered in the load circuit.

Второй вариант изобретения, предназначен для случаев, когда безопасный разделительный трансформатор находится на значительном удалении от резистивного нагревательного элемента и соединительные провода между выходом безопасного разделительного трансформатора имеют большую протяженность, в силу чего, имеют повышенное значение собственной паразитной индуктивности, при этом, резистивный нагревательный элемент может быть выполнен двухмерным пленочным нагревательным элементом, имеющим низкую собственную паразитную индуктивность, или во втором случае, когда соединительные провода между выходом безопасного разделительного трансформатора имеют большую протяженность, в силу чего, имеют высокое значение паразитной индуктивности, а резистивный нагревательный элемент - кабельного, ленточного или катушечного типа, которые также имеют высокое значение собственной паразитной индуктивности.The second variant of the invention is intended for cases when the safe isolation transformer is located at a considerable distance from the resistive heating element and the connecting wires between the output of the safe isolation transformer have a long length, whereby they have an increased value of their own parasitic inductance, while the resistive heating element can be made by a two-dimensional film heating element with a low intrinsic parasitic inductance, or in the second case, when the connecting wires between the output of the safe isolation transformer have a large length, due to which they have a high value of parasitic inductance, and the resistive heating element is cable, tape or coil type that also have a high value of their own parasitic inductance.

Высокое значение индуктивной составляющей цепи нагрузки системы электрического отопления препятствует прохождению тока через нагревательный элемент. При этом из-за снижения значения проходящего через нагревательный элемент тока, падает уровень выделяемой тепловой мощности, при этом снижается теплоэффективность отопительной системы. Для того, чтобы компенсировать недостаточный нагрев резистивного теплонагревающего элемента в отопительных системах с высоким значением паразитной индуктивности и высоким значением частоты греющего переменного тока необходимо либо повышать значение напряжения в цепи нагрузки, что противоречит требованиям электробезопасности системы, либо перейти на питание нагревательного элемента выпрямленным (постоянным) током.The high value of the inductive component of the load circuit of the electric heating system prevents the passage of current through the heating element. At the same time, due to a decrease in the value of the current passing through the heating element, the level of the released heat power decreases, while the thermal efficiency of the heating system decreases. In order to compensate for the insufficient heating of the resistive heat-heating element in heating systems with a high value of parasitic inductance and a high value of the frequency of the heating alternating current, it is necessary either to increase the voltage value in the load circuit, which contradicts the requirements of the electrical safety of the system, or to switch to the power supply of the heating element rectified (constant) current.

Для решения этой задачи необходимо включить последовательно между выходом безопасного разделительного трансформатора и цепью резистивного нагревательного элемента, по меньшей мере, один выпрямитель, который преобразует переменный ток с выхода безопасного разделительного трансформатора в выпрямленный (постоянный) ток, который поступает в цепь нагрузки.To solve this problem, it is necessary to connect in series between the output of the safe isolation transformer and the circuit of the resistive heating element, at least one rectifier, which converts the alternating current from the output of the safe isolation transformer into a rectified (direct) current that enters the load circuit.

При этом, значение индуктивной составляющей соединительных проводов и резистивного нагревательного элемента перестаёт иметь значение, поскольку известно, что наличие индуктивной составляющей в токопроводящей цепи не является препятствием для протекания выпрямленного (постоянного) тока.In this case, the value of the inductive component of the connecting wires and the resistive heating element ceases to matter, since it is known that the presence of the inductive component in the current-conducting circuit is not an obstacle to the flow of the rectified (direct) current.

Таким образом, конструкция второго варианта системы электрического отопления позволяет исключить ограничения по пространственному расположению устройства защиты от поражения электрическим током, работающего на высоких частотах (более 1000 Гц), и конструкции резистивных нагревательных элементов. При этом, сохраняется энергоэффективность отопительной системы за счёт возможности расположения устройства защиты от поражения током на базе безопасного разделительного трансформатора, а также токопроводящих цепей внутри отапливаемого помещения, и сохраняется акустический комфорт отопительной системы, за счёт бесшумной работы безопасного разделительного трансформатора.Thus, the design of the second version of the electric heating system makes it possible to exclude restrictions on the spatial arrangement of the protection device against electric shock, operating at high frequencies (more than 1000 Hz), and the design of resistive heating elements. At the same time, the energy efficiency of the heating system is preserved due to the possibility of positioning the protection device against electric shock based on a safe isolation transformer, as well as current-carrying circuits inside the heated room, and the acoustic comfort of the heating system is maintained due to the silent operation of a safe isolation transformer.

Третий вариант изобретения, предназначен для случаев, когда система электрического отопления устанавливается во влажных помещениях. При размещении резистивных нагревательных элементов иThe third embodiment of the invention is intended for cases when the electric heating system is installed in humid rooms. When placing resistive heating elements and

- 5 038845 других токопроводящих цепей системы отопления в условиях повышенный влажности, например, в ванной комнате, балконе, бассейнах, садовых дорожках, теплицах, скотных дворах, фермах, при использовании в цепи нагрузки выпрямленного (постоянного) тока существует опасность ускоренного коррозионного электрохимического разрушения токоведущих цепей и элементов электрической отопительной системы, что приводит к разрушению электроизоляции токопроводящих цепей в местах коррозии, приводящему к преждевременному выходу из строя отопительной системы.- 5 038845 other conductive circuits of the heating system in conditions of high humidity, for example, in a bathroom, balcony, swimming pools, garden paths, greenhouses, stockyards, farms, when using a rectified (direct) current in the load circuit, there is a risk of accelerated corrosion electrochemical destruction of current-carrying circuits and elements of the electric heating system, which leads to the destruction of electrical insulation of current-carrying circuits in places of corrosion, leading to premature failure of the heating system.

Эффективным способом борьбы с явлением электрохимической коррозии элементов электрических цепей отопительной системы является включение в состав отопительной системы блока переполюсовки выходного напряжения выходного выпрямителя, вход которого последовательно подключен к выходу выходного выпрямителя, а выход последовательно подключен к резистивному нагревательному элементу.An effective way to combat the phenomenon of electrochemical corrosion of elements of electrical circuits of the heating system is to include in the heating system the block of polarity reversal of the output voltage of the output rectifier, the input of which is connected in series to the output of the output rectifier, and the output is connected in series to the resistive heating element.

Блок переполюсовки позволяет осуществлять периодическое изменение полярности тока, текущего в цепи нагрузки, то есть обеспечивает работу цепей нагрузки на переменном токе. Периодическое изменение полярности тока с частотой несколько десятков или сотен Герц резко снижает скорость протекания электрохимических процессов в токопроводящих цепях и элементах отопительной системы, что повышает электробезопасность отопительной системы за счёт замедления процессов коррозии токоведущих цепей и замедления разрушения электроизоляционных слоёв токоведущих цепей и предупреждает преждевременный выход из строя отопительной системы и продлевает срок её эксплуатации.The polarity reversal unit allows for periodic reversal of the polarity of the current flowing in the load circuit, that is, it ensures the operation of the load circuits on alternating current. A periodic change in the polarity of the current with a frequency of several tens or hundreds of Hertz sharply reduces the rate of electrochemical processes in current-carrying circuits and elements of the heating system, which increases the electrical safety of the heating system by slowing down the corrosion processes of current-carrying circuits and slowing down the destruction of electrical insulating layers of current-carrying circuits and prevents premature failure heating system and prolongs its service life.

