SE518264C2 - Förfarande, system och anordning för användning i ett system för skydd av en elektrisk installation mot seriefel - Google Patents

Description

518 264 =..==..='=..==..=' 2 där byggnader normalt är av trä, såsom i Norge bland andra platser. Eftersom trä enkelt antänds kommer brandrisken att öka.

Seriefel är svåra att upptäcka. På grund av strömgeneratorns beteende kommer felet inte att leda till strömökning. Ej heller kommer felet att uppfattas av systemet som ett jordfel. Således kommer konventionella skyddsorgan inte att reagera på seriefel.

Försök har gjorts för att utveckla ett elektronisk serieljus- bågeskydd för att detektera interferens i specifika signaler när en elektrisk ljusbåge uppstår. Detta har visat sig vara mycket svårt, eftersom utrustningen inte har möjlighet att skilja mellan interferens orsakad av elektriska ljusbågar och andra "icke-fel"-fenomen, såsom en gnista från borstmotorer (dammsugare, hårtorkar, etc). Vidare antas utrustningen vara mycket dyr och det är därför inte enkelt att göra dess an- vändning obligatorisk.

US-A-4 858 054 beskriver kretsar för skydd av en elektrisk installation, i huvudsak mot ljusbågekortslutningar. Medan en ljusbågekortslutning resulterar i en högre ström än den normala belastningsströmmen, kommer ett seriefel inte att resultera i en sådan strömökning. Emellertid beskriver publikationen i specifika utföringsformer ytterligare organ för skydd mot över- hettning vid specifika punkter, särskilt anslutningspunkter som är föremål för uppbyggnad av aluminiumoxid. Nämnda organ inne- fattar termostater eller termistorer monterade på terminal- anslutningar som kan vara möjliga platser för överhettning.

Detekteringen av värmeutveckling som överskrider ett givet gränsvärde verkar för introduktionen av en ytterligare ström dragen från försörjningen genom en "dumpningskrets", inne- fattande dubbelriktade triodtyristorer och strömbegränsande resistorer, för returfasledaren. Den resulterade ökningen i total ström aktiverar en kretsbrytare, som omedelbart avbryter strömmen från försörjningen. Publikationen indikerar inte introduktionen av en avsiktlig ström till jord, ej heller indikerar den utnyttjandet av en jordavledningskretsbrytare anordnad mellan spänningskällan och installationen. s 1 s 2 e 4 - 3 I GB-A-2 156 154 beskrivs ett brandlarmssystem bestående av temperatursensorer som är anordnade vid olika platser i ett hus. Sensorerna är anslutna med hjälp av ett lågspännings- system. Varje sensor består av en sluten behållare innehållande en öppen kontakt och när ett specifikt temperaturgränsvärde överskrids kommer kontakten att slutas, vilket aktiverar ett alarm. Systemet kommer att utge en varning att en brand har startat, vilket kan anses vara ett första steg vid skydd, men det kommer emellertid inte att ta bort orsaken till branden automatiskt vid detektering och är därför inte tillfredsstäl- lande avseende säkerhet. Systemet inkluderar ett separat låg- spänningssystem, vilket medför installations- och underhålls- kostnader och som måste kontrolleras regelbundet för att för- säkra att det kommer att fungera när det behövs. Det kommer endast att vara möjligt att ändra systemet genom ändring av lågspänningssystemet och detta är en mycket arbetssam process.

Av dessa skäl kan inte säkerheten och kostnadseffektiviteten vid användning av detta kända system anses vara tillfredsstäl- lande.

US-A-5 627 719 beskriver ett system för skydd av en elektrisk installation mot fel som resulterar i en temperaturhöjning i delar av systemet, men som inte är tillräcklig för att utlösa säkerhetsanordningarna. En sensorlinje som löper parallellt med strömförsörjningskablar är ansluten till olika anordningar i installationen. Sensorlinjen består av en tråd av ett material som smälter vid hög temperatur, där en ände av tråden är anslu- ten till jord och den andra änden är ansluten till en styrkrets som öppnar den närmaste väljaren när ett fel detekteras.

