PL192066B1 - Układ wyłącznika ochronnego - Google Patents

Abstract

1. Uklad wylacznika ochronnego, do analizy do- ziemnych pradów zaklóceniowych w instalacji elek- trycznej, zawierajacy zespól wykrywania pradu i zespól analizy pradu, do wytwarzania sygnalu elek- trycznego przy wystapieniu doziemnych pradów zaklóceniowych, który jest doprowadzany do zesty- ków przerywajacych lub do elementów pólprzewod- nikowych przyrzadu wylaczajacego, dolaczonego przed instalacja, przy czym uklad wylacznika jest umieszczony w obudowie oddzielonej od przyrzadu wylaczajacego, znamienny tym, ze w ukladzie ana- lizy (1) jest wlaczona pierwsza cewka (6') transfor- matora (T6), która jest polaczona z zespolem anali- zy (11) pradu poprzez zespól przeksztalcania (38) sygnalu, dostarczanego przez zespól analizy (11) pradu, przy czym pierwsza cewka (6') transformato- ra (T6), wlaczona w ukladzie analizy (1), jest sprze- zona z druga cewka (6") transformatora (T6) w przy- rzadzie wylaczajacym (2) zawierajacym zestyki prze- rywajace (20). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ wyłącznika ochronnego do analizy doziemnych prądów zakłóceniowych, występujących w instalacji elektrycznej, z zespołem wykrywania prądu i zespołem analizy prądu, który przy wystąpieniu doziemnych prądów zakłóceniowych wytwarza sygnał elektryczny powodujący otwarcie zestyków przerywających lub zablokowanie półprzewodnikowego zespołu wyłączającego, dołączonego przed instalacją. Układ jest umieszczony w obudowie oddzielonej od przyrządu wyłączającego, zawierającego zestyki przerywające, stanowiącego na przykład wyłącznik ochronny różnicowy, wyłącznik samoczynny instalacyjny, stycznik lub wyłącznik albo przyrządu wyłączającego, zawierającego półprzewodnikowy zespół wyłączający.

Prądy zakłóceniowe mają w zasadzie ten sam przebieg, co prądy obciążeniowe pobierane przez odbiorniki instalacji elektrycznej. Tak więc oprócz zwykłych prądów przemiennych występują także impulsowe prądy stałe, które w czasie każdego okresu prądu sieci są równe zero albo prawie zero podczas połowy okresu, a także stałe prądy zakłóceniowe lub prądy o małej pulsacji. Oba ostatnie typy występują w odbiornikach, które zawierają układy prostownicze.

Znane są układy ochronne różnicowe czułe na prąd impulsowy, które wykrywają jednocześnie zakłóceniowe prądy przemienne i impulsowe zakłóceniowe prądy stałe za pomocą jednego przekładnika prądowego sumującego, które jednak nie nadają się do gładkich zakłóceniowych prądów stałych.

Do wykrywania tych zakłóceniowych prądów stałych znany jest układ ochronny różnicowy, czuły na prąd impulsowy, rozbudowany o drugi przekładnik prądowy sumujący, reagujący wyłącznie na zakłóceniowe prądy stałe. Obwody wtórne obu przekładników prądowych sumujących działają przy tym poprzez wspólny zamek wyłącznika na wspólne urządzenie zestykowe. Wszystkie wspomniane zespoły rozbudowanego wyłącznika, czułego na wszystkie prądy, są umieszczone we wspólnej obudowie.

Przy wykonywaniu instalacji z reguły stosuje się prostszą, a więc mniej kosztowną wersję wyłącznika ochronnego różnicowego, czułego na prąd impulsowy, o ile pozwalają na to własności odbiorników. Jeżeli wskutek późniejszej rozbudowy instalacji stanie się konieczne zastosowanie wyłącznika ochronnego różnicowego, czułego na wszystkie prądy, to wyłącznik czuły na prąd impulsowy trzeba wymienić.

Pożądane jest, aby część wykrywająca przemienny albo impulsowy prąd zakłóceniowy, która i tak jest potrzebna w każdej instalacji, jak również układ zestykowy wyłącznika ochronnego różnicowego, były umieszczone oddzielnie od zespołów wykrywania dalszych typów prądu zakłóceniowego.

Znane jest z jednej strony zastosowanie kompletnego wyłącznika ochronnego różnicowego, a więc wyposażonego w przekładnik prądowy sumujący, zamek wyłącznika i układ zestykowy, a z drugiej strony zastosowanie zespołu dodatkowego, który zawiera wyłącznie przekładnik prądowy sumujący. Wyłącznik ochronny różnicowy oraz zespół dodatkowy mają oddzielne obudowy, dzięki czemu każdy element jest wymienialny niezależnie od innego.

