NL1007122C2

NL1007122C2 - Schakelinrichting voor het beheren van een meerfasig wisselspanningsnet met een aantal gebruikseenheden.

Info

Publication number: NL1007122C2
Application number: NL1007122A
Authority: NL
Inventors: Johannes Bennink
Original assignee: Odink & Koenderink Bv; Montad Elektrotechnisch Advies
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1999-03-26
Also published as: EP0905849B1; DE69828930T2; EP0905849A1; DE69828930D1

Description

975141/AA/MMA

Korte aanduiding: Schakelinrichting voor het beheren van een meerfasig wisselspanningsnet met een aantal gebruikseenheden.

De uitvinding heeft betrekking op een schakelinrichting voor het beheren van een meerfasig wisselspanningsnet met voor elke fase een naar een aantal gebruikseenheden voerende fasegeleider en een neutrale geleider, die gemeenschappelijk 5 is voor met verschillende fasegeleiders verbonden gebruikseenheden, omvattende voor elke fasegeleider een stroomdetector voor het leveren van een bijbehorend detec-tiesignaal, dat afhankelijk is van de stroom door de fasegeleider, en een schakelaar, die in serie met de fasegeleider 10 en de daarmee verbonden gebruikseenheden verbonden is en die, wanneer de grootte van het bijbehorend detectiesignaal een eerste referentiewaarde overschrijdt, open gestuurd wordt.

Een schakelinrichting van deze soort is bekend uit de 15 Nederlandse octrooiaanvrage 8902169. De bekende inrichting beoogt een beveiliging tegen het optreden van een kortsluiting tussen een fasegeleider en de neutrale geleider op relatief grote afstand van de schakelinrichting te verschaffen. Daartoe omvat de bekende inrichting voor elke fasege-20 leider een magnetische beveiliging met een stroomtransforma-tor die een bijbehorend stroommeetrelais voedt. Wanneer een door de stroomtransformator aan het relais geleverde stroom een voorafbepaalde waarde overschrijdt wordt het relais bekrachtigd, waardoor een bijbehorend tijdrelais gevoed 25 wordt. Na afloop van een vertragingstijd van het tijdrelais stuurt deze een faseafschakelrelais met een eerste faseaf- schakelorgaan in serie met de betreffende fasegeleider voor het afschakelen van de fasegeleider. De vertragingstijd van het tijdrelais wordt gekozen in overeenstemming met een 30 maximaal toegelaten aanraaktijd. In de praktijk is echter geen kortere tijd dan een seconde mogelijk gebleken. Verder, naarmate een kortsluiting dichter bij de schakelinrichting optreedt, neemt de kortsluitstroom toe. Daarom is een derge- ί 0 U 71 2 ?^ - 2 - lijke magnetische beveiliging gecombineerd met een gebruikelijke kortsluitbeveiliging met een voor grote stromen thermische werking, waarvan voor elke fase een tweede faseaf-schakelorgaan in serie staat met het bijbehorende eerste 5 faseafschakelorgaan, zodanig dat bij relatief grote stromen de kortsluitbeveiliging in plaats van de magnetische beveiliging, en eerder dan deze zou doen, de betreffende fase afschakelt.

De bekende schakelinrichting heeft als bezwaar dat 10 daarmee slechts een beperkte bewaking, nl. overschrijding, van de verschillende stromen door de fasegeleiders mogelijk is. Een zeer gevaarlijke situatie waarbij een gebruikseenheid, of een ander elektrisch orgaan, onder spanning staat als gevolg van een aardlek tussen een fasegeleider of de 15 neutrale geleider en aarde, wordt niet bewaakt.

Een ander bezwaar van de bekende inrichting is dat de bewaking door middel van elektromechanische middelen, in het bijzonder relais, plaatsvindt, wat het instellen van stroom-referentieniveau's en vertragingstijden moeilijk en onnauw-20 keurig maakt, de instellingen moeilijk aan gewijzigde omstandigheden, zoals andere belastingen van de fasegeleiders, aan te passen is, en de inrichting relatief storingsgevoelig is.

De uitvinding beoogt de bezwaren van de bekende inrich-25 ting op te heffen.

Daartoe heeft de schakelinrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding als kenmerk dat aan de neutrale geleider een stroomdetector toegevoegd is voor het leveren van een bijbehorend detectiesignaal dat afhankelijk 30 is van de stroom door de neutrale geleider, alle detectie-signalen aan een stuureenheid geleverd worden, de stuur-eenheid de detectiesignalen vectorieel optelt voor het verkrijgen van een eerste vectorsom, en wanneer de grootte van de eerste vectorsom een tweede referentiewaarde over-35 schrijdt de stuureenheid een schakelaar open stuurt waarvan de bijbehorende fase in hoofdzaak overeenstemt met de fase van de eerste vectorsom.

