Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie za¬ bezpieczajace przed porazeniem pradem elek¬ trycznym i zapewniajace automatyczna kon¬ trole dobroci izolacji obwodów elektrycznych.Niebezpieczenstwo porazenia powstaje na skutek róznorodnych przyczyn i dlatego wa¬ runki techniczne, które winny byc spelnione, aby w sposób skuteczny, to jest przez otwarcie wylacznika ochronnego, zabezpieczyc osoby przed porazeniem, sa niezwykle zlozone.Jedna z najwazniejszych przyczyn porazenia, czesto smiertelnego, jest prad elektryczny prze¬ chodzacy przez cialo ludzkie miedzy faza lub obudowa metalowa stykajaca sie przypadkowo z faza a ziemia. Prad ten bedzie w dalszym cia¬ gu nazywany „bezposrednim pradem zwarcia przeplywajacym przez cialo ludzkie" do ziemi.Znane sa wylaczniki ochronne, które dzialaja przy przeplywie do ziemi pradu o tym samym natezeniu przez inny opór niz cialo ludzkie.W niepomyslnych okolicznosciach prad na¬ wet kilkudziesieciu mA przeplywajac przez czlowieka moze spowodowac jego smierc. Po¬ szukiwano sposobu zabezpieczenia przed pora¬ zeniem, stosujac wylaczniki sterowane przez prad z uzwojenia wtórnego tak zwanego tran¬ sformatora wykrywajacego prady zwarcia do ziemi, przez wykorzystanie zachwiania równo¬ wagi miedzy pradami fazowymi obwodu a pra¬ dem w przewodzie zerowym, które powstaje w razie uplywu pradu do ziemi. Z uwagi na to, ze juz male natezenie pradu jest niebez¬ pieczne dla czlowieka, przekazniki sterujace te wylaczniki musza byc niezwykle czule.Liczne urzadzenia posiadaja juz z racji swej konstrukcji pewien normalny uplyw pradu przez przewód uziemiajacy, który równiez po¬ woduje takie zachwianie równowagi. Ma to miejsce w plytach grzejnych, piecach, pral¬ kach, to znaczy we wszystkich urzadzeniach, gdzie z uwagi na obecnosc wody, pary wod¬ nej lub skroplin czasowy przeplyw pradu w przewodzie uziemiajacym musi byc uwazany ja¬ ko zjawisko normalne. Urzadzenia te posiadaja z reguly przewód uziemiajacy, który zabezpie¬ cza przed wzrostem potencjalu masy ponad pew¬ na wartosc maksymalna, która wynosi zazwy¬ czaj 24 V. Masa moze jednak znalezc sie pod potencjalem znacznie wyzszym i juz niebez¬ piecznym, w przypadku bezposredniego jej zwarcia z przewodem fazowym lub w przy¬ padku uszkodzenia uziemienia, co wymagaloby otwarcia wylacznika przez prad zwarcia, to znaczy przez prad stanowiacy sume geometrycz¬ na pradów przeplywajacych przez przewody fazowe i przewód zerowy, który nie jest rów¬ ny zeru i którego natezenie jest takie same, jak w urzadzeniu nie uziemionym. Ten wa¬ runek jest niewykonalny, poniewaz chwilowy prad uplywajacy do ziemi, przewidziany z gó¬ ry dla danego urzadzenia, posiada wartosc przekraczajaca wielokrotnie bezposredni prad uziemienia przeplywajacy przez cialo ludzkie, niebezpieczny dla czlowieka. Nalezalo sie wiec ograniczyc do stosowania przekaznika tego sa¬ mego typu jak podano powyzej, posiadajacego mniejsza czulosc, przez wprowadzenie do obwo¬ du uziemienia oporu, którego wartosc jest tak dobrana, ze ogranicza napiecie