DK150056B - Kredsloeb til energitilfoersel til et funktionsapparat, fx en detektor for laekstroemme til jord - Google Patents

Description

150056

Den foreliggende opfindelse angår et kredsløb til energitilførsel til et funktionsapparat, især et sikkerhedsapparat, såsom en detektor for lækstrømme til jord, hvilket apparat er indrettet til at blive forbundet til en elektrisk installation, som har en jordelektrode, og som forsynes fra et vekselstrømsnets fase- og nulledninger, og hvor nævnte kredsløb har en ensretterkreds, som har en første, en anden og en tredje terminal, der tjener henholdsvis til forbindelse med fase-, nulledning i nettet og med jordelektroden, således at ensretterkredsen strømforsynes via jordelektroden i det mindste ved et brud på nulledningen eller en ledning, der forbinder nulledningen med ensretterkredsen.

I et sådant tilfælde vil der i den nævnte ledning på dens ensretterkredsside, dvs. ved den anden terminal, være en spænding, som kan antage en vilkårlig værdi mellem nul og fasespændingen via den belastningsimpedans, som installationen, som skal strømfødes, danner. Følgelig bliver der en forsyningsspænding til rådighed mellem ensretterkredsen på den anden terminal, der er adskilt fra hovedledningens nulledning, på den ene side og ensretterkredsløbets tredje terminal, der er forbundet til jordelektroden, på den anden side. Hovedledningens nulledning og ensretterkredsløbets anden terminal, der er forbundet dermed, vil også nå en specifik spænding som følge af en afbrydelse i hovedledningens faseledning, hvis en spændingsbærende del af faseledningen kommer i kontakt med nulledningen. Også i det tilfælde vil der blive en forsyningsspænding til rådighed mellem den anden terminal, som er forbundet til nulledningen, på den ene side og ensretterkredsløbets tredje terminal, som er forbundet til jordelektroden, på den anden side. Det er klart, at i begge tilfælde kan driften af strømforsyningen fortsættes.

- I kredsløb til energitilførsel for en lækstrøms detektor af denne art som beskrevet i beskrivelsen til britisk patent nr 1.107.879 er nullederen og faselederen af hovedledningen og jordelektroden sammen med jordledningen i hovedledningen således forbundet via mcsistarrde til de pågældende terminaler på ensretterkredsen, at strømmen løber per- 150056 2 manent fra faseledningen til jordelektroden, men også til nullederen afhængigt af værdierne af de valgte modstande.

Selvom det er tilrådeligt i visse tilfælde, f.eks. til konstatering af en kortslutning mellem nullederen og jordelektroden, at ensretterkredsen er strømfødet via jordelektroden selv under normal drift, er i andre tilfælde den permanente tilstedeværelse af en strøm gennem jordelektroden uønsket eller i visse tilfælde forbudt. Dette begrænser mulighederne for at anvende den i den britiske beskrivelse viste energitilførsel og detektorer for lækage til jord strøm-fødet ved hjælp heraf.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en forbedring i denne henseende og tilvejebringe et kredsløb til energitilførsel for et funktionsapparat, fx et sikkerhedsapparat i form af en detektor for lækstrømme til jord, hvor forsyningsstrømmen ved normal drift løber via faseledningen hovedsageligt eller kun til nulledningen, medens den i tilfælde af en afbrydelse i nulledningen løber via faseledningen til jordelektroden.

I henhold til opfindelsen er energitilførselskredsen af den ovenfor beskrevne art ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at den tredje terminal er forbundet med den nævnte ensretterkreds via en anden ensretterkreds. Følgen heraf er, at enhver opsummering af tilførselsspændingerne tilført til energitilførslen gennem de forskellige terminaler altid vil finde sted på jævnstrømssiden af ensretterkredsløbene og ikke på vekselstrømssiden. I tilfælde af, at der opstår brud på nulledningen, vil strømforsyningen blive overtaget af den anden kreds.

