CS205035B2 - Elektrické spínací zařízení pro ochranu před nebezpečným dotykem - Google Patents

Description

Vynález se týká elektrického spínacího zařízení pro ochranu před nebezpečným dotykem u nestabilně umístěných zemněných nebo nezemněných přístrojů a zařízení, u kterých kostra chráněného zařízení je spojena s nulovým vodičem napájecí sítě, s ovládacím členem hlavního spínače pro zapínání síťového napětí, tvořeným měničem chybového proudu, který obsahuje primární cívky, zapojené ve fázi, popřípadě ve fázích napájecí sítě a v nulovém vodiči, a sekundární cívku.

Jak známo, může na kovových částech, které jsou volně přístupné dotyku, vnikat v případě vady elektrického přístroje, popřípadě zařízení tak zvané „dotykové napětí“, které se projevuje vůči potenciálu země. Člověk, který se dotkne této kovové části nacházející se pod napětím a stojí přitom na zemi, je vystaven působení elektrického proudu. Pro omezení nebezpečného dotykového napětí, popřípadě pro snížení jeho škodlivého působení je známo již množství ochranných opatření, například ochrana zemněním, nulováním, ochranná izolace, přídavné izolace, napěťová reléová ochrana, reléová ochrana proti poruchovému proudu a tak dále.

Normy určují typ ochranného zařízení před nebezpečným dotykem, kterého má být použito pro jednotlivé elektrické spotřebiče, popřípadě zařízení, v souhlase s příslušným ochranným opatřením, zaručovanými bezpečnostními podmínkami pro ochranu před nebezpečným dotykem nebo jejich měření. Jako příklad lze uvést, že některé metody ochrany před nebezpečným dotykem se omezují pouze na signalizaci zkratu na kostru, jiné naproti tomu zajišťují pouze odpojení vadného spotřebiče od sítě.

Jsou známy různé typy elektrických ochranných zařízení před nebezpečným dotykem, které slouží pro odpojení vadného spotřebiče od sítě. Jeden z těchto typů je tak zvaný napěťový ochranný vypínač, který je však ve více směrech nevýhodný. Jestliže je kostra chráněného zařízení uzemněna, má být pomocné zemnění ochranného relé umístěno tak, aby nebylo pod potenciálem chráněné kostry. Jinak relé v případě zkratu na kostru není napájeno celým napětím vůči zemi. Tím se snižuje jeho citlivost a stává se zcela neúčinným. Další nevýhodou je, že pomocné zemnění může popřípadě být na potenciálu jiného zemnění. V tomto případě indikuje relé zcela jiné napětí, než je napětí vyskytující se mezi kostrou vadného stroje a zemí. V důsledku toho může dojít i k nesprávnému odpojení. Další problém vzniká tím, že pomocné zemnění a kostra chráněného zařízení se nesmějí dostat do vzájemného' styku. Proto musí být pro pomocné zemnění použit izolovaný vodič.

Nevýhodou je také to, že více strojů nebo zařízení bývá montováno na společné kovové konstrukci nebo že jejich kostry jsou vzájemně spojeny ochrannou vodivou sítí; relé pak nemůže pracovat selektivně. Dojde-li ke zkratu na kostru na síťové straně přerušovače a kovové těleso přerušovače je spojeno s kovem kostry chráněného zařízení, ochranné relé sice odpojí stroj od sítě, neodstraní však nebezpečí dotyku, protože nebezpečné napětí na kostře zařízení dále zůstává.

Pro výše uvedené nevýhody bývá většinou používána reléová ochrana proti chybovému proudu. Konstrukce a způsob práce této ochrany jsou následující: Hlavní síťový spínač nechává pracovat měnič chybového proudu. Primární cívky měniče chybového proudu jsou připojeny těsně k fázím R, S, T proudové sítě a k nulovému vodiči. Když neprotéká žádný proud, jeví se vektorové součty proudů fází R, S, T a nulového vedení na sekundární cívce jako nulové napětí. Svorky sekundární cívky jsou připojeny ke spoušti hlavního spínače. Při zkratu na kostru protéká chybový proud měničem chybového proudu, tím je v sekundární cívce reléové ochrany buzeno napětí, které uvádí v činnost odpojovač.

