PL189410B1

PL189410B1 - Urządzenie zabezpieczające dla ochronnika przepięciowego

Info

Publication number: PL189410B1
Application number: PL98324771A
Authority: PL
Inventors: Hubert Bachl
Original assignee: Felten & Guilleaume Ag Oester
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 2005-08-31
Also published as: EP0860927A1; AT405350B; SK282610B6; PL324771A1; ATA22697A; CZ42398A3; SK18398A3

Abstract

1. U rzadzenie zabezpieczajace dla ochronnika przepieciow ego, w laczonego do elektrycznej sieci zasila- jacej, który zaw iera pierw sze ochronniki podlaczone pom iedzy przew odem fazowym albo przew odam i fazo- wymi i przew odem neutralnym albo uziem ieniem insta- lacji oraz drugi ochronnik podlaczony pom iedzy prze- wodem neutralnym i uziem ieniem instalacji, zaw ierajace uklad detekcyjny okreslajacy przynajm niej prad odpro- w adzenia na drugim ochronniku oraz uklad wylaczajacy urucham iany przez uklad detekcyjny, znamienne tym, ze uklad w ylaczajacy jest utw orzony przez uklad styko- wy (10) urucham iany przez uklad urucham iajacy (4) polaczony z ukladem detekcyjnym (2 ) i bocznikujacy drugi ochronnik (5) pom iedzy przew odem neutralnym (N) i uziem ieniem instalacji (P E ) i/lub zw iera koncówki (9) pierw szego ochronnika albo pierw szych ochronni- ków (6) polaczone z ukladam i chroniacym i (7) przed nadm iernym pradem z przew odem neutralnym (N) albo uziem ieniem instalacji (P E ) dla reakcji urzadzen chro- niacych (7) przed nadm iernym pradem , wlaczonych pom iedzy przew odem albo przew odam i fazowym i (L albo L 1, L2, L3) oraz pierw szym i ochronnikam i (6), korzystnie bezpieczników topikow ych. F i g . 1 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie zabezpieczające dla ochronnika przepięciowego włączonego do elektrycznej sieci zasilającej, który ma pierwsze ochronniki podłączone pomiędzy przewodem fazowym albo przewodami fazowymi i przewodem neutralnym albo uziemieniem instalacji i drugi ochronnik podłączony pomiędzy przewodem neutralnym i uziemieniem instalacji, zawierający układ detekcyjny określający przynajmniej prąd odprowadzenia na drugim ochronniku oraz urządzenie wyłączające, które jest uruchamiane przez układ detekcyjny.

Znane są układy zabezpieczające tego typu w różnym wykonaniu, na przykład odłącznik ochronnikowy przedstawiony w austriackim zgłoszeniu patentowym nr A205/91.

We wszystkich znanych układach zabezpieczających jako układ odłączający stosuje się styk wyłączający, który jest podłączony szeregowo z zabezpieczanym ochronnikiem przepięciowym i otwierany, gdy przez ochronnik przepływa niedopuszczalny prąd o częstotliwości sieci. Taki niedopuszczalny prąd, który jest prądem odprowadzenia do przerwania przez układ zabezpieczający, powstaje wtedy, gdy ochronnik zostanie uszkodzony, na przykład wskutek przeciążenia spowodowanego przejściowym przepięciem albo tak zwanymi czasowymi przepięciami, czyli chwilowymi przepięciami o częstotliwości sieci, które powstają w następujący sposób: Sieć napięcia niskiego, stosowana do zasilania instalacji, jest zasilana poprzez transformator z sieci napięcia średniego. Obie siec i są uziemione przez wspólny układ uziemiający.

Przy wystąpieniu zwarcia doziemnego w sieci napięcia średniego dochodzi do przepływu prądu i w wyniku do spadku napięcia na rezystorze uziemiającym. Zostaje przez to zwiększony potencjał punktu gwiazdowego, a więc i przewodu neutralnego sieci napięcia niskiego, o spadek napięcia na rezystorze uziemiającym. O jednakową wartość zwiększa się również różnica potencjałów pomiędzy przewodem fazowym a uziemieniem w sieci napięcia niskiego.

Pod względem amplitudy czasowe przepięcia są znacznie mniejsze niż przejściowe przepięcia wywołane na przykład uderzeniami pioruna, jednak mogą one osiągać wielokrotność napięcia znamionowego pomiędzy przewodem fazowym i ziemią, tak więc powodują, że ochronniki zaczynają przewodzić. Najbardziej niekorzystną cechą czasowych przepięć pod względem podzespołów ochronnikowych jest ich względnie długi czas oddziaływania. Tego typu przepięcia mogą trwać kilkaset milisekund, czyli w zwykłej sieci przebiegi 50 Hz trwają przez kilka okresów.

Jest z tym związany prąd odprowadzenia o długim czasie działania i w dalszej konsekwencji duże obciążenie termiczne podzespołów ochronnikowych, tak więc również w tym przypadku układ zabezpieczający musi oddzielać o ochronniki od sieci albo je zabezpieczać.

Prądy odprowadzenia, które są wywołane przez uszkodzony ochronnik, mogą zostać jeszcze odłączone przez odłącznik ochronnikowy wyposażony w styki wyłączające, wtedy dominuje wyłącznie znamionowe napięcie sieciowe, ale gdy występują czasowe przepięcia, należy uwzględnić, że mogą one osiągać wielokrotność napięcia znamionowego, co powoduje, że pomiędzy punktami stykowymi otwartego styku powstaje łuk świetlny, tak więc przy obecnych konstrukcjach nie można zapewnić skutecznego przerwania.

