PL189447B1

PL189447B1 - Urządzenie odłączające dla ochronnika przepięciowego

Info

Publication number: PL189447B1
Application number: PL98324772A
Authority: PL
Inventors: Karl Suchentrunk
Original assignee: Felten & Guilleaume Ag Oester
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 2005-08-31
Also published as: SK18498A3; AT405114B; EP0862255A1; PL324772A1; CZ42298A3; ATA22597A

Abstract

1. Urzadzenie odlaczajace dla ochronnika przepieciowego, zawierajace uklad okreslajacy prad plynacy przez ochronnik przepieciowy i uklad odlaczajacy dolaczony do ukladu okreslajacego prad dla oddzielenia ochronnika przepieciowego od sieci, znamienne tym, ze uklad okreslaja- cy (3) prad okresla jednoczesnie energie pobrana przez ochronnik przepieciowy (1) i przy osiagnieciu ustalonej wartosci ener- gii, przez zabezpieczany ochronnik przepie- ciowy, uruchamia uklad odlaczajacy. Fig. 1 a PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie odłączające dla ochronnika przepięciowego, zawierające układ określający prąd płynący przez ochronnik przepięciowy i układ odłączający ochronnik przepięciowy od sieci.

Znane są różne podzespoły stosowane do odprowadzania przepięć w elektrycznych sieciach zasilających. Przykładami są tutaj iskierniki, warystory, diody tłumiące i tym podobne. Ich wspólną cechą jest zależność rezystancji elektrycznej od napięcia. Oznacza to, że poniżej wartości progowej przyłożonego do nich napięcia mają one względnie dużą rezystancję elektryczną, ale gdy tylko napięcie przekroczy wartość progową, ich rezystancja staje się mała.

Własność tę wykorzystuje się do odprowadzania przepięć w sieci, które są najczęściej powodowane uderzeniami piorunów. W tym celu te podzespoły podłącza się w doprowadzeniach instalacyjnych pomiędzy przewody fazowe i uziemienie oraz pomiędzy przewód neutralny i uziemienie.

Wymienioną powyżej wartość progową napięcia wybiera się przy tym w ten sposób, że przyłożone na stałe napięcie sieciowe jest poniżej wartości progowej, tak więc podzespoły mają dużą rezystancję, przez co nie mogą płynąć żadne prądy upływowe albo mogą płynąć wyłącznie nieznaczne prądy.

Jeżeli wystąpi przepięcie, przekraczana jest wartość progowa napięcia, podzespoły uzyskują przez to małą rezystancję i energia przepięcia jest odprowadzana przez podzespoły do ziemi. Można dzięki temu uniknąć wzrostu napięcia sieciowego do niedopuszczalnej wartości. Zależnie od wielkości energii przy przepięciu, w przypadku odprowadzenia występują względnie duże prądy przepływające przez podzespoły do odprowadzania przepięcia, które je ogrzewają.

Każdy podzespół odprowadzający jest przez to narażony na obciążenia termiczne i może je wytrzymywać tylko do pewnego stopnia maksymalnej zdolności pochłaniania energii, zależnie od typu podzespołu, objętości, materiału i tak dalej. Jeżeli zostanie obciążony powyżej tej granicy, dochodzi do zniszczenia lub przynajmniej uszkodzenia podzespołu.

Oprócz względnie krótkich przepięć, powodowanych na przykład uderzeniem pioruna, mogą występować również wzrosty napięcia trwające dłużej, tak zwane czasowe przepięcia, które również powodują, że elementy odprowadzające uzyskują stan odprowadzania o małej rezystancji.

Przyczyna tego jest następująca: sieć niskiego napięcia, wykorzystywana do zasilania instalacji, jest zasilana poprzez transformator z sieci napięcia średniego. Oba punkty gwiazdowe transformatora, pierwotny i wtórny, są uziemione przez wspólną rezystancję uziemienia.

Przy wystąpieniu zwarcia doziemnego w sieci napięcia średniego dochodzi do przepływu prądu i w wyniku tego do spadku napięcia na rezystorze uziemiającym. Wskutek tego występuje wzrost potencjału wtórnego punktu gwiazdowego i przez to przewodu neutralnego sieci napięcia niskiego o wspomniany spadek napięcia na rezystorze uziemiającym. W wyniku tego rośnie również różnica potencjałów pomiędzy przewodem fazowym i uziemieniem w sieci napięcia niskiego.

