CZ42398A3

CZ42398A3 - Oddělovací zařízení pro svodič přepětí

Info

Publication number: CZ42398A3
Application number: CZ98423A
Authority: CZ
Inventors: Hubert Ing. Bachl
Original assignee: Felten & Guilleaume Austria Ag
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1998-12-16
Also published as: AT405350B; EP0860927A1; SK18398A3; ATA22697A; PL189410B1; PL324771A1; SK282610B6

Description

Vynález se týká oddělovacího zařízení pro přepětí svádějící zařízení, jenž je zapojené v napěťové napájecí síti a obsahuje první svodiče, zapojené mezi fázový vodič, respektive fázové vodiče a neutrální vodič nebo uzemnění soustavy, a také druhý svodič, zapojený mezi neutrální vodič a uzemnění soustavy; skládajícího se z detekčního zařízení, měřícího alespoň druhým svodičem odváděný proud, a ze spínacího zařízení, které lze ovládat detekčním zařízením.

Dosavadní stav techniky

Podobná oddělovací zařízení jsou známa v různých konstrukčních provedeních, jako příklad lze uvést svodičový oddělovač, popsaný v rakouské patentové přihlášce č. A205/91.

U všech doposud známých oddělovacích zařízení se jako odpojovači zařízení předpokládá spínací kontakt, který je zapojen v sérii s chráněným svodičem přepětí a je otevřen, pokud svodičem protéká nepřiměřeně vysoký proud o síťové frekvenci.

• * ♦ ♦· · ··· · · · · · « ··· · ·

Tento nepřípustný svodičový proud, který je tedy nutné odpojit oddělovacím zařízením, vzniká tehdy, pokud se poškodí příslušný svodič (například po přetížení přechodným přepětím) nebo pokud vzniknou tzv. krátkodobá přepětí (TOV - Temporary Over Voltages), která v poslední době nabývají na významu. Tato krátkodobá přepětí jsou časově přechodná přepětí s frekvencí sítě, která vznikají následujícím způsobem:

K napájení soustavy použitá síť nízkého napětí je napájena pomocí transformátoru ze sítě středního napětí. Obě sítě jsou uzemněny pomocí společné zemnící soustavy.

Při vzniku zemního spojení se sítí středního napětí dojde k průtoku proudu, což má za následek vznik napěťového úbytku na zemnícím odporu. Tímto způsobem se ale zvýší o zmíněný napěťový úbytek na zemnícím odporu potenciál nulového bodu a tím i potenciál neutrálního vodiče sítě nízkého napětí. Stejnou měrou také v síti nízkého napětí stoupne rozdíl potenciálů mezi fázovým vodičem a zemí.

Amplituda krátkodobých přepětí (TOV) je podstatně nižší než amplituda přechodných, například bleskem vyvolaných přepětí, avšak může dosáhnout i několikanásobku jmenovitého napětí mezi fázovým vodičem a zemí, což uvede svodiče do vodivého stavu. Co se týče svodičových prvků, nejnepříjemnější vlastností krátkodobých přepětí (TOV) je jejich poměrně dlouhá doba působení. Podobná přepětí totiž mohou trvat i po dobu několika stovek milisekund, a proto se • ··♦ · · · · · · ··· 4 · • 4 · 4 4 · 4·4

44444 4« «· «4 44 v běžné síti s frekvencí 50 Hz vyskytují i po dobu několika period.

S tím je ovšem spojeno dlouhé působení svodového proudu a v neposlední řadě i vysoká tepelná zátěž svodičových prvků, takže Í v tomto případě musí oddělovací zařízení oddělit svodiče od sítě, respektive je chránit.

Výše zmíněné, defektními svodici vyvolané svodové proudy mohou být u doposud známých, spínacími kontakty vybavených svodičových oddělovačů spolehlivě odpojeny (převládá pouze jmenovité napětí sítě), avšak pokud vzniknou krátkodobá přepětí (TOV), je třeba vzít v úvahu, že tato přepětí mohou činit i několikanásobek napětí sítě, což má za následek to, že se elektrickým obloukem přemostí obě součásti otevřeného elektrického kontaktu, a proto není možné u tohoto druhu konstrukce zajistit účinné odpojení.

Z důvodů sériového zapojení se svodiči jsou kontakty protékány vysokými rázovými proudy, jenž vznikly jako následek přechodných přepětí, v důsledku čehož jsou kontakty silně oteplovány, což může při přetížení vést i ke spečení částí kontaktu. Tímto způsobem se svodičový oddělovač stane nepoužitelný.

Podstata vynálezu

Vynález si pokládá za úkol vytvořit oddělovací zařízení výše uvedeného druhu, které by umožňovalo spolehlivou ochranu svodičů při zohlednění napěťových poměrů, panujících při působení krátkodobých přepětí (TOV).

Tento úkol je podle vynálezu vyřešen tím, že spínací zařízení je tvořeno kontaktní soustavou kterou lze ovládat spouštěcím zařízením, spojeným s detekčním zařízením, a která přemosťuje druhý svodič, nacházející se mezi neutrálním vodičem a uzemněním soustavy, a/nebo která zkratuje se zařízeními na ochranu před nadproudy spojené přípoje prvního svodiče, respektive prvních svodičů s neutrálním vodičem nebo s uzemněním soustavy a tím aktivuje zařízení na ochranu před nadproudy, přednostně tavné pojistky, jenž jsou zapojena mezi fázovým vodičem, respektive fázovými vodiči a prvními svodiči.

Oddělení prvních svodičů se neprovede otevření kontaktů, nýbrž aktivací zařízení na ochranu před nadproudy, přednostně roztavením příslušné pojistky, což lze vyvolat mimořádně rychle proveditelným zkratováním fází s neutrálním vodičem nebo s uzemněním soustavy.