Заявленное изобретение поясняется чертежами:The claimed invention is illustrated by drawings:

на фиг. 1 - структурная электрическая схема первого варианта заявляемой системы электрического отопления;in fig. 1 is a structural electrical diagram of the first version of the inventive electric heating system;

на фиг. 2 - структурная электрическая схема второго варианта заявляемой системы электрического отопления;in fig. 2 is a structural electrical diagram of the second version of the inventive electric heating system;

на фиг. 3 - структурная электрическая схема третьего варианта заявляемой системы электрического отопления.in fig. 3 is a structural electrical diagram of the third version of the inventive electric heating system.

Заявляемая по первому варианту исполнения система электрического отопления, питающаяся от сети переменного тока 1 частотой в диапазоне 50-1000 Гц, содержит, по меньшей мере, один резистивный нагревательный элемент 2 и устройство защиты от поражения электрическим током 3, последовательно включенное между цепью питающей сети переменного тока 1 и резистивным нагревательным элементом 2. Заявляемая система электрического отопления по первому варианту может работать от промышленной коммерческой сети переменного тока 50-60 Гц, а также от локальных автономных питающих сетей переменного тока частотой 400-1000 Гц неподвижных и подвижных объектов наземного, морского, подводного, воздушного, космического базирования.The electric heating system declared according to the first embodiment, powered by an alternating current network 1 with a frequency in the range of 50-1000 Hz, contains at least one resistive heating element 2 and an electric shock protection device 3 connected in series between the AC supply circuit current 1 and resistive heating element 2. According to the first option, the claimed electric heating system can operate from an industrial commercial AC network of 50-60 Hz, as well as from local autonomous AC supply networks with a frequency of 400-1000 Hz of stationary and mobile objects of land, sea, underwater, air, space-based.

В качестве резистивного нагревательного элемента 2 в заявляемой отопительной системе могут использоваться пленочные двухмерные нагревательные элементы на основе углеродного волокна, токопроводящих плёнок, нагревательные кабели, нагревательные сетки и ткани, ленточные, стержневые или проволочные нагреватели, нагревающие элементы на базе токопроводящих жидкостей, нагревающие элементы, специально предназначенные для обогрева прозрачных или отражающих поверхностей, например, окон, ветровых стекол, зеркал, а также любые иные нагревательные элементы, принцип действия которых основан на выделении тепла при прохождении электрического тока через проводник, имеющий электрическое сопротивление.As a resistive heating element 2 in the claimed heating system, two-dimensional film heating elements based on carbon fiber, conductive films, heating cables, heating nets and fabrics, tape, rod or wire heaters, heating elements based on conductive liquids, heating elements, specially designed for heating transparent or reflective surfaces, for example, windows, windshields, mirrors, as well as any other heating elements, the principle of which is based on the release of heat when an electric current passes through a conductor with electrical resistance.

Устройство защиты от поражения электрическим током 3 выполнено на базе, по меньшей мере, одного безопасного разделительного трансформатора 4, который выполняет две основные функции: понижение питающего напряжения до безопасного сверхнизкого уровня значения напряжения, например, по европейским стандартам не более 42,4 В (ГОСТ МЭК 60335-1-2008) и не более 30 В по стандартам США, Канада, Япония и обеспечение гальванического разделения электрических цепей питающей промышленной коммерческой сети переменного тока, или локальных питающих электросетей и цепи нагрузки (тепловыделяющих резистивных элементов).The electric shock protection device 3 is made on the basis of at least one safe isolation transformer 4, which performs two main functions: lowering the supply voltage to a safe ultra-low voltage level, for example, according to European standards, no more than 42.4 V (GOST IEC 60335-1-2008) and not more than 30 V according to the standards of the USA, Canada, Japan and ensuring the galvanic separation of electrical circuits of the supplying industrial commercial AC network, or local supply networks and the load circuit (heat-generating resistive elements).

Для того чтобы обеспечить отсутствие акустического шума при работе ключевого элемента устройства защиты от поражения электрическим током 3, а именно, безопасного разделительного трансформатора 4, необходимо вывести за пределы слышимости органами слуха человека и/или животного частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором 4. Из уровня техники известно (ГОСТ 12.2.024-87 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Шум. Трансформаторы силовые масляные. Нормы и методы контроля), что трансформаторы во время работы создают вибрации и излучают акустический шум на частотах, кратных частоте переменного тока, поступающего на вход трансформатора. При этом наибольшая амплитуда акустического сигнала, издаваемого трансформатором при его работе, соответствует, как правило, значению частоты второй гармоники (удвоенное значение) частоты переменного тока, поступающего на вход трансформатора. Если значение частоты переменного тока, поступающего на вход трансформатора, возбуждает в нем акустический сигнал, частотный спектр которого, лежит за пределами частотного диапазона слышимости органами слуха, то такой трансформатор и устройства, построенные на его базе, будут восприниматься человеком и/или животным как бесшумные, то есть акустически комфортные.In order to ensure the absence of acoustic noise during the operation of the key element of the electric shock protection device 3, namely, the safe isolation transformer 4, it is necessary to bring the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by the safe isolation transformer 4 out of the hearing range of the human and / or animal hearing organs It is known from the state of the art (GOST 12.2.024-87 Occupational Safety Standards System (SSBT). Noise. Oil power transformers. Norms and methods of control) that transformers during operation create vibrations and emit acoustic noise at frequencies that are multiples of the frequency of alternating current entering the input of the transformer. In this case, the largest amplitude of the acoustic signal emitted by the transformer during its operation, as a rule, corresponds to the value of the second harmonic frequency (doubled value) of the frequency of the alternating current supplied to the input of the transformer. If the value of the frequency of the alternating current supplied to the input of the transformer excites in it an acoustic signal, the frequency spectrum of which lies outside the frequency range of audibility by the hearing organs, then such a transformer and devices based on it will be perceived by humans and / or animals as silent , that is, acoustically comfortable.

- 6 038845- 6 038845

Чтобы обеспечить в заявляемой системе электрического отопления бесшумную работу устройства защиты от поражения электрическим током 3, выполненного на базе безопасного разделительного трансформатора 4, необходимо выбрать рабочую частоту безопасного разделительного трансформатораTo ensure in the claimed electric heating system the silent operation of the electric shock protection device 3, made on the basis of a safe isolation transformer 4, it is necessary to select the operating frequency of a safe isolation transformer

4, таким образом, чтобы частотный спектр, издаваемого им акустического сигнала находился выше или ниже частотного диапазона его слышимости органами слуха человека и/или животного.4, so that the frequency spectrum of the acoustic signal emitted by it is above or below the frequency range of its audibility by the human and / or animal hearing organs.

Если особенности конструктивного исполнения безопасного разделительного трансформатора 4 и особенности его электрических режимов работы позволяют ему излучать акустический сигнал на частоте, соответствующей нечетным значениям, начиная с первой, гармоник частоты питающего его переменного тока, то для акустического комфорта для органов слуха человека, необходимо выбрать значение частоты работы безопасного разделительного трансформатора 4 ниже 20 Гц, либо выше 20 000 Гц.If the design features of the safe isolation transformer 4 and the features of its electrical operating modes allow it to emit an acoustic signal at a frequency corresponding to odd values, starting with the first harmonics of the frequency of the AC supplying it, then for acoustic comfort for human hearing organs, it is necessary to select the frequency value operation of the safety isolation transformer 4 below 20 Hz, or above 20,000 Hz.

Уровни амплитудно-частотного характеристик, воспринимаемых органами слуха человека, а также допустимые нормы шумового загрязнения жилых и нежилых помещений определены в ГОСТе 233372014 Межгосударственный стандарт. Шум. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий, а также в ГОСТе Р ИСО 8253-1-2012 Акустика. Методы аудиометрических испытаний. Часть 1. Тональная пороговая аудиометрия по воздушной и костной проводимости и в сети Интернет по адресу http://www.ksp-msk.ru/page_919.html.The levels of the amplitude-frequency characteristics perceived by the human hearing organs, as well as the permissible norms for noise pollution of residential and non-residential premises, are defined in GOST 233372014 Interstate standard. Noise. Methods for measuring noise in residential areas and in premises of residential and public buildings, as well as in GOST R ISO 8253-1-2012 Acoustics. Audiometric test methods. Part 1. Tonal threshold audiometry for air and bone conduction and on the Internet at http://www.ksp-msk.ru/page_919.html.

