NL8002667A - Electrische beveiligingscircuit. - Google Patents

Description

Λ « - t ~ * - - — ,,τ PHN 9741 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Electrische beveiligingscircuit"

De uitvinding heeft betrekking op een beveiligingscircuit voor personeel in voedingssystemen, bevattende tenminste een eerste en een tvi/eede geleider, welke aangesloten zijn op een bron van elec-triseh vermogen en aan hun andere aansluiteinden verbindbaar zijn-met 5 een belasting, waarbij normaal gesloten schakelmiddelen zijn opgenomen tussen de bron van electrisch vermogen en tenminste de eerste lijngeleider, waarbij genoemde schakelmiddelen gekoppeld zijn met een van een stroomonbalansdetector voorzien stuurcircuit, welke reageert op de aanraking door een menselijk lichaam, waarbij genoemd stuurcir-10 cuit de genoemde schakelmiddelen zodanig activeert, dat de betreffende lijngeleider ontkoppeld wordt van de bron van electrisch vermogen.

In voedingssystemen, waarbij bijvoorbeeld over grote afstanden via kabels vermogen naar een of meerdere belastingen wordt toegevoerd, treden grote gevaren op. Het typische voorbeeld van een 15 gevaarlijke situatie is die waarbij door graafwerkzaamheden de kabel wordt beschadigd en dikwijls volledig gebroken. De koperen lijngeleiders zijn dan toegankelijk voor bijvoorbeeld een spelend kind in de zandkuil. Verder kan een gevaarlijke situatie optreden voor eigen personeel bij werkzaamheden aan de apparatuur inclusief de kabelkoppen 20 en met de kabel verbonden bedrading en stekers en anderzijds met werkzaamheden aan de normaal door de mantel afgeschermde stroomvoerende kopergeleiders in de kabel, wanneer genoemd personeel de voor deze werkzaamheden voorgeschreven maatregelen niet in acht nemen, zoals bijvoorbeeld het aan de reparatiewerkzaamheden voorafgaand voorgeschre-25 ven afschakelen van de spanning en het aarden van de geleiders.

Uit het amerikaanse octrooischrift B 534,915 is een beveiligingscircuit van bovengenoemde soort bekend. In dit bekende beveiligingscircuit voert de eerste geleider een hoge spanning. De tweede geleider is een retourgeleider en een derde geleider is een aard-30 geleider. Normaal gesloten schakelmiddelen zijn opgenomen in serie met de eerste geleider. De stroomonbalansdetector bevat een kern van ringvormig magnetisch materiaal. De eerste geleider en de retourgeleider lopen via het gat van de ring naar de belasting. Verder is om 800 2 6 67 PHN 9741 2 een van de benen van de kern een spoeltje aangebracht, waarvan de uiteinden verbonden zijn met het stuurcircuit, dat gekoppeld is met de normaal gesloten schakelmiddelen. De belasting wordt bijvoorbeeld gevormd door een motor, een boorinstallatie of een afwasmachine, welke 5 op een onderstel zijn aangebracht, dat verbonden is met de aardgeleider. Onder normale werkomstandigheden zal de grootte van de stromen, welke in de geleider en de retourgeleider vloeien, gelijk zijn. Er zal dan geen magnetisch veld aanwezig zijn in de omgeving van de kern en daardoor geen inductiestroom opgewekt worden in genoemde spoel. Wanneer 10 echter de eerste geleider via een persoon of via een andere laagohmige weg in contact komt met de aardgeleider zal een stroomonbalans aan de uiteinden van de spoel gemeten worden, waardoor met behulp van het stuurcircuit de normaal gesloten schakelmiddelen afgeschakeld worden en hiermede de verbinding tussen de geleider en de bron van electrische la vermogen verbroken worden. Het stuurcircuit is zodanig ingericht, dat, wanneer de retourgeleider via een persoon of via een andere laagohmige weg in kontakt komt met de aardgeleider, genoemde schakelmiddelen ook afgeschakeld worden.

Dit bekende beveiligingscircuit is niet zonder meer toe te 20 passen in kabeltransmissie systemen vanwege het feit, dat de retourgeleider meestal is ondergebracht in een andere coaxiale kabel dan de eerste geleider. De uitvinding beoogt een oplossing aan te geven, waardoor het genoemde beveiligingscircuit geschikt is voor toepassing in kabeltransmissie systemen en waarbij het gebruik van de retourleiding 25 niet meer noodzakelijk is.