Pod względem amplitudy wzrosty napięcia trwające dłużej są znacznie mniejsze niż przepięcia powodowane piorunem, jednak mogą one osiągnąć wielokrotność napięcia znamionowego pomiędzy przewodem fazowym i ziemią. Najbardziej niekorzystną własnością przy wzrostach napięcia trwających dłużej, jest ich względnie długi czas działania. Tego rodzaju przepięcia mogą trwać przez kilkaset milisekund, tak więc czas występowania w zwykłej sieci 50 Hz jest równy kilku okresom. Jest z tym związany prąd odprowadzenia działający przez długi czas i w wyniku tego duze obciążenie cieplne podzespołów ochronnikowych.

Podsumowując, podzespół ochronnikowy zostaje uszkodzony albo zniszczony przez oba podane typy przepięcia, uderzenie pioruna lub czasowe przepięcie. W wyniku tego dany podzespół po zaniku przepięcia nie osiąga już pełnej rezystancji, tak więc podczas normalnej pracy do ziemi płyną prądy, których nie można zaniedbać. Tego typu uszkodzony podzespół musi więc zostać rozpoznany i oddzielony od sieci za pomocą odłącznika ochronnikowego. W tym celu, aby ponowne przepięcie mogło zostać odprowadzone do ziemi, musi nastąpić wymiana uszkodzonego podzespołu i ponowne włączenie odłącznika ochronnikowego.

Znane są z europejskich opisów patentowych nr 261 606, 613 226 i 576 395 urządzenia zabezpieczające, które zawierają układ odłączający dla każdego toru prądowego prowadzące4

189 447 go od przewodu sieciowego poprzez ochronnik, przy czym te tory prądowe zbiegają się za układem odłączającym w jeden przewód uziemiający. W ten wspólny przewód jest wmontowany układ kontrolny działający na zasadzie wyłącznika zabezpieczającego przed prądem uszkodzeniowym. Każdy z proponowanych odłączników ochronnikowych w obwodzie wtórnym sumującego przekładnika prądowego ma układ opóźniający, za pomocą którego zapobiega się reakcji wyłącznika również na prądy wywołane przez przepięcia, uzyskuje się więc odporność wyłącznika na prądy udarowe.

Znany jest z austriackiego opisu patentowego nr 394 285 wyłącznik ochronny prądowy do kontroli uszkodzonych podzespołów ochronnikowych. Ochronniki są umieszczone za wyłącznikiem ochronnym prądowym. Każdy prąd płynący przez ochronnik jest prądem płynącym do ziemi, a więc jest prądem uszkodzeniowym powodującym uruchomienie prądowego wyłącznika ochronnego, a odprowadzane niedopuszczalnie wysokie prądy powodują wyłączenie wyłącznika.

Znany jest z austriackiego opisu patentowego nr 391 571 odłącznik ochronnikowy dla każdego podzespołu ochronnikowego. Zasada działania odłącznika jest taka, jak prądowego wyłącznika ochronnego. Prąd płynący przez ochronnik jest wyznaczany przez przetwornik przetykowy. Prąd powstający w uzwojeniu wtórnym przetwornika przetykowego ładuje kondensator, a przy osiągnięciu określonego napięcia ładowania następuje otwarcie styku połączonego szeregowo z podzespołem ochronnikowym.

We wszystkich podanych rozwiązaniach zawsze odczekuje się na uszkodzenie albo zniszczenie podzespołu ochronnikowego i dopiero potem, w wyniku niedopuszczalnie dużego prądu odprowadzenia, następuje odłączenie układu odprowadzającego przepięcie albo uszkodzonego podzespołu ochronnikowego.

Dopuszcza się, żeby podzespoły ochronnikowe zostały zniszczone termicznie również przez przepięcia tylko nieznacznie przekraczające napięcie znamionowe, a zatem raczej bezpieczne, co powoduje duże zużycie podzespołów ochronnikowych.