Ponadto przez styki, wskutek ich szeregowego podłączenia do ochronników, przepływają duże prądy udarowe występujące podczas przejściowych przepięć, przez co ogrzewają się one bardzo i przy przeciążeniu może dojść do zespawania punktów stykowych, co powoduje, że odłącznik ochronnikowy staje się bezużyteczny.

Według wynalazku układ wyłączający jest utworzony przez układ stykowy, który jest uruchamiany przez układ uruchamiający połączony z układem detekcyjnym i bocznikuje drugi ochronnik umieszczony pomiędzy przewodem neutralnym i uziemieniem instalacji i/lub zwiera końcówki ochronnika albo ochronników połączone z układami chroniącymi przed nadmiernym prądem z przewodem neutralnym albo uziemieniem instalacji, przez co następuje reakcja układów chroniących nadmiernym prądem, włączonych pomiędzy przewodem albo przewodami fazowymi oraz pierwszymi ochronnikami, korzystnie bezpieczników topikowych.

Oddzielenie pierwszych ochronników następuje dzięki temu nie poprzez otwarcie styku, ale przez uruchomienie układu chroniącego przed nadmiernym prądem, korzystnie przez

189 410 przepalenie bezpiecznika wywołane przez przeprowadzone szczególnie szybko zwarcie przewodów fazowych z przewodem neutralnym lub uziemieniem instalacji.

W takich bezpiecznikach realizuje się w znacznie łatwiejszy sposób większy odstęp styków w porównaniu ze stykami, tak więc skutecznie i bardziej ekonomicznie ogranicza się tworzenie się łuku świetlnego i przez to opóźnienie albo uniemożliwienie wyłączenia. Ponadto przez styki nie przepływają. przejściowe prądy odprowadzenia, nie mogą zatem wystąpić związane z tym problemy.

Według wynalazku układ detekcyjny jest połączony z układem uruchamiającym przez układ oceniający, jak na przykład układ opóźniający, układ magazynowania energii lub tym podobne.

Oprócz przekształcania sygnału dostarczanego z układu detekcyjnego, potrzebnego do sterowania układem uruchamiającym w tym układzie oceniającym, ustawia się sposób reakcji układu zabezpieczającego, na przykład opóźnienie reakqi albo podobne.

Korzystnie układ oceniający określa przynajmniej energię elektryczną pobraną przez drugi ochronnik i włącza układ uruchamiający przy osiągnięciu ustalonej ilości energii, która jest mniejsza albo równa maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez drugi ochronnik.

Dzięki temu przed albo przy osiągnięciu maksymalnego dopuszczalnego ogrzania ochronnika, przerywa się dopływ' energii, a więc i ciepła, tak więc unika się wynikających stąd uszkodzeń albo zniszczeń. Uniemożliwia się wyłączenie ja przy prądach niewielkich albo działających bardzo krótko, a więc nie stanowiących niebezpieczeństwa dla ochronników.

Korzystnie układ oceniający jest układem szeregowym złożonym z pierwszego obwodu całkującego sygnał układu detekcyjnego po czasie oraz układu rozpoznawania wartości progowej.

Ten układ jest wykorzystywany w podzespołach ochronnikowych, w których napięcie występujące na nich w ich stanie małej rezystancji jest w przybliżeniu stałe i znane. Układ do wykrywania tego napięcia nie musi być stosowany, co znacznie upraszcza cały układ określający energię.

Korzystnie jest zastosowany co najmniej jeden kolejny układ detekcyjny określający prąd odprowadzenia, przepływający przez pierwszy albo pierwsze ochronniki, oraz związany z nim kolejny układ oceniający określający energię elektryczną pobraną przez ochronnik lub ochronmki, który to układ oceniający przy osiągnięciu ustalonej wartości energii, mniejszej albo równej maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez pierwszy ochronnik albo pierwsze ochronmki, włącza kolejny układ albo układy uruchamiające-, które zwierają pierwszy ochronnik albo ochronmki, przy pomocy kolejnego układu stykowego albo za pomocą dodatkowych styków układu stykowego.

Uzyskuje się dzięki temu niezawodne zabezpieczenie pierwszych ochronmków, ponieważ jjest ono niezależne od prądu odprowadzenia płynącego przez drugi ochronnik.

Korzystnie układy detekcyjne są wykonane jako przi-tw-Onaki prądowe, sumujące przetworniki prądowe i tym podobne.

Wytwarza się przez to sygnał- oddzielony galwanicznie od prądu odprowadzenia, znacznie mniejszy pod względem amplitudy i przez to możliwy do dalszego przetwarzania w sposób ekonomiczny.

Korzystnie układ uruchamiający jest utworzony przez uzwojenie wzbudzające przekaźnika albo stycznika, a układy stykowe przez styki tego samego przekaźnika albo stycznika.

Uzyskuje się przez to szczególnie zwięzłe i skuteczne w działaniu wykonanie układu uruchamiającego i układu stykowego.

Korzystnie jest zastosowany wskaźnik, na przykład optyczny, akustyczny lub tym podobny, włączany przy zamknięciu układu stykowego.

Dzięki temu można w prosty sposób poinformować odpowiedzialny personel, który nie znajduje się na miejscu, o konie-czności ponownego włączenia odnośnego obwodu prądowego.

Korzystnie układy uruchamiające są zdolne samoczynnie otwierać ponownie układy stykowe po zaniku albo przerwaniu prądu odprowadzenia.