De uitvinding heeft als kenmerk, dat tenminste parallel aan de eerste lijngeleider een derde lijngeleider is aangebracht, waarbij de beginaansluiteinden van de eerste- en de derde lijngeleider met elkaar en met de stroomonbalansdetector gekoppeld zijn, zodanig, dat 30 in de bedrijfstoestand de stroomrichting in de eerste en derde lijngeleider dezelfde is,, waarbij de genoemde stroomonbalansdetector de stroomonbalans tussen de eerste en de derde lijngeleider detecteert.

De uitvinding zal beschreven worden aan de hand van de tekening.

Figuur 1 geeft een eerste uitvoeringsvoorbeeld van het be-35 veiligingscircuit volgens de uitvinding weer.

Figuur 2 geeft een tweede uitvoeringsvoorbeeld van het beveiligingscircuit volgens de uitvinding weer.

800 2 6 67 ? J* PHN 9741 3 \

Figuur 3 geeft een derde uitvoeringsbeeld van het bevei-ligingscircuit volgens de uitvinding weer.

In het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 1 is een voedingssysteem aangegeven, zoals dat bijvoorbeeld gebruikt kan worden voor 5 voeding in kabeltransmissiesystemen, zoals bijvoorbeeld in glasfiber transmissiesystemen. De normaal gesloten schakelmiddelen worden gevormd door de schakelaar 3, welke enerzijds verbonden is met het voedingspunt 1 en anderzijds verbonden is met de middenaftakking van een phantoomspoel 4, welke tussen de eerste geleider 8 en de derde 10 geleider 9 is aangebracht. De tweede geleider 16 is verbonden met het voedingspunt 2. Het andere aansluiteinde van de tweede geleider 16 is verbonden met het aansluitpunt 15 van de belasting 13. De nabij de belasting 13 gelegen aansluiteinden van de eerste lijngeleider 8 en de derde lijngeleider 9 zijn via een phantoomspoel 11 met elkaar ver-15 bonden,.waarbij de middenaftakking van deze phantoomspoel 11 verbonden is met het aansluitpunt 14 van de belasting 13. Het van een stroomonbalansdetector voorziene stuurcircuit 6 is aangesloten op een spoel 5, welke magnetisch gekoppeld is met de phantoomspoel 4. Het van een stroomonbalans detector voorziene stuurcircuit is niet nader 20 uitgewerkt. Het kan bijvoorbeeld uitgevoerd worden, zoals is aangegeven in het amerikaanse octrooischrift B 554.915. Ook andere van stroomonbalans detectoren voorziene stuurcircuits kunnen, worden toegepast. De werking van het beveiligingscircuit volgens de uitvinding is als volgt.

25 Onder normale bedrijfsomstandigheden zullen de stromen, welke door de lijngeleiders 8 en 9 vloeien nagenoeg aan elkaar gelijk zijn.

De stromen zijn dus gebalanceerd en de stroomonbalans detector in het stuurcircuit 6 zal geen regelsignaal afgeven. Wanneer echter êên van de lijngeleiders 8 en 9 door een persoon aangeraakt wordt, zal 30 de betreffende geleider een laagohmige weg naar aarde vertonen* De stromen in de lijngeleiders 8 en 9 zijn niet langer meer gebalanceerd.

De stroomonbalansdetector in het stuurcircuit 6 constateert dit feit en geeft een regelsignaal af aan het stuurcircuit 6, waardoor de normaal gesloten schakelaar 3 geopend wordt en hiermede de verbinding 35 tussen de lijngeleiders 8 en 9 en de bron van elektrische vermogen verbroken wordt. Alleen wanneer de lijngeleiders 8 en 9 gelijktijdig door een persoon worden aangeraakt bestaat de kans, dat de stroomonbalansdetector niet reageren zal.