Při porovnání s kontakty lze u podobných jištění jednoduchým způsobem zrealizovat větší „kontaktní vzdálenost“, takže je možné spolehlivě a s minimálními náklady zabránit vzniku stabilního elektrického oblouku a tím i zpoždění, respektive znemožnění odpojení. Navíc nejsou kontakty protékány přechodnými svodovými proudy, takže nemohou nastat problémy, které jsou s nimi spojené.

φ φφφ* φ φ · φ φ · φ φ φ φφ « · φφφφ φ φ φφφφ · · · «* · · φφ φφ ·Φ

Pro další rozvoj vynálezu se předpokládá, že detekční zařízení je spojeno se spouštěcím zařízením pomocí vyhodnocovacího obvodu, jakým je například zpožďovací obvod, energii akumulující obvod nebo jiný podobný obvod.

Kromě přetvařování z detekčního zařízení přicházejícího signálu na signál, který by byl použitelný pro řízení spouštěcího zařízení, lze pomocí vyhodnocovacího obvodu nastavit i reakční charakteristiky oddělovacího zařízení, jakou je například zpoždění odezvy apod.

Podle upřednostňovaného provedení vynálezu je možné předpokládat, že vyhodnocovací obvod určuje alespoň druhým svodičem pojmutou energii a při dosažení předem nastavitelného množství energie, které je menší nebo rovno maximální možné mezí absorbce energie druhého svodiče, se aktivuje spouštěcí zařízení.

Tímto způsobem se před nebo při dosažení maximálního přípustného oteplení svodiče zastaví přívod energie a tím i přívod tepla, takže je možné zamezit vzniku teplem způsobených poškození, respektive destrukcí. U malých, respektive pouze velmi krátce působících proudů (které jsou tedy pro svodič bezpečné) je možné nespouštět odpojení.

V této souvislosti lze u dalšího rozvoje vynálezu předpokládat, že vyhodnocovací obvod je tvořen sériovým spojením obvodu, který přes čas integruje signál, přicházející z detekčního zařízení, a mezní hodnotu určujícího obvodu.

• · ·«· ·· ·· ♦♦ ·· ··

Toto konstrukční řešení je možné použít u svodičových prvků, jejichž napětí je v nízkoohmovém stavu přibližně konstantní, přičemž toto napětí je známé. Zařízení k detekci zmíněného napětí je tedy možné ušetřit, což v celku podstatně zjednoduší zařízení pro zjišťování energie.

Dále je možné předpokládat ještě alespoň jedno detekční zařízení, zjišťující svodový proud prvním svodičem, respektive prvními svndiči, a s ním spojený jiný vyhodnocovací obvod, určující svodičem, respektive svodiči pojmutou elektrickou energii, přičemž po dosažení předem nastavitelného množství energie, které je menší nebo rovno maximálnímu možnému absorbovatelnému množství energie prvního svodíče, respektive prvních svodičů, spustí vyhodnocovací obvod jiné spouštěcí zařízení, respektive spouštěcí zařízení, které pomocí jiné kontaktní soustavy, respektive pomocí dodatečných kontaktů kontaktní soustavy zkratuje první svodič, respektive první svodíče.

Tímto způsobem se dosáhne spolehlivé ochrany prvních svodičů, protože tato ochrana nebude záviset na svodovém proudu druhým svodičem.

Jinou charakteristikou vynálezu může být, že detekční zařízení jsou tvořena měřícím transformátorem proudu, měřícím transformátorem celkového proudu nebo podobnými zařízeními.

Takto lze vytvořit signál, který je galvanicky oddělen od svodového proudu a jehož amplituda je podstatně menší, díky čemuž bude možné tento signál zpracovat s mnohem menšími náklady.

Podle jednoho upřednostňovaného provedení vynálezu je možné předpokládat, že spouštěcí zařízení jsou tvořena budícím vinutí relé nebo spínacové ochrany a kontaktní soustavy jsou tvořeny kontakty toho samého relé, respektive spínačové ochrany. Tímto způsobem se zrealizuje obzvláště kompaktní a funkčně spolehlivé nrnvprl r * ^v pní W li X

zařízení a kontaktní soustavy.

U jiného provedení vynálezu lze předpokládat signalizační zařízení, například optické, akustické nebo tomu podobné, které by bylo aktivováno při uzavření kontaktní soustavy.

Takto je možné jednoduchým způsobem upozornit odpovědnou, ale momentálně nepřítomnou obsluhu na nutnost opětného uvedení příslušného obvodu do provozu.

Dále je možné předpokládat, že po odeznění nebo po přerušení svodového proudu spouštěcí zařízení samovolně opět otevřou kontaktní soustavy.

Díky tomu se opětovné uvedení oddělovacího zařízení do provozu omezí pouze na výměnu, respektive na zapojení zařízení na ochranu před nadproudy.

V této souvislosti však může být výhodné, aby signalizační zařízení zůstalo aktivováno po otevření kontaktních soustav, * * • ·

Μ · · ♦ ♦ · * • · ·· a to z toho důvodu, aby byla stále indikována nutnost provedení ruční výměny zařízení na ochranu před nadproudy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále blíže vysvětlen pomocí upřednostňovaných příkladů provedení, které jsou zobrazeny na přiložených obrázcích.

Obr. 1.1 až 1.3 zobrazují schémata zapojení oddělovacích zařízení podle vynálezu, zapojených do j ednofázových spotřebitelských soustav.

Obr. 2.1 až 2.3 zobrazují schémata zapojení oddělovacích zařízení podle vynálezu, zapojených do třífázových spotřebitelských soustav.

Obr. 3 zobrazuje schéma zapojení oddělovacího zařízení podle obr. 1.1 se znázorněným detailem provedení vyhodnocovacího obvodu a spouštěcího zařízení.