Sensorlinjen och strömbrytaren som öppnas är anslutna via en styrkrets. Systemet lyckas i att stoppa strömförsörjningen till felplatsen när ett fel detekteras. Eftersom emellertid systemet är kontinuerligt och kräver en separat linje installerad längs installationen kommer det att ha många av samma nackdelar som systemet hänvisat till i GB-A-2 156 154, dvs höga installa- tions- och underhållskostnader och brist på flexibilitet. Dess- utom kommer det att vara omöjligt att bestämma precis vid vilka punkter i installationen detekteringen bör ske, t.ex. var uttag och kontakter är placerade, eftersom risken för seriefel är 51 8 2 64 šïï* 4 störst vid dessa punkter. Systemet åstadkommer därför inte ett tillfredsställande skydd.

Syftet med uppfinningen är att lösa dessa problem på ett säkert, enkelt och kostnadseffektivt sätt.

Uppfinningen avser ett förfarande för skydd av en elektrisk installation mot seriefel, innefattande detektering av värme- utveckling vid specifika punkter i installationen med hjälp av individuella sensor/strömbrytarenheter anslutna till den skyddade installationen och avbrottet av strömförsörjningen till installationen när värmeutvecklingen överskrider ett givet gränsvärde.

Uppfinningen avser också ett system för skydd av en elektrisk installation mot seriefel. Systemet innefattar individuella sensor/strömbrytarenheter med värmeutvecklingssensorer anordna- de vid specifika skyddspunkter i installationen och anslutna därtill, och en strömbrytare anordnad mellan installationen och dess strömförsörjning, tillsammans med styrorgan mellan värme- utvecklingssensorerna och strömbrytaren, med resultatet att när ; ett specifikt gränsvärde för värmeutveckling detekterat av I värmeutvecklingssensorerna överskrids leder detta till öppning- en av strömbrytaren. g Principen bakom uppfinningen är att det endast finns ett begränsat antal platser i en byggnad där serieelektriska ljus- bågar kan uppstå och därför är det tillräckligt att förse sensor/strömbrytarenheter vid dessa platser. De potentiella felpunkterna lokaliseras vid kontaktanslutningar i vägg/tak- boxar, skruvuttag, kontaktanslutningar och särskilt i kontakter/uttag.

Systemet enligt uppfinningen består därför av individuella enheter som är anslutna till strömförsörjningsnätet.

Vid de berörda platserna installeras sensorer som registrerar värmeutveckling och som sätter en värmeutvecklingsgräns som ligger väl under farliga antändningstemperaturer, men med en 5 1 s 2 s 4 šïï* - íšêflê- 5 god marginal över en temperatur som kan uppstå under normal drift. För användning vid 230 V nät i hus kan ett värmeutveck- lingsgränsvärde väljas motsvarande en temperatur av cirka 60°C till 70°C.

Till skillnad från kända system krävs inget särskilt nätverk för anslutning av sensorerna. En billig och mycket flexibel lösning åstadkommes därmed eftersom när installationen utökas är det tillräckligt att ansluta sensor/strömbrytarenheter vid de nya punkterna för att åstadkomma skydd därav.

I en utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen kommer felpunkten som berörs att vara ansluten till jord vid detekte- ring av värmeutveckling som överskrider gränsvärdet. Detta kommer att resultera i ett jordfel och brytning av ström- försörjningen till installationen kommer att påverkas av en jordavledningskretsbrytare anordnad mellan installationen och den anslutna strömförsörjningen.

För detta syfte innefattar sensor/strömbrytarenhetens styrorgan åtminstone en normalt öppen kontakt försedd mellan varje skyddspunkt och jord och en styranslutning mellan värmeutveck- lingssensorn och kontakten med resultatet att när ett specifikt gränsvärde för värmeutveckling överskrids kommer kontakten att slutas vilket resulterar i ett jordfel och jordavledningskrets- brytaren kommer att öppnas.

I denna föredragna utföringsform av uppfinningen kommer sensor- enheten att skapa en jordanslutning via en resistor på cirka 3 kn vilket kommer att ge en felström till jord av över 30 mA.

Detta strömvärde kommer att orsaka en jordavledningskrets- brytare vid strömförsörjningen att urkopplas.

Resistorn bör vara av den typ som förbränns på ett kontrollerat sätt i händelse av kontinuerlig överbelastning. Således kommer jordfelet att upphöra efter en viss tidsperiod. Idén med denna anordning är att åstadkomma ytterligare säkerhet i systemet om det är installerat vid en installation utan en jordavlednings- kretsbrytare. I en sådan installation där strömförsörjningen inte automatiskt bryts när ett jsrdfel detekteras kan strömmen till jord leda till värmeutveckling i jordningsresistorn och därigenom till brandrisken. Såsom nämnts ovan undviks detta problem genom användning av en resistor som förbränns på ett kontrollerat sätt efter en viss tid.