Według wynalazku urządzenie odłączające ma styk przerywający, połączony szeregowo z ochronnikiem przepięciowym i uruchamiany przez zamek wyłączający, przy osiągnięciu ustalonej wartości energii przez zabezpieczony ochronnik przepięciowy.

Korzystnie według wynalazku urządzenie odłączające ma układ chroniący przed przepięciem, połączony szeregowo z ochronnikiem przepięciowym, korzystnie bezpiecznik topikowy, oraz styk dołączony równolegle do ochronnika przepięciowego. Wyłączenie ochronnika następuje dzięki temu nie przez otwarcie styku, ale przez uruchomienie układu chroniącego przed nadmiernym prądem, korzystnie poprzez stopienie się bezpiecznika, wywołane przez szczególnie szybkie zwarcie ochronnika przepięciowego. W porównaniu ze stykami w bezpiecznikach można w znacznie prostszy sposób uzyskać większy odstęp styków, tak więc zapobiega się skutecznie tworzeniu się łuku świetlnego i przez to opóźnieniu albo uniemożliwieniu wyłączenia.

Korzystnie układ określający energię składa się z układu szeregowego z pierwszym obwodem do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy, drugim obwodem, który całkuje sygnał po czasie i obwodem wyznaczania wartości progowej, który uruchamia zamek wyłączający. Jest to wykorzystywane w podzespołach ochronnikowych, w których napięcie zmniejszającego się przy małej rezystancji jest w przybliżeniu stałe i znane. Można nie stosować układu do wyznaczania tego napięcia, co znacznie upraszcza cały układ określający energię.

Korzystnie obwód do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy jest wykonany jako przetwornik prądowy, korzystnie przetwornik przetykowy, dzięki czemu wytwarza się prąd pomiarowy oddzielony galwanicznie od prądu odprowadzanego i znacznie mniejszy pod względem amplitudy.

Korzystnie obwód do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy jest wykonany jako czujnik Halla, dzięki czemu wytwarza się również sygnał oddzielony galwanicznie, tym razem w postaci napięcia.

Korzystnie obwód do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy jest wykonany jako cewka indukcyjna, dzięki czemu uzyskuje się napięcie proporcjonalne do prądu w sposób prostszy niż przy czujniku Halla.

189 447

Korzystnie obwód całkujący zawiera prostownik i kondensator, co umożliwia prostą i skuteczną realizację funkcji całkowania. Obwód całkujący zawiera prostownik i wzmacniacz operacyjny podłączony jako integrator. Wzmocnienie takiego układu ze wzmacniaczem operacyjnym ustawia się poprzez dobór tworzących go elementów, a amplitudę sygnału wyjściowego dopasowuje się do wymagań podłączanych podzespołów. Obwód wyznaczania wartości progowej tworzy się przy pomocy diody Zenera. Tego typu podzespół ma dokładnie określony i stały w czasie próg włączenia, dzięki czemu zapewnia się wyłączanie odłącznika ochronnikowego nie zmieniające się w czasie.

Korzystnie obwód wyznaczania wartości progowej jest utworzony przez wzmacniacz operacyjny. Próg wyłączenia takiego układu ustawia się i zmienia szczególnie łatwo poprzez dobór napięcia odniesienia.

Korzystnie obwód wykrywania wartości progowej jest wykonany przez obwód tranzystorowy pracujący w kierunku zaporowym co nie wymaga napięcia roboczego, tak więc nie trzeba stosować podzespołów potrzebnych do jego wytwarzania.

Korzystnie za obwodem do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy umieszcza się obwód filtrujący ograniczający sygnał proporcjonalny do prądu ochronnika do częstotliwości mniejszych albo równych częstotliwości sieciowej, co skutecznie zmniejsza prawdopodobieństwo błędnych uruchomień przy krótkotrwałych przepięciach, które należy bez przeszkód odprowadzać.

Korzystnie obwód filtrujący ma charakterystykę filtru dołnoprzepustowego albo pasmowo-przepustowego, dzięki czemu skutecznie tłumi się wpływ odprowadzanych prądów o dużych częstotliwościach na uruchomienie zamka wyłącznika.