Ponowne uruchomienie układu zabezpieczającego ogranicza się przez to do wymiany lub ponownego włączenia układu albo układów chroniących przed nadmiernym prądem.

189 410

W związku z tym jest korzystne, aby wskaźnik pozostawał włączony po otwarciu układów stykowych i infoimacja o konieczności ręcznej wymiany układu albo układów chroniących przed nadmiernym prądem nie została utracona.

Zaletą wynalazku jest przedstawienie układu zabezpieczającego, który umożliwia niezawodne zabezpieczenie ochronników przy uwzględnieniu stosunków napięć występujących podczas czasowego przepięcia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1.1 do 1.3 przedstawiają w schematach ideowych urządzenia zabezpieczające według wynalazku, umieszczone w jednofazowych instalacjach użytkowych, fig. 2.1 do 2.3 - w schematach ideowych urządzenia zabezpieczające według wynalazku, umieszczone w trójfazowych instalacjach użytkowych, fig. 3 - w schemacie ideowym urządzenie zabezpieczające z fig. 1.1, ze szczegółowym pokazaniem przykładu wykonania układu oceniającego i układu uruchamiającego, fig. 4.1 i 4.2 - w podstawowym schemacie blokowym urządzenie zabezpieczające według wynalazku, którego układ oceniający określa energię elektryczną pobraną przez drugi ochronnik, fig. 5 - maksymalną zdolność pochłaniania energii przez warystor, w postaci wykresu prądu wz.ględem czasu, fig. 6.1 do 6.4 - różne przykłady wykonania układu określającego pobór energii przez ochronnik, fig. 7.1 i 7.2 - w schematach ideowych jednofazowe układy zabezpieczające z fig. 1.2, w których kontroluje się również pobór energii przez pierwsze ochro mnisi oraz fig. 8.1 do 8.5 - w schematach ideowych trójfazowe układy zabezpieczające z fig. 2.3, w których kontroluje się również pobór energii przez pierwsze ochronniki.

Figura 1.1 przedstawia układ ochronnika przepięciowego, który ma ochronnik 6 pomiędzy przewodem fazowym L a uziemieniem insralacj i PE oraz ochronnik 5 pomiędzy przewodem neutralnym N a uziemieniem instaΙι,^ίi PE. Ochronmki 5, 6, także w kolejnych przykładach wykonania, są utworzone korzystnie przez warystory, ale mogą być również innymi podzespołami zależnymi od napięcia.

Urządzenie zabezpieczające dla ochronników 5, 6 zawiera układ detekcyjny 2, który z jednej strony jest połączony ze wspólnym punktem połączenia 8 obu ochronmków 5, 6, a z drugiej strony z uziemieniem metalaj PE. Ten układ detekcyjny 2 jest więc połączony szeregowo z obydwoma ochronnikami 5, 6 i służy do wyznaczania przepływającego przez nie prądu sumacyjnego albo prądu odprowadzenia. Kolejnym elementem urządzenia zabezpieczającego jest układ wyłączający, który powoduje odłączenie układu ochronnikowego od sieci albo bocznikowanie ochronnika 5 podłączonego pomiędzy przewód neutralny N a uziemienie insta^i PE i jest włączane przez układ detekcyjny 2.

Urządzenie zabezpieczające zawiera dwa istotne elementy, mianowicie układ chroniący 7 przed nadmiernym prądem, włączony przewodem fazowym L i pierwszym ochronnikiem 6, oraz układ uruchamiający 4, który jest połączony z układem detekcyjnym 2 prądu odprowadzenia i uruchamia układ stykowy 10.

Wówczas gdy układ detekcyjny 2 wykrywa niedopuszczalnie duży prąd płynący przez ochronmki 5, 6, wysyła sygnał do układu uruchamiającego 4, który następnie zamyka układ stykowy 10. Drugi ochronnik 5, pomiędzy przewodem neutralnym N i uziemieniem instalacji PE, jest przy tym bocznikowany, a końcówka 9 pierwszego ochronnika 6, połączona z układami chroniącymi przed nadmiernym prądem 7, jest zwierana z przewodem neutralnym N.

Powstające w ten sposób nasycone zwarcie między przewodem fazowym L i przewodem neutralnym N powoduje przepływ dużego prądu przez układ chroniący 7 przed nadmiernym prądem, przez co jest ono włączane, odłączając ochronmk 6 od sieci. Drugi ochronnik 5 jest zabezpieczany przed niedopuszczalnie dużymi przepięciami w ten sposób, że jego obie końcówki są połączone ze sobą przez małą, rezystancję, przez co pomiędzy tymi końcówkami nie mogą występować znaczne napięcia.

Układ ochronnika przepięciowego z fig. 1.2 wyłącza pierwszy ochronnik 6 pomiędzy przewodem fazowym L a przewodem neutralnym N i drugi ochronnik 5, tak jak na fiig. 1 pomiędzy przewodem neutralnym N i uziemieniem instalacci PE. Układ wyłączający zawiera tu również układ detekcyjny prądu odprowadzenia, który jest połączony z układem uruchamiającym 5 włączającym układ stykowy 10.

189 410

Przepięcia czasowe powstają w ten sposób, że gdy zostanie zwiększony potencjał przewodu neutralnego N sieci napięcia niskiego, połączony z uziemieniem transformatora, jednocześnie zwiększaą się napięcia przewodu fazowego L albo przewodów fazowych L1, L2, L3 względem uziemienia instalacji PE. Wynika stąd, że wystarczy kontrolować prąd płynący przez ochronnik 5 umieszczony pomiędzy przewodem neutralnym N i uziemieniem instalacji PE, aby wykrywać prąd odprowadzenia.