Uruchomienie zamka wyłącznika następuje elektromagnetycznie, to jest przez doprowadzenie do cewki z ruchomą zworą sygnału elektrycznego. Aby zarówno wyłącznik ochronny różnicowy, jak i zespół dodatkowy mogły w równym stopniu oddziaływać na zamek wyłącznika, wspomniana cewka jest złożona z dwóch uzwojeń odizolowanych od siebie, z których pierwsze jest podłączone do obwodu wtórnego wyłącznika ochronnego różnicowego, a drugie do obwodu wtórnego dodatkowego przekładnika prądowego sumującego.

Dla przenoszenia sygnału elektrycznego, wytwarzanego przez zespół dodatkowy, do wyłącznika ochronnego różnicowego potrzebne są przewody, które łączą uzwojenie wtórne dodatkowego przekładnika prądowego sumującego i drugie uzwojenie cewki uruchamiającej zamek wyłącznika. Te przewody muszą być odłączane albo przyłączane przy zakładaniu instalacji i przy każdej wymianie jednego z obu elementów, przez co zwiększa się koszt okablowania, zarówno pod względem materiału, jak i czasu pracy.

Znany jest z francuskiego opisu patentowego nr 2 643 195 wyłącznik różnicowy, który ma zwykłe zespoły, jak zestyki przerywające, przekładnik prądowy sumujący z uzwojeniem wtórnym i wyzwalacz elektromagnetyczny, który jest połączony elektrycznie z uzwojeniem wtórnym i oddziałuje mechanicznie na zestyki przerywające.

Podstawową ideą tego opisu nr 2 643 195 jest połączenie modułu elektronicznego, do którego jest podłączony czujnik, z tym wyłącznikiem różnicowym, a ten moduł służy do wyzwalania wyłącznika różnicowego wtedy, gdy wielkość fizyczna wykrywana przez czujnik osiąga ustaloną warPL 192 066 B1 tość, przy której występuje niebezpieczeństwo dla instalacji elektrycznej. Odnośnie sposobu oddziaływania modułu na wyłącznik różnicowy, podanych jest w tym opisie kilka możliwości.

Pierwsza możliwość istnieje, gdy moduł jest połączony przede wszystkim z zaciskami przyłączeniowymi wyłącznika różnicowego, które są dołączone równolegle do rezystora kontrolnego lub równolegle do przycisku kontrolnego. Przez zwarcie obu tych elementów, rezystora kontrolnego i przycisku kontrolnego, symuluje się prąd zakłóceniowy, który indukuje napięcie w przekładniku prądowym sumującym, a w dalszej kolejności prowadzi do wyzwolenia wyłącznika różnicowego.

Druga możliwość oddziaływania modułu elektronicznego na wyłącznik różnicowy polega na tym, że moduł jest połączony z drugim uzwojeniem wyzwalacza. Przy odbiorze sygnału błędu z czujnika, moduł dostarcza napięcie do uzwojenia, przez co również następuje wyzwolenie.

Przesyłanie sygnału z modułu elektronicznego do wyłącznika różnicowego następuje przez przewody sieciowe. Pierwszy przykład sposobu przesyłania przewiduje, że moduł jest dołączony do trzech przewodów sieciowych i ma dwa obwody szeregowe z rezystorem i wyłącznikiem, na jednym końcu połączone z przewodem uziemiającym, a na drugim końcu z przewodem fazowym lub neutralnym. Jeżeli czujnik sygnalizuje przekroczenie ustalonej wartości kontrolowanej wielkości fizycznej, spowoduje zamknięcie obu wyłączników i wytworzenie doziemnych prądów zakłóceniowych, które są wykrywane przez wyłącznik różnicowy i powodują jego wyzwolenie. Według drugiego przykładu moduł elektroniczny ma nadajnik wielkiej częstotliwości, który jest połączony z przewodami sieciowymi. Jeżeli czujnik dostarcza sygnał błędu do modułu, to nadajnik wysyła zakodowaną informację przewodami sieciowymi, a wyłącznik różnicowy jest wyposażony w odbiornik/dekoder, który odbiera tę informację i powoduje wyzwolenie.

Układ wyłącznika ochronnego według wynalazku charakteryzuje się tym, że w układzie analizy jest włączona pierwsza cewka transformatora, która jest połączona z zespołem analizy prądu poprzez zespół przekształcania sygnału, dostarczanego przez zespół analizy prądu, przy czym pierwsza cewka transformatora, włączona w układzie analizy, jest sprzężona z drugą cewką transformatora w przyrządzie wyłączającym zawierającym zestyki przerywające.

Korzystnie przyrządem wyłączającym zawierającym zestyki przerywające jest wyłącznik ochronny różnicowy.

Korzystnie przyrządem wyłączającym zawierającym zestyki przerywające jest wyłącznik samoczynny instalacyjny.

Korzystnie przyrządem wyłączającym zawierającym zestyki przerywające jest stycznik.