800 2 6 67 v» *" PHN 9741 4 -- - . - -Λ..1

Een methode om gelijktijdig aanraken van de lijngeleiders 8 en 9 te verminderen is in het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 2 aangegeven. In dit uitvoeringsvoorbeeld is de geleider 16 uit figuur 1 ook opgesplitst in twee parallel lijngeleiders 160 en 161. De normaal 5 gesloten schakelmiddelen worden gevormd door de schakelaar 3, welke enerzijds verbonden is met de middenaftakking van een phantoompsoel 40,welke tussen de lijngeleider 80[ en de lijngeleider.90 is.aangebracht en anderzijds verbonden is met het voedingspunt 1. Het ene aan-sluiteinde van de phantoomspoel 40 is verbonden met de eerste geleider 10 80 en het andere aansluiteinde van de phantoomspoel 40 is verbonden met de derde lijngeleider 90. Het van een stroomonbalansdetector voorziene stuurcircuit 60 is aangesloten op een spoel 50, welke magnetisch gekoppeld· is met de phantoomspoel 40. De andere aansluit-einden van de lijngeleiders 80 en 90 zijn middels een phantoomspoel 15 110 met elkaar gekoppeld. Een tweede van de stroomonbalansdetector voor ziene stuurcircuit 70 is aangesloten op een spoel 100, welke magnetisch * gekoppeld is met de phantoomspoel 110. De tweede lijngeleider 160 is verbonden met het ene aansluiteinde van een phantoomspoel 41 en een vierde lijngeleider 161 is verbonden met het andere aansluiteinde van 20 de phantoomspoel 41. De middenaftakking van de phantoomspoel 41 is verbonden met het voedingspunt 2. Een derde van een stroomonbalansdetector voorzien stuurcircuit 61 is aangesloten op een spoel 51, welke magnetisch gekoppeld is met de phantoomspoel 41. De andere aan-sluiteinden van de lijngeleiders 160 en 161 zijn middels een phantoom-25 spoel 111 met elkaar gekoppeld. Een vierde van een stroomonbalans detector voorzien stuurcircuit 71 is aangesloten op een spoel 101, welke magnetisch gekoppeld is met de phantoomspoel 111. De middenaftakking van de phantoomspoel 110 is verbonden met het punt 14 en de middenaftakking van de spoel 111 is verbonden met het punt 15. Tussen de punten 30 14 en 15 is de belasting 13 aangesloten. Tussen de middenaftakkingen van de phantoomspoelen 110 en 111 is een kortsluitschakelaar 120 aangebracht.

Wanneer êên der lijngeleiders 80 en 90 door een persoon aangeraakt wordt zullen de stroomonbalansdetectoren in de beide stuurcir-35 cuits 60 en 70 dit constateren en een regelsignaal afgeven. Het door het stuurcircuit 60 afgegeven regelsignaal bewerkstelligt, dat de schakelaar 3 geopend wordt, waardoor de verbinding tussen het voedingspunt 1 en de beide lijngeleiders 80 en 90 verbroken wordt. Het door het 800 2 6 67 PHN 9741 5 ► stuurcircuit 70 afgegeven regelsignaal bewerkstelligt, dat de kortsluitschakelaar 120 gesloten wordt, waardoor de. aan de belasting 13 optredende hoge spanning kortgesloten wordt. Het kortsluiten van de aan de belasting 13 optredende gevaarlijke spanning geeft een directe 5 beveiliging en kan, zoals in figuur 2 is aangegeven, gecombineerd worden met een maximumstroomschakeling overeenkomstig figuur 1. Wanneer één der lijngeleiders 160 en 161 door een persoon aangeraakt wordt zullen de stroomonbalansdetectoren in de beide stuurcircuits 61 en 71 dit constateren en een regelsignaal afgeven. Het door het stuurcircuit 10 61 afgegeven regelsignaal bewerkstelligt, dat de schakelaar 3 ge opend wordt, waardoor de verbinding tussen het voedingspunt 1 en de beide lijngeleiders 80 en 90 verbroken wordt. Het door het stuurcircuit 71 afgegeven regelsignaal bewerkstelligt, dat de kortsluit-schakelaar 120 onmiddelijk gesloten wordt, waardoor de aan de belasting 15 13 optredende hoge spanning kortgesloten wordt. De verbinding tussen de schakelaar 3 en de beide stuurcircuits 60 en 61 is door een stippellijn 12 schematisch aangegeven. Deze verbinding kan met behulp van de voor de vakman bekende technieken gerealiseerd worden. Dit geldt ook voor de door middel van een streep-stippellijn 121 aangegeven verbinding 20 tussen de kortsluitschakelaar 120 en de beide stuurcircuits 70 en 71.