Hvor der anvendes en energitilførselskreds, i hvilken ensretterkredsløbet er af halvbølgetype og omfatter et ensretterelement, hvoraf en elektrode er koblet til den første terminal til forbindelse med faseledningen i nettet, er ifølge en enkel udførelsesform for opfindelsen ensretterelementet via et ekstra ensretterelement koblet til den tredje terminal til forbindelse med jordelektroden.

3 150056

Opfindelsen kan tilsvarende udformes i tilfælde af en energitilførselskreds, hvor ensretterkredsen er af fuldbølgetypen og omfatter en parallelkreds af i det mindste to seriekredse af hver to vekselvis operative ensretterelementer, hvor forbindelsespunktet for elementerne i den første seriekreds er koblet til den første terminal til forbindelse med faseledningen i nettet, og forbindelsespunktet for elementerne i den anden seriekreds er koblet til den anden terminal til forbindelse med nulledningen i nettet. I dette tilfælde tilvejebringer opfindelsen en tredje seriekreds af to ensretterelementer, hvor den nævnte tredje seriekreds er koblet i parallel med den parallelle kreds og har sit forbindelsespunkt koblet med den tredje terminal til forbindelse med jordelektroden.

Det må fremhæves, at hvor der anvendes udtrykket faseledning, henviser det ikke udelukkende til en enfaset vekselstrømshovedledning. Det er lige så vel muligt, at en trefaset hovedledning med tre faseledninger og en nulledning i stedet kan anvendes, idet energitilførselskredsen omfatter et trefaset ensretterkredsløb i dette tilfælde. En energitilførselskreds af denne art ifølge opfindelsen adskiller sig fra energitilførselskredsen ifølge opfindelsen som beskrevet i det foregående afsnit ved, at den omfatter en separat fjerde og femte seriekreds hver bestående af to ensretterelementer, hvor nævnte seriekreds er koblet i parallel med den komplette parallelle kreds, idet forbindelsespunkterne for ensretterelementerne er koblet til henholdsvis en fjerde og en femte terminal til forbindelse med de to andre faseledninger i et trefaset vekselstrømsnet. Eftersom i henhold til opfindelsen den eneste faktor er den alternative tilførselsform via hovedledningens nulledning eller jordelektroden, er der ingen specifik forskel at fremhæve i det følgende mellem enfaset eller flerfasede krafttilførsler og ensretterkredsløb strømfødet derfra.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, i hvilken fig. 1 viser et diagram delvis i form af et blokdiagram visende en energitilførselskreds fra vekselstrømsho 150056 4 vedledninger til en installation forblindet med en detektor for lækstrøm til jord med en energitilførselskreds ifølge opfindelsen, fig. 2 er et tilsvarende diagram til fig. 1, i hvilket installationen,som strømfødes, er forbundet med en detektor for lækstrøm til jord i henhold til en anden udførelsesform for opfindelsen, og fig. 3A, 3B og 3C er kredsløbsdiagrammer af nogle udførelsesformer for energitilførselskredsløb ifølge opfindelsen egnet til anvendelse i kredsløb ifølge fig. 1 og 2.

Fig. 1 er et diagram, der viser en energitilførselskreds til en elektrisk installation, som på tegningen er vist simpelt hen i form af en belastningsimpedans 5 fra faseledningen 1 til nulledningen 2 i en vekselstrømshovedledning 3.

Udover en jordelektrode 9 er også et funktionelt apparat med en generel henvisning 6 forbundet med den elektriske installation 5 og dette apparat består i det foreliggende tilfælde af en detektor for lækstrømme til jord til styring af en lækstrømsafbryder 4 indrettet til at bryde forbindelsen mellem installationen 5 og lederne 1 og 2 i hovedledningen 3.

Eftersom virkemåden af detektoren for lækstrømme til jord som sådan ikke udgør en del af opfindelsen,viser fig.

