CZ20002627A3 - Zařízení pro analýzu poruchových proudů ze zemního spojení, vznikajících v elektrické soustavě, a spínací přístroj - Google Patents

Description

9 9 9·

Zařízení pro analýzu poruchových proudů ze zemního spojení, vznikajících *ee* v elektrické soustavě, a spínací přístroj.

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro analýzu poruchových proudů^ ze zemního spojení, vznikajících v elektrické soustavě, které obsahuje systém pro detekci proudů a systém pro proudovou analýzu, přičemž při výskytu poruchového proudu ze zemního spojení zařízení vyprodukuje elektrický signál, jenž ovládá otevření přerušovacích kontaktů, respektive uzavření polovodičových obvodových prvků spínacího přístroje, zapojeného před elektrickou soustavou. Zařízení a spínací systém jsou umístěnky v navzájem oddělených pouzdrech. Vynález se dále týká r spínacího přístroje, kte obsahuje polovodičové obvodové

prvky, respektive přerušovací kontakty, jakými jsou například FI ochranný spínač, ochranný spínač pro ochranu vedení, stykač a spínač vedení.

z ‘

Dosavadní stav techniky

Poruchové proudy mohou mít stejný průběh, jaký mají proudy, které z elektrické rozvodné sítě odebírají elektrická zařízení spotřebitelů. Kromě čistých střídavých proudů existují také pulsující stejnosměrné proudy, které jsou v rámci každé periody síťové frekvence rovné nule náhradní strana ··· · nebo prakticky rovné nule alespoň po dobu poloviny uvedené periody, a také existují čistě stejnosměrné poruchové proudy nebo takové proudy, jejichž průběh má spíše náhodný charakter. Oba posledně zmíněné typy poruchových proudů vznikají u spotřebitelů, kteří používají usměrňovači zařízení.

V praxi je již známo FI ochranné zařízení, které je citlivé na pulzující poruchové proudy a které obsahuje jeden součtový transformátor proudu pro účely zjišťování střídavých poruchových proudů a pulzujících stejnosměrných poruchových proudů. Toto ochranné zařízení však není vhodné pro použití v případě čistě stejnosměrných poruchových proudů.

Aby bylo přece jenom možné odhalit uvedené stejnosměrné poruchové proudy, je navrhováno rozšířit FI ochranného zařízení, citlivé na pulzující proudy, o druhý součtový proudový transformátor, který by reagoval pouze na stejnosměrné poruchové proudy. Obvody sekundárních vinutí obou součtových transformátorů přitom oba pomocí spínacího zámku ovládají společný kontaktní přístroj. Všechny uvedené konstrukční systémy tohoto spínače, který je citlivý na všechny druhy proudů, jsou umístěny do společného pouzdra.

Na základě údajů sdružení spotřebitelů se při výrobě elektrických zařízení obvykle používají jednoduché modely FI ochranných spínačů, citlivých na pulzující proudy, náhradní strana *·· * protože díky jejich jednoduchosti je nízká i jejich výrobní cena. Pokud je při pozdější přestavbě elektrický systém rozšiřován o FI ochranné zařízení, které je citlivé na všechny druhy proudů, pak je potřeba plně funkční FI ochranné spínače, které jsou citlivé pouze na pulzující proudy, nahradit FI ochrannými spínači, které jsou citlivé na všechny druhy proudů.

Bylo by výhodné, kdyby bylo možné umístit v každé elektrické soustavě beztak nutný systém pro detekci střídavých, respektive pulzujících poruchových proudů mimo rámec jiných systému pro detekci jiných druhů poruchových proudů, stejně tak jako by to bylo výhodné i v případě kontaktního zařízení FI ochranného spínače.

I tato výše uvedená konstrukce je již známa z dosavadního stavu techniky. Předpokládá se u ní použití kompletního FI ochranného spínače ( tedy ochranného spínače, který obsahuje součtový transformátor, spínací zámek a kontaktní zařízení ) a též použití přídavného systému, který obsahuje pouze jeden součtový transformátor. FI ochranný spínač a přídavný systém jsou umístěni v navzájem oddělených pouzdrech, díky čemuž je později možné vyměnit každý konstrukční prvek nezávisle na druhém.

Ovládání spínacího zámku je prováděno elektromagnetickým způsobem, to znamená pomocí ovládání cívky s pohyblivou kotvou odpovídajícím elektrickým náhradní strana • •9 * signálem. Aby mohl^y jak FI ochranný spínač, tak i přídavný systém stejnou měrou ovládat spínací zámek, je uvedená cívka zkonstruována ze dvou elektricky navzájem izolovaných vinutí, přičemž její první vinutí je zapojené do sekundárního obvodu FI součtového transformátoru proudu a její druhé vinutí je zapojené do sekundárního obvodu přídavného součtového transformátoru proudu.

Pro účely přenosu přídavným systémem vytvořeného elektrického signálu do FI ochranného spínače je potřeba použít vedení, které spojuje sekundární vinutí přídavného součtového transformátoru proudu a druhé vinutí ovládací cívky spínacího zámku. Tato vedení je nutné připojit, respektive odpojit při montáži elektrické soustavy a také při každé výměně jedné z dílčích konstrukčních jednotek, díky čemuž se nepříznivým způsobem zvýší spotřeba materiálu, stejně tak jako montážní čas.

Ve spise FR-A-2 643 195 je popsán FI ochranný spínač, který obsahuje běžné konstrukční součásti jako přerušovací kontakty, součtový transformátor proudu se sekundárním vinutím a elektromagnetickou spouští, která je elektricky spojená se sekundárním vinutím a může mechanickým způsobem ovládat uvedené přerušovací kontakty.