Urkopplingen av strömförsörjningen kommer att ske oberoende av var i byggnaden felet uppstår. När ett fel har uppstått kommer det att sökas efter på samma sätt som för ett jordfel, delen som orsakar värmeutvecklingen kommer att ersättas och sensor/ strömbrytarenheten kommer att ersättas av en ny.

I en ytterligare föredragen utföringsform består sensor/ström- brytarenheten av en genomskinlig behållare med en spiralformad fjäder som utformar den normalt öppna kontakten och vars ena ände är i kontakt med skyddspunkten och den andra änden pressar mot en isolerande smältbar kropp som utformar värmeutvecklings- sensorn, med resultatet att när ett specifikt gränsvärde för värmeutveckling överskrids kommer den smältbara kroppen att smälta och kontakten kommer att slutas. Den genomskinliga behållaren tillåter enkel inspektion av enheten.

Dimensionerna av den slutliga produkten enligt denna utförings- form av uppfinningen är cirka 3 mm ledningsdiameter och cirka 30 mm längd.

I strömförsörjningsnät där nätets neutrala punkt är isolerad (IT-nät), såsom i fallet i det norska försörjningsnätet, kan ett kontinuerligt jordfel uppstå vid en fas. Jordfelsfasen kommer således att ha mycket låg spänning, medan de andra faserna i jämförelse mottar full fasspänning till jord.

Om sensor/strömbrytarenheten är ansluten mellan jord och en fas som är nära jordpotential kommer sensorn att passera en mycket låg ström till jord när den aktiveras. Enhetens tillförlitlig- het reduceras, eftersom det är osäkert huruvida skyddsanord- ningen (jordavledningskretsbrytaren) kommer att utlösas. 51 s 2 e 4 šïï* šïï: ä? i? ~ ëlfiëêíïš- 7 I detta fall kommer sensoriströmbrytarenheten att vara ansluten mellan jord och två faser med hjälp av en anslutningskrets (dioder och skyddsresistorer) och inte mellan jord och en fas såsom i de tidigare nämnda utföringsformerna. Detta kommer säkerställa att även om det finns ett stående jordfel vid nätet i en fas, kommer strömmen fortfarande att passera de andra faserna när strömbrytaren är sluten och jordavledningskrets- brytaren kommer att utlösas.

I strömförsörjningsnät där den neutrala punkten jordas kommer det alltid att finnas spänning mellan en fas och jord. I detta fall kan uppfinningen utnyttjas i dess enklaste utföringsform, dvs utan en anslutningskrets för anslutning av två faser till SQDSOITI .

Uppfinningen åstadkommer ett billigt, enkelt och tillförlitligt skydd. Det är ett "engångsskydd", som enkelt kan ersättas när det har aktiverats.

Enheterna är oberoende av varandra, de förses med ström med hjälp av fasledarna. Detta har fördelen att installations- och underhållskostnaderna för hela systemet väsentligt reduceras.

Detektering av värmeutveckling leder till snabb och säker åtgärd: förhindrande av strömförsörjningen.

Det är också en enkel sak att återställa systemet efter att den aktiverade enheten har tagits bort.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i större detalj med hjälp av de bifogade ritningarna, i vilka: Fig. 1 illustrerar en krets i vilken ett seriefel uppstår, Fig. 2 är en principritning av uppfinningen, Fig. 3 illustrerar en utföringsform av sensor/strömbrytar- enheten, 5 1 8 2 6 4 šïï* E-ïš - ëÃÅëšÉÉš- 8 Fig. 4 illustrerar anslutningskretsen för användning av sensorn i ett IT-nät.

Fig. 1 illustrerar en krets i vilken ett seriefel uppstår.

Kretsen består av två fasledningar L1 och L2, vilka båda i ett normalt strömförsörjningsnät kommer att ha en spänning till jord. Kretsen förser en last L. Vid en punkt a i en fasledning uppstår ett seriefel, med en övergångsresistans som är låg i förhållande till lasten. Systemet agerar som en strömgenerator och strömmen ökar inte även om övergångsresistansen (och den associerade värmeutvecklingen) ökar.