Obr. 4.1 a 4.2 zobrazuje principiální schéma zapojení oddělovacího zařízení podle vynálezu, jehož vyhodnocovací obvod zjišťuje elektrickou energii, která byla pojmuta druhým svodičem.

Obr. 5 zobrazuje v podobě diagramu proud/čas maximální možnou mez absorbce energie varistoru.

»·

9· • · · ♦ • · · · · · · *

Obr. 6.1 až 6.4 zobrazují různá provedení obvodu, který zjišťuje svodičem pojmutou energii.

Obr. 7.1 a 7.2 zobrazují schémata zapojení jednofázových oddělovacích zařízení podle obr. 1.2, u kterých je také sledována absorbce energie prvními svodiči (ý.

Obr. 8.1 až 8.5 zobrazují schémata zapojení třífázových oddělovacích zařízení nodle obr. 2.3 u kterých ie také sledována absorbce energie prvními svodiči 6_.

Příklady provedení vynálezu

U příkladu provedení podle obr. 1.1 se předpokládá zapojení se svodičem přepětí, které mezi fázovým vodičem L a uzemněním soustavy PE obsahuje svodič 6. a mezi neutrálním vodičem N a uzemněním soustavy PE obsahuje svodič 5_. Tyto svodiče 5,, 6_jsou u tohoto příkladu provedení vynálezu, ale i u následujících příkladů provedení přednostně tvořeny varistory, ale mohou jimi být i jiné napěťově závislé prvky.

Ochranné zapojení, které se předpokládá k ochraně těchto svodičů 5_, (5, obsahuje detekční zařízení )2, které je spojeno se společným uzlem 8. obou svodičů 5., 6_ a také s uzemněním soustavy PE. Toto detekční zařízení 2^je tedy zapojeno v sérii s oběma svodiči 5_, 6. a složí ke zjišťování protékajícího celkového nebo svodového proudu. Další součástí oddělovacího zařízení je spínačové zařízení, které zajišťuje odpojování svodičové soustavy od sítě, respektive které *·

ovládá přemostění svodíče 5_, zapojeného mezi neutrální vodič Na uzemnění soustavy PE. Toto zařízení může být aktivováno již zmíněným detekčním zařízením 2^.

Toto oddělovací zařízení obsahuje dvě podstatné součásti, totiž zařízení Ί_ na ochranu před nadproudy, které je zapojeno mezi fázový vodič L a první svodič 6_, a spouštěcí zařízení 4, které je spojeno detekčním zařízení 2_ svodového proudu a které ovládá kontaktní soustavu 10.

Pokud detekční zařízení 2_ zjistí nepřípustně vysoký proud svodiči 5_, 6^, vyšle odpovídající signál spouštěcímu zařízení 4, které v následujícím kroce provede uzavření kontaktní soustavy 10. Jak zřetelně vyplývá z obrázků, je přemostěn druhý svodič 5., zapojený mezí neutrální vodič N a uzemnění soustavy PE, a přípoj 9_ prvního svodiče 6_, spojený se zařízením 7_ na ochranu před nadproudy, je zkratován s neutrálním vodičem N.

Tímto způsobem vytvořený čistý zkrat mezi fázovým vodičem L a neutrálním vodičem N způsobí odpovídajícně vysoký proud zařízením 7_ na ochranu před nadproudy, což má za následek jeho aktivaci a tedy oddělení svodiče 6. od sítě. Druhý svodič 5_ je takto chráněn před nepřípustně vysokým napětím, protože oba jeho přípoje jsou navzájem spojeny nizkoohmovou vodivou cestou, což způsobí to, že na těchto přípojích nevznikne nezanedbatelné napětí.

U uspořádání svodičů přepětí podle obr. 1.2 se předpokládá, že první svodič 6. bude zapojen mezi fázový vodič L a

neutrální vodič N a druhý svodič 5 bude zapojen mezi neutrální vodič N a uzemnění soustavy PE (jak je tomu na obr. 1.1). Ochranné zapojení obsahuje i v tomto případě detekční zařízení 2_ svodových proudů, které je ve spojení se spouštěcím zařízením, jež ovládá kontaktní soustavu 1 0.

Jak již bylo řečeno úvodem, vznikají krátkodobá přepětí (TOV) tak, že se nejprve zvýší potenciál neutrálního vodiče N sousta s Uzemněním transformátoru, současně se také zvýší napětí fázového vodiče L, respektive fázových vodičů L1, L2, L3 vzhledem k uzemnění soustavy PE. Tímto způsobem se docílí toho, že k rozpoznání svodového proudu stačí sledovat proud svodičem

5_, umístěným mezi neutrálním vodičem N a uzemněním soustavy PE.

Tento princip je základem příkladu provedení podle obr. 1.2, kde detekční zařízení 2 sleduje pouze proud svodičem 5_. Kontaktní soustava 10 obsahuje pouze jeden kontakt 1_, který přemosťuje svodič 5_. Svodič 5_ je obdobně jako u obr. 1.1 chráněn před nepřípustně vysokým napětím pomocí nízkoohmového spojení obou jeho přípojů.

Jak je zobrazeno na obr. 1.2, lze zařízení 7_ na ochranu před nadproudy vyjmout z obvodu prvního svodiče 6. a zapojit jej před celou soustavu. Tímto způsobem se dosáhne toho, že při aktivaci oddělovacího zařízení nejsou od sítě odděleny pouze svodiče 5_, 6., nýbrž i celá spotřebitelská soustava. Zařízení Ί_ na ochranu před nadproudy může být v tomto zapojení tvořeno domovním přípojkovým jištěním, které je vždy k

dispozici. Tento druh uspořádání zařízení 7_ na ochranu před nadproudy je možné předpokládat u každého následně

Příklad provedení vynálezu podle obr. 1.3 má podobnou konstrukci jako příklad provedení vynálezu podle obr. 1.1. Kontaktní soustava 10 opět obsahuje dva kontakty £, z nichž jeden zajišťuje již zmíněné přemostění svodiče 5_, avšak narozdíl od obr. 1.1 vytváří druhý kontakt 1_ spojení uzemnění soustavy PE a přípoje prvního svodiče 6., spojeného se zařízením 7 na ochranu před nadproudy. To však nemění základní funkční princip, i v tomto případě je vyvoláván vysoký proud, aktivující zařízení 7. na ochranu před nadproudy, díky čemuž se dosáhne oddělení svodiče 6. od sítě.