zwarcia mie¬ dzy urzadzeniem i ziemia do wartosci nie za¬ grazajacej bezpieczenstwu czlowieka. Zabezpie¬ czenie to jest skuteczne jednak tylko wówczas, gdy jest zapewniona ciaglosc obwodu uziemienia.Inne przyczyny porazenia lub uszkodzenia urzadzen moga wyniknac z faktu, gdy poten¬ cjal przewodu zerowego instalacji jest rózny od zera, a szczególnie potencjal przewodu ze¬ rowego przekroczy wartosc z góry ustalona.W zwiazku z tym wynalazek ma na celu stworzenie urzadzenia zapewniajacego otwarcie wylacznika ochronnego instalacji elektrycznej w przypadku, jezeli jeden z ponizej podanych parametrów osiagnie zbyt wysoka wartosc a mianowicie: natezenie pradu zwarcia miedzy faza i ziemia przeplywajacego przez cialo ludz¬ kie lub inna mase przewodzaca, natezenie pra¬ du zwarcia, okreslone konstrukcja wylacznika ochronnego, to znaczy pradu, mogacego pow¬ stac wskutek przebicia izolacji w obwodzie uziemiajacym, po zatym potencjal przewodu zerowego wylacznika bezpieczenstwa w sto¬ sunku do ziemi, oraz opór rzeczywisty obwo¬ du uziemienia.Omówiony powyzej wylacznik ochronny róz¬ ni sie od znanych wylaczników tym/ ze zapew¬ nia kontrole co najmniej dwóch z wyzej po¬ danych parametrów.Urzadzenie zabezpieczajace, stanowiace przed¬ miot wynalazku, obejmuje wylacznik ochronny przeciwporazeniowy z wyzwalaczem zasilanym przez wtórne uzwojenie transformatora, po¬ siadajacego uzwojenia pierwotne przez które przeplywaja prady przewodów fazowych i prze¬ wodu zerowego, wytwarzajace strumienie ma¬ gnetyczne, których wartosci dodaja sie geome¬ trycznie. Przy wartosci bezposredniego pradu zwarcia plynacego poprzez cialo ludzkie rów¬ nej dopuszczalnej wartosci maksymalnej, tran¬ sformator wytwarza strumien wystarczajacy dla zadzialania przekaznika. Transformator od¬ znacza sie tym, ze aby umozliwic przeplyw przez obwód uziemienia normalnego pradu zwarcia, którego natezenie przekracza nate¬ zenie bezposredniego pradu zwarcia do ziemi poprzez cialo ludzkie, posiada on dodatkowe uzwojenie pierwotne polaczone w szereg z obwo¬ dem uziemienia. To dodatkowe uzwojenie pier¬ wotne posiada ilosc zwojów rózna ód ilosci zwojów uzwojen pierwotnych polaczonych z poszczególnymi fazami i przewodem zerowym na tyle, aby dla dopuszczalnej wartosci gra¬ nicznej pradu zwarcia do ziemi powstal w transformatorze taki sam strumien, jak dla wartosci maksymalnej bezposredniego pradu zwarcia do ziemi poprzez cialo ludzkie.Urzadzenie to pozwala na kontrole nateze¬ nia bezposredniego pradu uplywu miedzy prze¬ wodem fazowym i ziemia poprzez cialo ludz¬ kie, luJb tez w przypadku uszkodzenia instalacji za urzadzeniem powodujacym przeplyw pradu za posrednictwem obudowy urzadzenia oraz kontrole natezenia pradu zwarcia do ziemi we¬ dlug zalozen konstrukcyjnych wylacznika bez¬ pieczenstwa. Budowe wylacznika bezpieczen¬ stwa mozna jednakze dostosowac do kontroli jednego lub wszystkich parametrów wyzej wy¬ mienionych. Wedlug jednej z odmian wykona¬ nia wynalazku ikomtrofta potencjalu przewodu ze¬ rowego instalacji moze byc