Ta zasada leży u podstawy przykładu wykonania z fig. 1.2, gdzie układ detekcyjny 2 określa tylko prąd płynący przez ochronnik 5. Układ stykowy 10 ma tylko jeden styk 1, który bocznikuje ochronnik 5. Ochronnik 5 jest zabezpieczany przed niedopuszczalnie wysokimi napięciami przez połączenie obu końcówek przez małą rezystancję, analogicznie do fig. 1.1.

Na figurze 1.2 układ chroniący 7 przed nadmiernym prądem usuwa się z obwodu prądowego ochronnika 6 i podłącza przed całym urządzeniem. Przy reakc]i urządzenia zabezpieczającego nie tylko ochronniki 5, 6 ale cała instalacja użytkowa zostaje odłączona od sieci. Układ chroniący 7 przed nadmiernym prądem jest utworzony przez istniejący niezależnie bezpiecznik przyłącza domowego. Ten rodzaj układu chroniącego 7 przed nadmiernym prądem jest stosowany w każdym z opisanych niżej przykładów wykonania.

Układ z fig. 1.3 ma podobną budowę, jak na fig. 1.1. Układ stykowy 10 ma także dwa styki 1, z których jeden powoduje bocznikowe ochronnika 5, natomiast drugi w przeciwieństwie do fig. 1.1, połączenie końcówki pierwszego ochronnika 6 połączonej z urządzeniem chroniącym 7 przed nadmiernym prądem z uziemieniem instalayi PE. Nie zmienia to jednak głównej zasady działania, znowu wywołyowany jest przepływ dużego prądu włączającego układ chroniący 7 przed nadmiernym prądem, co powoduje odłączenie ochronnika 6 od sieci.

Na figurze 2.1 do 2.3 są podane przykłady wykonania wynalazku nadające się do trójfazowych instalacji użytkowych. Co do budowy odpowiadają one jednofazowym przykładom wykonania z fig. 1.1 do 1.3. Konkretnie fig. 2.1 pokazuje odpowiednik fig. 1.1, przewody fazowe L1, L2, L3 są zwierane z przewodem neutralnym N, fig. 2.2 odpowiednik fig. 1.3, przewody fazowe L1, L2, L3 są zwierane z uziemieniem instalacji PE, a fig. 2.3 przykład wykonania z fig. 1.2, ochronnik 6 pomiędzy przewodami fazowymi L1, L2, L3 i przewodem neutralnym N i kontrolowany jest tylko prąd płynący przez ochronnik 5. Z powodu identycznego sposobu działania układów jednofazowych i trójfazowych pomija się ponowny dokładny opis działania.

Jeżeli chodzi o realizację układu uruchamiającego 4, możliwe są dwa zasadnicze sposoby: Układ uruchamiający 4 przeprowadza wyłączenie, powrót, czyli otwarcie układu stykowego 10 wykonywane ręcznie. Jako układ uruchamiający 4 można w połączeniu z bezpiecznikami instalacyjnymi albo wyłącznikami ochronnymi prądowymi stosować znany już układ uruchamiający. Według drugiego przykładu po włączeniu układu chroniącego 7 przed nadmiernym prądem albo po zaniku lub przerwaniu prądu odprowadzania, układ uruchamiający 4 w-raca samoczynnie do położenia spoczynkowego, a przykład zostanie opisany w dalszej części.

Styki 1 układu stykowego 10 są znanymi stykami mechanicznymi, ale mogą być również zrealizowane jako podzespoły elektroniczne, na przykład triak.

Układ detekcyjny 2 jest w zasadzie wykonany jako układ czujnikowy czuły na prąd, zwłaszcza przetwornik prądowy albo sumujący przetw-Ornik prądowy.

Sygnał z układu detekcyjnego 2 nie nadaje się do bezpośredniego sterowania układem uruchamiającym 4. Zatem we wszystkich przedstawionych przykładach wykonania wynalazku układ detekcyjny 2 łączy się z układem uruchamiającym 4 przez układ oceniający 3. W układzie oceniającym 3 sygnał dostarczany z układu detekcyjnego 2 można przekształcić na sygnał nadający się dla układu uruchamiającego 4.

Oprócz tego za pomocą tego układu oceniającego 3 wpływa się na sposób uruchomienia całego układu zabezpieczającego. Za pośrednictwem układów opóźniających albo układów magazynowania energii, które mogą być zreałizowane na przykład tak, że sygnał układu detekcyjnego 2 musi naładować kondensator, zanim sygnał zostanie poprowadzony dalej do układu uruchamiającego 4, zapobiega się uruchomieniu przy przejściowych przepięciach, które powinny zostać odprowadzone bez przeszkód przez ochronniki 5, 6. Poza tym stosuje się filtry częstotliwościowe, które odrzucają sygnały nie mające częstotliwości sieci, czyli spo189 410 wodowane przejściowymi przepięciami, które powinny być odprowadzane, również zapobiegając przez to uruchomieniu.

