PL167960B1 - Sposób zmniejszania całkowitego impulsu prądowego przepuszczanego przez bezpieczniktopikowy - Google Patents

Abstract

Sposób zmniejszania całkowitego impulsu prądowego przepuszczanego przez bezpiecznik topikowy w czasie od momentu początku zwarcia do momentu przerwania przepływu prądu przez bezpiecznik, znamienny tym, że doprowadza się do obwodu zwarciowego dodatkowy impuls prądowy ze źródła włączonego przed bezpiecznikiem topikowym równolegle do napięcia sieci zasilającej, lub innego źródła zasilania, w taki sposób, że dodatkowy impuls prądowy płynie przez bezpiecznik w kierunku zgodnym z kierunkiem prądu dopływającego przez bezpiecznik do miejsca zwarcia z sieci zasilającej, lub z innego źródła zasilania.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zmniejszania impulsu prądowego przepuszczanego przez bezpiecznik topikowy. Wynalazek ma zastosowanie w obwodach elektrycznych, w których do ochrony przed skutkami zwarć stosuje się bezpieczniki topikowe.

Działanie bezpieczników topikowych w czasie zwarcia charakteryzują wielkości noszące nazwy impulsów prądowych: całkowitego, przedłukowego i łukowego. Całkowity impuls prądowy jest to wartość całki po czasie z kwadratu prądu płynącego przez bezpiecznik od momentu początku zwarcia do momentu zgaszenia prądu zwarcia. Przedłukowy impuls prądowy jest to wartość całki po czasie z kwadratu prądu płynącego przez bezpiecznik od momentu początku zwarcia do momentu przepalenia topika w bezpieczniku. Lukowy impuls prądowy jest to wartość całki po czasie z kwadratu prądu płynącego przez bezpiecznik od momentu przepalenia topika do momentu zgaszenia prądu zwarcia. Całkowity impuls prądowy jest sumą przedłukowego impulsu prądowego i łukowego impulsu prądowego. Przedłukowy impuls prądowy zależy głównie od konstrukcji bezpiecznika. Lukowy impuls prądowy zależy od parametrów obwodu zwarciowego oraz od wartości ograniczonego prądu zwarciowego. Ponieważ ograniczony prąd zwarciowy jest równy sumie wartości prądu obciążenia w chwili zwarcia oraz iloczynu szybkości narastania prądu zwarciowego i czasu przedłukowego, a czas przedłukowy zależy od przedłukowego impulsu prądowego, przeto łukowy impuls prądowy też zależy od przedłukowego impulsu prądowego i jest od niego zazwyczaj kilkakrotnie większy.

W celu zmniejszenia wartości całkowitego impulsu prądowego stosuje się bezpieczniki o małej wartości przedłukowego impulsu prądowego, m.in. t. zw. bezpieczniki półprzewodnikowe, np. Btp. Są to bezpieczniki wielokrotnie droższe od bezpieczników instalacyjnych Bi i stacyjnych Bm.

Celem wynalazku jest uzyskanie małej wartości całkowitego impulsu prądowego przy zastosowaniu bezpieczników instalacyjnych lub stacyjnych, bez konieczności stosowania bezpieczników półprzewodnikowych.

Sposób według wynalazku polega na przepuszczeniu przez bezpiecznik krótkotrwałego dodatkowego impulsu prądu sumującego się z prądem zwarcia płynącym z sieci zasilającej, lub z innego źródła zasilania. Dodatkowy impuls prądu powoduje, że topik bezpiecznika przepala się znacznie szybciej, przy znacznie mniejszej wartości ograniczonego prądu zwarciowego. Po zakończeniu dodatkowego impulsu prądu w obwodzie zwarciowym płynie ograniczony prąd zwarcia, który do chwili przepalenia topika nie zdążył osiągnąć dużej wartości. Dzięki temu w czasie łukowym wartość łukowego impulsu prądowego będzie wielokrotnie mniejsza niż w przypadku normalnego wyłączania zwarcia bez dodatkowego impulsu prądowego. Źródłem dodatkowego impulsu prądowego może być kondensator włączony przed bezpiecznikiem równolegle do napięcia zasilającego.

W czasie zwarcia, gdy napięcie w miejscu zwarcia maleje do zera, kondensator rozładowuje się

167 960 przez bezpiecznik i miejsce zwarcia. Jeśli w pętli zwarciowej za bezpiecznikiem znajdują się elementy o ograniczonej dopuszczalnej stromości narastania prądu, to w szereg z kondensatorem może być włączona indukcyjność, która ograniczy stromość narastania dodatkowego impulsu prądowego.

Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość uzyskania małej wartości całkowitego impulsu prądowego przy zastosowaniu tanich bezpieczników Bi lub Bm o relatywnie dużych wartościach przedłukowego impulsu prądowego. Jeśli do jednego punktu obwodu elektrycznego jest połączonych kilka odejść zabezpieczanych za pomocą podobnych bezpieczników, to jedno wspólne źródło dodatkowego impulsu prądowego wystarcza do zmniejszenia całkowitego impulsu prądowego we wszystkich odejściach.

Dodatkową zaletą rozwiązania z zastosowaniem kondensatora w roli źródła dodatkowego impulsu prądowego jest ograniczenie przepięć, które występują na początku i na końcu czasu łukowego.