Výše popsané reléová ochrana proti chybovému proudu může splňovat úlohu ochrany před nebezpečným dotykem pouze tenkrát, jestliže je použitý ochranný vodič, to jest vodič mezi kostrou chráněného zařízení a nulovým vedením, z hlediska jejich propojení spolehlivý. V případě koroze, přerušení vodiče nebo jiné poruchy reléová ochrana nepracuje. Zvláště diskutabilní je použití známé reléové ochrany proti chybovému proudu u elektrických přístrojů a zařízení, které nejsou umístěny na stabilním místě, protože v tomto případě je pravděpodobnost přerušení spojovacího ochranného vodiče menší. Největším problémem však je, že v průběhu provozu elektrického zařízení není k dispozici spojitá informace o dobré vodivosti ochranného vodiče a tím o stávající ochraně proti dotyku.

Cílem vynálezu je odstranění výše uvedených nedostatků tím způsobem, že použití elektrického zařízení podle vynálezu má za následek v případě zkratu na kostru a vzniku dotykového napětí automatické odpojení spotřebiče od sítě, znovuzapojení vadného zařízení, ve kterém existuje zkrat na kostru, je od počátku znemožněno a v případě poškození, popřípadě přerušení ochranného vodiče chráněného přístroje nebo chráněného zařízení dojde k automatickému odpojení od sítě.

Elektrické zařízení podle vynálezu tedy odpojuje i v případě, kdy ochranný vodič chybí, a znemožňuje při chybějícím ochranném vodiči zapnutí.

Dalším cílem je, aby elektrické spínací zařízení pro ochranu před nebezpečným dotykem podle vynálezu bylo vhodné pro jednofázový střídavý proud s uzemněným nebo neuzemněným bodem sítě a stejně tak pro čtyřvodičovou síť trojfázového proudu s uzemněným středem hvězdy nebo bez uzemněného bodu sítě podle normovaných požadavků „zvýšené ochrany proti nebezpečnému dotyku“.

Uvedené cíle jsou dosaženy a uvedené nevýhody jsou odstraněny u elektrického spínacího zařízení podle vynálezu tím, že obšahuje relé zapojené svými pracovními kontakty do série mezi svorky hlavního spínače a jednofázového spotřebiče a/nebo trojfázového spotřebiče, přičemž první svorka cívky relé je připojena pomocí kontrolního vodiče k prvnímu bodu kostry chráněného elektrického zařízení, druhá svorka relé je naproti tomu připojena k první svorce sekundární cívky nízkonapěťového kontrolního transformátoru, jejíž druhá svorka je připojena na kontakt hlavního spínače pro nulový vodič a druhý bod kostry chráněného elektrického zařízení je spojen s druhou svorkou sekundární cívky kontrolního transformátoru.

Velkou výhodou vynálezu je značné zvýšení jistoty ochrany před nebezpečným dotykem vůči známým reléovým ochranám proti poruchovému proudu, kterého je dosaženo tím, že v ochranném vodiči protéká proud o velikosti povolené normami pro ochranu před nebezpečným dotykem jako kontrolní proud a v případě jeho přerušení, to jest, když je ochranný vodič přerušen a ochrana ipřed nebezpečným dotykem se stane neúčinnou, odpojí relé zařízení automaticky od sítě. Opětovné zapojení vadného zařízení, které má zkrat na kostru, je předem znemožněno. Při chybějícím ochranném vodiči je zapojení znemožněno zachováním ochrany časové periody předcházející před zkratem na kostru.

Elektrické spínací zapojení podle vynálezu bude dále podrobněji vysvětleno na příkladu provedení za pomoci přiloženého obrázku jej znázorňujícího.

Jak je z obrázku zřejmé, hlavní spínač 2 je pomocí přípojných svorek 1 připojen na síť sestávající z fází R, S, T a z nulového vodiče O. Kontakty hlavního spínače 2 jsou spojeny s prvními svorkami primárních cívek 3 měniče chybového proudu, který sestává z primární cívky 3 a sekundární cívky 14, a s nulovým vodičem. Primární cívky 3 jsou zapojeny ve fázích R, S, T a v nulovém vodiči O.