Na obr, 2.1 až 2.3 jsou znázorněny příklady provedení vynálezu, vhodné pro třífázové spotřebitelské soustavy. Svojí konstrukcí odpovídají jednofázovým příkladům provedení vynálezu podle obr. 1.1 až 1.3. Přesněji - obr. 2.1 zobrazuje obdobu příkladu provedení podle obr. 1.1 (fázové vodiče L1, L2, L3 jsou zkratovány s neutrálním vodičem N), obr. 2.2 je ekvivalentní k příkladu provedení podle obr. 1.3 (fázové vodiče L1, L2, L3 jsou zkratovány s uzemněním soustavy PE) a obr. 2.3 je obdobou příkladu provedení podle obr. 1.2 (svodiče 6_ jsou mezi fázovými vodiči L1, L2, L3 a neutrálním vodičem N, sledován je pouze proud svodičem 5J. Kvůli shodnému funkčnímu principu jednofázových a třífázových oddělovacích zařízení bude vynechán nový detailní popis funkce.

základními zařízení 4 zpětné uvedení do

Spouštěcí zařízení 4 lze realizovat dvěma způsoby. Podle prvního varianty může spouštěcí pouze aktivovat vypínací proces, původního stavu, tedy otevření kontaktní soustavy 1 0 je nutné provést použito spouštěcí zařízení, spínačových ochran nebo druhé varianty se spouštěcí na ochra.nu před nadproudy přerušení svodového proudu samovolně vrátí do své klidové polohy, popise.

ručně. Jako spouštěcí které z FI zařízení 4_ tedy může být je již známé z vodičových spínačových ochran. Podle zařízení £ po aktivaci zařízení 7, , respektive po odeznění nebo po příklad této varianty bude uveden v následujícím

Kontakty JL kontaktní soustavy 10 jsou tvořeny známými mechanickými kontakty, mohou však být realizovány také elektronickými prvky jako například triaky.

Detekční zařízení 2 může být principiálně tvořeno každým senzorovým zařízením, které je citlivé na proud. Jako mimořádně vhodné lze uvést měřící transformátor proudu nebo měřící transformátor celkového proudu.

Obecně lze říci, že z detekčního zařízení 2_ přicházející signál nemusí být vhodný pro přímé řízení spouštěcího zařízení 4. Proto se u všech zobrazených příkladů provedení vynálezu předpokládá spojení detekčního zařízení 2_ se spouštěcím zařízením 4 pomocí vyhodnocovacího obvodu 3,. V tomto vyhodnocovacím obvodě 3_ může být signál, přicházející z detekčního zařízení 2, přeměněn odpovídajícím způsobem na signál, který by byl vhodný pro spouštěcí zařízení 4.

• ··· ♦ · 4 4 · * ·♦· « 4 • · · · 4 · 444

44444 · « φ* 4 ♦ 44

Krom toho lze tímto vyhodnocovacím obvodem £ ovlivňovat i spouštěcí vlastnosti celého oddělovacího zařízení pro svodič přepětí. Pomocí zpožďovacích obvodů nebo pomocí energii akumulujících obvodů (které mohou být realizovány takovým způsobem, že signál detekčního zařízení £ bude muset nabít kondenzátor než bude signál odveden dál ke spouštěcímu zařízení) lze zabránit spuštění přechodnými přepětími, která mohou být bezproblémově zpracována svodiči 5_, 6_. Navíc je možné předpokládat frekvenční filtry, které odfiltrují všechny signály, jenž nemají frekvenci sítě a jsou tedy vyvolány přechodnými přepětími, jež je nutné odvést. Tímto způsobem lze také zabránit spuštění.

Na obr. 3 je zobrazen konkrétní, obzvláště jednoduchý příklad provedení spouštěcího zařízení 4 a kontaktní soustavy

10. Obě tyto součásti jsou realizovány jednou jedinou konstrukční součástí, totiž relé nebo spínačovou ochranou, jejichž budící vinutí tvoří spouštěcí zařízení £ a jejich kontakty tvoří kontaktní soustavu 10. Napájení tohoto relé je prováděno pomocí síťového napětí, přičemž fázový vodič L je veden přes elektronický spínač 31, který lze ovládat detekčním zařízením 2. Tento spínač 31 obsahuje stejnosměrný můstek 3 2, jehož přípoje pro střídavé napětí jsou spojeny s fázovým vodičem Las relé. Ve stejnosměrném obvodě se předpokládá tyristor 3 3, který je aktivován vyhodnocovacím obvodem V Tímto způsobem se umožní průtok proudu budícím vinutím relé a vyvolá se spuštění. Použije-li se v tomto případě monostabilní relé nebo spínačová ochrana, tedy zařízení, jehož kotva je v beznapěťovém stavu uvedena do klidové polohy silou pružiny, je po doznění přepětí zajištěno automatické navrácení spouštěcího zařízení 4 do původního stavu.

Detekční zařízení X je zde nepřímo spojeno s pouze symbolicky naznačeným vyhodnocovacím obvodem 3, které již zmíněným způsobem slouží k přizpůsobení signálu, respektive k vytvoření určitého druhu spouštěcího chování.