zapewndona przez za¬ laczenie oporu miedzy przewodem zerowym yc stronie instalacji, liczac od strony uzwojenia pierwotnego i obwodem uziemienia za jego do¬ datkowym uzwojeniem pierwotnym. Wartosc tego oporu jest dobrana w ten. sposób,, by w — 2przypadku gdy napiecie przewodu zerowego przekroczy wartosc z góry ustalona, natezenie pradu przeplywajacego przez opornik do ziemi, który tym samym stanowi prad doziemny prze¬ plywajacy przez uzwojenie bedace polaczone w szereg:z przewodem zerowym, bylo równe maksymalnemu natezeniu, przyjetemu dla pra¬ du uplywu do ziemi poprzez cialo ludzkie, co stwarza warunki do wylaczenia wylacznika bezpieczenstwa. Uklad taki zapewnia poza tym jednoczesnie kontrole napiecia dotyku miedzy masa metalowa odbiornika a ziemia oraz kon¬ trole opornosci uziemienia. Napiecie dotyku niebezpieczne dla czlowieka moze pojawic sie jedynie wówczas, jezeli opornosc uziemienia jest zbyt duza, co powoduje przeplyw przez powyzej wspomniany opór pradiu uplywu, któ¬ ry przeplywa jednoczesnie przez uzwojenie pierwotne polaczone w szereg z przewodem zerowym oraz dodatkowe uzwojenie pierwotne zalaczone w obwód uziemienia ochronnego.Wynalazek jest dokladniej opisany ponizej na podstawie rysunku, na którym przedstawio¬ ny jest schemat wylacznika ochronnego wedlug wynalazku w obwodzie instalacji odbiorczej.Wylacznik ochronny oznaczony jest cyfra 1 i obramowany linia przerywana. Przyklad przedstawia instalacje niskiego napiecia, jedno¬ fazowa, w której odbiorniki podlaczone sa do fazy R i O. RO jest oporem uziemienia prze¬ wodu zerowego, który moze wynosic na przy¬ klad okolo 1 oma. Instalacja zasila urzadzenie T na przyklad maszyne elektryczna lub plyte grzejna, piec, pralke itp., których korpus jest uziemiony za posrednictwem przewodu uzie¬ miajacego Z, zawierajacego opór RM, który wynosi okolo 50 omów. Podczas normalnej pracy, na czesciach elektrycznych zjawia sie czasowo w obwodzie uziemienia prad uplywu spowodowany obecnoscia wody, pary wodnej lub skroplin. Prad ten moze osiagnac wartosc kilkuset miliamperów.Urzadzenie zasila równiez na przyklad aparat elektryczny 3, którego masa nie jest uziemio¬ na.-" Wynalazek ma na celu zabezpieczenie tej instalacji przeciw niebezpieczenstwu porazenia elektrycznego. Niebezpieczenstwo porazenia po¬ wstaje na skutek róznych przyczyn. W przy¬ padku zlego stanu izolacji przewodów moze powstac zwarcie 4 miedzy przewodem fazo¬ wym i obudowa aparatu 2 lub aparatu 3, skut- • kiem czego obudowa aparatu moze znalezc sie pod napieciem zblizonym do napiecia zasilania w przypadku aparatu 3 lubi spowodowac poja¬ wienie sie ciaglego pradu zwarcia w przewodzie uziemiajacym Z, przekraczajacego prad okreslo¬ ny konstrukcja wylacznika ochronnego, co mia¬ loby miejsce w przypadku aparatu 2.W przypadku aparatu 3 napiecie takie sta¬ nowi niebezpieczenstwo porazenia, poniewaz moze ono spowodowac przeplyw pradu do zie¬ mi poprzez cialo ludzkie, przekraczajacy nate¬ zenie maksymalne Idh, którego wartosc moze byc rózna w zaleznosci od przyjetych