CZ20021769A3

CZ20021769A3 - Zapojení pro ochranu proti přepětí

Info

Publication number: CZ20021769A3
Application number: CZ20021769A
Authority: CZ
Inventors: Ferdinand Doc. Ing. Csc. Valent; L'udovít Ing. Jurčacko
Original assignee: Kiwa Spol. S R.O.
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2003-10-15
Also published as: CZ292593B6; EP1376811A2

Description

Vynález se týká zapojení pro ochranu proti přepětí obsahující alespoň jeden varistor zapojený mezi pracovními vodiči L, N, přičemž mezi pracovními vodiči L, N a zemnícím vodičem PE je zapojeno ochranné zařízení bleskojistkové povahy.

Dosavadní stav techniky

Vývoj ochran proti přepětí se odrazil i v oblasti tvorby norem (IEC 61 643-1), kde se pro přepěťovou ochranu kategorii III požaduje definovat maximální přípustné namáhání U_oc pro ochrannou hladinu příslušnou pro danou napájecí síť. Veličina U_ocmá předepsaný režim zkušebního postupu, který zahrnuje strmý nárůst zkušebního napětí (za 1,2 ps) na max. hodnotu napětí a vysokou amplitudu proudové vlny 8/20. Veličina U_oc je charakteristickou hodnotou určující míru odolnosti přepěťové ochrany v širokém spektru možných přepěťových jevů a jejich parametrů při zachování úrovně ochranné hladiny, což je maximální napětí, které se může objevit na svorkách (nebo zdířkách) přepěťové ochrany.

Existuje celá řada zapojení přepěťových ochran kategorie III podle

IEC 61 643-1, které zpravidla obsahují nejméně jeden varistor zapojený mezi

2$ pracovními vodiči L-N a bleskojistku zapojenou mezi vodiči N-PE. Je to např. •řSrí-. £/?

zapojení uvedené vCZ PV--1999-898-a vDE 38 40 198 A1. Jestliže je zapojení symetrické, jsou mezi pracovními vodiči obvykle zařazeny dva varistory a střed mezi nimi je přes bleskojistku připojen na zemnící vodič (PE). Toto zapojení funkčních prvků přepěťové ochrany je zahrnuto ve známých řešeních např. podle $ DE G 94 14 357.9, DE 35 39 421 A1, DE 36 06 287 A1, DE 195 23 292 C1 a CZ-PV 2002-877. '

Kromě uvedených konkrétních zapojení existuje ještě řada dalších, jejichž společným znakem je, že připojení na zemnicí vodič je provedeno přes bleskojistku nebo přes varistor. Připojení přes varistor vyžaduje ošetření varistoru odpojovacím zařízením, přičemž proud propouštěný varistorem má za následek problémy s vyhodnocováním izolačních poměrů mezi pracovními vodiči a zemnicím vodičem a za určitých podmínek může dojít také k nežádoucímu spuštění proudového chrániče.

Vzhledem k nevýhodám, které vyplývají ze zapojení varistoru jako ochranného prvku mezi pracovním a zemnícím vodičem, se toto zapojení používá jen ojediněle.

U zapojení s bleskojistkou mezi pracovními vodiči a zemnicím vodičem je základní nevýhodou známá vlastnost bleskojistek, že s rostoucí strmostí nárůstu napětí narůstá i zapalovací (spínací) napětí bleskojistky. Tato vlastnost významně omezuje dosažitelnou hodnotu veličiny U_oc při zachování úrovně ochranné hladiny, čímž jsou též významně limitovány užitné vlastnosti přepěťové ochrany.

Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň minimalizovat nevýhody dosavadního stavu techniky.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo zapojením pro ochranu proti přepětí, jehož podstata '^5 spočívá vtom, že ochranné zařízení bleskojistkové povahy obsahuje sériově zapojenou dvojici bleskojistek a k jedné bleskojistce paralelně připojený varistor, přičemž každá z bleskojistek má hodnotu statického zapalovacího (spínacího) napětí menší než je hodnota potřebná pro dosažení požadované úrovně ochranné hladiny zapojení a současně je součet hodnot statického zapalovacího (spínacího) napětí ýXj obou bleskojistek roven nebo je větší než je hodnota potřebná pro dosažení požadované úrovně ochranné hladiny zapojení.

Tímto zapojením se vhodnou kombinací ochranných prvků dosáhne vysokých hodnot veličiny U_oc, které významně převyšují hodnoty dosahované zapojeními podle stavu techniky, přičemž se současně dosáhne spolehlivého dodržení úrovně ochranné hladiny přepěťové ochrany.