Wynalazek w wersji przeznaczonej do obwodów prądu stałego jest bliżej wyjaśniony na przykładzie przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat zastępczy obwodu zwarciowego, fig. 2 przedstawia przebiegi w funkcji czasu prądu zwarcia i kwadratu prądu zwarcia. Fig. 3 przedstawia przykład rozwiązania według wynalazku w wersji przeznaczonej do obwodów prądu przemiennego. Na rysunku fig. 1 przedstawiono: L_g i Rs - indukcyjność i rezystancję sieci zasilającej, lub innego źródła zasilania, C? i L_z - pojemność i indukcyjność źródła dodatkowego impulsu prądowego, B - bezpiecznik topikowy, i'-prąd zwarcia. Na rysunku fig. 2 oznaczono: ti -moment początku zwarcia, i' i t2~ prąd zwarcia i moment zakończenia czasu przedłukowego w przypadku przepalenia bezpiecznika bez doprowadzenia dodatkowego impulsu prądowego i'* i t''-prąd zwarcia i moment zakończenia czasu przedłukowego w przypadku doprowadzenia dodatkowego impulsu prądowego, i'' i i' ' - przebiegi wartości kwadratów prądów i^ i i' ' . Pola zakreskowane na rysunku fig. 2 oznaczają przedłukowy impuls prądowy w obu przypadkach. Powierzchnie tych pól są równe, a wartość prądu zwarcia i_ w chwili t2 jest w pierwszym przypadku znacznie większa niż w drugim przypadku. Z przebiegów prądu i' i i_z w czasie łukowym, czyli od momentu 12 do zgaszenia prądu wynika, że łukowy impuls prądowy w pierwszym przypadku jest wielokrotnie większy niż w drugim przypadku. W efekcie również całkowity impuls prądowy jest w drugim przypadku, czyli przy doprowadzeniu dodatkowego impulsu prądowego, wielokrotnie mniejszy niż w pierwszym przypadku, czyli przy braku dodatkowego impulsu prądowego. W ten sposób w przedstawionym przykładzie cel wynalazku jest osiągnięty '

Ze względu na konieczną dużą pojemność kondensatora C_z, w praktycznej realizacji będzie to bateria kondensatorów elektrolitycznych. Na kondensatorach elektrolitycznych nie może powstać napięcie o ujemnej biegunowości, więc przebieg prądu w obwodzie z kondensatorem elektrolitycznym nie może mieć charakteru oscylacyjnego i dlatego przebieg dodatkowego impulsu prądowego przedstawiono jako aperiodyczny. Od chwili osiągnięcia szczytowej wartości i'_z do momentu zakończenia czasu przedłukowego t'', energia zgromadzona w indukcyjności l__z rozładowuje się przez wsteczną upływność kondensatora C_z, ale masa i pojemność cieplna kondensatora jest duża i energia ta nie powoduje dla kondensatora zagrożenia.

W wersji przeznaczonej do stosowania w obwodach prądu przemiennego źródło dodatkowego impulsu prądowego musi umożliwić wygenerowanie prądu w kierunku zgodnym z kierunkiem prądu zwarcia płynącego z sieci zasilającej lub z innego źródła zasilania. Takim źródłem dodatkowego impulsu prądowego może być zespół dwóch kondensatorów w dowolny sposób naładowanych w przeciwnych kierunkach i połączonych z obwodem zwarciowym przed bezpiecznikiem za pomocą dwóch sterowanych łączników, np. tyrystorów. Do wyzwalania łączników należy zastosować detektor zwarcia reagujący na wartość, lub na pochodną po czasie prądu płynącego przez bezpiecznik, oraz na jego kierunek.

Przykład układu realizującego sposób według wynalazku w wersji przeznaczonej dla obwodów prądu przemiennego przedstawiono na rysunku fig. 3 na którym przedstawiono takie same elementy L_s,RsCz,Lz jak na rysunku fig. 1, których symbole uzupełniono indeksami 1 i 2 odpowiednio dla układu generującego dodatni i ujemny impuis prądu. Oprócz elementów analogicznych do elementów przedstawionych na rysunku fig. I na rysunku fig. 3 przedstawiono łączniki sterowane T, elementy

167 960 obwodów wstępnego ładowania kondensatorów R i D, oraz detektor zwarcia P. Oba kondensatory są naładowane do napięcia równego szczytowej wartości napięcia zasilającego. W momencie zwarcia napięcie w miejscu zwarcia maleje do wartości bliskiej zeru. Detektor P wykrywa stan zwarcia oraz kierunek prądu zwarcia i zależnie od kierunku prądu zwarcia powoduje zamknięcie jednego z łączników T wybranego tak, żeby dodatkowy impuls prądowy przepływając przez bezpiecznik sumował się z prądem płynącym z sieci zasilającej.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób zmniejszania całkowitego impulsu prądowego przepuszczanego przez bezpiecznik topikowy w czasie od momentu początku zwarcia do momentu przerwania przepływu prądu przez bezpiecznik, znamienny tym, że doprowadza się do obwodu zwarciowego dodatkowy impuls prądowy ze źródła włączonego przed bezpiecznikiem topikowym równolegle do napięcia sieci zasilającej, lub innego źródła zasilania, w taki sposób, że dodatkowy impuls prądowy płynie przez bezpiecznik w kierunku zgodnym z kierunkiem prądu dopływającego przez bezpiecznik do miejsca zwarcia z sieci zasilającej, lub z innego źródła zasilania.

   * * *