Korzystnie przyrządem wyłączającym zawierającym zestyki przerywające jest wyłącznik uruchamiany ręcznie lub mechanicznie.

Korzystnie przyrząd wyłączający zawiera wyłączające elementy półprzewodnikowe.

Korzystnie do zespołu analizy jest dołączony sterownik do załączania urządzeń wskaźnikowych.

Korzystnie urządzeniem wskaźnikowym jest komputer osobisty.

Korzystnie urządzeniem wskaźnikowym jest syrena.

Korzystnie urządzeniem wskaźnikowym jest lampka.

Korzystnie do przyrządu wyłączającego jest dołączony kompensacyjny przekładnik prądowy zespołu wykrywania prądu zakłóceniowego.

Korzystnie zespół wykrywania prądu zakłóceniowego w postaci rezystora bocznikującego jest włączony w przewód ochronny.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie układu analizy doziemnych prądów zakłóceniowych, płynących w instalacji elektrycznej, w którym sygnał elektryczny wytwarzany w przypadku błędu jest przesyłany do przyrządu wyłączającego, dołączonego przed instalacją, bez udziału przewodów łączących.

Następną zaletą wynalazku jest zapewnienie przyrządu wyłączającego z zestykami przerywającymi, jak na przykład wyłącznik ochronny różnicowy, wyłącznik samoczynny instalacyjny, stycznik lub wyłącznik albo przyrządu wyłączającego, zawierającego półprzewodnikowy zespół wyłączający, który reaguje na sygnał elektryczny wytwarzany przez opisany wyżej zespół analizy prądu i dokonuje wyłączenia instalacji elektrycznej.

Dzięki wynalazkowi przesyłanie sygnału elektrycznego jest niezależne od przewodów zasilania sieciowego, więc działa bez zakłóceń nawet przy przerwaniu przewodów zasilania sieciowego. Można więc łatwo zmieniać charakterystykę układu wyłącznika ochronnego według wynalazku, czyli dane elektryczne, jak przebieg, częstotliwość, amplitudę prądu zakłóceniowego, przy których ma następować wyzwolenie, a także można realizować analizę prądu zakłóceniowego wymagającą złożonych obliczeń matematycznych. Przy przeprogramowywaniu czyli zmianie charakterystyki, układ

PL 192 066B1 według wynalazku pozostaje wbudowany w instalację, a poza tym nie trzeba wymieniać żadnych zespołów z pamięcią programu względnie mogą one pozostać podczas przeprogramowywania.

Dzięki wynalazkowi można łatwo pokazać rozpoznany stan błędu instalacji. Otrzymuje się bardzo prosty i dobrze działający zespół wykrywania prądu, który bardzo dokładnie odwzorowuje doziemne prądy zakłóceniowe.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia podstawowy schemat blokowy układu wyłącznika ochronnego według wynalazku, fig. 2 - schemat blokowy układu z fig. 1, z urządzeniem symulującym stan błędu instalacji, fig. 3 - schemat blokowy układu z fig. 1, z urządzeniem wytwarzającym elektryczne sygnały sterujące, modulowane częstotliwością sieci oraz z zespołem wykrywania i przekształcania sygnału elektrycznego przy otwieraniu zestyków przerywających, fig. 4 - przyrząd wyłączający wykonany jako wyłącznik ochronny różnicowy z innym zespołem wykrywania i przekształcania sygnału elektrycznego, fig. 5 - pierwszy przykład wykonania przyrządu wyłączającego wykonanego jako wyłącznik półprzewodnikowy, fig. 5a, 5b - schematy układu scalonego LM 1893, za pomocą którego realizuje się układy sterujące, fig. 6 do 8 - następne przykłady wykonania wyłącznika półprzewodnikowego, fig. 6a do 8a - schematy przykładów wykonania układów sterujących z fig. 6 do 8, fig. 9 - schemat blokowy z fig. 1z przesyłaniem przez transformator sygnału wyzwalającego przyrząd wyłączający, fig. 10 - schemat blokowy układu analizy prądu z przyrządem wyłączającym z fig. 9, fig. 11 -inny przykład wykonania przyrządu wyłączającego z fig. 10 i fig. 12 - schemat blokowy przekładnika prądowego kompensacyjnego, sumującego do wykrywania prądu.

Figura 1 przedstawia układ wyłącznika ochronnego, w którym przyrząd wyłączający 2, powodujący odłączenie instalacji elektrycznej od sieci przy wystąpieniu doziemnego prądu zakłóceniowego w tej instalacji, jest oddzielony od układu analizy 1 doziemnych prądów zakłóceniowych, występujących w instalacji. Układ analizy 1, podobnie jak wyłącznik ochronny różnicowy, zawiera zespół wykrywania 10 prądu zakłóceniowego i włączony za nim zespół analizy 11 prądu.