Если особенности конструктивного исполнения безопасного разделительного трансформатора 4 и особенности его электрических режимов работы, позволяют ему излучать акустический сигнал на частоте, соответствующей четным значениям гармоник частоты питающего его переменного тока (начиная со второй гармоники), то с учётом значения амплитудного максимума второй гармоники (то есть двойной кратности частоты акустического сигнала трансформатора, издаваемого при его работе, частоте питающего его переменного тока), необходимо выбрать значение частоты работы безопасного разделительного трансформатора 4 ниже 10 Гц, либо выше 10000 Гц.If the design features of the safe isolation transformer 4 and the features of its electrical modes of operation allow it to emit an acoustic signal at a frequency corresponding to the even values of the harmonics of the frequency of the AC supplying it (starting from the second harmonic), then taking into account the value of the amplitude maximum of the second harmonic (i.e. double the frequency of the acoustic signal of the transformer emitted during its operation, the frequency of the AC supplying it), it is necessary to select the value of the operating frequency of the safe isolation transformer 4 below 10 Hz, or above 10000 Hz.

С практической точки зрения для реализации заявляемой системы электрического отопления для приведённого выше примера исполнения наиболее целесообразно выбирать рабочую частоту безопасного разделительного трансформатора 4 в верхней части частотного диапазона, обеспечивающего его бесшумную работу в устройстве защиты от поражения электрическим током 3 от 10000 Гц и выше.From a practical point of view, for the implementation of the claimed electric heating system for the above example of execution, it is most expedient to select the operating frequency of the safe isolation transformer 4 in the upper part of the frequency range, which ensures its silent operation in the protection device against electric shock 3 from 10,000 Hz and above.

Конструкция безопасного разделительного трансформатора 4 может быть реализована так, как это было описано в патенте РФ на изобретение № 2074432 Матричный трансформатор или в патенте РФ на изобретение № 2065631 Трансформатор и способ его изготовления, правообладатели Хабузов Василий Арсеньевич, Худяков Владимир Федорович.The design of a safe isolation transformer 4 can be implemented as described in the RF patent for invention No. 2074432 Matrix transformer or in the RF patent for invention No. 2065631 Transformer and method of its manufacture, copyright holders Vasily Arsenievich Khabuzov, Vladimir Fedorovich Khudyakov.

Выходная цепь безопасного разделительного трансформатора 4, работающего на частотах, обеспечивающих акустический комфорт для пользователей, находящихся в отапливаемом помещении, подключен непосредственно к нагрузке, а именно, к резистивному нагревательному элементу 2.The output circuit of a safe isolation transformer 4, operating at frequencies that provide acoustic comfort for users in a heated room, is connected directly to the load, namely to a resistive heating element 2.

Выбор высокой частоты работы безопасного разделительного трансформатора 4 предпочтителен, поскольку имеет также дополнительный положительный эффект в виде существенного снижения массы, габаритов и трудоемкости его изготовления и, соответственно, существенного снижения массы и габаритов построенного на его основе устройства защиты от поражения электрическим током 3.The choice of a high frequency of operation of a safe isolation transformer 4 is preferable, since it also has an additional positive effect in the form of a significant reduction in the weight, dimensions and labor intensity of its manufacture and, accordingly, a significant reduction in the mass and dimensions of the protection device against electric shock 3 built on its basis.

Устройство защиты от поражения электрическим током 3 дополнительно снабжено генератором 5, последовательно включенным между цепью питающей сети переменного тока 1 и безопасным разделительным трансформатором 4.The electric shock protection device 3 is additionally equipped with a generator 5 connected in series between the AC supply circuit 1 and the safety isolation transformer 4.

При этом, вход генератора 5 подключён к питающей сети переменного тока 1, а выход генератора 5 подключён к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора 4, выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора 4 подключена к резистивному нагревательному элементу 2. Генератор 5 вырабатывает переменный ток, амплитуда, форма и частота которого необходима для обеспечения бесшумного режима работы безопасного разделительного трансформатора 4.In this case, the input of the generator 5 is connected to the AC supply network 1, and the output of the generator 5 is connected to the primary winding of the safety isolation transformer 4, the output winding of the safety isolation transformer 4 is connected to the resistive heating element 2. The generator 5 generates alternating current, amplitude, shape and the frequency of which is necessary to ensure the quiet operation of the safe isolation transformer 4.

Конструкция генератора 5 может быть реализована по любой известной из уровня техники схеме, например, как описано в книге А. А. Бас, В.П. Миловзоров, А.К. Мусолин. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, изд. Радио и Связь, 1987, стр. 27, рис. 2.4 или стр. 57, рис 2.28.The design of the generator 5 can be implemented according to any scheme known from the prior art, for example, as described in the book by A. A. Bas, V.P. Milovzorov, A.K. Musolin. Sources of secondary power supply with transformerless input, ed. Radio and Communication, 1987, p. 27, fig. 2.4 or p. 57, fig. 2.28.

Рабочая частота генератора 5 подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором 4, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного.The operating frequency of the generator 5 is selected in such a way that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by the safe isolation transformer 4 is beyond the audibility of the human and / or animal hearing organs.

Устройство защиты от поражения электрическим током 3 заявляемой конструкции по первому варианту исполнения может быть конструктивно полностью или частично выполнено в виде предмета интерьерного обустройства помещения, например, картины.The electric shock protection device 3 of the claimed design according to the first embodiment can be constructively fully or partially made in the form of an object of interior furnishing of a room, for example, a picture.

Использование безопасного разделительного трансформатора 4 в заявляемой системе отопления, который работает на высокой частоте, особенно безопасного разделительного трансформатора 4 матричной конструкции, позволяет изготавливать его с малыми габаритами и массой и в разнообразных геометрических формах, что позволяет легко вписывать его в интерьеры отапливаемого помещения и легко интегрировать в предметы инженерного и интерьерного обустройства отапливаемого помещения, например, в полки, панно, лампы, бра, торшеры, подставки, тумбочки, вазы, скульптуры, плинтусы и т.д.The use of a safe isolation transformer 4 in the claimed heating system, which operates at a high frequency, especially a safe isolation transformer 4 of a matrix design, allows it to be manufactured with small dimensions and weight and in various geometric shapes, which makes it easy to fit it into the interiors of a heated room and is easy to integrate into items of engineering and interior arrangement of a heated room, for example, in shelves, panels, lamps, sconces, floor lamps, stands, bedside tables, vases, sculptures, baseboards, etc.