Hierdoor is het niet alleen mogelijk de stromen van de 1 O n -7 ; o o - I f \Cr - 3 - fasegeleiders individueel te bewaken voor het over- of onderschrijden van een of meer referentiewaarden, maar kan ook het optreden van een lekstroom tussen elk van de geleiders, inclusief de neutrale, en aarde bewaakt worden en kan 5 afhankelijk daarvan een bij de aardlekstroom behorende schakelaar opengestuurd worden. Hierdoor wordt in de meest voorkomende gevallen een veilige situatie voor personeel en publiek bereikt, terwijl slechts een eventueel defect gedeelte van de installatie afgeschakeld wordt en de werking 10 van de rest van de installatie gecontinueerd wordt. Dit laatste is vooral van belang wanneer de schakelinrichting een openbare verlichtingsinstallatie voedt. Bovendien heeft een beheerder van de openbare verlichtingsinstallatie hierdoor de mogelijkheid om bij detectie van een kortsluiting 15 tussen de neutrale geleider en aarde te kiezen voor het uit oogpunt van verkeersveiligheid ingeschakeld houden van ten minste één fase.

De uitvinding wordt hierna toegelicht voor uitvoeringsvormen van de schakelinrichting volgens de uitvinding in 20 combinatie met de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Fig. 1 een schema toont van een eerste uitvoeringsvorm van de schakelinrichting volgens de uitvinding;

Fig. 2, 3 en 4 vectordiagrammen tonen voor toelichting van de werking van de inrichting volgens fig. 1; 25 Fig. 5 een schema toont van een tweede uitvoeringsvorm van de schakelinrichting volgens de uitvinding; en

Fig. 6 een schema toont van een derde uitvoeringsvorm van de schakelinrichting volgens de uitvinding.

De in fig. 1 voorgestelde schakelinrichting volgens de 30 uitvinding is bestemd voor het beheren van een driefasen-wisselspanningsnet en omvat voor elke fase Ll, L2, L3 een bijbehorende fasegeleider 1, 2, 3 en een neutrale geleider 4 voor een nul fase N, waarbij alle geleiders 1, 2, 3, 4 naar een aantal gebruikseenheden 5 voeren. De gebruikseenheden 35 zijn in het bijzonder verlichtingsarmaturen van een openbare verlichtingsinstallatie, waarvoor de neutrale geleider 5 gemeenschappelijk is en in afstand opeenvolgende lichtarma-turen om beurten met de verschillende fasegeleiders 1, 2, 3 1007’22- - 4 - verbonden zijn.

De schakelinrichting omvat voor elke fase LI, L2, L3 en voor de nulfase N een stroomdetector 6 en in serie met elke fasegeleider 1, 2, 3 een schakelaar 7. Elke stroomdetector 6 5 detecteert de stroom die door de bijbehorende fasegeleider 1, 2, 3 gaat en levert een daarmee overeenstemmend detectie-signaal aan een stuureenheid 8. Hoewel niet getoond bestaan de stroomdetectors 6 elk in het bijzonder uit een stroom-transformator gevolgd door een stroom/spanningsomzetter voor 10 het aan de stuureenheid 8 leveren van het detectiesignaal. Uiteraard kan de stroom/spanningsomzetter in de stuureenheid 8 zelf aangebracht zijn.

De stuureenheid 8 is een digitale verwerkingseenheid die de ontvangen detectiesignalen digitaliseert, individueel 15 en in combinatie vergelijkt met een of meer referentiewaarden en afhankelijk van de vergelijkingsresultaten een of meer schakelaars 7 open stuurt. Een dergelijke digitale verwerkingseenheid omvat bij voorkeur middelen voor het van buitenaf instellen van de referentiewaarden.

20 De stuureenheid 8 is geschikt voor het bewaken van het optreden van een kortsluiting tussen een van de fasegelei-ders 1, 2, 3 en de neutrale geleider 4. In dit verband, wanneer de grootte van een bij een fasegeleider 1, 2, 3 behorend detectiesignaal een voorafbepaalde referentiewaarde 25 overschrijdt stuurt de stuureenheid 8 de bij die fasegeleider 1, 2, 3 behorende schakelaar 7 open. De referentiewaarde waarbij dit gebeurt is in het bijzonder een waarde die niet optreedt tijdens normaal bedrijf van de verlichtingsinstal-latie maar wel wanneer in of bij het meest verwijderde 30 lichtarmatuur een kortsluiting optreedt.