Układ analizy 1i przyrząd wyłączający 2 są przy tym połączone tak, że przy wykryciu niedopuszczalnie dużego doziemnego prądu zakłóceniowego, układ analizy 1 powoduje otwarcie zestyków przerywających 20 przyrządu wyłączającego 2.

Zaleta tego typu modułowej budowy układu ochronnego polega na tym, że jego charakterystyka pracy, która jest określona przez układ analizy 1, może zostać zmieniona przez wymianę albo modyfikację samego układu analizy 1. Możliwość oddziaływania układu analizy 1na przyrząd wyłączający 2, która jest oznaczona symbolicznie linią przerywaną 3, jest uzyskiwana za pomocą sygnału elektrycznego, wytwarzanego przez układ analizy 1 i przekazywanego do przyrządu wyłączającego 2, który powoduje otwarcie zestyków przerywających 20 przyrządu wyłączającego 2, dołączonego przed instalacją lub w przypadku, gdy przyrząd wyłączający 20 tworzy wyłącznik półprzewodnikowy 24, powoduje zablokowanie elementów półprzewodnikowych D1-D6 z fig. 6 do 8.

Jako środek transmisji sygnału według pierwszego przykładu wykonania wynalazku, stosuje się przewody 4 zasilania sieciowego, przechodzące zarówno przez układ analizy 1, jak i przyrząd wyłączający 2. Wtym celu układ analizy 1jest wyposażony w przyłącze sieciowe 5 do dostarczania sygnału elektrycznego do przewodów 4 zasilania sieciowego.

Odnośnie typu sygnału elektrycznego przewiduje się przy tym dwa przykłady wykonania opisane poniżej:

Figura 2 przedstawia pierwszy przykład wykonania, w którym sygnał elektryczny symuluje doziemny prąd zakłóceniowy. Przyrząd wyłączający 2 musi wtedy być wykonany jako wyłącznik ochronny różnicowy 21, który reaguje na symulowany stan błędu instalacji odłączeniem instalacji od sieci. Przyłącze sieciowe 5 do dostarczania sygnału elektrycznego do przewodów 4 zasilania sieciowego zawiera rezystor 6 o małej rezystancji i wyłącznik 9, który jest włączany przez zespół analizy 11. Poprzez wyłącznik 9 rezystor 6 jest połączony z przewodem fazowym L1 i przewodem ochronnym PE, a wynik pozostaje taki sam, jeżeli rezystor 6 jest połączony z jednym z obu pozostałych przewodów fazowych L2 albo L3 i przewodem ochronnym PE.

Figura 3 przedstawia drugi przykład wykonania, który przewiduje, że sygnał elektryczny jest sygnałem o względnie małej mocy, mającym częstotliwość różną od częstotliwości sieci, modulowanym napięciem sieci przez przyłącze sieciowe 5 do dostarczania sygnału elektrycznego, wykonany jako układ modulujący.

Podłączony przyrząd wyłączający 2 nie musi być przy tym wyłącznikiem ochronnym różnicowym, ale może być także wykonany jako wyłącznik samoczynny instalacyjny 22, stycznik 23, wyłączPL 192 066 B1 nik półprzewodnikowy 24, wyłącznik 29 itp. Przyrząd wyłączający 2 jest wyposażony w zespół 7 wykrywania i przekształcania sygnału elektrycznego modulowanego napięciem sieci, aby otworzyć zestyki przerywające 20. Na fig. 3 zespół 7 jest przedstawiony przy przyrządzie wyłączającym, wykonanym jako stycznik 23 i zawiera odbiornik 70, który zasila cewkę 25 stycznika 23 napięciem sieciowym poprzez styk wyłączający 71.

Przy zastosowaniu innych typów przyrządów wyłączających 2 stosuje się inne zespoły 7, jednak jeżeli chodzi o działanie, są one identyczne z zespołem 7z fig. 3.

Figura 4 pokazuje, że w przypadku wyłącznika ochronnego różnicowego 21 albo wyłącznika samoczynnego instalacyjnego 22, cewka 25 z fig. 3 może być zastąpiona przez cewkę 25', która oprócz głównej cewki wyzwalającej 26 działa na zworę uderzającą 27, uruchamiającą zamek 28 wyłącznika. Główna cewka wyzwalająca 26 jest przy tym połączona, jak zwykle przy różnicowym wyłączniku ochronnym 21, z uzwojeniem wtórnym przekładnika prądowego sumującego albo przy wyłączniku samoczynnym instalacyjnym 22, z kontrolowanym przewodem, co nie zostało pokazane na fig. 4.

W wyłączniku 29 następuje włączenie ręczne albo mechaniczne, przy czym w obu przypadkach jest naciągany układ sprężynowy, który napina zestyki przerywające 20 w kierunku położenia otwartego. Gdy tylko zestyki przerywające 20 osiągną położenie zamknięte, układ sprężynowy zostaje zablokowany. Wyłączenie następuje przez odblokowanie układu sprężynowego, który w wyniku jego naprężenia wstępnego otwiera zestyki przerywające 20. Odblokowanie może następować ręcznie albo za pomocą roboczego wyzwalacza prądowego, który przy zastosowaniu wyłącznika 29 jako przyrządu wyłączającego 2 jest włączony do zespołu 7 o budowie odpowiadającej fig. 3.