norm bez¬ pieczenstwa, ale nie moze przekraczac 40 mi¬ liamperów. W przypadku aparatu 2t obwód uziemienia ma dostatecznie maly opór, aby nie dopuscic, by obudowa aparatu znajdowala sie pod napieciem wyzszym od dopuszczalnego napiecia dotyku, którego wartosc stanowilaby niebezpieczenstwo porazenia smiertelnego. Ce¬ lowe jest wykrywanie pradów zwarcia, gdy tylko ich wartosc przekroczy natezenie maksy¬ malne Idc okreslone przez konstrukcje aparatu i które wynosi na przyklad 200 miliamperów, poniewaz to oznacza bezposrednie zwarcie mie¬ dzy przewodem fazowym i obudowa aparatu.Poza tym uziemienie ochronne moze okazac sie nieskuteczne na skutek przypadkowego wzrostu wartosci oporu uziemienia RM. lub przerwania obwodu instalacji uziemienia. Obu¬ dowa aparatu 2 moze wówczas znalezc sie pod napieciem, które jezeli przekroczy wartosc ma¬ ksymalna Vel, staje sie niebezpieczne. Wresz¬ cie przewód zerowy 0 instalacji moze otrzy¬ mac nienormalnie wysoki potencjal na przy¬ klad na skutek pojawienia sie dodatkowego oporu spowodowanego rozluznieniem zacisku przewodu zerowego. Napiecie przewodu zero¬ wego nie moze w zadnym przypadifcu «prze¬ kraczac wartosc Ud.Aby zapewnic niezawodnosc kontroli, uzy¬ wa sie transformatora 5, w którym dodaja sie geometrycznie strumienie wytworzone przez prady plynace w uzwojeniach pierwotnych 6.Sa to prady w przewodzie lub w przewodach fazowych instalacji oraz prad w przewodzie zerowym. W instalacji przedstawionej na ry¬ sunku, typu jednofazowego, sa zastosowane tyl¬ ko dwa takie uzwojenia: jedno dla przewodu fazowego, drugie dla przewodu zerowego.Transformator zastosowany do wylacznika ochronnego wedlug wynalazku zawiera ponad¬ to uzwojenie dodatkowe 7 podlaczone w sze¬ reg w obwód przewodu uziemienia. Uzwojenie wtórne transformatora S jest polaczone w sze¬ reg z uzwojeniem 9 przekaznika J0 którego - 3zwora ii, gdy jest przyciagana, otwiera styki 12 wylacznika ochronnego. W przypadku, gdy lokalne przepisy bezpieczenstwa zabraniaja przerywania przewodu zerowego, przy odbior¬ niku jednofazowym odpowiedni styk 12 jest usuniety. Wylacznik moze byc otworzony rów¬ niez recznie za pomoca przycisku 13 i zala¬ czany za pomoca przycisku 14.Instalacja wewnetrzna wylacznika zawiera ponadto opór 15 wlaczony miedzy obwodem przewodu zerowego za uzwojeniem pierwot¬ nym 6 a obwodem uziemienia za uzwojeniem 7, to jest w kierunku ziemi.Dzialanie przeciwporazeniowego wylacznika ochronnego jest opisane ponizej.W czasie pracy normalnej przez uzwojenia pierwotne 6 przeplywaja prady o jednakowym natezeniu, wytwarzajace strumienie magnetycz¬ ne, których suma geometryczna jest równa zero. Jezeli przyjmie sie, ze nie ma zadnego pradu zwarcia do ziemi, przez uzwojenie wtór¬ ne 8 nie plynie zaden prad.Jezeli natomiast powstanie przypadkowe zwarcie 4 miedzy przewodem fazowym i obu¬ dowa aparatu nie uziemionego, wskutek czego moze powstac prad uplywu do ziemi poprzez cialo ludzkie, ten prad uplywu powoduje za¬ klócenie równowagi miedzy strumieniami wzbu¬ dzanymi przez prady