Zaletą wynalazku jest opracowanie odłącznika ochronnikowego, w którym nie trzeba czekać na termiczne przeciążenie podzespołu ochronnikowego, spowodowane przepływem prądu, natomiast można uniknąć takiego przeciążenia. Osiąga się to dzięki temu, że urządzenie określa energię elektryczną pobraną przez ochronnik przepięciowy i uruchamia układ wyłączający przy osiągnięciu ustalonej wartości energii, która jest mniejsza lub równa maksymalnej możliwej zdolności pochłaniania energii przez zabezpieczany ochronnik przepięciowy. Dzięki temu przed albo przy wystąpieniu maksymalnego dopuszczalnego ogrzania ochronnika, zatrzymuje się doprowadzanie energii, a więc i ciepła, tak że można uniknąć wynikających stąd uszkodzeń albo zniszczeń.

Zaletą wynalazku jest uniemożliwienie termicznego przeciążenia podzespołu ochronnikowego, które jest wywoływane przez przepływający przez niego prąd. W tym celu kontroluje się ilość energii doprowadzonej do ochronnika, takiego jak warystor, dioda tłumiąca albo tym podobny, i oddziela się ochronnik od sieci najpóźniej przy osiągnięciu maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez podzespół, a korzystnie przy wartości nieco poniżej maksymalnej zdolności pochłaniania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. la przedstawia w schemacie blokowym pierwszy przykład wykonania odłącznika ochronnikowego według wynalazku, fig. Ib - w schemacie blokowym drugi przykład wykonania odłącznika ochronnikowego według wynalazku, fig. 2 - układ z fig. la do zastosowania przy warystorach, ze szczegółowym przedstawieniem układu określającego energię, fig. 3 wykres prądu względem czasu warystora, fig. 4a-c - układy odłącznika ochronnikowego według wynalazku, z uruchamianiem zamka wyłącznika niezależnym od napięcia w sieci, fig. 5 odłącznik ochronnikowy z fig. 4a, b, z uruchamianiem zamka wyłącznika zależnym od napięcia w sieci, a fig. 6a-c -układ wykrywający obciążenie podzespołu ochronnikowego.

Figura la przedstawia w podstawowym schemacie blokowym odłącznik ochronnikowy, który zawiera układ wykrywający 3 prąd płynący przez ochronnik przepięciowy 1 i dołączony do niego układ wyłączający, powodujący odłączenie ochronnika przepięciowego 1 od sieci. W przykładzie wykonania z fig. la układ wyłączający jest utworzony przez styk przerywający 2 połączony szeregowo z zabezpieczanym ochronnikiem przepięciowym 1, który jest włączany przez zamek wyłączający 4.

Figura lb przedstawia drugi przykład wykonania urządzenia odłączającego, które składa się z dwóch części, czyli z układu chroniącego 21 przed przepięciem, połączonego szeregowo z ochronnikiem przepięciowym 1, korzystnie wykonanym jako bezpiecznik topikowy, oraz

189 447 styku zwierającego 22 połączonego równolegle z ochronnikiem przepięciowym 1 i uruchamianego przez zamek wyłączający 4.

Przewody a, b są dowolnymi przewodami elektrycznej sieci zasilającej. W zwykłej sieci trójfazowej przewód a zwykle tworzy przewód fazowy L1, L2 lub L3, a przewód b tworzy przewód ochronny PE, choć według wynalazku możliwe jest także włączenie układu szeregowego zawierającego ochronnik przepięciowy 1 i styk przerywający 2 pomiędzy innymi parami przewodów, na przykład przewodami L1-N, L2-N, L3-N, L1-L2 i tym podobnymi.

Energię dostarczoną do podzespołu rezystancyjnego oblicza się według wzoru: W = u - i -t i stosuje się układ wykrywający 3, który określa napięcie przyłożone do ochronnika 1 oraz prąd płynący przez ochronnik 1 i przeprowadza powyższe obliczenie.