Bij een te hoge (kortsluit)stroom door een schakelaar 7 bekrachtigt de stuureenheid 8 de schakelaar 7 met een vertraging zodat een gebruikelijke, voorgeschakelde kortsluit-beveiliging het eventueel uitschakelen van de bijbehorende 35 fase kan overnemen.

Doordat de stuureenheid 8 een digitale verwerkingseenheid omvat kan de stuureenheid 8 geschikt zijn voor het bewaken van het optreden van afwijkingen van de normale 1007122" - 5 - werking van de installatie, in het bijzonder door het bewaken van het over- of onderschrijden van andere referentiewaarden door de detectiesignalen, zoals voor het detecteren van het uitvallen van een of meer lampen, waarbij de grootte 5 van het detectiesignaal van de bijbehorende fasegeleider 1, 2, 3 lager dan een normale waarde zal zijn.

Door toepassing van een digitaal werkende stuureenheid 8 is het volgens de uitvinding tevens mogelijk het optreden van een aardlekstroom te detecteren en om in responsie 10 daarop de verlichtingsinstallatie naar een veilige toestand te sturen. Dit zal worden toegelicht met verwijzing naar de vectordiagrammen van de figuren 2, 3 en 4, die elk in een orthogonaal stelsel vectoren tonen die stromen iL1, iL2, iL3, iN voorstellen die door de respectieve geleiders, 1, 2, 3, 4 15 voor de fasen LI, L2, L3 en de nulfase N gaan.

Wanneer de belasting van de fasen Ll, L2, L3 symmetrisch is zullen de vectoren iLi, iL2, iL3 even groot zijn en onderling een hoek van 120° maken. Deze situatie is in fig. 2 voorgesteld.

20 Wanneer de fasen Ll, L2, L3, asymmetrisch belast worden hebben de vectoren iL1, iL2, iL3 verschillende grootten, zodat een stroom met een vector iN door de neutrale geleider 4 gaat. Deze situatie is in fig. 3 getoond.

Omdat voor alle geleiders 1, 2, 3, 4 voor de fasen Ll, 25 L2, L3 en de nulfase N de bijbehorende stroom gemeten wordt moet in een goed werkende installatie de vectoriële som is van de bijbehorende vectoren iL1, iL2, iL3, iN nul (nulvector) zijn. De stuureenheid 8 berekent deze vectoriële som is en bewaakt of deze ongelijk nul is. Wanneer de vectorsom is 30 ongelijk nul is betekent dit dat een gedeelte van een stroom door een fasegeleider 1, 2, 3 niet via de neutrale geleider 4 maar via een andere weg, in het bijzonder aarde, weglekt. De genoemde vectoriële som stelt daarom een vector iE voor de lekstroom weer. De lekstroomvector iE heeft dezelfde richting 3 5 als de vector van een van de stromen, in fig. 4 iL3, door de fasegeleiders 1, 2, 3 die naast een stroom naar gebruikseen heden 5 de lekstroom iE voert. Wanneer de stuureenheid 8 vaststelt dat de grootte van de lekstroom iE een voorafbe- 1 00 71 2 - 6 - paalde referentiewaarde, bijvoorbeeld 300 mA, overschrijdt stuurt de stuureenheid 8 de schakelaar 7 die behoort bij de fase, in fig. 4 fase L3, met dezelfde vectoriële hoek als de lekstroomvector open.

5 Door toepassing van de schakelinrichting volgens de uitvinding wordt een tot op heden niet bereikte beveiliging verkregen tegen aanraking van bijvoorbeeld lichtarmaturen die als gevolg van een aardlek onder spanning zouden blijven staan.

10 De stroomdetectors 6 zijn relatief goedkoop maar kunnen door hun individuele vervaardiging verschillende specificaties hebben, dat wil zeggen dat zij voor identieke te meten stromen verschillende detectiesignalen kunnen leveren, terwijl de elkaar versterkende ruisbijdragen van de ver-15 schillende detectors 6 de totale meetgevoeligheid beperken. Hoewel de onderlinge verschillen en ruisbijdragen klein zijn kan het gewenst zijn de detectiegevoeligheid voor het meten van de aardlekstroom te vergroten. Daartoe omvat de schakel-inrichting volgens de in fig. 5 getoonde uitvoeringsvorm 20 volgens de uitvinding bovendien een verschilstroomdetector 9, die in het bijzonder bestaat uit een stroomtransformator met een gemeenschappelijke kern voor elk van de geleiders 1, 2, 3, 4 en een enkele detectiewikkeling gevolgd door een stroom/spanningsomzetter voor het aan de stuureenheid 8 25 leveren van een verder detectiesignaal. Het verdere detec-tiesignaal stelt, afgezien van parasitaire invloeden zoals ruis, de hiervoorgenoemde vectoriële som is van de stromen iL1, iL2, iL3, iN door de geleiders 1, 2, 3, 4 voor en derhalve ook de genoemde lekstroomvector iE. Omdat een dergelijke 30 verschilstroomdetector 9 als een eenheid vervaardigd wordt is het er door geleverde detectiesignaal minder onderhevig aan parasitaire invloeden, waardoor de stuureenheid 8 de daarmee bepaalde lekstroomvector met een kleinere referen-tiegrootte, bijvoorbeeld 30 mA, kan vergelijken dan in de 35 uitvoeringsvorm van fig. 1.