Podle jednoho konkrétního provedení zapojení pro ochranu proti přepětí je ochranné zařízení bleskojistkové povahy svým jedním vývodem elektricky vodivým tepelně odolným spojem spřaženo s tepelně odpojovacím zařízením dvojice varistorů sériově zapojených mezí dvojicí připojovacích bodů.

Podle jiného konkrétního provedení zapojení pro ochranu proti přepětí je ochranné zařízení bleskojistkové povahy zapojeno mezi nulovým pracovním vodičem a zemnicím vodičem, přičemž mezi fázovým pracovním vodičem a nulovým pracovním vodičem je zapojen varistor a v jedné větvi zapojení varistoru je zapojeno % tepelně odpojovači zařízení varistoru. Ve výhodném provedení tohoto zapojení je paralelně k varistoru mezi fázovým pracovním vodičem a nulovým pracovním vodičem přes odpor zapojena tlumivka.

Obě tato konkrétní provedení zapojení pro ochranu proti přepětí jsou jednoduchá a spolehlivá.

fPCM>fr3Z/

Pro signalizaci správné funkce zapojení toto obsahuje alespoň jedno signalizační světlo.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález je schematicky znázorněn na výkrese, kde ukazuje obr. 1 typickou zapalovací charakteristiku bleskojistky, obr. 2a první příkladné zapojení podle vynálezu, obr. 2b druhé příkladné zapojení podle vynálezu a obr. 3 typický průběh napětí a proudu mezi pracovními vodiči L, N a zemnicím vodičem PE u zapojení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Zapojení pro ochranu proti přepětí obsahuje alespoň jeden varistor V zapojený mezi pracovními vodiči L, N. Mezi pracovními vodiči L, N a zemnícím vodičem PE ie zapojeno ochranné zařízení 2 bleskojistkové povahy tvořené sériově zapojenou dvojicí bleskojistek GI a G2, přičemž k jedné z dvojice bleskojistek GI nebo G2 je $ paralelně připojen varistor V3. Každá z bleskojistek G1, G2 má hodnotu statického zapalovacího (spínacího) napětí menší, než je hodnota potřebná pro dosažení požadované úrovně ochranné hladiny, pro kterou je zapojení pro ochranu proti přepětí určeno, a současně je součet hodnot statického zapalovacího (spínacího) napětí obou bleskojistek GI, G2 roven nebo je větší než je hodnota potřebná pro $ dosažení požadované úrovně ochranné hladiny, pro kterou je zapojení pro ochranu /PgffJjOSžZ proti přepětí určeno. Příslušnou hodnotu statického zapalovacího (spínacího) napětí každé z bleskojistek Gl, G2 zvlášť a potřebnou hodnotu statického zapalovacího (spínacího) napětí ochranného zařízení 2 jako celku (součet hodnot statického zapalovacího (spínacího) napětí obou bleskojistek Gl, G2) je schopen při znalosti tohoto řešení stanovit každý odborník a spadá to do oblasti jeho odborných dovedností. Vynález tedy spočívá v tom, že ve stavu techniky v odpovídajícím místě zapojení dříve používaná jediná bleskojistka má sama o sobě právě potřebnou hodnotu statického zapalovacího (spínacího) napětí, takže v zapojení podle vynálezu je dříve používaná jediná bleskojistka nahrazena právě ochranným zařízením 2

X bleskojistkové povahy tvořeným kombinací sériově zapojené dvojice bleskojistek Gl, G2. z níž k jedné je paralelně přiřazen varistor V3.

V příkladu provedení znázorněném na obr. 2a obsahuje zapojení pro ochranu proti přepětí dvojici varistorů VI, V2 sériově zapojených mezi dvojicí připojovacích bodů L/N a N/L pracovních vodičů L, N. Mezi oběma varistory VI, V2 je do obvodu

X zapojeno tepelně odpojovači zařízení 1 obou varistorů VI, V2 od chráněného el. obvodu. Tepelně odpojovači zařízení 1 je elektricky vodivým tepelně odolným spojem spřaženo s jedním vývodem ochranného zařízení 2 bleskojistkové povahy, které je svým druhým vývodem spřaženo se zemnícím vodičem PE. Ochranné zařízení 2 bleskojistkové povahy obsahuje dvojici bleskojistek Gl, G2, z nichž první bleskojistce

JX J^e paralelně přiřazen varistor V3. Paralelně k sériové soustavě dvojice varistorů VI, V2 a tepelného odpojovacího zařízení 1 je mezi připojovacími body L/N a N/L zapojena sériová soustava dvojice odporů R2, R3. mezi nimiž je zapojeno červené signalizační světlo Z2. Část el. obvodu mezi každým z odporů R2, R3 a červeným signalizačním světlem Z2 je propojena s částí el. obvodu mezi každým z varistorů VI,

2$ V2 a tepelným odpojovacím zařízením 1. Paralelně k oběma paralelně propojeným sériovým soustavám dvojice varistorů VI, V2 - tepelné odpojovači zařízení 1. a dvojice odporů R2, R3 - červené signalizační světlo Z2 je mezi připojovacími body L/N a N/L zapojena sériová soustava odporu Rl a zeleného signalizačního světla Z1.