Po osiągnięciu przez wyliczoną ilość energii ustalonej wartości, albo maksymalnej zdolności pochłaniania energii albo wartości leżącej niewiele poniżej maksymalnej zdolności pochłaniania, uruchamiany jest zamek wyłączający 4, w wyniku czego w przykładzie wykonania z fig. 1a zostaje otwarty styk przerywający 2 i ochronnik 1 zostaje oddzielony od sieci. W przykładzie wykonania z fig. 1b zostaje zamknięty styk zwierający 22 i przez to ochronnik przepięciowy 1 uzyskuje małą rezystancję. Powstające przez to zwarcie pomiędzy przewodami a, b wywołuje duży prąd płynący przez układ chroniący 21 przed przepięciem, w wyniku czego następuje włączenie, oddzielając ochronnik 1 od sieci.

Jeżeli zabezpieczany ochronnik 1 jest warystorem, co w praktyce zdarza się bardzo często, można dokonać uproszczenia podstawowych schematów blokowych z fig. 1a i 1b. Warystor w stanie małej rezystancji ma tę cechę, że zmniejszone na nim napięcie ma stałą i znaną wartość, prawie niezależną od prądu.

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

Figura 2 przedstawia układ określający 3 energię dla warystorów, który zawiera pierwszy obwód 5 do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy 1, drugi obwód 6 do całkowania sygnału po czasie i obwód rozpoznawania 7 wartości progowej symbolizowany przez komparator, który włącza zamek wyłączający 4, co wykonuje najpóźniej wtedy, gdy energia doprowadzona do ochronnika 1 osiąga maksymalną zdolność pochłaniania. Zamiast przedstawionego styku przerywającego 2 z fig. 1b, można połączyć styk zwierający 22 z układem chroniącym 21 przed przepięciem, czego nie pokazano dokładnie na fig. 2.

Figura 3 określa dokładniej wspomniany warunek odłączenia w sposób graficzny. Punktem wyjściowym dla wykresu jest równanie dla maksymalnej zdolności pochłaniania energii dla warystora:

Wmax = u - i -t, przy u=const => Wmax prop. i -1

Wykreślona prosta g to zbiór wszystkich punktów, w których iloczyn i-t ma stałą wartość określającą maksymalną zdolność pochłaniania energii przez warystor przy pomnożeniu przez stałe napięcie.

Charakterystyka odłączania dla odłącznika ochronnikowego według wynalazku, bez względu na jej dokładny przebieg, leży w całości pod prostą g. Dzięki temu do zabezpieczanego ochronnika nigdy nie można doprowadzić zbyt dużej, uszkadzającej go wartości energii.

Figury 4a i 4b przedstawiają szczególnie prosty, praktyczny przykład wykonania układu z fig. 2.

Układ zawiera ochronnik przepięciowy 1, w którego torze prądowym umieszczony jest styk przerywający 2. Na fig. 4a styk przerywający 2 jest podłączony za ochronnikiem przepięciowym 1. Na fig. 4b styk przerywający 2 jest podłączony przed ochronnikiem przepięciowym 1. Możliwe jest również odłączenie obu biegunów ochronnika 1 poprzez zastosowanie styków przerywających 2 uruchamianych przez zamek wyłączający 4 na obu jego doprowadzeniach, co zostało pokazane przerywanymi liniami na fig. 4b.

Figura 4c przedstawia praktyczny przykład wykonania układu z fig. 2, przy czym układ odłączający jest wykonany zgodnie z fig. 1b. Jak zaznaczono przerywanymi liniami, układ chroniący 21 przed przepięciem można usunąć z obwodu prądowego ochronnika 1 i podłą189 447 czyć przed całym układem. Przy reakcji układu odłączającego nie tylko ochronnik 1, ale cała instalacja użytkowa zostaje odłączona od sieci. Układ chroniący 21 przed przepięciem może w takim układzie zostać wykonany jako bezpiecznik przyłącza domowego stosowany niezależnie.

Prąd płynący przez ochronnik 1 w tych przykładach wykonania jest wyznaczany za pomocą przetwornika prądowego 50. Jako szczególnie korzystny z powodu nieskomplikowanej budowy okazuje się przetwornik przetykowy. Zamiast przetwornika prądowego 50 korzysta się z innej możliwości pomiaru prądu. Przykładami są tutaj czujnik Halla albo cewka indukcyjna, w której prąd płynący przez ochronnik 1 indukuje napięcie stosowane bezpośrednio jako sygnał proporcjonalny do prądu.