Ten overvloede zij opgemerkt, dat uit de parktijk blijkt dat de kortsluitschakelaar 120 de belangrijkste plaats inneemt bij de optimale beveiliging voor het personeel. Dit is een gevolg van het feit, dat ondanks het feit, dat de schakelaar 3 snel afgeschakeld kan worden, de 25 capaciteiten van de aders der kabel t.o.v. aarde, de afgeschakelde spanning nog gedurende korte tijd vasthouden, waardoor een persoon, die per ongeluk een kabel vast heeft, toch nog een levensgevaarlijke schok kan ondergaan. Door toepassing van genoemde kortsluitschakelaar wordt dit gevaar grotendeels voorkomen. In plaats van schakelaar 3 30 kan bijvoorbeeld een maximumstroomschakeling bijvoorbeeld een zekering worden toegepast.

In de uitvoeringsvoorbeelden volgens de figuren 1 en 2 zijn de lijngeleiders (8,9) ; (80,90) en (160,161) middels phantoomspoelen met elkaar gekoppeld. Een andere wijze van koppelen is echter ook moge-35 lijk. Een voorbeeld hiervan is weergegeven in figuur 3. In plaats van een phantoomspoel 4, zoals in figuur 1 is aangegeven,kan tussen de lijngeleiders 8 en 9 een spanningsdeler gevormd door de weerstanden 30 en 31 worden aangebracht. Deze weerstanden hebben in principe evengrote 800 2 6 67 PHN 9741 6

P

* weerstandswaarden. Het van een stroomonbalansdetector voorziene stuur-circuit 6 is verbonden met de middenaftakking van genoemde spannings-deler. Wanneer de stroom in één van de lijngeleiders 8 en 9 toeneemt t.o.v. de stroom door de andere lijngeleider, hetgeen veroorzaakt 5 wordt door de aanraking van één der geleiders door een persoon, zal de spanning over de met de aangeraakte geleider verbonden weerstand toenemen, waardoor het stuurcircuit 6 bekrachtigd wordt. De schakelaar 3 zal dan geopend worden.

10 15 20 25 30 35 800 2 6 67

Claims (3)

1. Electrisch beveiligingscircuit voor personeel in voedingssystemen, bevattende tenminste een eerste- en een tweede lijngeleider, welke aansluitbaar zijn op een bron van electrisch vermogen en aan hun andere aansluiteinden verbindbaar zijn met een belasting, waarbij 5 normaal gesloten schakelmiddelen zijn opgenomen tussen de bron van electrisch vermogen en tenminste de eerste lijngeleider, waarbij genoemde schakelmiddelen gekoppeld zijn met een van stroomonbalansdetector • 'voorzien stuurcircuit, welke stroomonbalansdetector reageert op de aanraking van een geleider door een menselijk lichaam, waarbij genoemd 10 stuurcircuit de genoemde schakelmiddelen zodanig activeert, dat de betreffende lijngeleider ontkoppeld wordt van de bron van electrische vermogen met het kenmerk, dat tenminste parallel aan de eerste lijngeleider een derde lijngeleider is aangebracht, waarbij de beginaan-sluiteinden van de eerste- en de derde lijngeleider met elkaar en met 15 de stroomonbalansdetector gekoppeld zijn zodanig, dat in de bedrijfs-toestand de stroominrichting in de eerste en derde lijngeleider dezelfde is, waarbij de genoemde stroomonbalansdetector de stroomon-balans tussen de eerste en de derde lijngeleider detecteert.

2. Electrische beveiligingscircuit volgens conclusie 1, met 20 het kenmerk, dat parallel aan de tweede lijngeleider een vierde lijngeleider is aangebracht, waarbij de beginaansluiteinden van de tweede-· en de vierde geleider met elkaar en met een tweede stroomonbalansdetector gekoppeld zijn, waarbij deze stroomonbalansdetector de stroom-onbalans tussen de tweede- en de vierde lijngeleider detecteert, waar-25 bij de tweede stroomonbalansdetector tevens gekoppeld is met de normaal gesloten schakelmiddelen.

3. Electrisch beveiligingscircuit volgens conclusie 2, met. het kenmerk, dat de eindaansluiteinden van de eerste- en de derde geleider met elkaar en met een derde stroomonbalansdetector gekoppeld zijn, dat 30 de eindaansluiteinden van de tweede- en de vierde geleider met elkaar en met een vierde stroomonbalansdetector gekoppeld zijn, waarbij de ' derde- en vierde stroomonbalansdetector tevens gekoppeld zijn met een kortsluitschakelaar, welke is aangebracht over de belasting, welke is aangesloten tussen de koppeling van de eerste met de derde geleider 35 en de koppeling van de tweede met de vierde geleider. 800 2 6 67