PL238725B1 - Układ wyłącznika różnicowoprądowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ wyłącznika różnicowoprądowego, przeznaczony do instalowania w sieciach elektroenergetycznych niskiego napięcia, dla ochrony ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym.

Znany z polskiego opisu patentowego PL 211991, wyłącznik różnicowoprądowy do pracy przy częstotliwościach prądu różnicowego z zakresu od 50 do 10 000 Hz zawiera przekładnik różnicowy, przez który przechodzą przewody czynne obwodu oraz wyzwalacz spolaryzowany z elementem wykonawczym połączonym z zestykami głównymi na przewodach czynnych obwodu. Blok ograniczenia wpływu częstotliwości włączony jest pomiędzy uzwojeniem wtórnym przekładnika różnicowego a wyzwalaczem spolaryzowanym. Punkt pracy przekładnika różnicowego usytuowany jest w obszarze nasycenia poza poszerzoną pętlą histerezy. Blokiem ograniczenia wpływu częstotliwości może być dwupulsowy prostownik niesterowany, który zbudowany jest z czterech diod w postaci mostka Graetza.

Znany wyłącznik różnicowoprądowy nie jest odporny na występowanie składowej stałej prądu, która może powodować nasycanie się rdzenia przekładnika prądowego i w efekcie błędne działanie zabezpieczenia. Budowa układu wyzwalacza spolaryzowanego wyłącznika różnicowoprądowego jest złożona, co powoduje, że znany układ jest podatny na uszkodzenia i zmiany parametrów wyzwalania.

Istota układu wyłącznika różnicowoprądowego według wynalazku polega na tym, że wejście fazowe połączone jest ze stykiem wspólnym pierwszego zestyku przełączającego przekaźnika, którego styk rozwierny połączony jest z wejściem zasilającym fazowym zasilacza sieciowego niskiego napięcia, a wejście neutralne połączone jest z wejściem zasilającym neutralnym zasilacza sieciowego niskiego napięcia, z końcówką pierwszą rezystora gigantyczno-magnetooporowego, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora. Końcówka druga rezystora połączona jest z końcówką pierwszą cewki przekaźnika, którego końcówka druga cewki połączona jest ze stykiem zwiernym zestyku pierwszego przekaźnika, z wyjściem pierwszym zasilacza niskiego napięcia i z wyjściem fazowym. Wyjście drugie zasilacza niskiego napięcia połączone jest ze stykiem rozwiernym zestyku drugiego przekaźnika. Rdzeń magnetyczny uformowany jest w kształcie rozciętego pierścienia, ze szczeliną magnetyczną, w której umieszczony jest rezystor gigantyczno-magnetooporowy.

Układ wyłącznika różnicowoprądowego według wynalazku, nie tylko umożliwia pomiar prądów różnicowych linii zasilających i rozłączenie obwodu monitorowanego sieci elektroenergetycznej w przypadku przekroczenia dopuszczalnego prądu upływności, chroniąc ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym przy dotyku pośrednim jak i bezpośrednim oraz ograniczając skutki uszkodzeń urządzeń podłączonych do sieci elektroenergetycznej, ale również dzięki wprowadzeniu odpowiednio włączanego do zabezpieczanego obwodu zasilacza niskiego napięcia, zapewnia ciągłość zasilania odbiorników niskiej mocy. Ponadto układ wyłącznika różnicowoprądowego jest odporny na efekt nasycania się rdzenia magnetycznego występującego w przekładniku, a także umożliwia monitorowanie prądów różnicowych o szerokim paśmie częstotliwości włącznie ze składową stałą, dzięki czemu jest układem uniwersalnym. Układ cechuje się ponadto dużą niezawodnością oraz prostą konstrukcją.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku przedstawiającym schemat układu wyłącznika różnicowoprądowego. Wejście We fazowe L układu według wynalazku połączone jest z końcówką pierwszą pierwszego przewodu przechodzącego przez rdzeń magnetyczny Rd i połączonego swoją końcówką drugą ze stykiem wspólnym pierwszego zestyku przełączającego przekaźnika P, którego styk rozwierny połączony jest z wejściem zasilającym fazowym zasilacza sieciowego niskiego napięcia Zs. Rdzeń magnetyczny Rd, uformowany jest w kształcie rozciętego pierścienia ze szczeliną magnetyczną, w której umieszczony jest rezystor gigantyczno-magnetooporowy GMR. Wejście We neutralne N układu według wynalazku połączone jest z końcówką pierwszą drugiego przewodu, który przechodzi przez rdzeń magnetyczny Rd i połączony jest swoją końcówką drugą z wejściem zasilającym neutralnym zasilacza sieciowego niskiego napięcia Zs, ze stykiem zwiernym drugiego zestyku przełączającego przekaźnika P i z końcówką pierwszą rezystora gigantyczno-magnetooporowego GMR, którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora R. Końcówka druga rezystora R połączona jest z końcówką pierwszą cewki przekaźnika P, którego końcówka druga cewki połączona jest: ze stykiem zwiernym zestyku pierwszego przekaźnika P, z wyjściem pierwszym zasilacza niskiego napięcia Zs i z wyjściem Wy fazowym L układu według wynalazku. Wyjście drugie zasilacza niskiego napięcia Zs połączone jest ze stykiem rozwiernym zestyku drugiego przekaźnika P, którego styk wspólny zestyku drugiego stanowi wyjście Wy neutralne N układu według wynalazku. Przycisk K jest przytwierdzony do ruchomej kotwicy przekaźnika P.