- 7 038845- 7 038845

Заявляемая система отопления по первому варианту исполнения, приведённая на фиг. 1, работает следующим образом: на вход генератора 5 поступает питание от промышленной коммерческой сети переменного тока 1, частотой 50-60 Гц. Генератор 5 на своём выходе вырабатывает переменный ток с частотой, обеспечивающей отсутствие акустического шума при работе безопасного разделительного трансформатора 4, входящего вместе с генератором 5 в устройство защиты от поражения электрическим током 3. Переменный электрический ток с выхода генератора 5 поступает на вход, а именно первичную обмотку безопасного разделительного трансформатора 4. Безопасный разделительный трансформатор 4 трансформирует это напряжения до безопасного сверхнизкого напряжения, например, 3, 6, 12, 24, 30, 36, 42,4 В, которое подаётся в цепь нагрузки резистивного нагревательного элемента 2. При прохождении тока через резистивный нагревательный элемент 2 происходит тепловыделение, выделившееся тепло используется для отопления помещения.The inventive heating system according to the first embodiment, shown in FIG. 1, works as follows: the input of the generator 5 is powered from an industrial commercial AC network 1, with a frequency of 50-60 Hz. The generator 5 at its output generates an alternating current with a frequency that ensures the absence of acoustic noise during the operation of a safe isolation transformer 4, which, together with the generator 5, is included in the electric shock protection device 3. The alternating electric current from the output of the generator 5 enters the input, namely the primary the winding of the safety isolation transformer 4. The safety isolation transformer 4 transforms this voltage to a safety extra-low voltage, for example 3, 6, 12, 24, 30, 36, 42.4 V, which is fed into the load circuit of the resistive heating element 2. When the current flows heat is released through the resistive heating element 2, the released heat is used to heat the room.

Таким образом, на основе заявляемого изобретения была создана энергоэффективная, электробезопасная система электрического отопления с бесшумным, компактным устройством защиты от поражения электрическим током 3, позволяющим размещать его непосредственно в отапливаемых помещениях.Thus, on the basis of the claimed invention, an energy-efficient, electrically safe electric heating system with a silent, compact electric shock protection device 3 was created, allowing it to be placed directly in heated rooms.

Заявляемая по второму варианту исполнения система электрического отопления, питающаяся от сети переменного тока 1 частотой в диапазоне 50-1000 Гц, приведена на фиг. 2 и содержит, по меньшей мере, один резистивный нагревательный элемент 2 и устройство защиты от поражения электрическим током 3, последовательно включенное между цепью питающей сети переменного тока 1 и резистивным нагревательным элементом 2. Заявляемая система электрического отопления по второму варианту может работать от промышленной коммерческой сети переменного тока 50-60 Гц, а также от локальных автономных питающих сетей переменного тока частотой 400-1000 Гц неподвижных и подвижных объектов наземного, морского, подводного, воздушного, космического базирования.The electric heating system according to the second embodiment, which is powered by an alternating current network 1 with a frequency in the range of 50-1000 Hz, is shown in FIG. 2 and contains at least one resistive heating element 2 and an electric shock protection device 3 connected in series between the AC supply circuit 1 and a resistive heating element 2. The claimed electric heating system according to the second option can operate from an industrial commercial network alternating current 50-60 Hz, as well as from local autonomous power supply networks of alternating current with a frequency of 400-1000 Hz of stationary and mobile objects of land, sea, underwater, air, space-based.

В качестве резистивного нагревательного элемента 2 в заявляемой отопительной системе по второму варианту могут использоваться пленочные двухмерные нагревательные элементы на основе углеродного волокна, токопроводящих плёнок, нагревательные кабели, нагревательные сетки и ткани, ленточные, стержневые или проволочные нагреватели, нагревающие элементы на базе токопроводящих жидкостей, нагревающие элементы, специально предназначенные для обогрева прозрачных или отражающих поверхностей, например, окон, ветровых стекол, зеркал, а также любые иные нагревательные элементы, принцип действия которых основан на выделении тепла при прохождении электрического тока через проводник, имеющий электрическое сопротивление.According to the second embodiment, two-dimensional film heating elements based on carbon fiber, conductive films, heating cables, heating nets and fabrics, tape, rod or wire heaters, heating elements based on conductive liquids, heating elements specially designed for heating transparent or reflective surfaces, for example, windows, windshields, mirrors, as well as any other heating elements, the principle of which is based on the release of heat when an electric current passes through a conductor with electrical resistance.

Устройство защиты от поражения электрическим током 3 выполнено на базе, по меньшей мере, одного безопасного разделительного трансформатора 4, который выполняет две основные функции: понижение питающего напряжения до безопасного сверхнизкого уровня значения напряжения, например, по европейским стандартам не более 42,4 В (ГОСТ МЭК 60335-1-2008) и не более 30 В по стандартам США, Канада, Япония и обеспечение гальванического разделения электрических цепей питающей промышленной коммерческой сети, или локальных питающих электросетей и цепи нагрузки (тепловыделяющих резистивных элементов).The electric shock protection device 3 is made on the basis of at least one safe isolation transformer 4, which performs two main functions: lowering the supply voltage to a safe ultra-low voltage level, for example, according to European standards, no more than 42.4 V (GOST IEC 60335-1-2008) and not more than 30 V according to the standards of the USA, Canada, Japan and ensuring the galvanic separation of electrical circuits of the supply industrial commercial network, or local supply networks and the load circuit (heat-generating resistive elements).

Для того чтобы обеспечить отсутствие акустического шума при работе ключевого элемента устройства защиты от поражения электрическим током 3, а именно, безопасного разделительного трансформатора 4, необходимо вывести за пределы слышимости органами слуха человека и/или животного частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором 4. Из уровня техники известно (ГОСТ 12.2.024-87 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Шум. Трансформаторы силовые масляные. Нормы и методы контроля), что трансформаторы во время работы создают вибрации и излучают акустический шум на частотах, кратных частоте переменного тока, поступающего на вход трансформатора. При этом наибольшая амплитуда акустического сигнала, издаваемого трансформатором при его работе, соответствует, как правило, значению частоты второй гармоники (удвоенное значение) частоты переменного тока, поступающего на вход трансформатора. Если значение частоты переменного тока, поступающего на вход трансформатора возбуждает в нем акустический сигнал, частотный спектр которого, лежит за пределами частотного диапазона слышимости органами слуха, то такой трансформатор и устройства, построенные на его базе, будут восприниматься человеком и/или животным как бесшумные, то есть акустически комфортные.In order to ensure the absence of acoustic noise during the operation of the key element of the electric shock protection device 3, namely, the safe isolation transformer 4, it is necessary to bring the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by the safe isolation transformer 4 out of the hearing range of the human and / or animal hearing organs It is known from the state of the art (GOST 12.2.024-87 Occupational Safety Standards System (SSBT). Noise. Oil power transformers. Norms and methods of control) that transformers during operation create vibrations and emit acoustic noise at frequencies that are multiples of the frequency of alternating current entering the input of the transformer. In this case, the largest amplitude of the acoustic signal emitted by the transformer during its operation, as a rule, corresponds to the value of the second harmonic frequency (doubled value) of the frequency of the alternating current supplied to the input of the transformer. If the value of the frequency of the alternating current supplied to the input of the transformer excites in it an acoustic signal, the frequency spectrum of which lies outside the frequency range of audibility by the hearing organs, then such a transformer and devices based on it will be perceived by humans and / or animals as silent. that is, acoustically comfortable.

Чтобы обеспечить в заявляемой системе электрического отопления бесшумную работу устройства защиты от поражения электрическим током 3, выполненного на базе безопасного разделительного трансформатора 4, необходимо выбрать рабочую частоту безопасного разделительного трансформатора 4, таким образом, чтобы частотный спектр, издаваемого им акустического сигнала находился выше или ниже частотного диапазона его слышимости органами слуха человека и/или животного.To ensure in the claimed electric heating system the silent operation of the electric shock protection device 3, made on the basis of the safe isolation transformer 4, it is necessary to select the operating frequency of the safe isolation transformer 4 so that the frequency spectrum of the acoustic signal emitted by it is above or below the frequency the range of its audibility by human and / or animal hearing organs.