Figura 3 przedstawia konkretny, szczególnie prosty przykład wykonania układu uruchamiającego 4 i układu stykowego 10. Oba elementy są zrealizowane przez jeden podzespół, czyli przekaźnik albo stycznik, którego uzwojenie wzbudzające tworzy układ uruchamiający 4, a styki tworzą układ stykowy 10. Przekaźnik ten jest zasilany napięciem z .sieci, przy czym przewód fazowy L jest poprowadzony przez wyłącznik elektroniczny 31, który jest uruchamiany przez układ detekcyjny 2. Wyłącznik elektroniczny 31 ma mostek prostowniczy 32, którego końcówki napięcia przemiennego są połączone z przewodem fazowym L i przekaźnikiem. W obwodzie prądu stałego zastosowany jest tyrystor 33, którego zapłon jest wywoływany przez układ oceniający 3. Umożliwia do przepływ prądu przez uzwojenie wzbudzające przekaźnika i uruchomienie. Jeżeli zostanie tu zastosowany przekaźnik monostabilny albo stycznik, czyli taki, którego zwora w stanie' bez napięcia jest przestawiana do położenia spoczynkowego siłą sprężystości, po zaniku przepięcia uzyskuje się automatyczny powrót układu uruchamiającego 4.

Układ detekcyjny 2 jest połączony pośrednio poprzez układ oceniający 3 służący w opisany już sposób do dopasowania sygnału albo do spowodowania określonego rodzaju uruchomienia i pokazany wyłącznie symbolicznie'.

Oprócz opisanych dotychczas elementów niezbędnych do działania, urządzenie zabezpieczające ma jeszcze ewentualnie wskaźnik, za pomocą którego wskazuje się, że nastąpiło uruchomienie. Wskaźnik jest dowolnego typu, na przykład optycznego, jak lampka albo przesuwana płytka sygnalizacyjna, albo akustycznego, jak syrena. Wskaźnik jest włączany przy zamknięciu układu stykowego 10, na przykład przy pomocy styku pomocniczego układu stykowego 10, powiadamiając przez to personel kontrolny instalacji o potrzebie wymiany albo ponownego włączenia układu chroniacrego 1 przed nadmiernym prądem i układu uruchamiającego 4. Jeżeh zastosuje się układ uruchamiający 4 o samoczynnym powrocie, wskaźnik pozostaje korzystnie niezależny od tego powrotu, czyli nadal jest włączony, ponieważ tak jak poprzednio, układ chroniący 7 przed przepięciem musi zostać ponownie włączony. Jeżeh nastąpi ponowne włączenie, wskaźnik jest wyłączany, co znowu następuje samoczynnie albo ręcznie.

Przy wystąpieniu prądu odprowadzenia ochronnik pobiera energię elektryczną i zamienia ją na ciepło. Dopiero gdy to obciążenie termiczne przekroczy maksymalną zdolność pochłaniania energii przez ochronnik, dochodzi do zniszczenia albo uszkodzeń ochronnika.

Dotychczas oddzielenie albo bocznikowanie ochronników 5, 6 następuje dopiero wte'dy, gdy płynie przez nie niedopuszczalne duży prąd. Wychodząc z powyższych rozważań dotyczących maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez ochronnik, nie jest konieczne oddzielenie lub bocznikowanie ochronnika natychmiast przy wykryciu niedopuszczalnie dużego prądu, bardziej celowe byłoby natomiast obserwowanie poboru energii przez ochronnik i oddzielenie albo bocznikowanie dopiero przy osiągnięciu albo krótko przed osiągnięciem maksymalnej zdolności pochłaniania energii.

Figury 4, 7 i 8 przedstawiają przykłady wykonania wynalazku, w których zachowuje się to kryterium. Energię dostarczaną do podzespołu rezystancyjnego oblicza się według wzoru: W = u - i · t.

Na figurze 4.1, która pod względem budowy odpowiada fig. 1.2, stosuje się układ oceniający 3', który poprzez układ detekcyjny 2 określa napięcie przyłożone do ochronnika 5 i prąd płynący przez ochronnik 5 oraz przeprowadza powyższe obliczenie'.

Wówczas obliczone ilość energii osiąga ustaloną wartość albo maksymalną zdolność pochłaniania albo wartość niewiele poniżej maksymalnej zdolności pochłaniania, co można określić za pomocą układu rozpoznawania 3, wartości progowej uruchamiany jest układ uruchamiający 4 i ochronnik 5 jest bocznikowany.

JeżeH zabezpieczany ochronnik 5 jest warystorem, co w praktyce jest bardzo częste, dokonuje się uproszczenia podstawowych układów z fig. 4.1. Warystor w stanie małej rezystancji ma tę cechę, że odkładane na nim napięcie ma stałą i znaną wartość, prawie niezależną od prądu.

189 410

Doprowadzana energia jest więc proporcjonalna do jednej niewiadomej, iloczynu i · t, czyli do całki z prądu po czasie. Aby przeprowadzić podane wyżej obliczenie, trzeba więc tylko wyznaczyć iloczyn i • t.

Na figurze 4.2 układ oceniający 3 określający pobór energii dla warystorów, stanowi tylko układ, który całkuje dostarczany z układu detekcyjnego 2 sygnał proporcjonalny do prądu doprowadzania po czasie i układ rozpoznawania 3” wartości progowej, symbolizowany przez komparator, który włącza układ uruchamiający 4, co wykonuje najpóźniej wtedy, gdy energia doprowadzona do ochronnika 1 osiąga maksymalną zdolność pochłaniania.

Układ filtrujący 22, pokazany przerywaną linią jest tylko opcjonalny, co zostanie wyjaśnione później, i na razie nie jest wbudowany.

Figura 5 przedstawia wykres, który wyjaśnia warunek odłączenia szczególnie łatwo graficznie. Punktem wyjściowym dla wykresu jest równanie dla maksymalnej zdolności pochłaniania energii dla warystora:

Wmax = u · i · t, przy u=const => Wmx prop. i · t

Wykreślona prosta q to zbiór wszystkich punktów, w których iloczyn i · t ma stałą wartość zapewniającą maksymalną zdolność pochłaniania przez warystor po pomnożeniu przez napięcie stałe.