PL 238 725 B1

Zmienne napięcie sieciowe zasila wejście We układu według wynalazku, powodując przepływ zmiennego prądu przewodami umieszonymi wewnątrz rdzenia magnetycznego Rd. Przepływ zmiennego prądu przewodami umieszonymi wewnątrz rdzenia magnetycznego Rd powoduje indukowanie się zmiennego wypadkowego pola magnetycznego w rdzeniu magnetycznym Rd.

W fazie pierwszej działania układu według wynalazku, wartości natężenia prądu płynącego przewodami umieszonymi wewnątrz rdzenia magnetycznego Rd są identyczne w obu przewodach, ale o przeciwnym zwrocie, co powoduje, że indukowane pola magnetyczne w obwodzie magnetycznym złożonym z rdzenia magnetycznego Rd ze szczeliną znoszą się. Umieszczony w szczelinie magnetycznej rdzenia magnetycznego Rd, rezystor gigantyczno-magnetooporowy GMR pozostaje w stanie przewodzenia z powodu nieoddziaływania zewnętrznego pola magnetycznego.

W fazie pierwszej działania układu według wynalazku, styki zwierne zestyków pierwszego oraz drugiego przekaźnika P są zwarte ze swoimi stykami wspólnymi zestyków pierwszego oraz drugiego przekaźnika P, w wyniku chwilowego wciśnięcia przez operatora, przycisku K przekaźnika P. Zmienny prąd z wejścia We fazowego L przepływa przez styki: wspólny i zwierny zestyku pierwszego przekaźnika P i płynie dalej do końcówki drugiej cewki przekaźnika P oraz do wyjścia Wy fazowego L układu według wynalazku. Natomiast zmienny prąd z wejścia We neutralnego N przepływa przez styki: zwierny i wspólny zestyku drugiego przekaźnika P i dalej płynie do wyjścia Wy neutralnego N układu według wynalazku. Zmienny prąd z końcówki drugiej cewki przekaźnika P przepływa przez uzwojenie cewki przekaźnika P do jej końcówki pierwszej i dalej do końcówki drugiej rezystora R, a przez rezystor R, do jego końcówki pierwszej i następnie do końcówki drugiej rezystora gigantyczno-magnetooporowego GMR, a przez rezystor gigantyczno-magnetooporowy GMR, do jego końcówki pierwszej i dalej do wejścia We neutralnego N układu według wynalazku. Przepływ prądu przez uzwojenie cewki przekaźnika P powoduje powstanie w cewce przekaźnika P pola magnetycznego, które utrzymuje przekaźnik P w stanie zwarcia styków zwiernych zestyków pierwszego oraz drugiego ze swoimi stykami wspólnymi.

Przejście do fazy drugiej działania układu następuje w wyniku wystąpienia prądów upływności do ziemi w podłączonym do wyjścia Wy układu według wynalazku, obwodzie.