Ve spise FR-A-2 643 195 je základní myšlenkou spojit elektronický modul, který je spojen se snímačem, s uvedeným FI ochranným spínačem, přičemž elektronický modul je schopen vyvolat spuštění FI ochranného spínače. Toto náhradní strana »«» · spuštění je možné vyvolat tehdy, pokud snímačem naměřené fyzikální veličiny dosáhnou svými hodnotami před dané mezní hodnoty, při které již elektrické soustavě hrozí nebezpečí poškození. U této konstrukce, u které modul ovládá FI ochranný spínač, je možné navrhnout větší počet provedení:

Podle obr. 1 je modul připojen nejprve k připojovacím svorkám FI ochranného spínače, které jsou zapojeny paralelně ke kontrolnímu rezistoru, respektive jsou zapojeny paralelně ke kontrolnímu zkratování jednoho z obou prvků, rezistoru nebo kontrolního tlačítka, je možné simulovat poruchový proud, který v součtovém transformátoru proudu naindukuje napětí, což má za následek aktivaci FI ochranného spínače.

tlačítku. Pomocí tedy kontrolního

Na obr. 1 je zobrazena také druhá možnost ovládání FI ochranného spínače pomocí elektronického modulu, která spočívá v tom, že tento modul je spojen s druhým vinutím spouštěcího zařízení. Pří příjmu poruchového proudu snímačem přivede modul do tohoto vinutí napětí, které rovněž vyvolá spuštění.

Podle obr. 2 spisu FR-A-2 643 195 je přenos signálu z elektronického modulu do FI ochranného spínače prováděn pomocí připojovacího vedení k síti.

U prvního možného provedení tohoto přenosu se náhradní strana ·· · předpokládá, že modul je připojen ke třem síťovým vodičům P, N a T. Tento modul obsahuje dva do série zapojené konstrukční prvky - rezistor a spínač, přičemž tato sériová kombinace je z jedné strany připojená k zemnícímu vodiči T a z druhé strany je připojená k fázovému vodiči P, respektive k neutrálnímu vodiči N. Pokud snímač modulu ohlásí překročení předem nastavené hodnoty jím pozorované fyzikální veličiny, uzavře modul oba spínače a vytvoří tak poruchové proudy, které je FI ochranný spínač schopen odhalit, což má za následek aktivaci FI ochranného spínače.

Podle druhé možnosti provedení přenosu obsahuje elektronický modul vysokofrekvenční vysílač, který je spojen se síťovými vodiči P a N. Pokud snímač uvedenému modulu pošle poruchový signál, vyšle vysílač pře síťové vodiče P a N odpovídající zakódovanou informaci.

FI ochranný spínač je vybaven přijímačem / dekodérem, který přijme tuto informaci. Jelikož je modul ve spojení s FI ochranným spínačem ( což je zobrazeno na obr. 1 ), může modul tímto způsobem vyvolat aktivaci FI ochranného spínače.

Podstata vynálezu

První úkolem vynálezu je vytvořit zařízení pro analýzu poruchových proudů ze zemního spojení, které proudí v náhradní strana elektrické soustavě, u kterého by se v případě poruchy vygenerovaný elektrický signál bez pomoci jakýchkoliv přídavných spojovacích vedení přenesl do spínacího přístroje, který by byl zapojen před elektrickou soustavu. Podle jednoho příkladu provedení vynálezu je úkol vyřešen tím, že zařízení obsahuje systém pro přivedení elektrického signálu v připojovacím vedení k síti.

Dalším úkolem vynálezu vytvořit spínací přístroj s přerušovacími kontakty, jakým je například FI ochranný spínač, ochranný spínač pro ochranu vedení, stykač a spínač vedení, respektive s polovodičovými spínacími prvky, který by reagoval na elektrický signál, jenž by byl vygenerován výše uvedeným systémem pro proudovou analýzu, a který by měl za úkol odpojit elektrickou soustavu.

Tento úkol je podle vynálezu vyřešen tím, že v zařízení je umístěna první cívka přenašeče, který slouží k přenosu elektrického signálu ze zařízení do spínacího zařízení.

Ve spínacím zařízení, náležejícímu k systému, je podle vynálezu umístěna druhá cívka přenašeče, který slouží k přenosu elektrického signálu ze zařízení do spínacího zařízení, přičemž spínací přístroj a zařízení jsou umístěni v navzájem oddělených pouzdrech a zařízení obsahuje první cívku přenašeče.

náhradní strana fe · fefe····· • · · ·······* fe· ·····♦ • fe· · ··· ·· «fe fe·

Přenos elektrického signálu je u této konstrukční možnosti nezávislý na připojovacích vedení k síti, díky čemuž zařízení bezproblémově funguje i při přerušení jednoho připojovacího vedení k síti, které bylo využíváno u první varianty příkladu provedení vynálezu.

U obou zmíněných variant příkladu provedení vynálezu je možné předpokládat, že systém pro proudovou analýzu je programově řízený elektronický systém, který obsahuje mikroprocesor, mikroovladač, digitální signální procesor nebo podobná zařízení.

Díky tomu je možné jednoduchým způsobem změnit charakteristiky ochranného spínacího přístroje, přičemž elektrické údaje jako na charakteristikami jsou míněny průběh, frekvence a amplituda poruchového proudu, základě kterých je spuštěn poplach. Narozdíl od součtových transformátorů proudu, používaných k proudové analýze, je díky této konstrukci také možné zrealizovat analýzy poruchových proudů, které vyžadují komplexní matematické výpočty.

U jiného příkladu provedení vynálezu je možné předpokládat, že systém pro proudovou analýzu obsahuje ovladač rozhraní, respektive datové sběrnice.

Tato konstrukce umožňuje to, aby systém pro proudovou analýzu podle vynálezu zůstal zabudovaný v elektrické soustavě během procesu přeprogramování, tedy během změny jeho reakčních charakteristik. U této

9 · · · 9 ·

9 9»· · 9

9 9 9 9 9 9 • 99 99 99 99 ♦ ·· 9 konstrukce také není nutné provádět výměnu jakýchkoliv prvků programové paměti, respektive tyto prkvy programové paměti mohou při provádění uvedeného úkonu zůstat po celou dobu v zařízení.