Charakterystyka odłączania dla odłącznika ochronnikowego, bez względu na jej dokładny przebieg, leży w całości pod prostą q. Dzięki temu do zabezpieczanego ochronnika 5 nigdy nie doprowadza się zbyt dużej, uszkadzającej go ilości energii.

Figury 6.1 - 6.4 przedstawiają konkretne przykłady wykonania układu oceniającego 3 w postaci układu całkującego. Podzespoły stosowane do funkcji całkowania dobiera się odpowiednio do postaci sygnału dostarczonego z układu detekcyjnego 2. W przypadku fig. 6.1, układ detekcyjny 2 jest wykonany jako przetwornik prądowy, tak więc sygnałem proporcjonalnym do prądu ochronnika jest znowu prąd. Po jego wyprostowaniu przez diodę 61, sygnał ten szczególnie łatwo całkuje się po czasie przy pomocy kondensatora 60: Uc = 1/C i dt. Wynik całki jest przedstawiony w postaci chwilowego napięcia kondensatora.

Przy zastosowaniu czujnika prądowego dostarczającego napięcie stosuje się układ, który całkuje wartości napięcia, a najprostszym przykładem jest tutaj wzmacniacz operacyjny podłączony jako integrator, co widać na fig. 6.1. Napięcie kondensatora jest doprowadzone przez diodę Zenera 70 do przekaźnika uruchamiającego 71, który jest połączony z układem uruchamiającym 4. Jeżeli układ uruchamiający 4 jest wykonany w opisany powyżej sposób przez uzwojenie wzbudzające przekaźnika albo stycznika, uzwojenie wzbudzające stosuje się w układzie połączeń zamiast przekaźnika uruchamiającego 71. Wówczas gdy tylko napięcie kondensatora przekracza wartość napięcia przebicia diody Zenera 70, kondensator 60 rozładowuje się poprzez przekaźnik uruchamiający 71 i powoduje odłączenie albo bocznikowanie ochronników··' 5, 6.

Pojemność kondensatora 60 i napięcie przebicia diody Zenera 70 są przy tym tak dobrane, że odłączenie następuje przed osiągnięciem maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez ochronnik.

Figury 6.2 - 6.4 przedstawiają. inne układy określania wartości progowej przy pomocy diody Zenera 70. Na fig. 6.2 dioda Zenera jest zastawiona przez strukturę tranzystorową 11 pracującą w kierunku zaporowym, która w najprostszym przypadku składa się z pojedynczego tranzystora. Złącze baza^^rmter tego tranzystora jest dołączone w kierunku zaporow-ym szeregowo do przekaźnika uruchamiającego 71 i podobnie jak dioda Zenera, zaczyna przewodzić przy dokładnie określonym napięciu oraz umożliwia przepływ prądu przez przekaźnik uruchamiający 71. Poprzez szeregowe połączenie kilku tranzystorów, pokazanych przerywaną linią w łatwy sposób podwyższa się napięcie przebicia struktury tranzystorowej 11.

W normalnym stanie przez złącze baza-emiter tranzystora przepływają tylko nieznaczne prądy, które z reguły są zbyt małe, żeby spowodować reakcję przekaźnika uruchamiającego 71. Jest więc potrzebne rozszerzenie struktury tranzystorowej 11 o dalsze, bardziej wydajne podzespoły, a ta możliwość jest pokazana na fig. 6.3. Do struktury tranzystorowej 11 włączone są tranzystor^' 12 i 13 oraz rezystory 14 i 15. Kondensator 16 służy do zwierania sygnałów zakłócających. Tranzystory 12 i 13 są włączone do układu sprzężenia zwrotnego

189 410 dodatniego. Rezystory 14 i 15 służą do podłączenia struktury tranzystorowej 11 o dużej rezystancji, przez co nie star^<^^,wi ona obciążenia dla kondensatora 60 podczas jego rozładowywania. Tranzystory 14, 15 dobiera się tak, aby miały duże wzmocnienie prądowe. Wówczas gdy struktura tranzystorowa 11 zaczyna przewodzić w kierunku zaporowym, spadek napięcia na rezystorze 14 powoduje, że tranzystor 12 zostaje przesterowany w stan przewodzenia. Prąd płynący wtedy przez rezystor 15 powoduje spadek napięcia, który powoduje, że tranzystor 13 zaczyna przewodzić. Przez rezystor 14 płynie wtedy jeszcze większy prąd, ponieważ spadek napięcia na tranzystorze 13 w stanie przewodzenia jest znacznie mniejszy.

Prąd włączający przekaźnik uruchamiający 71 płynie prawie w całości przez przewodzące złącza emiler-kolektor tranzystorów 12, 13 może więc mieć amplitudy potrzebne do włączania przekaźnika uruchamiającego, nie powodując uszkodzeń.

Na figurze 6.4 rozpoznanie wartości progowej uzyskuje się przez wzmacniacz operacyjny 21 włączony jako komparator. Całkowanie sygnału proporcjonalnego do prądu ochronnika odbywa się przy pomocy kolejnego wzmacniacza operacyjnego 17, który jest sterowany układem integratora z rezystorem 19 i kondensatorem 18.