Układ filtrujący 10, pokazany linią przerywaną, jest tylko opcjonalny, co zostanie wyjaśnione w dalszej części, i obecnie nie jest wbudowany; kondensator jest więc usunięty, a rezystor zastąpiony przez zwarcie przewodów.

Sygnał dostarczany z czujników prądu jest teraz całkowany po czasie. Zależnie od postaci sygnału dostarczonego przez czujnik prądowy, trzeba w tym celu zastosować właściwe podzespoły. W przykładzie wykonania z fig. 4 sygnałem proporcjonalnym do prądu ochronnika jest znowu prąd, który po wyprostowaniu przez diodę 61 szczególnie łatwo całkuje się po czasie przy pomocy kondensatora 60: Uc = 1/C i dt. Wynik całki jest więc przedstawiony w postaci chwilowego napięcia kondensatora.

Przy zastosowaniu czujnika prądowego dostarczającego napięcie stosuje się układ, który całkuje wartości napięcia; najprostszym przykładem jest tutaj wzmacniacz operacyjny podłączony jako integrator, co można porównać z fig. 6c.

Napięcie kondensatora jest prowadzone poprzez diodę Zenera 70 do przekaźnika uruchamiającego 71, który jest połączony z zamkiem wyłączającym 4. Wówczas gdy tylko napięcie kondensatora przekroczy wartość napięcia przebicia diody Zenera 70, kondensator 60 rozładowuje się poprzez przekaźnik uruchamiający 71 i powoduje odłączenie, co następuje przez otwarcie styku przerywającego, 2, jak również zgodnie z podstawowym układem z fig. 1b przez zwarcie ochronnika przepięciowego 1 i późniejsze uruchomienie układu chroniącego 21 przed przepięciem, włączonego przed ochronnikiem przepięciowym 1.

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

Do ponownego włączania odłącznika ochronnikowego stosuje się uruchamiany ręcznie element zwrotny 8. Jeżeli układ odłączający jest wykonany jako styk zwierający 22 i układ chroniący 21 przed przepięciem, dodatkowo do powrotu zamka wyłączającego 4 trzeba dokonać ponownego włączenia albo wymiany układu chroniącego 21 przed przepięciem.

Opisany sposób uruchamiania zamka wyłączającego 4 jest niezależny od napięcia w sieci, ale w zakresie wynalazku uruchamianie zamka wyłączającego następuje zależnie od napięcia w sieci, jak przedstawia fig. 5.

Figura 5 przedstawia układ, którego budowa odpowiada budowie układu z fig. 4a, przy czym kondensator 60 rozładowuje się tutaj jednak przez przekaźnik 72, który uruchamia zamek wyłączający 4 nie bezpośrednio, ale łączy przekaźnik uruchamiający 71 z siecią przez styk 73. Dzięki temu reaguje przekaźnik uruchamiający 71 i uruchamia połączony z nim roboczo zamek wyłączający 4.

Zamiast styku przerywającego 2 można znowu zastosować styk zwierający 22 mostkujący ochronnik przepięciowy 1 w połączeniu z układem chroniącym 21 przed przepięciem, połączonym szeregowo z ochronnikiem przepięciowym 1.

Jak zwykle w każdego rodzaju wyłącznikach ochronnych, również w przypadku odłącznika ochronnikowego według wynalazku można zastosować układ kontrolny. Jest on wykonany jako drugie uzwojenie pierwotne 51 przetwornika prądowego 50, które łączy się z siecią przez przycisk 9. Przy uruchomieniu przycisku 9 symulowany jest niedopuszczalnie duży prąd płynący przez ochronnik przepięciowy 1, który przy prawidłowym działaniu wyłącznika powoduje jego uruchomienie.

Na fig. 4 i 5 jest zastosowany układ szeregowy zawierający ochronnik przepięciowy 1 i styk przerywający 2 albo układ szeregowy zawierający zwierany ochronnik przepięciowy 1 i układ chroniący 21 przed przepięciem, w obu przypadkach pomiędzy przewodami L oraz PE. Nie

189 447 oznacza to jednak żadnego ograniczenia wynalazku do tych dwóch przewodów, co wspomniano już w związku z objaśnieniem fig. 1 i 2, a te układy szeregowe podłącza się pomiędzy dowolnymi parami przewodów elektrycznej sieci zasilającej.