Další charakteristikou vynálezu je, že systém pro proudovou analýzu obsahuje ovládací obvod pro řízení ukazatelových přístrojů, jakým je například osobní počítač, siréna, lampa nebo podobná zařízení.

Pomocí této konstrukce je možné jednoduchým způsobem upozornit na zjištěný poruchový stav v elektrické soustavě.

Dále je možné předpokládat, že systém pro detekci proudů je tvořen rezistorovým bočníkem, který je zapojen ochranného vodiče.

Díky tomuto opatření je navržena velice jednoduchá a spolehlivá konstrukce systému pro detekci proudů, která je však schopna velice přesně snímat poruchové proudy ze zemního spojení.

Jiná možnost výše popsané konstrukce může spočívat v tom, že systém pro detekci proudů je tvořen kompenzačním proudovým transformátorem.

Na rozdíl od první možné konstrukce je může v tomto případě ochranný vodič zůstat nerozdělený.

4 4 4 4 4 4 «·

4 · 44 4·4<4·

44« 444« • 44 « 444 ·· 44 44

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže vysvětlen na obrázků, které zobrazují upřednostňované provedení vynálezu.

základě příklady

Obr. 1 zobrazuje principiální blokové schéma zapojení systému pro proudovou analýzu podle vynálezu a spínacího přístroje podle vynálezu.

Obr. 2 zobrazuje blokové schéma podle obr. 1 se zařízením podle vynálezu v situaci, kdy je simulována porucha elektrické soustavy.

Obr. 3 zobrazuje blokové schéma podle obr. 1, jenž znázorňuje zařízení podle vynálezu, které produkuje na síťovou frekvenci namodulované elektrické řídící signály, první příklad provedení systému pro detekci a převedení elektrického signálu na otevření přerušovacích kontaktů.

Obr. 4 zobrazuje spínací přístroj, který je vytvořen do podoby FI ochranného spínače, s druhým příkladem provedení systému pro detekci a převedení elektrického signálu na otevření přerušovacích kontaktů.

Obr. 5 zobrazuje první příklad provedení spínacího přístroje, který je vytvořen do podoby polovodičového spínače.

• φ φ φ φ φ φ φ · φ φ φ φφφφ® φφφ φφ φφφ φφφφ φφφ φ φφφ φφ φφ φφ

Obr. 5a a 5b zobrazují schéma zapojení přístroje 1C LM 1893, pomocí kterého lze například realizovat řídící systémy 30 a 31.

Obr. 6 až 8 zobrazují další příklady provedení polovodičového spínače.

Obr. 6 až 8a zobrazují schémata zapojení možné realizace řídících obvodů 32 podle obr. 6 až 8.

Obr. 9 zobrazuje blokové schéma zapojení podle obr. 1 při transformátorovém přenosu signálu, který ovládá spuštění spínacího přístroje.

Obr. 10 zobrazuje blokové schéma zapojení systému pro proudovou analýzu a spínacího přístroje podle příkladu provedení podle obr. 9.

Obr. 11 zobrazuje jiný příklad provedení spínacího přístroje podle obr. 10,

Obr. 12 zobrazuje blokové schéma zapojení kompenzačního součtového proudového transformátoru, který je možné použít jako systém pro detekci proudů.

Příklady provedení vynálezu

Jak je nejlépe vidět na obr. 1 je základní myšlenkou vynálezu oddělit spínací přístroj 2, který provádí • · * • · · • t « »·· ·· • * * · • * I · • · · · »· ·· oddělení za ním zapojené elektrické soustavy od sítě v případě, že se v uvedené elektrické soustavě vyskytne poruchový proud ze zemního spojení, od zařízení 1_ pro analýzu poruchových proudů ze zemního spojení, které se vyskytují v uvedené elektrické soustavě. Podobně jako FI ochranný spínač obsahuje toto zařízení 1^ systém 10 pro detekci poruchových proudů ze zemního spojení a také za tímto systémem 10 zapojený systém 11 pro proudovou analýzu.

Zařízení _1 a spínací přístroj 2 jsou přitom v takovém vzájemném kontaktu, který zařízení 1^ umožní v případě výskytu nepřípustně vysokého poruchového proudu ze zemního spojení zajistit otevření přerušovacích kontaktů 20 spínacího přístroje 2_.

Výhoda podobné modulárním způsobem navržené konstrukce obvodu na ochranu před poruchovými proudy spočívá v tom, že reakční charakteristiky, které jsou dány zařízením 1_, je možné změnit pomocí výměny, respektive přizpůsobení pouze uvedeného zařízení L·

Čárkovanou čárou _3 symbolickým způsobem vyznačená možnost působení zařízení 1_ na spínací přístroj 2^ je realizována pomocí elektrického signálu, který je vytvořen zařízením 1_ a je přenesen do spínacího přístroje 2^ a který zajišťuje otevření přerušovacích kontaktů 20 spínacího přístroje 2, respektive v případě, že je spínací přístroj .2 tvořen polovodičovým spínačem 24 zajišťuje uzavírání polovodičových • « ·»····· • * · • · · · · · · · * »·· · «»· ·· ·« *· obvodových prvků Dl až D6 ( tento příklad provedení vynálezu bude blíže vysvětlen v následujícím popise }, přičemž spínací přístroje 2_ je zapojené před elektrickou soustavou.

Jako přenosové médium pro signál je u prvního příkladu provedení vynálezu použito připojovací vedení 4_ k síti, které prochází oběma složkami zařízení £ a spínacího přístroje £, přičemž k tomuto účelu je zařízení £ vybaveno systémem £ pro přivedení elektrického signálu do připojovacího vedení £ k síti.