Układy rozpoznawania wartości progowej albo układy całkujące pokazane na fig. 6.1 - 6.4 stosuje się w dowolnych kombinacjach, na przykład kondensator 60 na fig. 6.1 - 6.3 zostaje zastąnony wzmacniaczem operacyjnym 17 z fig. 6.4, a także możliwe jest zastąpienie wzmacniacza operacyjnego 21 działającego jako komparator przez strukturę tranzystorową 11 z fig. 6.2 i 6.3.

Przy wystąpieniu niedopuszczalnie dużych przepięć, ochronnik jest w stanie odprowadzić bez przeszkód, czyli bez włączenia się odłącznika ochronnikowego. W wyłączniku opisanym dotychczas jest tak tylko wtedy, gdy ilość energii udaru przepięciowego jest mniejsza od maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez ochronnik.

Według wynalazku odprowadza się przepięcia niezależnie od wartości energii, również gdy powodują one zniszczenia ochronnika. Odporność odłącznika ochronnikowego na prąd udarowy, która w omawianym przykładzie wykonania istnieje tylko przy udarach przepięciowych o małej energii, zostaje rozszerzona również na udary przepięciowe o dużej energii.

W celu spełnienia tego założenia według wynalazku, prądy płynące przez zabezpieczany ochronnik, których częstotliwości są większe niż częstotliwość sieciowa, czyli które są powodowane przez krótkotrwałe przepięcia, na przykład przepięcia powodowane przez piorun, nie są uwzględniane przy obliczaniu energii elektrycznej doprowadzanej do ochronnika.

Jeżeli chodzi o układ połączeń, jest to realizowane w ten sposób, że za układem detekcyjnym 2 włączony jest układ fiłtrujący 22, który ogranicza sygnał proporcjonalny do prądu ochronnika do częs^i^wości mniejszej od częstotliwości sieci albo jej równej. Czasowe przepięcie wspomniane na wstępie mają częstotliwość sieci i w całości wpływają na obliczaną, pobieraną energię, tak więc odłącznik ochronnikowy nadal nie reaguje. W celu spełniania funkcji tłumiącej, układ filtrujący 22 ma charakterystykę fil^^ru dolnoprzepustowego albo pasmowo-przepustowego i jest ustawiony na częstotliwość sieci.

Na figurze 4.2 układ filtujący 22 jest oznaczony linią przerywaną i jest realizowany praktycznie jako zwykły obwód bierny RC, jak to pokazują fg. 6.1 - 6.3, lub dowolny inny znany obwód o wymaganych charakterystykach przenoszenia. W przykładzie wykonania z fig. 4.1 i 4.2 kontroluje się wyłącznie pobór energii przez drugi ochronnik 5.

Figura 7.1. przedstawia, że w ramach wynalazku kontroluje się również dodatkowo pierwszy ochronnik 6. Na fig. 7.1. zastosowany jest w tym celu oddzielny układ detekcyjny 20 do określania prądu płynącego przez ochronnik 6 oraz oddzielny układ oceniający 30 i oddzielny układ uruchamiający 40, który włącza układ stykowy 100 bocznikujący ochronnik 6. Oba ochronniki 5, 6 są całkowicie niezależnie obserwowane pod względem pobieranej energii i odłączane od sieci.

Figura 7.2 przedstawia uproszczenie tego układu. Prądy płynące przez ochronmki 5, 6 są tutaj wprawdzie wyznaczane niezależnie od siebie i całkowane po czasie, ale oba potrzebne' do tego układy oceniające 3, 30 oddziałują na wspólny układ uruchamiający 4 w ten sposób, że każdy układ oceniający 3, 30 włącza układ uruchamiający 4 niezależnie od drugiego, co jest pokazane symbolicznie jako połączenie ich końcówek w element logiczny LUB. Układ

189 410 stykowy 10 połączony z układem uruchamiającym 4 ma tutaj dwa styki 1, za pomocą których jednocześnie bocznikuje się oba ochronniki 5, 6.

W jednofazowych przykładach wykonania z fig. 1.1 i 1.3, stosuje się wspólny układ detekcyjny 2 dla ochronników 5, 6. Wyznacza się tutaj sumę prądów obu ochronników 5, 6, stanowiącą podstawę przy obliczaniu poboru energii. Opcjonalnie wyłączenie następuje dopiero wtedy, gdy osiągnięta zostaje suma zdolności pochłaniania energii dla obu ochronników 5, 6, jednak zakłada się przy tym, że rozkład prądu sumacy-jnego na oba ochronniki jest jednorodny, albo już wtedy, gdy zostaje osiągnięta maksymalna zdolność pochłaniania energii dla jednego ochronnika, przez co nawet przy niejednorodnym rozkładzie prądu sumacyjnego na obu ochronnikach 5, 6 w każdym przypadku unika się uszkodzenia.

Podobne zależności występują również w trójfazowych przykładach wykonania z fig. 2.1 i 2.2, również tutaj każdorazowo oblicza się sumę prądów ochronników. Wartość progową wyłączenia można odpowiednio ustawić pomiędzy pojedynczą i poczwórną zdolnością pochłaniania przez ochronnik.

W układzie o obudowie zgodnej z fig. 2.3 wyznacza się jedynie zdolność pochłaniania energii przez ochronnik 5, analogicznie do jednofazowego przykładu wykonania z fig. 4.2, albo kontroluje się również ochronmki 6, do czego nadaje się kilka rodzajów układu, pokazanych na fig. 8.1 do 8.5.

Figura 8.1 przedstawia zastosowanie oddzielnego układu detekcyjnego 20 dla każdego z ochronników 6, z układem oceniającym 30, układem uruchamiającym 40 i układem stykowym 100 do bocznikowania ochronnika 6.