1 kun komponenterne af detektoren skematisk. Disse komponenter er udformet som en elektronisk enhed 16, som er strømfødet via fødeledningerne 14 og 15 fra en energitilførselskreds 10,som skal beskrives i det følgende, idet enheden 16 kobles via en vikling W-j^ til et blødmagnetisk kredsløb vist i form af en ringkerne 17, på hvilken viklingerne W2 og W3 også er placeret. Belastningen 5 er forbundet via de sidstnævnte viklinger til lederne 7 og 8, som for deres del under normal drift er forbundet til faseledningen 1 og nulledningen 2 på hovedledningen 3 via lækstrømskredsløbsafbryderen 4, som i det tilfælde er sluttet. Sålænge der ikke er nogen nævneværdig lækage til jord, vil viklingen på detektoren for lækstrømme til jord ikke afsløre nogen ubalance mellem viklingerne W2 og W^, som kan betragtes som primære viklinger. Så snart der er en lækstrøm til jord, vil en 5 150056 ubalance mellem antallet af amperevindinger i viklingerne W2 og W3 bevirke en sådan ændring i magnetiseringtilstanden af kernen 7, at den elektroniske enhed 16 vil aktiveres via viklingen til åbning af lækstrømsafbryderen 4. Den elektroniske enhed 16 og mere generelt detektoren for lækstrømme til jord 6 kan være af enhver ønsket passende type, f.eks. som beskrevet i ansøgerens ældre hollandske ansøgning 76.07752. Eftersom konstruktionen og driften af komponenterne 6 og 16 ikke er en del af opfindelsen, vil de kun blive forklaret gennem ovenstående korte beskrivelse.

Inden beskrivelsen af diagrammet ifølge fig. 2 skal det understreges, at den ovenfor beskrevne aktivering af den elektroniske enhed 16 via viklingen kan frembringes ikke alene ved en ubalance mellem antallet af amperevindinger i viklingerne W2 og W^, men også ved indførelse af et antal fejlsituations-ampere-vindinger via en ekstra vikling W4 som vist i kredsløbsdiagrammet ifølge fig. 2. Dette punkt skal omtales senere.

Stederne, hvor nulledningen 2 på hovedledningen 3 og jordelektroden 9 på installationen 5 føres til jord er på fig. 1 betegnet med henholdsvis 18 og 19.

Det vil fra det foregående være klart, at det funktionelle apparat forbundet med det elektriske apparat 5 og fungerende som detektor for lækstrømme til jord i den beskrevne udførelsesform kan betragtes mere generelt som et sikkerhedssystem. Et sikkerhedssystem af denne art kræver sædvanligvis en mindre energitilførsel og fødes normalt fra den til rådighed stående vekselstrømshovedledning. I den beskrevne udførelsesform sker dette ved hjælp af energitilførslen 10, hvis første og anden terminal 11 og 12 er forbundet henholdsvis med ledninger 7 og 8 og lækstrømsafbryderen 4 til fasen og nulledningen 1 og 2 respektive på vekselstrømshovedledningen 3.

Hvis der sker en afbrydelse på nulledningen 2, f.eks. ved 20 vil ikke alene tilførslen til den elektriske installation 5 via ledningerne 7 og 8 blive afbrudt, men også tilførslen af energi til enheden 10 via terminalerne 11 og 12, således at hele sikkerhedssystemet 6 vil ophøre at fungere, og dette må betragtes som en ulempe.

Kredsløbet ifølge fig. 1 imødegår denne ulempe. I

6 150056 den ovenfor beskrevne situation, hvor en afbrydelse fremkommer ved 20 i nulledningen 2 i strømforsyningen, vil lederen 8 antage et betydeligt potentiale, som kan blive lige så stort som potentialet af faseledningen 1, via den elektriske installation 5, som så ikke længere bærer den normale driftstrøm, og lederen 7 forbundet til faseledningen 1. Yderligere som allerede nævnt er jordelektroden 9 forbundet til den elektriske installation 5 og ved praktisk anvendelse kan den betragtes som havende et neutralt potentiale, d.v.s. det oprindelige potentiale af lederen 8.