V závislosti na povaze elektrického signálu se přitom předpokládají dvě následující možnosti provedení

Podle prvního příkladu provedení, který je zobrazen na obr. 2, simuluje elektrický signál poruchový proud ze zemního spojení. Spínací přístroj 2 přitom musí být tvořen FI ochranným spínačem 21, který reaguje na tento simulovaný případ výskytu poruchy v elektrické soustavě oddělením elektrické soustavy od sítě. Systém £ pro přivedení tohoto elektrického signálu do připojovacího vedení £ k síti obsahuje odpovídající nízkoohmový rezistor £ a spínač 19, který je možné ovládat systémem 11 pro proudovou analýzu. Pomocí tohoto spínače 19 je rezistor 6 spojen s fázovým vodičem 11 a ochranným vodičem PE, přičemž výsledek je samozřejmě stejný jako v případě, kdy je rezistor £ spojen s ochranným vodičem PE a jedním ze zbývajících fázových vodičů L2 nebo L3.

«

99 • 9 9 • · 9

9*9 • 99 «9

Jak vyplývá z druhého příkladu provedení, který je zobrazen na obr. 3, má elektrický signál nízký výkon a frekvenci, která se liší od frekvence sítě, přičemž elektrický signál je namodulován na síťové napětí systémem 5^ který je vytvořen do podoby modulačního obvodu.

Blíže k síti zapojený spínací přístroj 2 přitom nepotřebuje žádný FI ochranný spínač, nýbrž může být vytvořen do podoby ochranného spínače 22 pro ochranu vedení, stykače 2 3, polovodičového spínače 2 4, spínače 29 vedení nebo podobného zařízení. Spínací přístroj 2 je podle vynálezu vybaven systémem Ί_ pro detekci elektrického signálu, namodulovaného na síťové napětí, a jeho převedení do otevření přerušovacích kontaktů 20. Na obr. 3 je podobný systém 2 zobrazen u spínacího přístroje 2_, který je vytvořen do podoby stykače 22· podstatě se skládá z přijímače 7 0, který síťovým napětím ovládá cívku 25 stykače 23 pomocí spínacího kontaktu 71.

U jiných druhů spínacích přístrojů 2_ je nutné svěřit konkrétní provedení tohoto systému 7_ do rukou odborníka, který jej provede známým způsobem, avšak jeho funkce je identické s funkcí systému 7_, který je zobrazen na obr. 3. U FI ochranného spínače, respektive u ochranného spínače 22 pro ochranu vedení je možné nahradit podle obr. 3 použitou cívku 25 cívkou 25' , která kromě hlavní spouštěcí cívky 26 ovládá kotvu 27, φφφ • · φ · φφφφ • · ««φφφφφφ • φφφ φφφφ • φφφ φφ φ· φφ jenž ovládá spínací zámek 28 { viz obr. 4 ). Hlavní spouštěcí cívka 26 je přitom jako obvykle u FI ochranného spínače připojena k sekundárnímu vinutí součtového transformátoru proudu, respektive u ochranného spínače 22 pro ochranu vedení do chráněného vedení, což však na obr. 4 nebylo znázorněno z důvodů zvýšení přehlednosti obrázku.

U spínače vedení 29 je spínání prováděno ručním způsobem nebo pomocí motorového pohonu, přičemž v obou případech je natažena silová pružina, která předepíná přerušovací kontakty ve směru jejich otevřené polohy. Jakmile přerušovací kontakty 20 dosáhnou své uzavřené polohy, je silová pružina uzamčena. Odpojení je prováděno odemčením silové pružiny, která díky svému předpětí otevře přerušovací kontakty 20 . Odemčení je možné provést ručním způsoben nebo pomocí pracovního generátoru proudu, který je v případě použití spínače vedení 2 9 jako spínacího přístroje 2. podle vynálezu zabudován do odpovídajícího systému Ί_, což částečně vyplývá z obr. 3.

Na obr. 5 je znázorněn pouze systém _5 pro přivedení elektrického signálu do připojovacího vedení £ k síti a spínací přístroj 2, který je proveden do podoby polovodičového spínače 24 . Z tomto obrázku je možné rozpoznat konstrukcí sytému 5^, který má podobu modulačního obvodu, a též konstrukci přijímače 70. Oba dva obsahují přenašeče TI a T2 pro přivedení, respektive odvedení . signálu do, respektive z • 9 · · · • ♦ 9 · · · 9 ι • · · · · 9 I

999 «9 99 99 připojovacího vedení 4_ k síti. K cívkám těchto přenašečů TI a T2, které se nacházejí na straně sítě, jsou do série připojeny kondenzátory C pro odblokování síťového napětí. Systém 30, který se nachází na straně analytického obvodu, respektive systém 31, který se nachází na straně spínače, je tvořen speciálním integrovaným obvodem, který je opatřen odpovídajícími vnějšími obvody, nebo zákaznickám integrovaným obvodem.

Jak vyplývá z obr. 5, spočívá úloha systému 30 v převádění signálu, který přichází od systému 11 pro podoby transformovatelného 31 spočívá v převedení transformátorovým způsobem přivedeného signálu do podoby signálu, který by bylo možné použít k ovládání proudovou signálu.

analýzu, do Úloha systému spínacího kontaktu 71.

V souladu s těmito nároky a s požadavky na vlastnosti signálů, které jsou dodávány systémem 11 pro proudovou analýzu, respektive s požadavky na vlastnosti řídících signálů spínačů jsou uvedené systémy 30 a 31 vytvořeny v odborné praxi již známým způsobem.