V příkladu provedení znázorněném na obr. 2b obsahuje zapojení pro ochranu

X proti přepětí varistor V2 zapojený mezi pracovními vodiči L a N, přičemž v jedné větvi zapojení varistorů V2 je vloženo tepelně odpojovači zařízení i varistorů V2. Mezi >pg33wsaf fázovým pracovním vodičem L a nulovým pracovním vodičem N je paralelně k varistoru V2 přes odpor R1 zapojena tlumivka 3. Mezi nulovým pracovním vodičem N a zemnícím vodičem PE je zapojeno ochranné zařízení 2 bleskojistkové povahy, které obsahuje dvojici bleskojistek G1, G2, z nichž první bleskojistce G1 je paralelně přiřazen varístor V3. Pro signalizaci správné funkce zapojení může být do zapojení známým způsobem doplněno vhodné signalizační světlo, např. známá doutnavka.

Zapojení pracuje tak, že při rychlém nárůstu přepětí, když součet zapalovacích napětí sériově zapojené dvojice bleskojistek G1 a G2 vysoko překračuje ochrannou hladinu, začne varístor V3 paralelně připojený k první bleskojistce G1 propouštět el. proud při podstatně nižší hodnotě napětí, takže dojde ke spuštění druhé bleskojistky G2, čímž dojde k prudkému poklesu napětí na této druhé bleskojistce G2 a el. proud teče přes varístor V3 a druhou bleskojistku G2. Napětí na první bleskojistce G1 je přitom určeno napětím na varistoru V3, které stoupá s rostoucím el. proudem protékajícím varistorem V3. Varístor V3 je přitom zvolen tak, aby díky napětí na jeho kontaktech došío v krátkém čase i ke spuštění první bleskojistky G1, čímž prudce poklesne el. proud protékající varistorem V3. Tímto odděleným spouštěním bleskojistek G1, G2 se dosáhne výrazného snížení maximální úrovně napětí, která je potřebná pro zahájení funkce svodivé proudové dráhy mezi pracovními vodiči L, N a zemnícím vodičem PE a současně zůstane zachována požadovaná úroveň ochranné

2tí hladiny.

Průmyslová využitelnost

Zapojení je využitelné pro ochranu elektrických zařízení před ničivými účinky přepětí, zejména pro ochranu koncových zařízení elektrické sítě atd.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zapojení pro ochranu proti přepětí, obsahující alespoň jeden varistor zapojený mezi pracovními vodiči L, N, přičemž mezi pracovními vodiči L, N a zemnícím vodičem PE je zapojeno ochranné zařízení bleskojistkové povahy, vyznačující se tím, že ochranné zařízení (2) bleskojistkové povahy obsahuje sériově zapojenou dvojici bleskojistek (G1, G2) a k jedné bleskojistek (G1 nebo G2) paralelně připojený varistor <V3), přičemž každá z bleskojistek (G1, G2) má hodnotu statického zapalovacího -(spínaoího)- napětí menší než je hodnota potřebná pro dosažení požadované úrovně ochranné hladiny zapojení a současně je součet hodnot statického zapalovacího/spínacíhojnapětí obou bleskojistek (G1, G2) roven nebo je větší než je hodnota potřebná pro dosažení požadované úrovně ochranné hladiny zapojení.
2. Zapojení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochranné zařízení (2) bleskojistkové povahy je svým jedním vývodem elektricky vodivým tepelně odolným spojem spřaženo s tepelně odpojovacím zařízením (1) dvojice varistorů (V1, V2) sériově zapojených mezi dvojicí připojovacích bodů (L/N, N/L).
3. Zapojení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochranné zařízení (2) bleskojistkové povahy je zapojeno mezi nulovým pracovním vodičem (N) a zemnicím $ vodičem (PE), přičemž mezi fázovým pracovním vodičem (L) a nulovým pracovním vodičem (N) je zapojen varistor (V2) a v jedné větvi zapojení varistorů (V2) je zapojeno tepelně odpojovači zařízení (1) varistorů (V2).
4. Zapojení podle nároku 3, vyznačující se tím, že mezi fázovým pracovním vodičem (L) a nulovým pracovním vodičem (N) je paralelně k varistorů (V2) přes odpor (R1) zapojena tlumivka (3).
5. Zapojení podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno signalizační světlo (Z1, Z2,3).