Zoals getoond in fig. 6 kan bij gebruik van een verschilstroomdetector 9 volgens fig. 5 afgezien worden van toepassing van een aparte stroomtransformator 6 voor de 1 0 071 ??-* - 7 - neutrale geleider en kan voor het detecteren van een lekstroom steeds het door de verschilstroomdetector 9 geleverde verdere detectiesignaal gebruikt worden.

1 Π π 7 1 o 9 -

Claims

1. Schakelinrichting voor het beheren van een meerfasig wisselspanningsnet met voor elke fase (LI, L2, L3) een naar een aantal gebruikseenheden (5) voerende fasegeleider (1, 2, 3) en een neutrale geleider (4), die gemeenschappelijk is 5 voor met verschillende fasegeleiders (1, 2, 3) verbonden gebruikseenheden (5), omvattende voor elke fasegeleider (1, 2, 3) een stroomdetector (6) voor het leveren van een bijbehorend detectiesignaal, dat afhankelijk is van de stroom (iL1, iL2/ iL3) door de fasegeleider (1, 2, 3), en een schakelaar 10 (7), die in serie met de fasegeleider (1, 2, 3) en de daar mee verbonden gebruikseenheden (5) verbonden is en die wanneer de grootte van het bijbehorend detectiesignaal een eerste referentiewaarde overschrijdt open gestuurd wordt, met het kenmerk, dat aan de neutrale geleider (4) een 15 stroomdetector (6, 9) toegevoegd is voor het leveren van een bijbehorend detectiesignaal dat afhankelijk is van de stroom (iN) door de neutrale geleider (4), alle detectiesignalen aan een stuureenheid (8) geleverd worden, de stuureenheid (8) de detectiesignalen vectorieel optelt voor het verkrijgen van 20 een eerste vectorsom en wanneer de grootte van de eerste vectorsom een tweede referentiewaarde overschrijdt de stuureenheid (8) een schakelaar (7) waarvan de bijbehorende fase in hoofdzaak overeenkomt met de fase van de eerste vectorsom open stuurt. 25

2. Schakelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat wanneer de stuureenheid (8) door een fasegeleider (1, 2, 3. een stroom met een grotere stroomsterkte dan een vooraf bepaalde sterkte detecteert, de stuureenheid (8) het sturen 30 van de bijbehorende schakelaar (7) vertraagt.

3. Schakelinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een stroomdetector (6, 9) bestaat uit een stroomtransformator gevolgd door een stroom/spanningsomzet- 35 ter, de stuureenheid (8) een analoog/digitaalomzetter heeft voor het omzetten van de detectiesignalen in digitale waar- 1007122- - 9 - den, en de stuureenheid (8) digitale processormiddelen heeft voor digitale verwerking.

4. Schakelinrichting volgens een voorgaande conclusie, met 5 het kenmerk, dat de stuureenheid (8) middelen voor het per fase instellen van verschillende referentiewaarden, en per fase middelen voor het bewaken van het over- of onderschrijden van een of meer van de referentiewaarden door het bijbehorende detectiesignaal omvat. 10

5. Schakelinrichting volgens een voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat aan alle geleiders (1, 2, 3 , 4) ge meenschappelijk een verschilstroomdetector (9) toegevoegd is die een stroomtransformator gevolgd door een stroom/span- 15 ningsomzetter omvat voor het aan de stuureenheid (8) leveren van een verder detectiesignaal dat een tweede vectorsom van de stromen door de geleiders (1, 2, 3, 4) voorstelt, en wanneer de grootte van de tweede vectorsom een derde referentiewaarde, die lager is dan de eerste referentiewaarde, 20 overschrijdt de stuureenheid (8) een schakelaar (7) open stuurt waarvan de bijbehorende fase in hoofdzaak overeenkomt met de fase van de tweede vectorsom.

6. Schakelinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, 25 dat de stroomdetector voor de neutrale geleider (4) bestaat uit de verschilstroomtransformator (9). 100/ ! v