Jako příklad integrovaných obvodů, pomocí kterých je možné realizovat systémy 30 a 21' je možné uvést obvody LM 1893 ( viz obr. 5a a 5b ) a obvod LM 2893 od firmy National Semiconductor, respektive konstrukční prvky s podobnými funkcemi, jako například obvody ST7537 a ST7536 od firmy SGS Thomson. Každý z uvedených známých integrovaných obvodů je možné použít v každém ze * · • flfl · • · · • · · ··· ·· systémů 30 a 21' přičemž je výhodné zrealizovat oba systémy 30 a 31 pomoci jednoho a toho samého druhu integrovaného obvodu. Dále je také možné zrealizovat systémy 30 a 31 pomoci zákaznických integrovaných obvodů, které by svou funkci odpovídaly uvedeným čtyřem druhům integrovaných obvodů.

Na obr. 5 je dále možné vidět první příklad provedení polovodičového spínače 24 . V každém připojovacím vedení £ k síti je antiparalelním způsobem zapojeny dva tyristory Dl a D2, přičemž prvně uvedený polovodičový prvek je vodivý v pozitivní půivlně síťového napětí a druhý uvedený polovodičový prvek je vodivý v negativní půivlně síťového napětí. Řízení těchto tyristorů Dl a D2 je prováděno pomocí známého řídícího obvodu 32, který potenciálově odděluje tyristory a přenašeče T3 a T4 nebo spojuje tyristory s polovodičovým relé 33 ( viz obr. 6 ) . Jak je zobrazeno na obr. 6a, může být v této souvislosti řídící obvod 32 realizován nejjednodušším způsobem jako rezistor. Jiná možnost spočívá v tom, že řídící obvod 32 je realizován jako zdroj proudu.

Druhý příklad provedení polovodičového spínače 2 4 zobrazují obr. 7 a 8. Na obr. 7 je bipolární tranzistor D3 zapojen do diagonální větve můstkového usměrňovače D4, díky čemuž je možné pomocí bipolárního tranzistorou D3 spínat střídavý proud. Na obr. 8 zastupují dva proti sobě v sérii zapojené tranzistory D5 a D6 typu MOSFET funkci spínače střídavého proudu. V obou případech

4

4 • 4

4*4 4 4 4 • · • 4 « 44 probíhá řízení odpovídajících polovodičových obvodových prvků D3, D5 a D6 pomocí řídících obvodů 32 při využití přenašeče T_5_. Řídící obvody 32 mohou být v tomto případě zrealizovány pomocí oscilačních obvodů, které jsou detailnějším způsobem naznačeny na obr. 7a a 8a.

Provedení systému 5. a přijímače 70, zobrazených na obr. 5, je nezávislé na provedení polovodičového spínače 24, a proto bylo upuštěno od jejich opětného zobrazení na obr. 6, 7 a 8. U všech příkladů provedení jsou zobrazené polovodičové obvodové prvky Dl až D6 a jejich řídící obvody umístěny u každého připojovacího vedení £ k síti, ikdyž tato skutečnost nebyla z důvodů lepší přehlednosti zobrazena na obrázcích.

U všech příkladů provedení podle obr. 5 až 8 ovládá přijímač 7 0 řídící obvod 32 a zajišťuje u nich v případě detekce spouštěcího signálu, který byl systémem 5_ nemodulován na síťové napětí, uvedení polovodičových obvodových prvků Dl až D6 do uzavřeného stavu, což je konkrétním způsobem zobrazeno na obr. 5.

Toto ovládání je možné nepřímým způsobem zrealizovat pomocí spínacího kontaktu 71, což je znázorněno plnými čárami. Řídící obvod 32 rozpozná ovládání spínacím kontaktem 71 a reaguje na něj tak, že uvede polovodičové obvodové prvky Dl až D6 do jejich uzavřeného stavu. Jinak může být přijímač 71 spojen přímo s řídícím obvodem 32, což je naznačeno čárkovanými čárami, přičemž pomocí těchto spojení je * 9

9 9 • •9 9 • 9 • 9 ·

• 9« 9 • 9 · 9 • 9 9 * • 9 9« přenášen odpovídající signál, který rovněž přiměje řídící obvod 32 k tomu, aby uzavřel polovodičové obvodové prvky Dl až D6.

Jinou možností přenosu elektrického signálu, zapříčiňujícího otevírání přerušovacích kontaktů 20, respektive uzavírání polovodičových obvodových prvků Dl až D6, ze zařízení £ pro proudovou analýzu do spínacího přístroje 2 pomocí připojovací vedení £ k síti je podle vynálezu přenášet uvedený signál transformátorovým způsobem.

Na obr. 9 je znázorněno schéma průchodu proudu podle příkladu provedení vynálezu, který je založen na tomto principu. Toto schéma odpovídá schématu podle obr. 3, přičemž však odpadá systém £ pro přivedení elektrického signálu. Pro účely realizace transformátorového přenosu elektrického signálu se předpokládá přenašeč T6, jehož první cívka T6' je umístěna v zařízení £ a jeho druhá cívka T6'' je umístěna ve spínacím přístroji 2. První cívka T6' je pomocí systému 38 spojena se systémem 11 pro proudovou analýzu, přičemž úloha systému 38 spočívá jako u systému 30 podle obr. 5 v převodu systémem 11 pro proudovou analýzu dodaného signálu do podoby transformovatelného signálu, přičemž systém 38 je k tomuto účelu odpovídájícne uzpůsoben.

V nejjednodušším případě je možné vytvořit uvedený systém 38 pomocí oscilačních obvodů, které jsou » fefefe» · fefe fefe* fe

zobrazeny na	obr. 7a a	8a.
Jak vyplývá z obr.	10 musí být	zařízení 1	a spínací
přístroj 2	ve svém	vzájemném	sousedství	umístěni
v rozvodové	skříni.	Vzájemným sousedství	se přitom

rozumí tak krátká prostorová vzdálenost, na které lze zrealizovat vyhovující magnetické spojení obou cívek T6^Z a T6^Z ' pro účely transformátorového přenosu.