Figury 6a-c przedstawiają wyznaczanie wartości progowej, które odbywa się według wynalazku także innymi metodami. Dla przejrzystości na tych figurach przedstawiono tylko podłączenie przekaźnika uruchamiającego 71, pozostałe elementy odłącznika ochronnikowego według wynalazku zostały pominięte.

Na fig. 6a dioda Zenera jest utworzona przez strukturę tranzystorową 11 pracującą w kierunku zaporowym, którą w najprostszym przypadku tworzy pojedynczy tranzystor. Złącze baza-emiter tego tranzystora jest włączone w kierunku zaporowym szeregowo do przekaźnika uruchamiającego 71, podobnie jak dioda Zenera zaczyna przewodzić przy dokładnie określonym napięciu i umożliwia dzięki temu przepływ prądu przez przekaźnik uruchamiający 71. Poprzez szeregowe podłączenie kilku tranzystorów, pokazanych przerywaną linią, można w łatwy sposób podwyższyć napięcie przebicia struktury tranzystorowej 11.

W zwykłym przypadku przez złącze baza-emiter tranzystora mogą przepływać tylko nieznaczne prądy, które z reguły są zbyt małe, aby spowodować reakcję przekaźnika uruchamiającego 71. Jest więc potrzebne rozszerzenie struktury tranzystorowej 11 o dalsze bardziej wydajne podzespoły, która to możliwość jest pokazana na fig. 6b.

Do struktury tranzystorowej 11 są włączone tranzystory 12 i 13 oraz rezystory 14 i 15. Kondensator 16 stosowany do zwierania sygnałów zakłócających. Tranzystory 12 i 13 są włączone do układu sprzężenia zwrotnego dodatniego. Rezystory 14 i 15 służą do podłączenia struktury tranzystorowej 11 przy dużej rezystancji, przez co nie stanowi ona obciążenia dla kondensatora 60 podczas jego rozładowywania. Tranzystory 14 i 15 należy dobrać 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 wywołuje spadek napięcia, który powoduje, ze tranzystor 13 zaczyna przewodzić. Przez rezystor 14 płynie 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 odcinki emiter-kolektor tranzystorów 12, 13, może więc mieć amplitudy potrzebne do włączania przekaźnika uruchamiającego, nie powodując uszkodzeń.

W układzie z fig. 6c rozpoznawanie wartości progowej uzyskuje się przez wzmacniacz operacyjny 20 podłączony jako komparator. Całkowanie sygnału proporcjonalnego do prądu ochronnika odbywa się za pomocą 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. 6a-c są stosowane w dowolnych kombinacjach, przykładowo kondensator 60 z fig. 6a, b może zostać zastąpiony wzmacniaczem operacyjnym z fig. 6c. Z kolei możliwe jest również zastąpienie wzmacniacza operacyjnego 20 działającego jako komparator przez strukturę tranzystorową 11 z fig. 6a, b.

Przy wystąpieniu niedopuszczalnie wysokich przepięć, ochronnik musi być w stanie odprowadzać bez przeszkód, czyli bez włączenia się odłącznika ochronnikowego. W wyłączniku opisanym do tej pory jest tak tylko wtedy, gdy ilość energii udaru przepięciowego jest mniejsza od maksymalnej zdolności pochłaniania energii przez ochronnik.

Umożliwione jest odprowadzanie przepięć niezależnie od wartości energii, również gdy w wyniku powodują one zniszczenie ochronnika. Odporność odłącznika ochronnikowego na prąd udarowy, która w omawianym przykładzie wykonania istnieje tylko przy udarach przepięciowych o małej energii, musi zostać rozszerzona również na udary przepięciowe o dużej energii.