plynace w uzwojeniach 6. Strumien wypadkowy indukuje wtedy prad w uzwojeniu wtórnym 8, a gdy ten prad osiag¬ nie dostatecznie duza wartosc, odpowiadajaca czulosci przekaznika, elektromagnes 10 przycia¬ ga zwore ii i otwiera wylacznik bezpieczen¬ stwa. Czulosc pradowa przekaznika winna byc taka, aby natezenie Idh pradu zwarcia nie przekraczalo na przyklad 40 miliamperów. Czu¬ losc ta zalezy od ilosci zwojów N uzwojen 6.Impuls zadzialania przekaznika winien byc osiagniety przy ilosci amperozwojów Ni rów¬ nej NmIdh która przyjmuje sie równa 1200 mA skad wynika, ze dla i = 40 miliamperów, N = 30 zwojów.Z tego pierwszego przypadku wylaczania wynika równiez, ze przy kazdym pradzie zwar¬ cia, przeplywajacym przez jakiekolwiek cialo, którego natezenie przekracza Idh, przekaznik zadziala i otworzy wylacznik bezpieczenstwa.W opisanym ukladzie prad zwarcia do zie¬ mi i pochodzacy z obudowy aparatu 2 musi przeplynac przez uzwojenie 7. Jezeli to uzwo¬ jenie zawiera Ni zwojów, strumien bedzie pro- . porcjonalny do Nii. W transformatorze ten stru¬ mien dodaje sie geometrycznie do strumieni wytworzonych przez uzwojenia w przewodzie fazowym i zerowym, miedzy którymi istnieje zachwianie równowagi proporcjonalne do war* toócd pradu zwarcia i', odpowiadajace róznicy przeplywów równej Ni, przy czym znak tej róz¬ nicy jest z racji budowy transformatora wy¬ lacznika przeciwny w stosunku do Nn'. Suma geometryczna strumieni wzbudzonych przez prady przeplywajace w uzwojeniach 6 i 7 w przypadku pradu zwarcia do ziemi o nateze¬ niu i' jest wiec równa (Ni — N)V, niezaleznie od tego, jaka jest wartosc pradu roboczego przeplywajacego przez oba uzwojenia 6. Otwar¬ cie wylacznika moze nastapic jedynie wówczas, jezeli natezenie V przekroczy wartosc Idc okres¬ lona przez konstrukcje wylacznika dla pradu zwarcia w przewodzie uziemiajacym, a bedaca wielokrotnoscia Idh, to jest pradu uplywu do ziemi przez cialo ludzkie czlowieka. Z drugiej strony natomiast przekaznik zadziala, jezeli przeplyw w transformatorze jest równy N*Idh.Przez odpowiednie dobranie ukladu transfor¬ matora nalezy wiec stworzyc równosc: N Idc (Nx — N) Idic = N Idlh liub = Ni—N Idh Idc oraz Idh sa wartosciami z góry ustalo¬ nymi. N zalezy od czulosci, która zamierza sie osiagnac. Z równania mozna wiec okreslic licz¬ be zwojów Ni, która powinno posiadac uzwo¬ jenie 7 aby przekaznik mógl zadzialac przy kazdym z góry zalozonym pradzie przeplywa¬ jacym przewodem uziemiajacym, którego na¬ tezenie jest wyzsze od Idh. Jezeli przyjmie sie wartosci Idc = 200 miliamperów, a Idh =• 40 6 miliamperów, otrzymamy Ni = — IV, a wiec 5 na przyklad dla N =* 30 zwojów — Ni = 36 zwojów.Jezeli teraz rozpatrzy sie kontrole napiecia przewodu zerowego w stosunku do ziemi, któ¬ re na ogól pochodzi z sieci, powoduje ono prad plynacy do ziemi poprzez opór 15 i przez uzwo¬ jenie 6 polaczone w szereg z przewodem zero¬ wym, jednak nie poplynie ani przez drugie uzwojenie pierwotne 6, polaczone w szereg z przewodem fazowym, ani przez dodatkowe uzwojenie pierwotne 