Kromě doposud popsaných, pro funkci oddělovacího zařízení nepostradatelných součástí může oddělovací zařízení navíc obsahovat signalizační zařízení, s jehož pomocí by bylo možné indikovat vykonané oddělení. Signalizační zařízení může být libovolného druhu, může být například optické lampa, posouvatelná signální destička nebo podobné zařízení - nebo akustické - například tón sirény. Signalizační zařízení by bylo aktivováno při uzavření kontaktní soustavy 10 například pomocným kontaktem této kontaktní soustavy - a upozornilo by obsluhu soustavy na potřebu výměny, respektive opětného spuštění zařízení 7. na ochranu před nadproudy a spouštěcího zařízení 4_. Pokud.by bylo použito spouštěcí zařízení 4 se samovolným návratem do původní polohy, zůstane signalizační zařízení přednostně neovlivněno tímto návratem do původního stavu - signalizační zařízení tedy zůstane stále aktivováno, protože tak jako tak musí být do provozu znovu uvedeno zařízení 7_ na ochranu před nadproudy. Je-li provedeno toto zprovoznění, může být signalizační zařízení vypnuto, což je opět možné provést automaticky nebo ručně.

• · * · • ·

Při vzniku svodového proudu absorbuje vodič napětí elektrickou energii a mění ji na teplo. Teprve pokud tepelné namáhání překročí maximální možnou mez absorbce svodiče, dojde ke zničení, respektive k poškození svodiče.

Doposud se hovořilo pouze o tom, že oddělení, respektive přemostění svodičů A, 6. musí proběhnou tehdy, když jsou protékány nepřiměřeně vysokým proudem. Pokud vezmeme ohledne m a x i rn á 111 í možné meze absorbce energie svodiče, lze konstatovat, že není nutné okamžitě po rozpoznání nepřiměřeně vysokého svodového proudu vyvolat oddělení, respektive přemostění svodičů. Mnohem více praktičtější je sledovat absorbci energie svodiče a spustit oddělení, respektive přemostění krátce před dosažením nebo teprve při dosažení maximální možné meze absorbce energie.

Na obr. 4, 7 a 8 jsou znázorněny příklady provedení vynálezu, u kterých je použito toto vypínací kritérium. Tyto příklady provedení vynálezu budou vysvětleny v následujícím popise.

Energii, přivedenou do odporového prvku, lze spočítat pomocí vzorce

Z tohoto důvodu se v principiálním schématu zapojení z obr.

4.1 (které svojí konstrukční strukturou odpovídá již výše popsanému zapojení z obr. 1.2) předpokládá zařízení 3_', které

pomocí detekčního zařízení 2_ zjišťuje napětí na svodiči 5_ a též svodičem 5 protékající proud a provádí výše zmíněný výpočet.

Jakmile vypočtené množství energie maximální možné dosáhne nastavitelné hodnoty energie, respektive hodnoty nacházející maximální možnou mezí absorbce energie, v * f r Ί V 1

U Γ 0 U j 1 C1110 u u V O u lí j svodič 5, je přemostěn již popsaným meze se což předem absorbce spouštěcí zařízení 4. a způsobem.

V případě, že je jako ochranný svodič 5_ použit varistor, což je v praxi velmi časté, lze provést zjednodušení principiálního schématu zapojení podle obr. 4.1. Varistor má totiž ve svém nízkoohmovém stavu tu vlastnost, že napětí, které se vyskytuje na jeho přípojích, má konstantní, na proudu prakticky nezávislou hodnotu, přičemž toto napětí je známé.

Přivedená energie je tedy spíše úměrná jedné jediné neznámé - součinu i * t , tedy integrálu proudu přes čas. K vykonání výše zmíněného výpočtu je tedy potřeba určit součin i * t.

Jak je zobrazeno na obr. 4.2, musí množství absorbované energie určující vyhodnocovací obvod 3_ pro varistor pouze obsahovat:

- obvod 3_, který přes čas integruje signál, jenž je úměrný svodovému proudu a který přichází z detekčního zařízení 2_.

mezní hodnotu určující obvod 3 (symbolizovaný komparátorem), který může ovládat spouštěcí zařízení 4_, což provede nejpozději tehdy, když do svodiče £ přivedená energie překročí maximální možnou mez absorbce.

Čárkovaně vyznačený filtrační bude později ještě vysvětleno, předpokládejme, že není použit.

uuvuu gg sc pieupoKiaaa, j a κ pouze nezávazně a předběžně

Obzvláště jednoduchým způsobem lze popsanou podmínku odpojení znázornit graficky, jak tomu je na obr. 5_. Výchozím bodem tohoto diagramu je rovnice pro maximální možnou mez absorbce energie varistoru:

W_max = u * i * t , kde u = konst.

Tedy

W_max je úměrná i * t.

Zanesená přímky g. je množinou všech bodů, ve kterých součin i * t nabývá konstantní hodnoty, která po vynásobení konstantním napětím dá maximální možnou mez absorbce energie varistoru.

Předpokládejme, že se vypínací charakteristika oddělovacího zařízení podle vynálezu (není důležité, jaký má • to • to to tototototo ·· « * * · · · a to · to · to » · v * ** · » ·· *« *« «· 19 průběh) nachází všemi svými body pod přímkou g.. Potom se na chráněném svodiči 5_ nemůže nikdy vyskytnout příliš velké množství energie, které by jej poškodilo.

Konkrétní příklady provedení integračního obvodu 3_ jsou uvedeny na obr. 6.1 až 6.4. Integrační součásti jsou voleny s ohledem na podobu signálu, přicházejícího z detekčního zařízení 2. U provedení podle obr. 6.1 je jako detekční zařízení 2 použit měřící transformátor proudu, takže signál, který je úměrný svodovému proudu, je opět proud. Po usměrnění diodou 61 může být tento signál jednoduše zintegrován přes čas pomocí kondenzátoru 60, jelikož

U_c = 1/C i dt.

Výsledkem integrace je tedy okamžité napětí na kondenzátoru 60.