Если особенности конструктивного исполнения безопасного разделительного трансформатора 4 и особенности его электрических режимов работы позволяют ему излучать акустический сигнал на частоте, соответствующей нечетным значениям, начиная с первой, гармоник частоты питающего его переменного тока, то для акустического комфорта для органов слуха человека, необходимо выбрать значение частоты работы безопасного разделительного трансформатора 4 ниже 20 Гц, либо выше 20000 Гц.If the design features of the safe isolation transformer 4 and the features of its electrical operating modes allow it to emit an acoustic signal at a frequency corresponding to odd values, starting with the first harmonics of the frequency of the AC supplying it, then for acoustic comfort for human hearing organs, it is necessary to select the frequency value operation of the safety isolation transformer 4 below 20 Hz, or above 20,000 Hz.

Уровни амплитудно-частотного характеристик, воспринимаемых органами слуха человека, а такжеThe levels of the amplitude-frequency characteristics perceived by the human hearing organs, as well as

- 8 038845 допустимые нормы шумового загрязнения жилых и нежилых помещений определены в ГОСТе 233372014 Межгосударственный стандарт. Шум. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий, или в ГОСТе Р ИСО 8253-1-2012 Акустика. Методы аудиометрических испытаний. Часть 1. Тональная пороговая аудиометрия по воздушной и костной проводимости, а также в сети Интернет по адресу http://www.ksp-msk.ru/page_919.html.- 8 038845 permissible standards for noise pollution of residential and non-residential premises are defined in GOST 233372014 Interstate standard. Noise. Methods for measuring noise in residential areas and in premises of residential and public buildings, or in GOST R ISO 8253-1-2012 Acoustics. Audiometric test methods. Part 1. Tonal threshold audiometry for air and bone conduction, as well as on the Internet at http://www.ksp-msk.ru/page_919.html.

Если особенности конструктивного исполнения безопасного разделительного трансформатора 4 и особенности его электрических режимов работы, позволяют ему излучать акустический сигнал на частоте, соответствующей четным значениям гармоник частоты питающего его переменного тока (начиная со второй гармоники), то с учётом значения амплитудного максимума второй гармоники (то есть двойной кратности частоты акустического сигнала трансформатора, издаваемого при его работе, частоте питающего его переменного тока), необходимо выбрать значение частоты работы безопасного разделительного трансформатора 4 ниже 10 Гц, либо выше 10000 Гц.If the design features of the safe isolation transformer 4 and the features of its electrical modes of operation allow it to emit an acoustic signal at a frequency corresponding to the even values of the harmonics of the frequency of the AC supplying it (starting from the second harmonic), then taking into account the value of the amplitude maximum of the second harmonic (i.e. double the frequency of the acoustic signal of the transformer emitted during its operation, the frequency of the AC supplying it), it is necessary to select the value of the operating frequency of the safe isolation transformer 4 below 10 Hz, or above 10000 Hz.

С практической точки зрения для реализации заявляемой системы отопления для приведённого выше примера исполнения наиболее целесообразно выбирать рабочую частоту безопасного разделительного трансформатора 4 в верхней части частотного диапазона, обеспечивающего его бесшумную работу в устройстве защиты от поражения электрическим током 3 от 10000 Гц и выше.From a practical point of view, for the implementation of the claimed heating system for the above example of execution, it is most advisable to select the operating frequency of the safe isolation transformer 4 in the upper part of the frequency range, which ensures its silent operation in the protection device against electric shock 3 from 10,000 Hz and above.

Конструкция безопасного разделительного трансформатора 4 может быть реализована так, как это было описано в варианте один заявляемой системы электрического отопления.The design of the safe isolation transformer 4 can be implemented as described in option one of the claimed electric heating system.

Устройство защиты от поражения электрическим током 3 во втором варианте выполнения заявляемого устройства дополнительно снабжено генератором 5, последовательно включенным между цепью питающей сети переменного тока 1 и безопасным разделительным трансформатором 4 и по меньшей мере одним выходным выпрямителем 6, последовательно подключенным между безопасным разделительным трансформатором 4 и резистивным нагревательным элементом 2, при этом вход генератора 5 подключен к питающей сети переменного тока 1, а выход генератора 5 подключен к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора 4. Выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора 4 подключена ко входу выходного выпрямителя 6, а выход выходного выпрямителя 6 подключен к резистивному нагревательному элементу 2.The device for protection against electric shock 3 in the second embodiment of the claimed device is additionally equipped with a generator 5 connected in series between the AC supply circuit 1 and a safe isolation transformer 4 and at least one output rectifier 6 connected in series between a safe isolation transformer 4 and a resistive heating element 2, while the input of the generator 5 is connected to the AC mains 1, and the output of the generator 5 is connected to the primary winding of the safe isolation transformer 4. The output winding of the safe isolation transformer 4 is connected to the input of the output rectifier 6, and the output of the output rectifier 6 is connected to resistive heating element 2.

Таким образом, выходная цепь безопасного разделительного трансформатора 4, работающего на частотах, обеспечивающих акустический комфорт для пользователей, находящихся в отапливаемом помещении, подключена к нагрузке через выходной выпрямитель 6.Thus, the output circuit of the safe isolation transformer 4, operating at frequencies that provide acoustic comfort for users in the heated room, is connected to the load through the output rectifier 6.

Конструкция выходного выпрямителя 6 может быть реализована так, как это было описано в книге А. А. Бас, В.П. Миловзоров, А.К. Мусолин. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, изд. Радио и Связь, 1987, стр. 26, рис. 2.2 в.The design of the output rectifier 6 can be implemented as described in the book by A.A. Bas, V.P. Milovzorov, A.K. Musolin. Sources of secondary power supply with transformerless input, ed. Radio and Communication, 1987, p. 26, fig. 2.2 c.

Второй вариант изобретения, предназначен для случаев, когда безопасный разделительный трансформатор 4 находится на значительном удалении от резистивного нагревательного элемента 2 и соединительные провода между выходом безопасного разделительного трансформатора 4 имеют большую протяженность, в силу чего, имеют повышенное значение собственной паразитной индуктивности, при этом, резистивный нагревательный элемент 2 может быть выполнен двухмерным пленочным нагревательным элементом, имеющим низкую собственную паразитную индуктивность, или во втором случае, когда соединительные провода между выходом безопасного разделительного трансформатора 4 и резистивным нагревательным элементом 2 имеют большую протяженность, в силу чего, имеют высокое значение паразитной индуктивности, а резистивный нагревательный элемент 2 выполнен кабельного, ленточного или катушечного типа, которые также имеют высокое значение собственной паразитной индуктивности.The second variant of the invention is intended for cases when the safe isolation transformer 4 is located at a considerable distance from the resistive heating element 2 and the connecting wires between the output of the safe isolation transformer 4 have a large length, whereby they have an increased value of their own parasitic inductance, while the resistive the heating element 2 can be made as a two-dimensional film heating element having a low intrinsic parasitic inductance, or in the second case, when the connecting wires between the output of the safe isolation transformer 4 and the resistive heating element 2 have a long length, whereby they have a high value of parasitic inductance, and the resistive heating element 2 is made of a cable, tape or coil type, which also have a high value of their own parasitic inductance.

Высокое значение индуктивной составляющей цепи нагрузки системы электрического отопления препятствует прохождению переменного тока через резистивный нагревательный элемент 2. При этом из-за снижения значения проходящего через резистивный нагревательный элемент 2 тока, падает значение выделяемой тепловой мощности, при этом снижается теплоэффективность отопительной системы. Для того, чтобы компенсировать недостаточный нагрев резистивного нагревательного элемента 2 в отопительных системах с высоким значением паразитной индуктивности и высоким значением греющего переменного тока, необходимо либо повышать значение напряжения в цепи нагрузки, что противоречит требованиям электробезопасности системы, либо перейти на питание резистивного нагревательного элемента 2 выпрямленным (постоянным) током.The high value of the inductive component of the load circuit of the electric heating system prevents the passage of alternating current through the resistive heating element 2. At the same time, due to a decrease in the value of the current passing through the resistive heating element 2, the value of the released thermal power decreases, and the thermal efficiency of the heating system decreases. In order to compensate for the insufficient heating of the resistive heating element 2 in heating systems with a high value of parasitic inductance and a high value of heating alternating current, it is necessary either to increase the voltage value in the load circuit, which contradicts the requirements of the electrical safety of the system, or to switch to power supply of the resistive heating element 2 rectified (direct) current.