I kredsløbet gøres der anvendelse af dette fænomen ved at forsyne energiforsyningen 10 ikke alene med første og anden terminal 11 og 12 forbundet til lederne 7 og 8, men med en tredie terminal 13 forbundet til jordelektroden på en sådan måde, at den i tilfælde af en afbrydelse i nulledningen 2 fortsætter strømmen, som leveres til energitilførslen 10, via terminalerne 12 og 13, dvs. via jordelektroden. Detaljerne af energiforsyningen 10 til dette formål vil blive forklaret mere detaljeret i det følgende med henvisning til tegningerne 3A, 3B og 3C.

Den ovenfor beskrevne udformning ifølge opfindelsen gør det for det første muligt for detektoren 6 for lækstrømme til jord og mere generelt sikkerhedssystemet at fortsætte med at virke selv i tilfælde af en afbrydelse af nulledningen i strømforsyningen. I dette tilfælde sker tilførslen,som sædvanligvis kræver meget lidt energi,via jordelektroden 9 på den elektriske installation 5.

Endvidere gør udformningen ifølge opfindelsen det muligt,at en spændingsforøgelse på nulledningen 2 signaleres eller anvendes til udløsning af sikkerhedssystemet, selv hvis spændingen på fasen er forsvundet. Til dette formål vil der henvises til diagrammet ifølge fig. 2, som i praktisk talt enhver detalje (bortset fra viklingen W^) svarer til diagrammet ifølge fig. 1, således at de relevante komponenter har samme henvisnings-betegnelser som på fig. 1.

Med henvisning til fig. 2 har den tredie terminal 13 på energitilførselskredsen 10 ikke direkte forbindelse til jordelektroden 9, som på fig. 1, men forbindelse via viklingen på detektoren for lækstrømme til jord. En pludselig forøgel- 7 150056 se i strømmen gennem jordelektroden 9 indføres i detektoren 6 for lækstrømme til jord via viklingen W4 som informationskilde.

Den resulterende ændring i magnetiseringstilstanden af kernen 17 medfører, at detektoren for lækstrømme til jord åbner lækstrømskredsløbets kontakt 4, således at der ikke tilføres installationen nogen spænding. Ingen yderligere detaljer skal omtales i forbindelse med yderligere signalering af dette fænomen.

Det skal imidlertid understreges, at anvendelsen af en vikling W4 koblet til kernen 17 og placeret i forbindelsen mellem den tredje terminal 13 på strømtilførselen 10 på den ene side og jordelektroden på den anden side kun er et eksempel på indførelse af specifikke oplysninger om unormale tilstande, i dette tilfælde oplysninger angående ledningsbrud i sikkerhedsindretningen 6. Selvfølgelig kan også anden fejlsituations-information indføres i sikkerhedssystemet på lignende eller tilsvarende måde. I udførelsesformerne ifølge fig. 1 og 2 f.eks. kan en strømforøgelse via tredje terminal 13 til jordelektroden erstattes som en informationskilde med spændingsforøgelsen mellem terminalerne 12 og 13. Fagmanden vil ikke finde det vanskeligt i praksis at vælge fra de til rådighed værende fejlsituations-informationer og de til rådighed værende metoder til indførelse af disse i sikkerhedssystemet. Den eneste vigtige faktor er, at når opfindelsen anvendes,vil også i tilfælde af et brud på nulledningen i strømtilførslen sikkerhedssystemet 6 fortsætte med at virke og tilbyde mulighed for yderligere drift af sikkerhedssystemet. Dette- er også grunden til den mere generelle betegnelse af sikkerhedssystemet eller detektoren 6 for lækstrømme til jord som et "funktionelt apparat". Apparater af denne type kan også fortsætte med at fungere, f.eks. signaler, alarmer eller funktioner på enhver ønsket anden måde, selv i tilfælde af et brud på nulledningen.

Visse udførelsesformer for energitilførselskredsen 10 i-følge opfindelsen vil blive beskrevet med henvisning til fig.

3A,3B og 3C. De samme henvisningsbetegnelser 11-15 vil igen anvendes som de ydre forbindelser ligesom på fig. 1 og 2.