Sekundární cívka 14 je spojena se spouští 15 zapojitelnou tlačítkem 18 hlavního spínače 2 a slouží pro její řízení. Druhé svorky primárních cívek 3 jsou přes pracovní kontakty 5a, 5b, 5c relé 5 zapojeny do sé205035 rie se svorkami jednofázového spotřebiče 8, popřípadě trojfázového spotřebiče 9. Druhý konec primární cívky nulového vedení u primárních cívek 3 je připojen přímo na jednofázový spotřebič 8, pořípadě na trojfázový spotřebič 9. U druhých konců primárních cívek 3 je mezi svorky cívky nulového vodiče O a cívky fáze T zapojena primární cívka kontrolního transformátoru 4 (220 V —- 24 V). Druhá svorka sekundární cívky kontrolního transformátoru 4 je připojena na svorku kontaktu nulového vodiče O hlavního spínače 2, její první svorka je pak připojena přes vypínací tlačítko 6, zapojené v sérii, jednak k vodiči 13 přídržného proudu a jím na přídržný kontakt 5d relé 5 a dále přes přídržný kontakt 5d na druhou svorku cívky relé 5, kam je také připojena prvním zapínacím tlačítkem 7. První svorka relé 5 je připojena jednak v sérii přes druhé zapínací tlačítko 12 a omezovači odpor 11 k druhé svorce primární cívky 3 fáze T, jednak přes kontrolní vodič 17 k prvnímu bodu 19 chráněné kostry 10 jednofázového spotřebiče 8 a trojfázového spotřebiče 9.

Druhý bod 20 chráněné kostry 10 je ochranným vodičem 16 spojen s kontaktem nulového vodiče O hlavního spínače 2.

Způsob činnosti elektrického spínacího zařízení pro ochranu před nebezpečným dotykem ve smyslu tohoto vynálezu je následující: Proud sítě protéká pracovními kontakty hlavního spínače 3 a primárními cívkami 3 měniče chybového proudu. Protékající proud teče přes pracovní kontakty 5a, 5b, 5c relé 5 ke svorkám jednofázového spotřebiče 8 a trojfázového spotřebiče 9. Trojfázové spotřebiče mohou být zatíženy symetricky nebo asymetricky. Po zapnutí hlavního spínače 2 protéká sítový proud přes primární cívky 3 měniče chybového proudu, kontrolní transformátor 4 a pracovní kontakty 5a, 5b, 5c relé 5 ke svorkám jednofázového spotřebiče 8 a trojfázového spotřebiče 9 tehdy, jestliže předtím stiskem prvního zapínacího tlačítka 7 proud sekundární cívky 24voltového kontrolního transformátoru 4 uzavře přes vypínací kontakt vypínacího tlačítka 6 okruh cívky relé 5, kontrolního vodiče 17, chráněné kostry 10 a ochranný vodič 16. Relé 5 je v sepnutém stavu tak dlouho, dokud se nepřeruší sekundární proud kontrolního transformátoru

4. Přídržné kontakty 5d silnoproudového relé 5 zajišťují samodržení.

V případě zkratu na kostru 10 chráněného zařízení teče chybový proud od druhého bodu 20 kostry 10 chráněného zařízení ochranným vodičem 16 — vyhýbá se primárním cívkám 3 měniče chybového proudu — ke svorce nulového vodiče hlavního spínače 2 silnoproudé sítě. Tento proud má za následek indukci v sekundární cívce 14 měniče chybového proudu, čímž se uvede v činnost spoušť 15 hlavního spínače 2 a odpojují se jednofázový spotřebič 8, popřípadě trojfázový spotřebič 9 od sítě.