7 polaczone w szereg z przewodem uziemiajacym. Jezeli natezenie tego pradu jest równe Idh, wylacznik otwiera sie tak, jak to opisano uprzednio powyzej. Je¬ zeli dopuszczalne napiecie dotyku dla przewo* — i —du zerowego oznaczy sie przez Ud, wartosc r oporu 15 musi byc nastepujaca: Ud r f RM = Idh Jezeli dopuszczalne napiecie dotyku Ud jest równe 22 V, otrzymuje sie: 22 r + RM= = 550 omów 0,04 a poniewaz RM = 50 omów r = 500 omów Jezeli na odwrót wartosc oporu uziemienia RM wzrosnie, napiecie pojawiajace sie na obu¬ dowie aparatu 2. z powodu uszkodzenia izola¬ cji w instalacji kontrolowanej powoduje prad plynacy w kierunku przewodu zerowego po¬ przez dodatkowe uzwojenie pierwotne 7, opór 15 oraz uzwojenie pierwotne 6 polaczone w sze¬ reg z przewodem zerowym. Natezenie tego pra¬ du jest funkcja napiecia l/c1, czyli napiecia dotyku miedzy obudowa i przewodem zero¬ wym, wartosci r oporu 15 i oporu uziemienia RM.Jezeli opór RM wzrosnie do nieskonczonosci, natezenie i" pradu miedzy obudowa a przewo¬ dem zerowym staje sie równe Uci. Prad i" r przeplywa jednoczesnie przez dodatkowe uzwo¬ jenie pierwotne 7 oraz uzwojenie pierwotne 6 polaczone w szereg z przewodem zerowym, zachowuje sie wiec jak prad zwarcia w obwo¬ dzie uziemienia ochronnego, z tym jednak, ze nie powoduje zachwiania równowagi miedzy przewodem fazowym i przewodem zerowym.Róznica przeplywów jest równa Nii", czyli Ni Uci ——, gdyz RO mozna tu pominac, jako wartosc r znikoma, a przekaznik zadziala, gdy ta rózni¬ ca przeplywów osiagnie wartosc N • Idh. Wy¬ nika stad, ze wylacznik otworzy sie, gdy na- N piecie zwarcia Uci osiagnie wartosc Idh • r Ni czyli: 5 — x 0,04 x 500 = 16,6 V 6 Jezeli wartosc oporu RM nie jest równa nie¬ skonczonosc!! dopuszczalneliapdecde dotyku powo¬ duje powstanie pradu i' plynacego przez opór RM, który to prad wytwarza przeplyw Ni' w uzwojeniu polaczonym w szereg z przewo¬ dem fazowym i przeplyw przeciwny Nii' po¬ chodzacy z uzwojenia polaczonego w szereg z przewodem uziemiajacym powodujacym pow¬ stanie pradu i" przeplywajacego przez opór r do przewodu zerowego, który ze swojej strony wytwarza przeplyw Ni" przez uzwojenie po¬ laczone w szereg z przewodem fazowym oraz dwa przeplywy przeciwne Ni oraz Ni • i wzbu* dzone przez uzwojenia polaczone w szereg z przewodem zerowym i przewodem uziemiaja¬ cym. Przeplyw wytwarzany przez uzwojenie wtórne jest wiec równy (Ni — N) 1",.+ NiiM.Górna granica tej wartosci jest równa N Idh, a stad mozna wyprowadzic: Uci Uci (Ni — N) —- -l- Ni = N Idh RM r Widac stad, ze wartosc opornosci uziemienia jest stale kontrolowana przez zaleznosc: 1 Uci 6 Uci — Idh 5 RM 5 r Wartosc dopuszczalnego napiecia dotyku, po¬ wodujacego wylaczenie przy oporze uziemienia równym 100 omów i oporze r równym 500 omów, wynosi wiec: 1 Uci 6 Uci — -— + = 0,04, skad Uci = 9 V 5 100 5 500 Rodzaj wykonania wylacznika ochronnego przeciwporazeniowego opisanego powyzej dla przykladu moze ulegac róznym zmianom, tym niemniej jego zasada opiera sie zawsze na ni¬ niejszym wynalazku. PL