Figura 5 pokazuje wyłącznie przyłącze sieciowe 5 do dostarczania sygnału elektrycznego do przewodów 4 zasilania sieciowego oraz przyrząd wyłączający 2 wykonany jako wyłącznik półprzewodnikowy 24. Przyłącze sieciowe 5 wykonane jako układ modulujący i odbiornik 70 posiadają po jednym transformatorze T1, T2 do dostarczania sygnału do przewodów 4 zasilania sieciowego albo do odłączania od nich sygnału. Do cewek transformatorów T1, T2 po stronie sieci są podłączone szeregowo kondensatory C do odblokowania napięcia sieciowego. Zespół przekształcania 30 sygnału po stronie układu analizującego lub zespół przekształcania 31 sygnału po stronie wyłącznika są specjalnymi obwodami scalonymi lub obwodami specyficznymi dla klienta, wyposażonymi w układy zewnętrzne. Korzystne jest realizowanie obu zespołów przekształcania 30, 31 sygnałów za pomocą obwodów scalonych tego samego typu. Ponadto możliwe jest realizowanie zespołów przekształcania 30, 31 sygnałów przez układy scalone do określonych zastosowań.

Z fig. 5 wynika, że zadanie zespołu przekształcania 30 sygnału polega na tym, aby sygnał pochodzący z zespołu analizy 11 przekształcać na sygnał transformowany, a zadanie zespołu przekształcania 31 sygnału polega na tym, aby sygnał pobierany przez transformator przekształcać na sygnał stosowany do włączenia wyłącznika 71. Odpowiednio do wymagań i własności sygnału dostarczonego z zespołu analizy 11 albo sygnału sterującego wyłącznikiem, zespoły przekształcania 30, 31 sygnałów mają znaną postać.

Na fig. 5 wyłącznik półprzewodnikowy 24 charakteryzuje się tym, że w każdy podłączony przewód zasilania sieciowego są włączone przeciwrównolegle tyrystory D1, D2, z których pierwszy przewodzi podczas dodatniej połowy przebiegu napięcia sieci, a drugi podczas ujemnej połowy przebiegu napięcia sieci. Sterowanie tyrystorami D1, D2 następuje poprzez układ sterujący 32, który oddziela potencjał tyrystorów za pomocą transformatorów T3, T4 albo steruje nimi za pomocą przekaźnika półprzewodnikowego 33 (fig. 6).

Figura 6a pokazuje układ sterujący 32 wykonany jako rezystor. Inna możliwość polega na wykonaniu układu sterującego 32 jako źródła prądu.

Figury 7 i 8 pokazują dwa kolejne przykłady wykonania wyłącznika półprzewodnikowego 24. Na fig. 7 element IGBT D3 jest włączony w przekątną mostka prostownika mostkowego D4, przez co za pomocą dwubiegunowego elementu IGBT D3 można włączać prąd przemienny.

Na fig. 8 dwa tranzystory polowe MOS D5, D6, połączone przeciwlegle szeregowo, przejmują funkcję wyłącznika prądu przemiennego. W obu przypadkach sterowanie każdym półprzewodnikowym zespołem wyłączającym D3, D5, D6 następuje przez układy sterujące 32 za pomocą transformatora T5. Obwody sterujące 32 są wykonane na przykład jako generatory samodławne, pokazane szczegółowo na fig. 7a i 8a.

Przyłącze sieciowe 5 i odbiornik 70 przedstawione na fig. 5 pozostają niezmienione, niezależnie od sposobu wykonania wyłącznika półprzewodnikowego 24 i z tego powodu nie przedstawiono ich

PL 192 066B1 ponownie na fig. 6, 7, 8. We wszystkich przykładach wykonania w przewodzie zasilania sieciowego występują półprzewodnikowe zespoły wyłączające D1-D6 i ich układ sterowania, nie zawsze pokazane.

We wszystkich przykładach wykonania z fig. 5 do 8 odbiornik 70 oddziałuje na układ sterujący 32 i przy wykryciu sygnału wyzwalającego, modulowanego napięciem sieci przez przyłącze sieciowe 5, powoduje przestawienie półprzewodnikowych zespołów wyłączających D1-D6 w stan nieprzewodzenia.