Na obr. 9 a 10 je spínací přístroj 2. zobrazen v příkladné podobě FI ochranného spínače 21, na který je možné transformátorovým způsobem převést spouštěcí signál. U této varianty je přijatý signál přiveden do cívky 34 relé, jehož spínací kontakt 35 pomocí rezistoru 36 spojuje fázový vodič LI před FI ochranným spínačem 21 s neutrálním vodičem N za FI ochrannýcm spínačem 21 a tím vyvolává poruchový proud, který vede k aktivaci celého systému. V případě, že by energie přenášeného signálu nestačila k nabuzení cívky 34 relé, je možné před tuto cívku 34 relé zapojit zesilovací obvod. Při otevření přerušovacích kontaktů 20 se otevře dodatečný kontakt 37, který je zapojen v sérii ke spínacímu kontaktu 35 relé, a zabrání se vzniku přepětí.

Z důvodu lepší srozumitelnosti byl zobrazen FI ochranný spínač 21 a spouštěcí modul, který obsahuje druhou cívku T6^z ' , cívku 34 relé, spínací kontakt 35 relé a rezistor 3 6, avšak v praxi je výhodnější umístit tento modul do pouzdra FI ochranného spínače 21.

-» · w v · · r • * · Φ · · · » · > » t Φ » « * • « · · · « · ·· · · *· »e ·· ··

Na obr. 11 je zobrazeno jiné výhodné provedení spouštěcího modulu podle obr. 10. Cívka 34 relé a spínací kontakt 35 relé jsou v tomto případě nahrazeni dvěma proti sobě v sérii zapojenými tranzistory typu MOSFET s odpovídajícími řídícími obvody.

Namísto znázorněného dosažení poruchového proudu je možné v souladu s obr. 4 dosáhnout spuštění FI ochranného spínače 21 také pomocí transformátorového přenosu spouštěcího signálu za využití cívky, která je ovládaná spouštěcím signálem a spolupodílí se na ovládání spouštěcí kotvy 27 FI ochranného spínače 21. Krom toho je také možné použít místo FI ochranného spínače 21 jakýkoliv jiný druh spínacího přístroje 2_, například ochranný spínač 22 pro ochranu vedení, stykač 2 3, polovodičový spínač 2 4, spínač vedení 29 nebo podobné zařízení. Příslušná nutná konstrukční opatření, která umožní, aby spouštěcí signál otevřel přerušovací kontakty 20, respektive uzavřel polovodičové obvodové prvky Dl až D6, jsou přitom stejná jako opatření, která byla vysvětlena v případě prvního příkladu vynálezu ( přenos spouštěcího signálu pomocí připojovacího vedení 4_ k síti ) .

Jak již bylo řečeno, je konstrukce zařízení 1. podobná konstrukci běžného FI ochranného spínače a kromě systému 5^ pro přivedení elektrického signálu podle vynálezu v připojovacím vedení 4_ k síti, respektive kromě první přenosové cívky T6' obsahuje • φ φ φ φ « • ΦΦ φ φφφ • · Φ φ Φ φ • ΦΦΦ Φ Φ Φ

Φ Φ φ Φ Φ Φ φφ φφ φφ také systém 10 pro detekci proudů a systém 11 pro proudovou analýzu.

Systém 10 pro detekci proudů je možné tím nejjednodušším způsobem zrealizovat pomocí bočníkového rezistoru, který by byl zapojen v ochranném vodiči PE. Úbytek napětí, který na něm vznikne, je přímo úměrný velikosti poruchového proudu. Jinou možností realizace samozřejmě může být z FI ochranného spínače již známý součtový proudový transformátor nebo kompenzační součtový proudový transformátor £0, jak je zobrazeno na obr. 11.

Tento kompenzační součtový proudový transformátor £0 obsahuje železné jádro 41 se vzduchovou mezerou 4 2, přičemž všechna připojovací vedení £ k síti jsou ovinuta okolo železného jádra £1. V uvedené vzduchové mezeře 42 je umístěna Hallova sonda 43, která je ovládána pomocí proudu, jenž je dodáván ze zdrojů napětí 44 a £5. V případě výskytu poruchového proudu ze zemního spojení se v železném jádře 41 vytvoří odpovídající magnetické pole, které v elektrodách £6 a 4 7 Hallovy sondy 43 vyvolá své velikosti odpovídající napětí. Toto napětí je přivedeno do zesilovače 4 8, jehož výstup je spojen s cívkou 4 9, která je navinuta na železném jádře £3. Pomocí této cívky 49 je pak proud zvýšen na takovou úroveň, že jím vytvořené magnetické pole v železném jádru £1 zvýrazní magnetizaci, která byly vyvolaná poruchovým proudem. Tento kompenzační proud je proto úměrný existujícímu poruchovému proudu a pomocí proudového měřícího zařízení 50 je přiveden do systému 11 pro proudovou analýzu, přičemž proudové měřící zařízení se v nejjednodušším případě opět skládá z bočníkového odporu, který je spojen se systémem 11 pro proudovou analýzu.

Systém 11 pro proudovou analýzu je podle vynálezu tvořen programově ovládaným elektronickým systémem, který obsahuje například mikroprocesor, mikroovladač, digitální signální procesor a podobná zařízení. Podobné programově ovládané systémy 11 pro proudovou analýzu mohou při vyhodnocování zjištěných poruchových proudů ze zemního spojení také změřit větší počet různých parametrů. Tímto způsobem je například navzájem odlišit různé druhy poruchových proudů.

Lze například určit střídavé poruchové proudy se síťovou frekvencí nebo s frekvencí, která se liší od frekvence sítě, přičemž tento druh proudů obvykle vzniká v běžných uživatelských zařízeních, která jsou střídavě napájena.