W fazie drugiej działania układu, w wyniku wystąpienia prądów upływności do ziemi w podłączonym do wyjścia Wy układu według wynalazku, obwodzie, wartości natężenia prądu płynącego przewodami umieszonymi wewnątrz rdzenia magnetycznego Rd nie są identyczne, co powoduje, że wypadkowe pole magnetyczne w obwodzie magnetycznym złożonym z rdzenia magnetycznego Rd ze szczeliną jest niezerowe. Umieszczony w szczelinie magnetycznej rdzenia magnetycznego Rd, rezystor gigantyczno-magnetooporowy GMR, w wyniku oddziaływania zewnętrznego pola magnetycznego przechodzi w stan wysokiej rezystancji. Stan wysokiej rezystancji rezystora gigantycznomagnetooporowego GMR powoduje otwarcie obwodu zasilania cewki przekaźnika P złożonego z wejścia We fazowego L, ze styków: wspólnego i zwiernego zestyku pierwszego przekaźnika P, z rezystora R, z rezystora gigantyczno- magnetooporowego GMR i z wejścia We neutralnego N układu według wynalazku. Otwarty obwód zasilania cewki przekaźnika P powoduje zanik prądu przepływającego przez cewkę przekaźnika P, powodując zanik pola magnetycznego cewki przekaźnika P. Zanik pola magnetycznego cewki przekaźnika P powoduje przejście przekaźnika w stan rozwarcia styków zwiernych zestyków pierwszego i drugiego ze swoimi stykami wspólnymi oraz zwarcia ze sobą styków rozwiernych zestyków pierwszego i drugiego ze swoimi stykami wspólnymi przekaźnika P. Stan rozwarcia styków zwiernych zestyków pierwszego i drugiego ze swoimi stykami wspólnymi przekaźnika P, powoduje przerwanie przepływu prądu w obwodzie złożonym z wejścia We fazowego L, ze styków: wspólnego i zwiernego zestyku pierwszego, z wyjścia Wy fazowego L, z wyjścia Wy neutralnego N, ze styków: wspólnego i zwiernego zestyku drugiego oraz wejścia We neutralnego N, co skutkuje odłączeniem zmiennego napięcia sieciowego z wejścia We układu według wynalazku od wyjścia Wy układu według wynalazku. Zanik wysokiego napięcia na wyjściu Wy układu według wynalazku przerywa przepływ prądów upływności, których źródłem może być proces rażenia prądem ludzi będących w kontakcie z zabezpieczanym obwodem. Stan rozwarcia styków zwiernych zestyków pierwszego i drugiego ze swoimi stykami wspólnymi przekaźnika P, powoduje dodatkowe przerwanie zasilania obwodu cewki przekaźnika P w obwodzie złożonym z wejścia We fazowego L, ze styków wspólnego i zwiernego zestyku pierwszego przekaźnika P, z cewki przekaźnika P, z rezystora R, z rezystora gigantyczno-magnetooporowego GMR oraz z wejścia We neutralnego N układu według wynalazku, co skutkuje zanikiem prądu upływności, a tym samym niemożliwością automatycznego przełączenia stanu przekaźnika P, z fazy pierwszej do fazy drugiej działania układu według wynalazku.

PL 238 725 B1

Stan zwarcia styków rozwiernych zestyków pierwszego i drugiego ze swoimi stykami wspólnymi przekaźnika P, powoduje przepływ prądu w obwodzie złożonym z wejścia We neutralnego N, z zasilacza sieciowego niskiego napięcia Zs, ze styków: rozwiernego i wspólnego zestyku pierwszego przekaźnika P oraz wejścia We fazowego L układu według wynalazku, co skutkuje zasileniem i uruchomieniem zasilacza niskiego napięcia Zs. Uruchomiony zasilacz niskiego napięcia Zs podaje na swoje wyjścia niskie napięcie przemienne, które z wyjścia pierwszego zasilacza niskiego napięcia Zs podawane jest na wyjście Wy fazowe L, a z wyjścia drugiego zasilacza niskiego napięcia Zs, poprzez styki: rozwierny i wspólny zestyku drugiego przekaźnika P, podawane jest na wyjście Wy neutralne N układu według wynalazku. Podane na wyjście Wy układu według wynalazku niskie napięcie zmienne zapewnia zasilanie urządzeń niskiej mocy, które muszą mieć zapewnioną ciągłość zasilania, pomimo zadziałania zabezpieczenia różnicowoprądowego. Przejście z fazy drugiej działania układu do fazy pierwszej następuje w wyniku chwilowego wciśnięcia przez operatora, przycisku K przekaźnika P.

Claims (1)

1. Układ wyłącznika różnicowoprądowego, w którym przewody pierwszy i drugi przechodzą przez rdzeń magnetyczny, końcówka druga przewodu drugiego połączona jest ze stykiem zwiernym drugiego zestyku przełączającego przekaźnika, a styk wspólny zestyku drugiego przekaźnika stanowi wyjście neutralne, zaś przycisk jest przytwierdzony do ruchomej kotwicy przekaźnika, znamienny tym, że wejście (We) fazowe (L) połączone jest ze stykiem wspólnym pierwszego zestyku przełączającego przekaźnika (P), którego styk rozwierny połączony jest z wejściem zasilającym fazowym zasilacza sieciowego niskiego napięcia (Zs), a wejście (We) neutralne (N) połączone jest z wejściem zasilającym neutralnym zasilacza sieciowego niskiego napięcia (Zs), z końcówką pierwszą rezystora gigantyczno-magnetooporowego (GMR), którego końcówka druga połączona jest z końcówką pierwszą rezystora (R), końcówka druga rezystora (R) połączona jest z końcówką pierwszą cewki przekaźnika (P), którego końcówka druga cewki połączona jest ze stykiem zwiernym zestyku pierwszego przekaźnika (P), z wyjściem pierwszym zasilacza niskiego napięcia (Zs) i z wyjściem (Wy) fazowym (L), a wyjście drugie zasilacza niskiego napięcia (Zs) połączone jest ze stykiem rozwiernym zestyku drugiego przekaźnika (P), przy czym rdzeń magnetyczny (Rd) uformowany jest w kształcie rozciętego pierścienia, ze szczeliną magnetyczną, w której umieszczony jest rezystor gigantyczno-magnetooporowy (GMR).