To oddziaływanie może następować pośrednio, jak przedstawiono liniami ciągłymi, poprzez wyłącznik 71. Układ sterujący 32 rozpoznaje włączenie wyłącznika 71i reaguje na nie w ten sposób, że półprzewodnikowe zespoły wyłączające D1-D6 zostają przestawione w stan nieprzewodzenia. Z drugiej strony, jak przedstawiono liniami przerywanymi, może występować połączenie z układem sterującym 32 bezpośrednie i tym połączeniem przesyłany jest sygnał również powodujący, że układ sterujący 32 zablokuje półprzewodnikowy zespół wyłączający D1-D6.

Alternatywnie do przesyłania sygnału elektrycznego, powodującego otwarcie zestyków wyłączających 20 albo zablokowanie półprzewodnikowych zespołów wyłączających D1 -D6, z układu analizy 1 do przyrządu wyłączającego 2, poprzez sieciowe przewody łączeniowe, stosuje się przesyłanie sygnału transformatorowe.

Figura 9 pokazuje schemat układu wyłącznika prądowego, odpowiadającego schematowi z fig. 3, przy czym nie występuje przyłącze sieciowe 5. Do realizacji przesyłania transformatorowego sygnału elektrycznego jest zastosowany transformator T6, którego pierwsza cewka 6' jest umieszczona w układzie analizy 1, a druga cewka 6 w przyrządzie wyłączającym 2. Pierwsza cewka 6' jest połączona z zespołem analizy 11 poprzez zespół przekształcania 38 sygnału, dostarczanego z zespołu analizy 11, na sygnał transformowany. Zespół przekształcania 38 sygnału ma zadanie podobne do zespołu przekształcania 30 sygnału z fig. 5. W najprostszym przypadku zespół przekształcania 38 sygnału jest wykonany jako generator samodławny, tak jak przedstawiono na fig. 7a i 8a.

Na fig. 10 układ analizy 1 i przyrząd wyłączający 2 są umieszczone w pobliżu siebie w szafie przyłączowej, to znaczy w małej odległości przestrzennej, w której występuje sprzężenie magnetyczne cewek 6'i 6 wystarczające do przesyłania transformatorowego. Pierwsza cewka 6' transformatora T6 jest połączona z zespołem analizy 11 poprzez zespół przekształcania :38 sygnału, dostarczanego przez zespół analizy 11, na sygnał transformowalny.

Na fig. 9 i 10 jako przyrząd wyłączający 2 jest pokazany wyłącznik ochronny różnicowy, w którym sygnał wyzwalający jest przekazywany przez transformator. Odebrany sygnał jest doprowadzany do cewki 34 przekaźnika, której zestyk włączający 35 łączy przewód fazowy L1 przed wyłącznikiem ochronnym różnicowym 21 z przewodem neutralnym N za wyłącznikiem ochronnym różnicowym 21 poprzez rezystor 36 i przez to jest wytwarzany prąd zakłóceniowy, prowadzący do wyzwolenia. Jeżeli energia przekazywanego sygnału nie wystarcza do wzbudzenia cewki 34 przekaźnika, można przed nią podłączyć układ wzmacniający. Przy otwieraniu zestyku wyłączającego 20 jest otwierany zestyk dodatkowy 37 podłączony szeregowo do zestyku wyłączającego 35 przekaźnika, aby uniknąć opóźnienia napięcia.

Dla uproszczenia wyłącznik ochronny różnicowy 21 i moduł wyzwalający, zawierający drugą cewkę 6, cewkę 34 przekaźnika, zestyk 35 i rezystor 36, zostały pokazane oddzielnie, a w praktyce korzystne jest zintegrowanie modułu wyzwalającego w obudowie wyłącznika ochronnego różnicowego 21.

Na fig. 11 jest pokazany nieco inny przykład wykonania modułu wyzwalającego niż na fig. 10. Cewka 34 przekaźnika i zestyk 35 są zastąpione dwoma włączonymi przeciwlegle szeregowo tranzystorami polowymi MOS z układem sterującym.

Zamiast przedstawionego wytwarzania prądu zakłóceniowego, wyzwolenie wyłącznika ochronnego różnicowego 21 uzyskuje się również przy przekazywaniu sygnału wyzwalającego przez transformator, analogicznie do fig. 4, poprzez cewkę włączaną przez sygnał wyzwalający, działającą dodatkowo na zworę wyzwalającą 27 wyłącznika ochronnego różnicowego 21.

Ponadto możliwe jest zastosowanie zamiast wyłącznika ochronnego różnicowego 21 każdego innego typu przyrządu wyłączającego, również wyłącznika samoczynnego instalacyjnego 22, stycznika 23, wyłącznika półprzewodnikowego 24, wyłącznika 29 itp.

Budowa układu analizy 1 jest podobna do zwykłego wyłącznika ochronnego różnicowego i poza przyłączem sieciowym 5 do dostarczania sygnału elektrycznego do przewodów 4 zasilania sieciowego albo pierwszą cewką 6' transformatora zawiera zespół wykrywania 10 prądu i zespół analizy 11.