Figura 8.2 przedstawia, że kontroluje się poszczególne ochronniki 6 za pomocą oddzielnych układów detekcyjnych 20 i układów oceniających 30. Bocznikowanie pierwszych ochronników 6 następuje jednak za pomocą pojedynczego układu stykowego 100 zawierającego trzy połączone mechanicznie styki 1' i uruchamianego przez jeden układ uruchamiający 40. Poszczególne układy oceniające 30 są przy tym w stanie niezależnie od siebie włączać układ uruchamiający 40.

Figura 8.3 przedstawia wspólny układ stykowy 10 do bocznikowania pierwszych ochronmków 6 i drugich ochronników 5, który jest połączony z układem uruchamiającym 4 włączanym przez każdy z układów oceniających 3, 30.

Oprócz oddzielnego kontrolowania poszczególnych pierwszych ochronników 6, istnieje również możliwość obserwowania wyłącznie sumy płynących przez nią prądów. W tym celu istnieją dwie możliwości przedstawione na fig. 8.4 i 8.5.

Figura 8.4. przedstawia, że dla drugiego ochronnika 5 i dla pierwszych ochronników 6 zastosowane są każdorazowo oddzielne układy uruchamiające 4, 40 z oddzielnymi układami stykowymi 10, 100, a na fig. 8.5. pierwsze ochronniki 6 i drugi ochronnik 5 są wprawdzie kontrolowane oddzielnie od siebie, ale bocznikowane przez wspólny układ uruchamiający 4.

Dodatkowy układ detekcyjny 20, układy oceniające 30 i układy uruchamiające 40 sąpod względem działania identyczne z układami detekcyjnymi 2, układami oceniającymi 3 i układami uruchamiającymi 4 i są wykonane podobnie konstrukcyjnie.

189 410

<1

189 410

189 410 μ-

189 410 w-

189 410 •ο·

ΌS

189 410

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie zabezpieczające dla ochronnika przepięciowego, włączonego do elektrycznej sieci zasilającej, który zawiera pierwsze ochronniki podłączone pomiędzy przewodem fazowym albo przewodami fazowymi i przewodem neutralnym albo uziemieniem instalacji oraz drugi ochronnik podłączony pomiędzy przewodem neutralnym i uziemieniem instalacji, zawierające układ detekcyjny określający przynajmniej prąd odprowadzenia na drugim ochronniku oraz układ wyłączający uruchamiany przez układ detekcyjny, znamienne tym, że układ wyłączający jest utworzony przez układ stykowy (10) uruchamiany przez układ uruchamiający (4) połączony z układem detekcyjnym (2) i bocznikujący drugi ochronnik (5) pomiędzy przewodem neutralnym (N) i uziemieniem instalacji (PE) i/lub zwiera końcówki (9) pierwszego ochronnika albo pierwszych ochronników (6) połączone z układami chroniącymi (7) przed nadmiernym prądem z przewodem neutralnym (N) albo uziemieniem instalacji (PE) dla reał^^Ći urządzeń chroniących (7) przed nadmiernym prądem, włączonych pomiędzy przewodem albo przewodami fazowymi (L albo L1, L2, L3) oraz pierwszymi ochronnikami (6), korzystnie bezpieczników topikowych.
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ detekcyjny (2) jest połączony poprzez układ oceniający (3), korzystnie układ opóźniający, układ magazynowania energii, z układem uruchamiającym (4).
3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że układ oceniający (3) jest przystosowany do określania przynajmniej energii elektrycznej pobranej przez drugi ochronmk (5) i włączania układu uruchamiającego (4), przy osągni^^iu ustalonej wartości energii, mniejszej albo równej maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez drugi ochronnik (5).
4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że układ oceniający (3) jest układem szeregowym złożonym z układu całkuj ącego sygnał układu detekcyjnego po czasie oraz układu rozpoznawania (3) wartości progowej.
5. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że zawiera co najmniej jeden następny układ detekcyjny (20) określający prąd odprowadzenia przepływający przez pierwszy ochronnik albo pierwsze ochronniki (6) oraz związany z nim następny układ oceniający (30) określający energię elektryczną pobraną przez ochronnik lub ochronmki (6), który to układ oceniający (30) przy osiągnięciu ustalonej wartości energii, mniejszej albo równej maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez pierwszy ochronnik albo pierwsze ochronniki (6), włącza następny układ uruchamiający (40) albo układ uruchamiający (4), który zwiera pierwszy ochronnńk albo ochronniki (6), przy pomocy natępnego układu stykowego (100) albo przy pomocy dodatkowych styków (1) układu stykowego (10).
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że układy detekcyjne (2, 20) są wykonane korzystnie jako przetw-Ornik prądowy, sumujący przetwornik prądowy.
7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że układy uruchamiające (4, 40) są utworzone przez uzwojenie wzbudzające przekaźnika albo stycznika, a układ stykowy (10,100) przez styki tego samego przekaźnika albo stycznika.
8. Urządzenie według według zastrz. 7, znamienne tym, że zawiera wskaźnńk, korzystnie optyczny, akustyczny, włączany przy zamknięciu układu stykowego (10).
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że układy uruchamiające (4, 40) są przystosowane do samoczynnego otwierania ponownie układu stykowego (10, 100) po zaniku albo przerwaniu prądu odprowadzenia.
10. Urządzenie według zastrz. 8 albo 9, znamienne tym, że wskaźnik pozostaje włączony po otwarciu urządzeń stykowych (10, 100).

189 410