Для решения этой задачи во втором варианте изобретения в устройстве защиты от поражения электрическим током 3 между выходом безопасного разделительного трансформатора 4 и цепью резистивного нагревательного элемента 2 подключен по меньшей мере один выходной выпрямитель 6, который преобразует переменный ток с выхода безопасного разделительного трансформатора 4 в выпрямленный (постоянный) ток, который поступает в цепь нагрузки.To solve this problem, in the second embodiment of the invention, in the electric shock protection device 3, at least one output rectifier 6 is connected between the output of the safe isolation transformer 4 and the circuit of the resistive heating element 2, which converts the alternating current from the output of the safe isolation transformer 4 into a rectified one ( direct) current that enters the load circuit.

При этом, значение индуктивной составляющей соединительных проводов и резистивного нагревательного элемента 2 перестаёт иметь значение, поскольку известно, что наличие индуктивной составляющей в токопроводящей цепи не является препятствием для протекания выпрямленного (постоянного) тока.In this case, the value of the inductive component of the connecting wires and the resistive heating element 2 ceases to matter, since it is known that the presence of the inductive component in the current-conducting circuit is not an obstacle to the rectified (direct) current flow.

- 9 038845- 9 038845

Таким образом, конструкция второго варианта системы электрического отопления позволяет исключить ограничения по пространственному расположению устройства защиты от поражения электрическим током, работающего на высоких частотах более 1000 Гц и конструкции резистивных нагревательных элементов 2. При этом сохраняется акустических комфорт отопительной системы, за счёт бесшумной работы безопасного разделительного трансформатора 4 и сохраняется энергоэффективность отопительной системы за счёт возможности расположения устройства защиты от поражения током 3 на базе безопасного разделительного трансформатора 4, а также токопроводящих цепей внутри отапливаемого помещения.Thus, the design of the second version of the electric heating system makes it possible to exclude restrictions on the spatial arrangement of the electric shock protection device operating at high frequencies of more than 1000 Hz and the design of resistive heating elements 2. At the same time, the acoustic comfort of the heating system is preserved due to the quiet operation of the safe separation device. transformer 4 and the energy efficiency of the heating system is preserved due to the possibility of positioning the protection device against electric shock 3 on the basis of a safe isolation transformer 4, as well as current-carrying circuits inside the heated room.

Генератор 5 вырабатывает переменный ток, амплитуда, форма и частота которого необходима для обеспечения бесшумного режима работы безопасного разделительного трансформатора 4.Generator 5 generates alternating current, the amplitude, shape and frequency of which is necessary to ensure the quiet operation of the safe isolation transformer 4.

Рабочая частота генератора 5 подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором 4, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного.The operating frequency of the generator 5 is selected in such a way that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by the safe isolation transformer 4 is beyond the audibility of the human and / or animal hearing organs.

Конструкция генератора 5 может быть реализована так, как это было описано в варианте один заявляемой системы отопления.The design of the generator 5 can be implemented as described in option one of the claimed heating system.

Устройство защиты от поражения электрическим током 3 заявляемой конструкции по второму варианту исполнения может быть выполнено конструктивно полностью или частично в виде предмета интерьерного обустройства помещения, например, картины.The electric shock protection device 3 of the claimed design according to the second embodiment can be made structurally in whole or in part in the form of an object of interior furnishing of a room, for example, a picture.

Заявляемая система отопления по второму варианту исполнения, приведённая на фиг. 2, работает следующим образом: на вход генератора 5 поступает питание от промышленной коммерческой сети переменного тока 1, частотой 50-60 Гц. Генератор 5 на своём выходе вырабатывает переменный ток с частотой, обеспечивающей отсутствие акустического шума при работе безопасного разделительного трансформатора 4, входящего вместе с генератором 5 в устройство защиты от поражения электрическим током 3. Переменный электрический ток с выхода генератора 5 поступает на вход, а именно, на первичную обмотку безопасного разделительного трансформатора 4. Безопасный разделительный трансформатор 4 трансформирует это напряжения до безопасного сверхнизкого напряжения, например, 3, 6, 12, 24, 30, 36, 42,4 В, которое подаётся на вход выходного выпрямителя 6, который преобразует поступающий на его вход переменный ток в выпрямленный (постоянный) ток, поступающий далее в цепь нагрузки, а именно, резистивный нагревательный элемент 2. При прохождении тока через резистивный нагревательный элемент 2 происходит тепловыделение, выделившееся тепло используется для отопления помещения.The inventive heating system according to the second embodiment, shown in FIG. 2, operates as follows: the input of the generator 5 is supplied with power from an industrial commercial AC network 1, with a frequency of 50-60 Hz. The generator 5 at its output generates an alternating current with a frequency that ensures the absence of acoustic noise during the operation of a safe isolation transformer 4, which, together with the generator 5, is included in the electric shock protection device 3. The alternating electric current from the output of the generator 5 is fed to the input, namely, to the primary winding of the safe isolation transformer 4. The safe isolation transformer 4 transforms this voltage to a safe extra-low voltage, for example, 3, 6, 12, 24, 30, 36, 42.4 V, which is fed to the input of the output rectifier 6, which converts the incoming to its input, an alternating current into a rectified (direct) current, which flows further into the load circuit, namely, a resistive heating element 2. When current passes through a resistive heating element 2, heat is released, the released heat is used to heat the room.

Заявляемая система электрического отопления по второму варианту выполнения, обладая всеми преимуществами, описанными выше в варианте один, позволяет использовать в системе отопления резистивные нагревательные элементы 2, обладающие в силу конструктивной особенностей исполнения высоким значением паразитной индуктивности токопроводящей цепи, что расширяет область возможного применения заявляемой отопительной системы.The claimed electric heating system according to the second embodiment, having all the advantages described above in version one, allows the use of resistive heating elements 2 in the heating system, which, due to their design features, have a high value of the parasitic inductance of the current-carrying circuit, which expands the scope of possible application of the claimed heating system ...

Третий вариант заявляемой системы электрического отопления, приведённый на фиг. 3, наиболее целесообразно использовать при установке во влажных помещениях. В таких помещениях существует опасность ускоренного коррозионного электрохимического разрушения токоведущих цепей и элементов электрической отопительной системы, что приводит к ускоренному разрушению токопроводящих цепей и их изоляции в местах коррозии, приводящему к преждевременному выходу из строя отопительной системы.The third version of the inventive electric heating system, shown in Fig. 3, it is most advisable to use when installed in damp rooms. In such rooms, there is a danger of accelerated corrosion electrochemical destruction of current-carrying circuits and elements of the electric heating system, which leads to accelerated destruction of conductive circuits and their insulation in places of corrosion, leading to premature failure of the heating system.

Заявляемая по третьему варианту исполнения система электрического отопления, питающаяся от сети переменного тока 1 частотой в диапазоне 50-1000 Гц, приведена на фиг. 3 и содержит, по меньшей мере, один резистивный нагревательный элемент 2 и устройство защиты от поражения электрическим током 3, последовательно включенное между цепью питающей сети переменного тока 1 и резистивным нагревательным элементом 2. Заявляемая система электрического отопления по третьему варианту может работать от промышленной коммерческой сети переменного тока 50-60 Гц, а также от локальных автономных питающих сетей переменного тока частотой 400-1000 Гц неподвижных и подвижных объектов наземного, морского, подводного, воздушного, космического базирования.The electric heating system declared according to the third embodiment, powered by an alternating current network 1 with a frequency in the range of 50-1000 Hz, is shown in FIG. 3 and contains at least one resistive heating element 2 and an electric shock protection device 3 connected in series between the AC supply circuit 1 and a resistive heating element 2. The claimed electric heating system according to the third embodiment can operate from an industrial commercial network alternating current 50-60 Hz, as well as from local autonomous power supply networks of alternating current with a frequency of 400-1000 Hz of stationary and mobile objects of land, sea, underwater, air, space-based.