Zespół wykrywania 10 prądu w najprostszym przypadku jest wykonany jako rezystor bocznikujący, włączony w przewód ochronny PE. Spadek napięcia na nim stanowi dokładne odwzorowanie

PL 192 066 B1 prądu zakłóceniowego. Kolejny przykład wykonania to przekładnik prądowy sumujący, znany już w wyłączniku ochronnym różnicowym, albo kompensacyjny sumujący przekładnik prądowy 40, jak przedstawiony na fig. 11.

Kompensacyjny sumujący przekładnik prądowy 40 zawiera żelazny rdzeń 41 ze szczeliną powietrzną 42, poprzez który przechodzą wszystkie przewody 4 zasilania sieciowego. W szczelinie powietrznej 42 jest umieszczony element Halla 43, do którego jest doprowadzany prąd dostarczany ze źródeł napięcia 44, 45. Przy wystąpieniu doziemnego prądu zakłóceniowego, w żelaznym rdzeniu 41 powstaje pole magnetyczne, które wytwarza na elektrodach 46, 47 elementu Halla 43 napięcie proporcjonalne do natężenia tego prądu. To napięcie jest doprowadzane do wzmacniacza 48, którego wyjście jest połączone z cewką 49 nawiniętą wokół żelaznego rdzenia 41. Cewka 49 wytwarza prąd o takiej wartości, że wytwarzane pole magnetyczne w żelaznym rdzeniu 41 znosi magnetyzację wywołaną przez prąd zakłóceniowy. Ten prąd kompensacyjny stanowi więc odwzorowanie występującego aktualnie prądu zakłóceniowego i poprzez układ pomiarowy 50 prądu, który w najprostszym przypadku jest wykonany jako rezystor bocznikujący, jest doprowadzany do zespołu analizy 11.

Zespół analizy 11 jest wykonany jako zespół elektroniczny sterowany programowo, zawierający na przykład mikroprocesor, mikrosterownik, cyfrowy procesor sygnałowy itp. Tego typu programowalne zespoły analizy 11 oceniają wykryte doziemne prądy zakłóceniowe odnośnie wielu różnych parametrów jednocześnie. Przykładowo podaje się takie typy prądu zakłóceniowego, które rozpoznaje w taki sposób: zakłóceniowe prądy przemienne o częstotliwości sieci albo o częstotliwości innej niż częstotliwość sieci, które są wywoływane przez zwykłe odbiorniki prądu przemiennego, impulsowe i gładkie zakłóceniowe prądy stałe, które pochodzą z odbiorników z układami prostowniczymi oraz prądy przemienne i impulsowe prądy stałe z obciętymi połówkami fal, które są wytwarzane przez odbiorniki z układem sterowania obcinaniem fazy.

Przez odpowiednie programowanie zespołu analizy 11 określa się zarówno przebieg, jak i wartość prądu zakłóceniowego, przy której ma nastąpić wyzwolenie. Przeprowadzane przez oprogramowanie sprawdzanie doziemnych prądów zakłóceniowych o różnych przebiegach jest pokazane symbolicznie na fig. 2 i 3, poprzez równoległe podłączenie większej liczby bloków funkcyjnych F1 - Fn, a możliwość ustalania amplitudy, od której ma nastąpić wyzwolenie, oddzielnie dla każdego typu prądu zakłóceniowego, jest przedstawiona przez wyłącznik wartości granicznej, podłączony za blokami funkcyjnymi, także realizowany przez oprogramowanie.

Ponieważ analiza doziemnych prądów zakłóceniowych jest przeprowadzana przez układy pracujące cyfrowo, należy przekształcić na postać cyfrową analogowy, doziemny prąd zakłóceniowy, który jest dostarczany przez zespół wykrywania 10 prądu zakłóceniowego. Jeżeli nie jest możliwe dokonanie tego przekształcenia przez sam zespół analizy 11, pomiędzy zespołem wykrywania 10 i zespołem analizy 11 należy podłączyć oddzielny układ przetwarzania wstępnego 18 sygnału. Oprócz albo zamiast przekształcania na postać cyfrową, układ ten przeprowadza wszelkie dostosowanie sygnału doziemnego prądu zakłóceniowego, na przykład wzmacnianie, tłumienie, filtrowanie itp.

Sygnał wyzwalający, wytwarzany przez bloki funkcyjne F1 - Fn i wyłączniki wartości granicznej, jest przesyłany bez opóźnienia albo z dowolnym opóźnieniem do przyłącza sieciowego 5, aby dostarczyć sygnał do przewodów 4 zasilania sieciowego albo do pierwszej cewki 6' transformatora, co na rysunku symbolizuje odpowiedni blok, a w praktyce jest realizowane przez oprogramowanie.