Fig. 3A er et kredsløbsdiagram for et ensretter- 150056 8 kredsløb, som arbejder med halvbølgeensretning og omfatter en serieforbindelse af en impedans 21 og en ensretter 22 mellem den første terminal 11 og den positive tilførselsledning 14. Serie-impedansen 21 anvendes til at foretage en spændingsopdeling af vekselspændingen mellem lederne 7 og 8, således at der fås den nødvendige jævnspænding på udgangen af energitilførselskredsen.

I forbindelse med det lave strømforbrug af sikkerhedssystemet 6 kan dette opnås ved hjælp af serieimpedansen 21. Andre komponenter, f.eks. en udjævningskondensator, er udeladt fra ensretterkredsløbet vist på fig. 3A. Den anden indgangsterminal 12 på energitilførselen er forbundet direkte til udgangstilførselsledningen 15. Hvis den anden terminal 12 antager potentialet af faseledningen 1 som følge af en afbrydelse af nulledningen 2 på hovedledningen som ovenfor beskrevet, overtages ensrettereffekten på udgangsledningen 14 af et andet seriekredsløb bestående af en impedans 23 og en ensretter 24, som er placeret mellem den positive tilførselsledning 14 på den ene side og den tredje terminal på den anden side, som er forbundet til jordelektroden 9 direkte på fig. 1 og via viklingen på fig. 2. Værdien af serieimpedansen 23 er stort set lig med eller mindre end af serieimpedansen 21. Det er klart, at i tilfælde af et brud på nulledningen overtager seriekredsløbet 23,24 funktionen af seriekredsløbet 21,22.

Fig. 3B viser kredsløbsdiagrammet for en fuldbølge-ensretter ifølge opfindelsen. Denne består i hovedtræk af parallelforbindelsen af to seriekredsløb på hver to skiftevis fungerende ensrettere henholdsvis 25 og 26} 27 og 28. Forbindelsespunktet for de to ensrettere 25 og 26 i det første seriekredsløb er forbundet via en serieimpedans 21' til den første terminal 11 i strømtilførslen, medens forbindelsespunktet mellem de to ensrettere 27 og 28 i det andet seriekredsløb er forbundet direkte til anden terminal 12 på strømtilførslen. Serieimpedansen 21' kan betragtes som ækvivalent til serieimpedansen 21 i kredsløbet vist på fig. 3A. De to seriekredsløb er på konventionel måde forbundet mellem udgangsledningerne 14 og 15. Som foreslået ifølge opfindelsen er der et tredie seriekredsløb på to ensrettere 9 150056 29 og 30 mellem ledningerne 14 og 15, og forbindelsespunktet mellem disse ensrettere er via en serieimpedans 23' forbundet til den tredje terminal 13 på energitilførselskredsen, Dette tredje seriekredsløb indeholdende ensretterne 29 og 30 kommer i drift på tilsvarende måde som i tilfældet ved ensretterkredsløbene ifølge fig. 3A, hvor den anden terminal 12 på energitilførselskredsen når potentialet af faseledningen 1 på hovedledningen som følge af et brud på nulledningen 2 (via den elektriske installation 5). Serieimpedansen 23' udøver den samme rolle som serieimpedansen 23 i ensretterkredsløbet ifølge fig. 3A, men på den anden side sikrer den under normal drift, at strømmen, som løber via tilførselsledningen 15, vil kunne finde vej eller i hovedsagen kun vil finde vej via den anden terminal 12.