Při použití senzoru, který vrací napěťový signál, je potřeba použít obvod, který dokáže integrovat hodnoty napětí. Nejjednodušší příklad tohoto obvodu je Jako integrátor zapojený operační zesilovač (viz obr. 6.1).

Kondenzátorové napětí je přiváděno pomocí Zenerovy diody 70 na spouštěcí relé 71, přičemž spouštěcí relé 71 je spojeno se spouštěcím zařízením 4. Pokud je spouštěcí zařízení 4 tvořeno budícím vinutím relé nebo spínačové ochrany (jak již bylo výše popsáno), může být toto budící vinutí zapojeno do obvodu místo spouštěcího relé 71. Jakmile kondenzátorové napětí překročí hodnotu průrazného napětí Zenerovy diody

70, nabije se kondenzátor 60 přes spouštěcí relé 71 a vyvolá tím oddělení, respektive přemostění svodičů 5_, 6.

Kapacita kondenzátoru 60 a průrazné napětí Zenerovy diody 70 jsou přitom zvoleny takovým způsobem, že odpojení proběhne před dosažením maximální možné meze absorbce energie svodiče.

Doposud popisované rozpoznávání mezní hodnoty Zenerovou diodou 70 může být ve duchu vynálezu prováděno i jinými prostředky, jak je tomu u obvodů podle obr. 6.2 až 6.4.

Na obr. 6.2 je Zenerova dioda nahrazena tranzistorovou soustavou 11 v závěrném směru, která je v nejjednodušším případě skládá z jednoho tranzistoru. Přechod báze - emitor tohoto tranzistoru je v závěrném směru zapojen do série se spouštěcím relé 71, při přesně definovaném napětí se prorazí (obdobně jako je tomu u Zenerovy diody) a tímto způsobem umožní průtok proudu přes spouštěcí relé 71. Sériové zapojení většího počtu tranzistorů (naznačeno čárkovanou čarou) může jednoduchým způsobem zvýšit , průrazné napětí tranzistorové soustavy 11.

V normálním případě mohou přechodem báze - emitor tranzistoru protékat pouze malé proudy, které jsou obvykle příliš malé na to, aby vyvolaly aktivaci spouštěcího relé 71. Proto je nutné doplnit tranzistorovou strukturu 1 1 dalšími obvodovými prvky s větším výkonem. Příklad tohoto doplnění je znázorněn na obr. 6.3.

• · • · « *

Tranzistorová struktura 1 1 se skládá z tranzistorů 12 a 13 a také z odporů 14 a 15. Kondenzátor 16 může být výhodný z toho důvodu, že zkratuje rušivé signály. Tranzistory 12 a 1 3 jsou navzájem propojeny kladnou zpětnou vazbou. Odpory 1 4 a 15 slouží k vysokoohmovému připojení tranzistorové soustavy 1 1, čímž se dosáhne toho, že se tranzistorová soustava 1 1 nebude jevit jako zátěž pro kondenzátor 60 během jeho nabíjení. Je vhodné zvolit tranzistory 14, 15 s ^Z 1 n 4-, S T η 1 T- · 1 « _Λ y

ZCSliCniiii. jaKiniic ZBCuč být tranzistorová struktura 1 1 vodivá ve svém závěrném směru, zajistí úbytek napětí na odporu 14, že tranzistor 12 přejde do vodivého stavu. Proud, který potom poteče odporem 1 5, způsobí úbytek napětí, díky kterému přejde tranzistor 13 do vodivého stavu. Odporem 14 potom poteče ještě větší proud, jelikož napěťový úbytek na tranzistoru 13, který je ve vodivém stavu, je podstatně nižší.

Lze tedy říci, že spouštěcí relé 71 ovládající proud teče prakticky pouze přes vodivý přechod emitor - kolektor tranzistorů 12, 13 a může proto mít takovou amplitudu, která je nutná pro aktivaci spouštěcího relé 71, aniž by přitom došlo k jakémukoliv poškození.

Podle jiného příkladu provedení, zobrazeného na obr. 6.4, je rozpoznávání prahové hodnoty realizováno operačním zesilovačem 21, který je zapojen jako komparátor. Integrace signálu, jenž je úměrný svodovému proudu, je prováděna jiným operačním zesilovačem 17, který má díky zapojení s odporem 19 a kondenzátorem 18 vlastnosti známého integrátoru.

*4 • 44 · 4 4 4 4 · · · * · ·· 4 44 · • ··· · · * 4 * « »«4 4 ·

4 4«··4 4 4 • 4 · 44 44 44 4444

Na obr. 6.1 až 6.4 znázorněné obvody rozpoznávání mezní hodnoty, respektive integrační obvody mohou být použity v libovolných kombinacích. Například kondenzátor 60 z obr.

6.1 až 6.3 může být nahrazen operačním zesilovačem 1 7 podle obr. 6.4. Naopak, tranzistorovou strukturu 1 1 z obr. 6,2, 6.3 je možné nahradit operační zesilovač 21, který funguje jako komparátor.

Při výskytu nepřípustně vysokého přepětí musí svodič plnit svou funkci, aniž by přitom byl nějakým způsobem rušen, to znamená, aniž by byl aktivován svodičový oddělovač. U oddělovače doposud popisovaného druhu je tato podmínka dodržena pouze tehdy, když je množství energie přepěťového rázu menší než maximální možná mez absorbce energie svodíče.

Smyslem použití svodiče však je odvádět přepětí nezávisle na jejich energetickém obsahu, i když by při tom mělo dojít k případnému zničení svodiče. Elektrickou pevnost vůči rázovým proudům svodičového oddělovače, která byla doposud uvažována pouze pro „energeticky chudé“ přepěťové rázy, je proto vhodné rozšířit i na „energeticky bohaté“ přepěťové rázy.