Lze také určit pulzující stejnosměrné poruchové proudy a čistě stejnosměrné poruchové proudy, které obvykle vznikají v usměrňovačích zařízeních spotřebitelských elektrických soustav.

Dále je možné určit střídavé poruchové proudy a pulzující poruchové proudy s aktivními půlvlnami, které bývají způsobeny fázovým řízením v obvodech «« r * «»«· • *1« t « « · • · ·····*«· • «·· · # · · • ··« «« ·* ·· ··· uživatelských elektrických soustavách.

Pomocí odpovídajíciho naprogramování systému 11 pro proudovou analýzu podle vynálezu je možné pro účely spuštění ochranných opatření nastavit jak typické tvary poruchových proudů, tak i jejich amplitudu. Softwarovým způsobem prováděná kontrola poruchových proudů ze zemního spojení s nejrůznějšími tvary je symbolickým způsobem zobrazena na obr. 2 a 3 pomocí paralelního zapojení většího počtu funkčních bloků Fi až F_n, přičemž s pomocí nastavitelných kontrolních zařízení kritických hodnot, která jsou zapojena za funkčními bloky a jsou též zrealizována softwarovým způsobem, je možné pro každý druh poruchového proudu ze zemního spojení samostatně nastavit příslušnou amplitudu, při jaké by měla být provedena ochranné opatření.

Jelikož analýza poruchových proudů ze zemního spojení je prováděna pomocí digitálních obvodů, je nutné, aby byl analogový signál poruchového proudu ze zemního spojení převeden do digitální podoby. Pokud není možné, aby tento převod provedl sám systém 11 pro proudovou analýzu, je potřeba mezi systém 10 pro detekci proudů a systém 11 pro proudovou analýzu zapojit samostatný obvod 18 pro přípravu signálu. Obvod 18 pro přípravu signálu může kromě provedení digitalizace, respektive místo ní provádět také všelijaké adaptační procesy signálů poruchových proudů ze zemního spojení, jako například zesílení, utlumení, filtraci nebo podobné procesy.

φφφ φφφφ φφ φφφ φφ φ φφφ φ φ φ φ φφφ φφ φφ φφ

- 25 φ φ

Spouštěcí signál, který byl vygenerován funkčními bloky Fi až F_n a kontrolními zařízeními kritických hodnot, je možné přivést do systému 5_ pro přivedení elektrického signálu do připojovacích vedení k síti, respektive do první přenosové cívky T6' bez jakéhokoliv zpoždění nebo po uplynutí libovolně dlouhé prodlevy, což je na obrázcích zobrazeno pomocí bloku Vlastnosti a v praxi je obvykle voleno softwarové řešení této obvodové části.

Zařízení 1^ podle vynálezu je tak na rozdíl od obyčejného FI ochranného spínače schopné velice jemně rozlišovat poruchové proudy ze zemního spojení, které se vyskytují v elektrické soustavě. Obzvláště výhodné použití zařízení pro proudovou analýzu proudů elektrické soustavy, které je v souladu s vynálezem, spočívá v tom, že je zkombinováno s běžným FI ochranným spínačem a je rozšířena jeho reakční oblast.

Tato myšlenka je pak velice zajímavá v případě, kdy jsou k elektrické soustavě, která je zapojená před FI ochranný spínačem 21, připojeni uživatelé, kteří mohou poruchové proudy ze zemního které by FI ochranný spínač 21 nebyl schopen Pomocí odpovídajícího naprogramování systému vyprodukovat takové spoj ení, zachytit pro proudovou analýzu je možné přesným způsobem přizpůsobit spouštěcí charakteristiky zařízení _1 podle vynálezu a díky tomu je možné přesně nastavit spouštěcí charakteristiky FI ochranného spínače 21, přičemž toto • · 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 **· ·· 99 99 ··· · přesné nastavení je provedeno tak, aby bylo v souladu s poruchovými proudy ze zemního spojení, které by mohli vyprodukovat k elektrické soustavě připojení uživatelé. Při rozšíření elektrické soustavy připojením dalšího uživatele pak není nutné provádět žádné konstrukční úpravy ochranných zařízení, nýbrž se pouze provede odpovídající úprava programů, které ovládají systém 11 pro proudovou analýzu.

Pro účely programování systému 11 pro proudovou analýzu je možné předpokládat, že se ze zařízení 1^ nejprve vyjme odpovídající programová paměť ( například typu ROM nebo EPROM ) , naprogramuje se ve vhodném zařízení a poté se opět umístí do zařízení _1.

Systém 11 pro proudovou analýzu zařízení 1_ podle vynálezu je také velmi výhodné vybavit ovladačem 12 rozhraní, respektive datové sběrnice, což je zobrazeno na obrázcích. To by umožnilo spojit zařízení 1_ s programovacími zařízeními, takže programování by bylo možné provádět bez jakéhokoliv vyndávání a zpětného zandávání součástí systému 11 pro proudovou analýzu. Použitý ovladač rozhraní, respektive datové sběrnice může být v podstatě libovolného druhu, s výhodou je ale samozřejmé možné použít standardní druhy těchto obvodů, jakými jsou například RS 232, RS 485, IEC-Bus a podobné obvody.

Kromě možnosti naprogramování systému 11 pro poudovou analýzu je také možné pomocí tohoto rozhraní, respektive sběrnice 16 přenášet elektrický signál, který ovládá spuštění spínacího přístroje 2_. Díky této konstrukci je možné oznámit podat o výskytu poruchového stavu v elektrické soustavě pomocí osobního počítače 13, sirény 14 nebo lampy 15.

Jak je zobrazeno na obrázcích, je kromě přenosu signálu pomocí rozhraní, respektive datové sběrnice 16 také možné předpokládat ovládací obvod 17, který je oddělen od rozhraní, respektive datové sběrnice 16, který přenese spouštěcí signál na již výše uvedené ukazatele poruchového stavu, tedy na osobní počítač 13, sirénu 14 nebo lampu 15.