W celu spełnienia tego założenia według wynalazku, prądy płynące przez zabezpieczany ochronnik przepięciowy 1, których częstotliwości są większe niż częstotliwość sieciowa, czyli które są powodowane przez krótkotrwałe przepięcia, na przykład przepięcia spowodowane przez piorun, nie są uwzględniane przy obliczaniu energii elektrycznej doprowadzonej do ochronnika przepięciowego 1.

189 447

Jeżeli chodzi o układ połączeń, jest to realizowane w ten sposób, że za układem 5 do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy 1 włączony jest układ filtrujący 10, który ogranicza sygnał proporcjonalny do prądu ochronnika do częstotliwości mniejszej od częstotliwości sieci albo jej równej. Czasowe przepięcia wspomniane na wstępie mają częstotliwość sieci i przez to w całości wpływają na obliczaną przyjmowaną energię, tak więc odłącznik ochronnikowy nadal na nie reaguje.

W celu spełniania wspomnianej funkcji tłumiącej, układ filtrujący 10 ma charakterystykę filtru dolnoprzepustowego albo pasmowo-przepustowego i jest ustawiony na częstotliwość sieci.

Na fig. 2 ten układ filtrujący 10 jest pokazany linią przerywaną. Jest on realizowany praktycznie jako obwód RC, co pokazują fig. 4 i 5, ale może być także dowolnym innym znanym obwodem mającym wymagane charakterystyki przenoszenia.

Fig. 2

189 447

1OOOO

Fig.3

CZAS URUCHOMIENIA/ms

1000

100

o

PRJ^D/A wyr z-.*

189 447

ΡΕ

189 447

Fig. 5

189 447

Fig.óc

189 447

Fig. 1b

Fig. 1a

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie odłączające dla ochronnika przepięciowego, zawierające układ określający prąd płynący przez ochronnik przepięciowy i układ odłączający dołączony do układu określającego prąd dla oddzielenia ochronnika przepięciowego od sieci, znamienne tym, że układ określający (3) prąd określa jednocześnie energię pobraną przez ochronnik przepięciowy (1) i przy osiągnięciu ustalonej wartości energii, przez zabezpieczany ochronnik przepięciowy, uruchamia układ odłączający.
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ odłączający ma styk przerywający (2) połączony szeregowo z ochronnikiem przepięciowym (1) i uruchamiany przez zamek wyłączający (4).
3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ odłączający zawiera układ chroniący (21) przed przepięciem, połączony szeregowo z ochronnikiem przepięciowym (1), korzystnie bezpiecznikiem topikowym, oraz styk zwierający (22), połączony równolegle z ochronnikiem przepięciowym (1) i uruchamiany przez zamek wyłączający (4).
4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienne tym, że układ określający (3) energię stanowi układ szeregowy, z pierwszym obwodem (5) do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy (1), drugim obwodem (6) do całkowania sygnału po czasie i obwodem (7) do wyznaczania wartości progowej dla uruchamiania zamka wyłączającego (4).
5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że obwód (5) do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy (1) jest utworzony przez przetwornik prądowy, korzystnie przetwornik przetykowy.
6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że obwód (5) do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy (1) jest utworzony przez czujnik Halla.
7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że obwód (5) do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy (1) jest utworzony przez cewkę indukcyjną.
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że obwód całkujący (6) zawiera prostownik (61) i kondensator (60).
9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że obwód całkujący (6) zawiera prostownik (61) i wzmacniacz operacyjny (17) podłączony jako integrator.
10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że obwód rozpoznawania (7) wartości progowej jest utworzony przez diodę Zenera (70).
11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że obwód rozpoznawania (7) wartości progowej jest utworzony przez wzmacniacz operacyjny (20).
12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że obwód rozpoznawania (7) wartości progowej jest utworzony przez strukturę tranzystorową (11) pracującą w kierunku zaporowym.
13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że za obwodem (5) do tworzenia sygnału proporcjonalnego do prądu płynącego przez ochronnik przepięciowy (1) jest podłączony układ filtrujący (10) do ograniczania sygnału proporcjonalnego do prądu ochronnika do częstotliwości mniejszych albo równych częstotliwości sieci.
14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że układ filtrujący (10) ma charakterystykę filtru dolnoprzepustowego.
15. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że układ filtrujący (10) ma charakterystykę filtru pasmowo-przepustowego.

189 447