Pro vyřešení tohoto úkolu se podle vynálezu předpokládá nezohledňovat při výpočtu množství do svodiče přivedené elektrické energie proudy, protékající chráněným svodičem, jejichž frekvence je větší než frekvence sítě, tedy proudy, « *

které byly vyvolány například bleskem.

krátkými přepětími, způsobenými

Obvodově je tento úkol realizován tak, že za detekční zařízení 2_ je zapojen filtrační obvod 22, který omezuje svodovému proudu úměrný signál, jehož frekvence je nižší, respektive rovná frekvenci sítě. Úvodem zmíněná krátkodobá přepětí (TOV) mají frekvenci sítě a jsou tedy v plném rozsahu v f ₊ r r , zajjOCÍLava.iiči do výpočtu množství absorbované energie, svodičový oddělovač proto na ně reaguje. Aby bylo možné zajistit zmíněné potlačování nevhodných frekvencí, musí mít filtrační obvod 22 frekvenční charakteristiku podobnou frekvenční charakteristice dolní propusti nebo pásmové propusti a musí být naladěn na frekvenci sítě.

Na obr. 4.2 je tento filtrační obvod 22 naznačen čárkovanou čarou. Konkrétním provedením může být jednoduchý RC dvojbran (jak je tomu na obr. 6.1 až 6.3), ale i každý jiný známý obvod, který má potřebné přenosové vlastnosti.

U doposud popsaných příkladů provedení podle obr. 4.1 a

4.2 je sledována pouze absorbce energie druhého svodiče 5_.

Jak vyplývá z obr. 7.1, je též součástí myšlenky vynálezu dodatečně sledovat i první svodič 6_. Na obr. 7.1 se k tomuto účelu předpokládá samostatné detekční zařízení 20 k určování j svodičem 6. protékajícího proudu, samostatný vyhodnocovací obvod 30 a samostatné spouštěcí zařízení 40, které ovládá kontaktní soustavu 100, jež přemosťuje svodič 6_. U obou svodiČů 5_, 6, se nezávisle na sobě sleduje množství přijmuté energie a jsou nezávisle na sobě oddělovány od sítě.

φ * φφ φφ • Φ * φ

Zjednodušení tohoto obvodu zobrazuje obr. 7.2. Zde jsou sice proudy, protékající svodiči 5_, (ý, nezávisle na sobě určovány a integrovány přes čas, oba použité vyhodnocovací obvody 3_, 30 však ovládají společné spouštěcí zařízení 4_ a to tak, že každý vyhodnocovací obvod 3_, 30 může nezávisle na druhém obvodu aktivovat spouštěcí zařízení 4, což je symbolizováno členem NEBO, do kterého jsou zavedeny j e j i c h v ý v o d y. K o ii t a k ί n í soustava 10, jež je spojená se spouštěcím zařízením 4_, zde obsahuje dva kontakty 1_, pomocí kterých je možné současně přemostit oba svodiče 5_, 6_.

U jednofázových příkladů provedení podle obr. 1.1 a 1.3 se předpokládá pouze jedno společné detekční zařízení 2^ pro svodiče 5_, 6_. V tomto případě je určován součet obou svodových proudů a tento součtový proud je brán za základ výpočtu množství absorbované energie. Podle okolností je možné provést odpojení dvěma způsoby. V prvním případě se odpojení provede teprve tehdy, když se dosáhne součtu meze absorbce energie obou svodičů 5_, 6, (předpokládá se ovšem rovnoměrné rozdělení součtového proudu mezi oba svodiče). V druhém případě se odpojení provede po dosažení maximální možné meze absorbce jednoho ze svodičů (čímž se v každém případě zabrání poškození i u nerovnoměrného rozdělení součtového proudu mezi oba svodiče 5_, 6_).

Podobně je tomu i u třífázových příkladů provedení podle obr. 2.1 a 2.2, i zde je určován součet všech odváděných proudů. Mezní odpojovači hodnota může být zvolena mezi • ·

• 9 9· • 9 · 9

9 ·9 • * 9 · ·

9 9 9 • I ·♦ • 9 9·

999 • *· 9 ·9 • ·» j ednonásobkem až čtyřnásobkem meze absorbce energie jednoho svodiče.

U obvodového zapojení podle obr. 2.3 lze předpokládat, že je zjišťováno pouze množství energie přijaté svodičem X (obdobně jako u jednofázového provedení podle obr. 4.2) nebo že je sledován i svodič χ. K tomuto účelu jsou vhodné varianty zapojení podle obr. 8.1 až 8.5.

Podle obr. 8.1 se pro každý svodič 6_ předpokládá samostatné detekční zařízení 20 s příslušným vyhodnocovacím obvodem 30, spouštěcí zařízení 40 a kontaktní soustava 100 pro přemostění odpovídajícího svodiče 6_.

Podle obr. 8.2 jsou sice jednotlivé svodiče 6_ sledovány samostatnými detekčními zařízeními 20 a příslušnými vyhodnocovacími obvody 3 0, přemostění prvních svodičů Xje však provedeno jednou jedinou kontaktní soustavou 100, která obsahuje tři mechanicky spojené kontakty X' a je ovládána jedním jediným spouštěcím zařízením 40. Jednotlivé vyhodnocovací obvody 30 přitom mohou nezávisle na sobě ovládat spouštěcí zařízení 40.

U příkladu provedení podle obr. 8.3 se pro přemostění prvních svodičů X a druhého svodiče X předpokládá použít společnou kontaktní soustavu 100, která by byla spojena se spouštěcím zařízením 4_, jež by bylo opět možné ovládat každým vyhodnocovacím obvodem X, 30.

• · ··

Kromě odděleného sledování jednotlivých prvních svodičů 6 je též možné sledovat pouze součet jimi protékajících proudů. Tuto myšlenku realizují zapojení podle obr. 8.4 a 8.5.