V případě chybného použití, popřípadě přerušení ochranného vodiče 16 a jej kontrolujícího kontrolního vodiče 17 se rozpojí sekundární proudový obvod kontrolního transformátoru 4. Pak nedostává — pochopitelně při zapnutém hlavním spínači 2 — cívka relé 5 napájecí napětí 24 V a pracovní kontakty 5a, 5b, 5c relé 5 se rozepnou a odpojí jednofázový spotřebič 8, popřípadě trojfázový spotřebič 9 od sítě. Je-li ochranný vodič 16 a jej kontrolující kontrolní vodič 17 vadný nebo se proudový okruh z jakéhokoliv důvodu neuzavře, nemůže ani při zapnutém hlavním spínači 2 protékat proud ze sítě ve směru k jednofázovému spotřebiči 8, popřípadě k trojfázovému spotřebiči 9, protože 24voltový proudový okruh kontrolního transformátoru 4 není uzavřen.

Jestliže při zapnutí hlavního spínače 2 dojde k připojení vadného jednofázového spotřebiče 8, popřípadě trojfázového spotřebiče 9, nastane zkrat na kostru 10 a jako výsledek působení chybového proudu se budí napětí na sekundární cívce 14 měniče chybového proudu. Spoušť 15 hlavního spínače 2 pak zahrání připojení jednofázového spotřebiče 8, popřípadě trojfázového spotřebiče 9, který je ve stavu zkratu na kostru, k síti.

O funkční schopnosti a provozní spolehlivosti ochrany proti nebezpečnému dotyku je možné se přesvědčit stiskem druhého zapínacího tlačítka 12 jako kontrolního tlačítka. Tím se indukuje pomocí chybového proudu, určovaného omezovacím odporem 11 a protékajícího kontrolním vodičem 17, v sekundární cívce 14 měniče chybového proudu napětí jako důsledek chybového proudu přivedeného na kostru 10 chráněného zařízení, a odpojí se jednofázový spotřebič 8, popřípadě trojfázový spotřebič 9 od sítě tím, že se uvede spoušť 15 hlavního spínače 2 v činnost. Současně se kontroluje spojení mezi kontrolním transformátorem 4 a prvním bodem 19 a druhým bodem 20 kostry 10 chráněného zařízení.

Nízké napětí 24 V kontrolního transformátoru 4 neporušuje z hlediska ochrany proti nebezpečnému dotyku žádné normy, a je tedy z hlediska ochrany proti dotyku jeho použití povoleno.

Claims (3)

1. PREDMET

   1. Elektrické spínací zařízení pro ochranu před nebezpečným dotykem u nestabilně umístěných zemněných nebo nezemněných přístrojů a zařízení, u kterých kostra chráněného zařízení je spojena s nulovým vodičem napájecí sítě, s ovládacím členem hlavního spínače pro zapínání síťového napětí, tvořeným měničem chybového proudu, který obsahuje primární cívky, zapojené ve fázi, popřípadě ve fázích napájecí sítě a v nulovém vodiči, a sekundární cívku, vyznačující se tím, že obsahuje relé (5) zapojené svými pracovními kontakty (5a, 5b, 5c) do série mezi svorky hlavního spínače (2) a jednofázového spotřebiče (8) a/nebo trojfázového spotřebiče (9), přičemž první svorka cívky relé (5J je připojena pomocí kontrolního vodiče (17) k prvnímu bodu (19) kostry (10) chráněného elektrického zařízení, druhá svorka cívky relé (5) je naproti tomu připojena k první svorce sekundární cívky nízkonapěťového kontrolního transformátoru (4), jejíž druhá svorka je připovynAlezu jena na kontakt hlavního spínače (2) pro nulový vodič a druhý bod (20) kostry (10) chráněného elektrického zařízení je spojen s druhou svorkou sekundární cívky kontrolního transformátoru (4).
2. 2. Elektrické spínací zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi první svorkou sekundární cívky kontrolního transformátoru (4) a druhou svorkou cívky relé (5) je zapojen sériový obvod, sestávající z vypínacího tlačítka (6) a z přídržného kontaktu (5d) relé (5), a mezi společnými svorkami vypínacího tlačítka (6) a přídržného kontaktu (5dj relé (5) je zapojeno první zapínací tlačítko (7).
3. 3. Elektrické spínací zařízení podle bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mezi prvním bodem (19) kostry (10) chráněného elektrického zařízení a jedním pracovním kontaktem (5a, 5b, 5c) libovolné fáze relé (5) je zapojen v sérii odpor (11) a druhé zapínací tlačítko (12).