В качестве резистивного нагревательного элемента 2 в заявляемой отопительной системе по третьему варианту выполнения могут использоваться резистивные нагревательный элементы, конструкция которых описана выше в вариантах один и два настоящего изобретения.As the resistive heating element 2 in the inventive heating system according to the third embodiment, resistive heating elements, the design of which is described above in variants one and two of the present invention, can be used.

Для борьбы с электрохимической коррозией элементов электрических цепей резистивного нагревательного элемента 2 в третьем варианте системы электрического отопления устройство защиты от поражения электрическим током 3 дополнительно снабжено генератором 5, последовательно включенным между цепью питающей сети переменного тока 1 и безопасным разделительным трансформатором 4, и последовательно включенными между безопасным разделительным трансформатором 4 и резистивным нагревательным элементом 2, по меньшей мере, одним выходным выпрямителем 6 и, по меньшей мере, одним блоком переполюсовки 7 выходного напряжения выходного выпрямителя 6. При этом вход генератора 5 подключен к питающей сети переменного тока 1, выход генератора 5 подключен к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора 4, выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора 4 подключена ко входу выходного выпрямителя 6, выход которого подключен коTo combat electrochemical corrosion of the elements of the electrical circuits of the resistive heating element 2 in the third version of the electric heating system, the electric shock protection device 3 is additionally equipped with a generator 5 connected in series between the AC supply circuit 1 and the safe isolation transformer 4, and connected in series between the safe an isolation transformer 4 and a resistive heating element 2, at least one output rectifier 6 and at least one polarity reversal unit 7 of the output voltage of the output rectifier 6. In this case, the input of the generator 5 is connected to the AC mains 1, the output of the generator 5 is connected to the primary winding of the safe isolation transformer 4, the output winding of the safe isolation transformer 4 is connected to the input of the output rectifier 6, the output of which is connected to

- 10 038845 входу блока переполюсовки 7 выходного напряжения выходного выпрямителя 6. Выход блока переполюсовки 7 подключен к резистивному нагревательному элементу 2.- 10 038845 input of the polarity reversal unit 7 of the output voltage of the output rectifier 6. The output of the polarity reversal unit 7 is connected to a resistive heating element 2.

Рабочая частота генератора 5 подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором 4, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного.The operating frequency of the generator 5 is selected in such a way that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by the safe isolation transformer 4 is beyond the audibility of the human and / or animal hearing organs.

Блок переполюсовки 7 позволяет осуществлять периодическое изменение полярности тока, текущего в цепи резистивного нагревательного элемента 2, то есть обеспечивает работу цепей нагрузки на переменном токе. Периодическое изменение полярности тока с частотой несколько десятков или сотен Герц резко снижает скорость протекания электрохимических процессов в токопроводящих цепях и элементах отопительной системы, что повышает электробезопасность отопительной системы за счёт замедления процессов коррозии токоведущих цепей и замедления разрушения электроизоляционных слоёв токоведущих цепей и предупреждает преждевременный выход из строя отопительной системы и продлевает срок её эксплуатации.The polarity reversal unit 7 allows a periodic change in the polarity of the current flowing in the circuit of the resistive heating element 2, that is, it ensures the operation of the load circuits on alternating current. A periodic change in the polarity of the current with a frequency of several tens or hundreds of Hertz sharply reduces the rate of electrochemical processes in current-carrying circuits and elements of the heating system, which increases the electrical safety of the heating system by slowing down the corrosion processes of current-carrying circuits and slowing down the destruction of electrical insulating layers of current-carrying circuits and prevents premature failure heating system and prolongs its service life.

Устройство защиты от поражения электрическим током 3 заявляемой конструкции по третьему варианту исполнения может быть выполнено конструктивно полностью или частично в виде предмета интерьерного обустройства помещения, например, картины.The electric shock protection device 3 of the claimed design according to the third embodiment can be made structurally in whole or in part in the form of an object of interior furnishing of a room, for example, a picture.

Конструкция безопасного разделительного трансформатора 4, генератора 5, выходного выпрямителя 6 может быть выполнена аналогичным образом, как это было описано в варианте два заявляемого изобретения.The design of the safe isolation transformer 4, the generator 5, the output rectifier 6 can be performed in the same way as it was described in the variant two of the claimed invention.

Конструкция блока переполюсовки 7 выходного напряжения выходного выпрямителя 6 в третьем варианте реализации заявляемого изобретения может быть выполнена так, как это приведено на фиг. 1 в патенте на изобретение РФ № 2510864 Мостовой преобразователь напряжения, дата приоритета 07.12.2012, дата публ. 10.04.2014.The design of the polarity reversal unit 7 of the output voltage of the output rectifier 6 in the third embodiment of the claimed invention can be performed as shown in FIG. 1 in the patent for invention of the Russian Federation No. 2510864 Bridge voltage converter, priority date 07.12.2012, published date. 10.04.2014.

Заявляемая система отопления по третьему варианту исполнения, приведённая на фиг. 3, работает следующим образом: на вход генератора 5 поступает питание от промышленной коммерческой сети переменного тока 1, частотой 50-60 Гц. Генератор 5 на своём выходе вырабатывает переменный ток с частотой, обеспечивающей отсутствие акустического шума при работе безопасного разделительного трансформатора 4, входящего вместе с генератором 5 в устройство защиты от поражения электрическим током 3. Переменный электрический ток с выхода генератора 5 поступает на вход, а именно, на первичную обмотку безопасного разделительного трансформатора 4. Безопасный разделительный трансформатор 4 трансформирует это напряжения до безопасного сверхнизкого напряжения, например, 3, 6, 12, 24, 30, 36, 42В, которое подаётся на вход выходного выпрямителя 6, который преобразует поступающий на его вход переменный ток в выпрямленный (постоянный) ток. Выпрямленный (постоянный) ток, поступающий далее на вход блока переполюсовки 7 выходного напряжения выходного выпрямителя 6. Блок переполюсовки 7 выполняет периодическое изменение полярности тока, текущего в цепи резистивного нагревательного элемента 2, замедляя процесс электрохимической коррозии (деградаций) токоведущих цепей и изоляции резистивного нагревательного элемента 2.The inventive heating system according to the third embodiment, shown in FIG. 3, works as follows: the input of the generator 5 is supplied with power from an industrial commercial AC network 1, with a frequency of 50-60 Hz. The generator 5 at its output generates an alternating current with a frequency that ensures the absence of acoustic noise during the operation of a safe isolation transformer 4, which, together with the generator 5, is included in the electric shock protection device 3. The alternating electric current from the output of the generator 5 is fed to the input, namely, to the primary winding of the safe isolation transformer 4. The safe isolation transformer 4 transforms this voltage to a safe extra-low voltage, for example, 3, 6, 12, 24, 30, 36, 42V, which is fed to the input of the output rectifier 6, which converts the input to its input alternating current to rectified (direct) current. Rectified (direct) current, which is fed further to the input of the polarity reversal unit 7 of the output voltage of the output rectifier 6. The polarity reversal unit 7 performs periodic reversal of the polarity of the current flowing in the circuit of the resistive heating element 2, slowing down the process of electrochemical corrosion (degradation) of current-carrying circuits and insulation of the resistive heating element 2.