Układ analizy 1 według wynalazku dokonuje więc innej oceny doziemnych prądów zakłóceniowych, występujących w instalacji niż zwykłe wyłączniki ochronne różnicowe. Szczególnie korzystny sposób zastosowania układu według wynalazku do analizy prądów w instalacji polega na połączeniu go ze zwykłym wyłącznikiem prądowym różnicowym 21 i rozszerzeniu jego zakresu reagowania.

Jest to szczególnie korzystne wtedy, gdy do instalacji podłączonej za wyłącznikiem ochronnym różnicowym 21 są dołączone odbiorniki, które wytwarzają prądy niewykrywalne przez wyłącznik ochronny różnicowy 21. Dzięki zaprogramowaniu zespołu analizy 11 dopasowuje się dokładnie charakterystykę reagowania układu analizy 1 według wynalazku, a przez to charakterystykę wyzwalania wyłącznika ochronnego różnicowego, do różnych typów doziemnego prądu zakłóceniowego, wytwarzanego przez dołączone odbiorniki. Przy dalszej rozbudowie instalacji o odbiorniki jeszcze innego typu, nie trzeba już modyfikować budowy układów ochronnych, lecz tylko dostosować program zespołu analizy 11.

W celu realizacji programu zespołu analizy 11 można wymontować pamięć programową ROM, EPROM z układu analizy 1, zaprogramować we właściwych urządzeniach, a potem znowu wmontować do układu analizy 1.

PL 192 066B1

Korzystniejsze jest jeszcze wyposażenie zespołu analizy 11 układu analizy 1. w łącze 12 interfejsu lub szyny, co umożliwia połączenie układu analizy 1 z przyrządem programującym tak, że programowanie wykonuje się bez wymontowywania i wmontowywania zespołu analizy 11. Zastosowane łącze 12 interfejsu lub szyny wybiera się dowolnie, a korzystnie stosuje się układy standardowe, jak RS232, RS485, szyna IEC itp.

Oprócz programowania zespołu analizy 11, poprzez interfejs lub szynę 16 przesyła się również sygnał elektryczny, powodujący wyzwolenie przyrządu wyłączającego 2. Przez to zgłasza się fakt wystąpienia błędu w instalacji, na przykład w układach wskaźnikowych, jak komputer osobisty 13, syrena 14 lub lampka 15.

Oprócz przesyłania sygnału poprzez interfejs lub szynę 16 tak, jak przedstawiono na rysunku, stosuje się oddzielnie od interfejsu lub szyny 16, sterownik 17, który przesyła sygnał wyzwalający do układów wskaźnikowych stanu błędu, jak komputer osobisty 13, syrena 14lub lampka 15.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ wyłącznika ochronnego, do analizy doziemnych prądów zakłóceniowych w instalacji elektrycznej, zawierający zespół wykrywania prądu i zespół analizy prądu, do wytwarzania sygnału elektrycznego przy wystąpieniu doziemnych prądów zakłóceniowych, który jest doprowadzany do zestyków przerywających lub do elementów półprzewodnikowych przyrządu wyłączającego, dołączonego przed instalacją, przy czym układ wyłącznika jest umieszczony w obudowie oddzielonej od przyrządu wyłączającego, znamienny tym, że w układzie analizy (1) jest włączona pierwsza cewka (6') transformatora (T6), która jest połączona z zespołem analizy (11) prądu poprzez zespół przekształcania (38) sygnału, dostarczanego przez zespół analizy (11) prądu, przy czym pierwsza cewka (6') transformatora (T6), włączona w układzie analizy (1), jest sprzężona z drugą cewką (6) transformatora (T6) w przyrządzie wyłączającym (2) zawierającym zestyki przerywające (20).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przyrządem wyłączającym (2) zawierającym zestyki przerywające (20) jest wyłącznik ochronny różnicowy (21).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przyrządem wyłączającym (2) zawierającym zestyki przerywające (20) jest wyłącznik samoczynny instalacyjny (22).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przyrządem wyłączającym (2) zawierającym zestyki przerywające (20) jest stycznik (23).
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przyrządem wyłączającym (2) zawierającym zestyki przerywające (20) jest wyłącznik (29) uruchamiany ręcznie lub mechanicznie.
6. 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przyrząd wyłączający (2) zawiera wyłączające elementy półprzewodnikowe (D1 - D6).
7. 7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że do zespołu analizy (11) jest dołączony sterownik (17) do załączania urządzeń wskaźnikowych.
8. 8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że urządzeniem wskaźnikowym jest komputer osobisty (13).
9. 9. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że urządzeniem wskaźnikowym jest syrena (14).
10. 10. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że urządzeniem wskaźnikowym jest lampka (15).
11. 11. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że do przyrządu wyłączającego (2) jest dołączony kompensacyjny przekładnik prądowy (40) zespołu wykrywania (10) prądu zakłóceniowego.
12. 12. Układ według zastrz. 11, znamienny tym, że zespół wykrywania (10) prądu zakłóceniowego w postaci rezystora bocznikującego jest włączony w przewód ochronny (PE).