Claims (13)

1. Zařízení /1/ pro analýzu poruchových proudu ze zemního spojení, vznikajících se v elektrické soustavě, které obsahuje systém /10/ pro detekci proudů a systém /11/ pro proudovou analýzu, přičemž při výskytu poruchového proudu ze zemního spojení zařízení /1/ vyprodukuje elektrický signál, jenž ovládá otevření přerušovacích kontaktů /20/, respektive uzavření polovodičových obvodových prvků /Dl D6/ spínacího přístroje /2/, zapojeného před elektrickou soustavou, přičemž zařízení /1/ a spínací přístroj /2/ jsou umístěni v navzájem oddělených pouzdrech, vyznačující se tím, že v zařízení /1/ je umístěna první cívka /6' i přenašeče /T6/, který slouží k přenosu elektrického signálu ze zařízení /1/ do spínacího přístroje /2/.

2. Spínací přístroj /2/, obsahující přerušovací kontakty /20/, jako například ochranný spínač /21/, ochranný spínač /22/ pro ochranu vedení, stykač /23/, spínač /29/ vedení, respektive obsahující polovodičové obvodové prvky /Dl D6/ vyznačující se tím, že ve spínacím přístroji /2/ je umístěna druhá cívka /6''/ přenašeče /T6/, který slouží k přenosu elektrického signálu ze zařízení /1/ do spínacího přístroje /2/, přičemž zařízení /1/ a spínací přístroj /2/ jsou umístěni v navzájem oddělených pouzdrech a zařízení /1/ obsahuje první cívku /6'/ přenašeče /T6/.

3. Zařízení /1/ podle nároku 1 vyznačující se tím, že systém /11/ pro proudovou analýzu obsahuje programově ovládané elektronické konstrukční prvky, jakými jsou například mikroprocesor, mikroovladač, digitální signální procesor a podobná zařízení.

náhradní strana tvořen modulačním obvodem, který nemoduluje elektrický signál na napětí sítě.

4. Zařízení /1/ podle nároku 3 vyznačující se tím, že modulační obvod obsahuje přenašeč /TI/ pro přivedení elektrického signálu do připojovacích vedení /4/ k síti.

5. Spínací přístroj /2/, obsahující přerušovací kontakty /20/, jako například ochranný spínač /21/, ochranný spínač /22/ pro ochranu vedení, stykač /23/, spínač /29/ vedení, respektive obsahující polovodičové obvodové prvky /Dl D6/ vyznačující se tím, že obsahuje systém /7 / pro detekci elektrického signálu, namodulovaného systémem /5/ na síťové napětí, a pro jeho převedení na otevření přerušovacích kontaktů /20/, respektive na uzavření polovodičových obvodových prvků /Dl - D6/.

6. Spínací přístroj /2/ podle nároku 5 vyznačující se tím, že systém /

7/ obsahuje přenašeč /T2/ pro odvedení elektrického signálu z připojovacích vedení /4/ k síti.

Ί. Zařízení /1/ pro analýzu poruchových proudů ze zemního spojení, vznikajících se v elektrické soustavě, které obsahuje systém /10/ pro detekci proudů a systém /11/ pro proudovou analýzu, přičemž při výskytu poruchového proudu ze zemního spojení zařízení /1/ vyprodukuje elektrický signál, jenž ovládá otevření přerušovacích kontaktů /20/, respektive uzavření polovodičových obvodových prvků /Dl D6/ spínacího přístroje /2/, zapojeného před elektrickou soustavou, přičemž zařízení /1/ a spínací přístroj /2/ jsou umístěni v navzájem oddělených pouzdrech, vyznačující se tím, že v zařízení /1/ je umístěna první cívka /6'/ přenašeče /T6/, který slouží k přenosu • · · · ·« · • · *·· ·* · • * · » · · · ··· ·· »· ·· • 4

4 · • 4 ·4· 4 elektrického signálu ze zařízení /1/ do přístroje /2/.

8. Spínací přístroj /2/, obsahující přerušovací kontakty /20/, jako například ochranný spínač /21/, ochranný spínač /22/ pro ochranu vedení, stykač /23/, spínač /29/ vedení, respektive obsahující polovodičové obvodové prvky /Dl D6/ vyznačující se tím, že ve spínacím přístroji /2/ je umístěna druhá cívka /6' ' / přenašeče /T6/, který k přenosu přenos elektrického signálu ze zařízení /1/ do spínacího přístroje /2/.

9. Zařízení /1/ podle jednoho z nároku 1 až 4 nebo 8 vyznačující se tím, že systém /11/ pro proudovou analýzu obsahuje programově ovládané elektronické konstrukční prvky, jakými jsou například mikroprocesor, mikroovladač, digitální signální procesor a podobná zařízení.

10. Zařízení /1/ podle nároku 9 vyznačující se tím, že systém /11/ pro proudovou analýzu obsahuje ovladač /12/ rozhraní, resppektive datové sběrnice.

11. Zařízení /1/ podle nároku 9 nebo 10 vyznačující se tím, že systém /11/ pro proudovou analýzu obsahuje ovládací obvod /17/ pro ovládání ukazatelových přístrojů, jakým je například osobní počítač /13/, siréna /14/, lampa /15/ nebo podobná zařízení.

12. Zařízení /1/ podle jednoho z nároků 1 až 4 nebo 9 až 11 vyznačující se tím, že systém /10/ pro detekci proudů je tvořen bočníkovým rezistorem, který je zapojen do ochranného vodiče /PE/.

spínacího

13. Zařízení /1/ podle jednoho z nároků 1 až 4 nebo 9 až > · » * • · • · * * ft · * · »·» 1

11 vyznačující se tím, že systém /10/ pro detekci proudů je tvořen kompenzačním proudovým transformátorem /40/.