В системе электрического отопления по всем трём вариантам реализации устройство защиты от поражения электрическим током 3 конструктивно может быть выполнено как в виде единой моноблочной конструкции, так и в виде конструктивно законченных самостоятельных функциональных входящих в неё блоков 4, 5, 6, 7, которые могут монтироваться на удалении друг от друга.In the electric heating system, according to all three variants of implementation, the protection device against electric shock 3 can be structurally made both in the form of a single monoblock structure, and in the form of constructively complete independent functional units 4, 5, 6, 7 included in it, which can be mounted at a distance from each other.

Claims (6)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Система электрического отопления помещения, питающаяся от сети переменного тока частотой в диапазоне 50-1000 Гц, содержащая по меньшей мере один резистивный нагревательный элемент и устройство защиты от поражения электрическим током, последовательно включенное между цепью питающей сети переменного тока и резистивным нагревательным элементом, выполненное на базе по меньшей мере одного безопасного разделительного трансформатора и генератора, последовательно включенного между цепью питающей сети переменного тока и безопасным разделительным трансформатором, при этом вход генератора подключен к питающей сети переменного тока, выход генератора подключен к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора, а выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора подключена к резистивному нагревающему элементу, отличающаяся тем, что частота работы безопасного разделительного трансформатора выбрана ниже 20 Гц или выше в интервале от 10000 до 20000 Гц и подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного, находящегося/находящихся в отапливаемом помещении.1. An electric heating system of a room powered by an AC mains with a frequency in the range of 50-1000 Hz, containing at least one resistive heating element and an electric shock protection device connected in series between the AC mains circuit and a resistive heating element, made based on at least one safe isolation transformer and a generator connected in series between the AC supply circuit and the safe isolation transformer, while the generator input is connected to the AC supply, the generator output is connected to the primary winding of the safe isolation transformer, and the output winding of the safe the isolation transformer is connected to a resistive heating element, characterized in that the operating frequency of the safety isolation transformer is selected below 20 Hz or higher in the range from 10,000 to 20,000 Hz and is thus selected so that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by a safe isolation transformer is beyond the hearing of a person and / or an animal in the heated room. 2. Система электрического отопления помещения по п.1, в которой устройство защиты от поражения электрическим током конструктивно полностью или частично выполнено в виде предмета интерьерного обустройства помещения, например картины.2. The electric heating system of a room according to claim 1, in which the electric shock protection device is structurally fully or partially made in the form of an item for interior furnishing of a room, for example, a painting. 3. Система электрического отопления помещения, питающаяся от сети переменного тока частотой в 3. The system of electric heating of the room, powered by an alternating current with a frequency of - 11 038845 диапазоне 50-1000 Гц, содержащая по меньшей мере один резистивный нагревательный элемент и устройство защиты от поражения электрическим током, последовательно включенное между цепью питающей сети переменного тока и резистивным нагревательным элементом, выполненное на базе по меньшей мере одного безопасного разделительного трансформатора и генератора, последовательно включенного между цепью питающей сети переменного тока и безопасным разделительным трансформатором и по меньшей мере одним выходным выпрямителем, последовательно подключенным между безопасным разделительным трансформатором и резистивным нагревательным элементом, при этом вход генератора подключен к питающей сети переменного тока, выход генератора подключен к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора, выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора подключена к входу выходного выпрямителя, а выход выходного выпрямителя подключен к резистивному нагревательному элементу, отличающаяся тем, что частота работы безопасного разделительного трансформатора выбрана ниже 20 Гц или выше в интервале от 10000 до 20000 Гц и подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного, находящегося/находящихся в отапливаемом помещении.- 11 038845 in the range of 50-1000 Hz, containing at least one resistive heating element and an electric shock protection device connected in series between the AC supply circuit and a resistive heating element, made on the basis of at least one safe isolation transformer and a generator connected in series between the AC supply circuit and the safety isolation transformer and at least one output rectifier connected in series between the safety isolation transformer and the resistive heating element, while the generator input is connected to the AC supply network, the generator output is connected to the primary winding of the safe isolation transformer, the output winding of the safety isolation transformer is connected to the input of the output rectifier, and the output of the output rectifier is connected to a resistive heating element, which is different by the fact that the operating frequency of the safe isolation transformer is selected below 20 Hz or higher in the range from 10,000 to 20,000 Hz and is selected in such a way that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal emitted by the safe isolation transformer is beyond the audibility of human and / or animal hearing organs, located / are in a heated room. 4. Система электрического отопления помещения по п.3, в которой устройство защиты от поражения электрическим током выполнено конструктивно полностью или частично в виде предмета интерьерного обустройства помещения, например картины.4. The system of electric heating of the room according to claim 3, in which the protection device against electric shock is made structurally in whole or in part in the form of an object of interior furnishing of the room, for example, a picture. 5. Система электрического отопления помещения, питающаяся от сети переменного тока частотой в диапазоне 50-1000 Гц, содержащая по меньшей мере один резистивный нагревательный элемент и устройство защиты от поражения электрическим током, последовательно включенное между цепью питающей сети переменного тока и резистивным нагревательным элементом, выполненное на базе по меньшей мере одного безопасного разделительного трансформатора и генератора, последовательно включенного между цепью питающей сети переменного тока и безопасным разделительным трансформатором, и последовательно включенными между безопасным разделительным трансформатором и резистивным нагревательным элементом, по меньшей мере одним выходным выпрямителем и по меньшей мере одним блоком переполюсовки выходного напряжения выходного выпрямителя, при этом вход генератора подключен к питающей сети переменного тока, выход генератора подключен к первичной обмотке безопасного разделительного трансформатора, выходная обмотка безопасного разделительного трансформатора подключена к входу выходного выпрямителя, выход которого подключен к входу блока переполюсовки выходного напряжения выходного выпрямителя, выход которого подключен к резистивному нагревательному элементу, отличающаяся тем, что частота работы безопасного разделительного трансформатора выбрана ниже 20 Гц или выше в интервале от 10000 до 20 000 Гц и подобрана таким образом, чтобы частотный спектр сигнала акустического излучения, издаваемого безопасным разделительным трансформатором, находился за пределами слышимости органами слуха человека и/или животного, находящегося/находящихся в отапливаемом помещении.5. The system of electric heating of the room, powered by an alternating current mains with a frequency in the range of 50-1000 Hz, containing at least one resistive heating element and an electric shock protection device connected in series between the AC mains circuit and a resistive heating element, made based on at least one safe isolation transformer and a generator connected in series between the AC power supply circuit and the safe isolation transformer, and connected in series between the safe isolation transformer and a resistive heating element, at least one output rectifier and at least one polarity reversal unit output voltage of the output rectifier, while the generator input is connected to the AC mains, the generator output is connected to the primary winding of the safe isolation transformer, the output winding is safe of the second isolation transformer is connected to the input of the output rectifier, the output of which is connected to the input of the polarity reversal unit of the output voltage of the output rectifier, the output of which is connected to a resistive heating element, characterized in that the operating frequency of the safe isolation transformer is selected below 20 Hz or higher in the range from 10000 to 20 000 Hz and is selected in such a way that the frequency spectrum of the acoustic radiation signal, emitted by a safe isolation transformer, is beyond the audibility of human and / or animal hearing organs in the heated room. 6. Система электрического отопления помещения по п.5, в которой устройство защиты от поражения электрическим током, выполнено конструктивно полностью или частично в виде предмета интерьерного обустройства помещения, например картины.6. The electric heating system of a room according to claim 5, in which the protection device against electric shock is made structurally in whole or in part in the form of an object of interior furnishing of a room, for example, a painting.