Det må understreges, at skønt fig. 3A og 3B alene angår enfasede hovedledninger, er opfindelsen ikke begrænset hertil. F.eks. kan faseledningen 1 på vekselstrømshovedledningen 3 betragtes som den ene af faseledningerne i et hovedledningssystem. Til energiforsyning fra en trefaset hovedledning f.eks. kan energitilførslen 10 forsynes med tre første terminaler 11, hver indrettet til kobling til en af faseledningerne på hovedledningen og via en tilsvarende serieimpedans til et brokredsløb til trefaset ensretning af konventionel type. Et ensretterkredsløb af denne type er ikke vist på tegningen, men kan også konstrueres i henhold til forskrifterne ifølge opfindelsen. Den eneste vigtige faktor er, at energitilførslen ifølge opfindelsen i tilfælde af brud på nulledningen, hvor funktionerne af første og anden terminal 11 og 12 ændres til funktionerne af anden og tredie terminal 12 og 13. Det skal også bemærkes, at fig. 3A og 3B viser krafttilførsler, som virker uden transformer, og som i grundtræk består af ensrettere. Dette skal imidlertid ikke betragtes som en begrænsning for opfindelsen.Energitilførselskredse forsynet med en transformator eller andre ikke viste komponenter på tegningen kan generelt placeres med en tredie terminal til sammenkobling med en mulig tilførsel fra en jordelektrode.

Kredsløbsdiagrammet ifølge fig. 3C afviger fra diagrammet ifølge 3B alene ved placeringen af serieimpedansen 23'.

Denne forskel er imidlertid af største betydning. Som allerede 10 150056 bemærket i forbindelse med omtalen af diagrammet ifølge fig. 3B, resulterer tilstedeværelsen af serieimpedansen 23' i, at strømmen, som løber via ledningen 14,finder en mindre tilfredsstillende vej til jord via ensretteren 30 (fig. 3B) eller 28 (fig. 3C) forbundet til impedansen 23' end via den anden ensretter 28 (fig. 3B) eller 30 (fig. 3C), således at den pågældende strøm hovedsageligt vil vælge den sidste strømvej, d.v.s. i situationen vist på fig.

3B via den anden terminal 12 til nulledningen 2 på hovedledningen, men i situationen vist på fig. 3C via den tredie terminal 13 til jordelektroden 9.

Denne sidste situation muliggør, hvis en tilsigtet jordelektrodestrøm lokalt er tilladt, muligheden for at signalere et eventuelt brud på jordelektroden.

Claims (4)

150056

1. Kredsløb til energitilførsel til et funktionsapparat, især et sikkerhedsapparat, såsom en detektor for læk-strømme til jord, hvilket apparat (6) er indrettet til at blive forbundet til en elektrisk installation (5), som har en jordelektrode (9), og som forsynes fra et vekselstrømsnets (3) fase- og nulledninger (2), og hvor nævnte kredsløb (10) har en ensretterkreds (21,22,21',25,26,27,28), som har en første (11), en anden (12) og en tredje (13) terminal, der tjener henholdsvis til forbindelse med fase- (1), nulledning (2) i nettet (3) og med jordelektroden (9), således at ensretterkredsen strømforsynes via jordelektroden i det mindste ved et brud på nulledningen (2) eller en ledning, der forbinder nulledningen med ensretterkredsen (21,22,21', 25.26.27.28) , kendetegnet ved, at den tredje terminal (13) er forbundet med den nævnte ensretterkreds (21, 22.211.25.26.27.28) via en anden ensretterkreds (24,29,30).

2. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en serieimpedans (23,23') er tilvejebragt enten mellem den tredje terminal (13) og dens tilhørende ensretterkreds (24,29,30) eller mellem den anden terminal (12) og dens tilhørende ensretterkreds (27,28) .

3. Kredsløb ifølge krav 1 eller 2, i hvilket ensretterkredsen (21,22) er af halvbølgetype og omfatter et ensretterelement (22), hvoraf en elektrode er koblet til den første terminal (11) til forbindelse med faseledningen (1) i nettet (3), kendetegnet ved, at ensretterelementet (22) via et ekstra ensretterelement (24) er koblet til den tredje terminal (13) til forbindelse med jordelektroden (9).

4. Kredsløb ifølge krav 1 eller 2, hvor ensretterkredsen (25-28) er af fuldbølgetypen og omfatter en parallelkreds af i det mindste to seriekredse af hver to vekselvis operative ensretterelementer (25-28), hvor forbindelsespunktet for elementerne i den første seriekreds (25,26) er koblet til den første terminal (11) til forbindelse med faseledningen (1) i nettet, og forbindelsespunktet for elemen-