Podle obr. 8.4 se pro druhý svodič 5_ a pro první svodiče 6_ předpokládají samostatná spouštěcí zařízení 4, 40 s příslušnými samostatnými kontaktními soustavami 10, 100.

Na obr. 8.5 jsou sice první svodiče 6. a druhý svodič 5_ sledovány nezávisle na sobě, avšak jsou přemosťovány pomocí společného spouštěcího zařízení 4_.

Zmíněná dodatečná detekční zařízení 20, vyhodnocovací obvody 30 a spouštěcí zařízení 40 mají stejnou funkci jako detekční zařízení 2_, vyhodnocovací obvody 3_ a spouštěcí zařízení 4., a proto jsou přednostně zkonstruovány stejným způsobem.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Oddělovací zařízení pro přepětí svádějící uspořádání, jenž je zapojené v napěťové napájecí síti a obsahuje první svodiče /6/, zapojené mezí fázový vodič /L/, respektive fázové vodíce /LI, L2, L3/ a neutrální vodič /N/ nebo uzemnění soustavy zapojený mezi neutrální vodič /N/ a uzemnění soustavy /PE/; skládající se z detekčního zařízení 121, měřícího alespoň druhým svodičem /5/ sváděný proud, a ze spínacího zařízení, které lze ovládat detekčním zařízením 121, vyznačující se tím, že spínací zařízení je tvořeno kontaktní soustavou /10/, kterou lze ovládat spouštěcím zařízením /4/, spojeným s detekčním zařízením 121, a která přemosťuje druhý svodič 151, nacházející se mezi neutrálním vodičem /N/ a uzemněním soustavy /PE/, a/nebo která zkratuje se zařízením /7/ na ochranu před nadproudy spojené přípoje /9/ prvního svodiče /6/, respektive prvních svodičů /6/ s neutrálním vodičem /N/ nebo s uzemněním soustavy /PE/ a tím aktivuje zařízení /7/ na ochranu před nadproudy, přednostně tavné pojistky, jenž jsou zapojena mezi fázovým vodičem /L/, respektive fázovými vodiči /LI, L2, L3/ a prvními svodiči /6/.
2. Oddělovací zařízení podle nároku 1 vyznačující • · • 9

Κ' V ·· 4V se tím, že detekční zařízení /2/ je spojeno se spouštěcím zařízením /4/ pomocí vyhodnocovacího obvodu/3/, jakým je například zpožďovací obvod, energii akumulující obvod nebo podobný obvod.
3. Oddělovací zařízení podle nároku 2 vyznačující se tím, že vyhodnocovací obvod /3/ určuje alespoň druhým s vodic cm /5/ pojmutou energii a pií dosažení předem nastavitelného množství energie, které je menší nebo rovno maximální možné mezi absorbce energie druhého svodiče /5/, se aktivuje spouštěcí zařízení /4/ (obr. 1.1, 1.3, 2.1, 2.3, 4.1,
4.2).

4. Oddělovací zařízení pro svodič přepětí podle nároku 3 vyznačující se tím, že vyhodnocovací obvod /3/ je tvořen sériovým spojením obvodu /3/, který přes čas integruje signál, přicházející z detekčního zařízení /2/, a mezní hodnotu určujícího obvodu /3'7.
5. Oddělovací zařízení podle nároku 3 nebo 4 vyznačující se tím, že se předpokládá ještě alespoň jedno detekční zařízení /20/, zjišťující svodový proud prvním svodičem /6/, respektive’ prvními svodiči /6/, a s ním spojený jiný vyhodnocovací obvod /30/, určující svodičem /6/, respektive svodiči /6/ pojmutou elektrickou energii, přičemž při dosažení předem nastavitelného množství energie, které je menší nebo rovno maximálnímu možnému absorbovatelnému množství energie prvního svodiče /6/, respektive prvních • 4

44· • ·♦ ^^-^ι· v • 4 «9 ···· • · · 4 · ··

4 · 44 4 444

4 4 φ 4« 44* 44

4 4 4 4 4 44

44 44 4444 svodičů /6/, spustí vyhodnocovací obvod /30/ jiné spouštěcí zařízení /40/, respektive spouštěcí zařízení /4/, které pomocí jiné kontaktní soustavy /100/, respektive pomocí dodatečných kontaktů /1/ kontaktní soustavy /10/ zkratuje první svodič /6/, respektive první svodiče /6/ (obr. 7. 8).
6. Oddělovací zařízení podle jednoho z nároků 1 až 5 vy r~f Z_1

LL

w.

s e t í ih , ž e detekční zařízení /2, 2 0/ jsou tvořena měřícím transformátorem proudu, měřícím transformátorem celkového proudu nebo podobnými zařízeními.
7. Oddělovací zařízení podle jednoho z nároků l až 6 vyznačující se tím, že spouštěcí zařízení /4, 40/ jsou tvořena budícím vinutí relé nebo spínačové ochrany a kontaktní soustavy /10, 100/ jsou tvořeny kontakty toho samého relé, respektive spínačové ochrany.
8. Oddělovací zařízení podle jednoho z předcházejících nároků vyznačující se tím, že se předpokládá signalizační zařízení, například optické, akustické nebo tomu podobné, který se aktivuje při uzavření kontaktní soustavy /10/.
9. Oddělovací zařízení podle jednoho z předcházejících nároků vyznačující se tím, že po odeznění nebo po přerušení svodového proudu spouštěcí zařízení /4, 40/ samovolně opět otevřou kontaktní soustavy /10, 100/.

• 4

V ú ý

99 99♦· • 9 9 * · · ·9 • * 99 · ·9 9 • 9 9 9 9 99 9 9* • 9 · · 9 99

99 »9 9·99
10. Oddělovací zařízení podle nároku 8 a 9 vyznačuj í ^c í ^{s e} 1 í ^m ) ž e signalizační zařízení zůstane aktivováno po otevření kontaktních soustav /10, 100/.