Fig. 2 är en principritning av uppfinningen. Systemet enligt uppfinningen består av individuella enheter 1 med två kontak- ter, en till skyddspunkten (hänvisningssiffra 2) och en till jord (hänvisningssiffra 4). Kontakten till jord påverkas genom en resistor 5. En värmeutvecklingssensor 3 är anordnad mellan kontaktens fria ändar. Om värme utvecklas över ett specifikt gränsvärde kommer sensorn att smälta eller förändra sitt till- stånd på annat sätt, vilket åstadkommer kontaktens fria ändar att förbindas tillsammans. Detta leder till jordning av skydds- punkten och installationens jordavledningskretsbrytare (ej visad) kommer att utlösas. Energiförsörjningen till felplatsen bryts därmed.

Fig. 3 illustrerar en utföringsform av sensor/strömbrytar- enheten. Enheten 1 består av en behållare som är isolerande och företrädesvis genomsynlig med en spiralfjäder 2, vars ena ände är i kontakt med skyddspunkten b och vars andra ände pressar mot en isolerande smältbar kropp 3, vilken utformar en del av värmeutvecklingssensorn. Vid änden som inte är i kontakt med spiralfjädern stöder den smältbara kroppen 3 mot en kontakt- platta 4 i ledande kontakt med jordledningen genom en resistor 5.

I händelse av värmeutveckling kommer den smältbara kroppen 3 att smälta, kontakten som består av spiralfjädern 2 och kon- taktplattan 4 kommer att slutas och skyddspunkten b kommer att komma i kontakt med jord genom resistorn 5. Installationens lab Inn I I OO OI nl. ': .UU 4 fl . . ø - - e. n . ß u. s. r 'v I I ß g"- :":°-.'..W::: f! :::' 1-- fl . . . u n u n .n .- 9 jordavledningskretsbrytare (ej visad) kommer att utlösas och strömförsörjningen till installationen kommer att avbrytas.

Om strömförsörjningsnätet är av IT-typen, med isolerad neutral ledare, kommer det att vara nödvändigt att utnyttja en anslut- ningskrets mellan fasledarna och sensor/strömbrytarenheten.

Detta illustreras i fig. 4. Figuren visar samma strömbrytar/ sensorenhet illustrerad i fig. 2, men i detta fall ansluts en ände av spiralfjädern 2 till två fasledningar Ll och L2 genom dioder och skyddsresistorer. Syftet med detta är att göra det möjligt att detektera seriefel även om en av faserna har ett kontinuerligt jordfel och följaktligen låg spänning.

Såsom kan ses från beskrivningen ovan kommer förfarandet och systemet enligt uppfinningen att åstadkomma ett billigt och säkert skydd.

Systemet utnyttjar den existerande installationen och har få lösa delar. Enheterna är billiga att producera. Även om uppfinningen har beskrivits i anslutning till använd- ning i ett hus kan den användas i andra miljöer och vid andra spänningsnivåer.

Utformningen av sensor/strömbrytarenheten kan variera med olika tillämpningar.

Claims (10)

v.. u. . . .n n vu v» ~ v- a n. »- . . n. u - n. n .o n . Q: n. | . n. n > n u . u» n. u. . . , n. n. n en nu . o o » u u \ f v b. I l n v u . o o . q n . n u n n n. .- 10 Patentkrav

1. Ett förfarande för skydd av en elektrisk installation mot seriefel, innefattande - detektering av värmeutveckling vid specifika punkter i installationen med hjälp av individuella sensor/strömbrytar- enheter anslutna till installationen, och - brytning av strömförsörjningen till installationen när värmeutvecklingen överskrider ett givet gränsvärde, k ä n n e t e c k n a t a v av - att vid detektering av värmeutveckling som över- skrider gränsvärdet, är åtminstone en fas ansluten till jord vid den berörda punkten, därmed âstadkommande ett jordfel, och - att avbrottet av strömförsörjningen till installatio- nen utförs med hjälp av en strömavledningskretsbrytare försedd mellan installationen och den anslutna strömförsörjningen.

2. Ett förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att i IT-nät med isolerad neutral punkt, vid detektering av värmeutveckling överskridande gränsvärdet kommer åtminstone två faser att anslutas till jord vid den berörda punkten, vilket åstadkommer ett jordfel även om en av faserna har ett kontinuerligt jordfel.

3. Ett system för skydd av en elektrisk installation mot seriefel, innefattande - individuella sensor/strömbrytarenheter anslutna till installationen med värmeutvecklingssensorer åstadkomma vid specifika skyddspunkter i installationen, - en strömbrytare anordnad mellan installationen och dess strömförsörjning, -styrorgan mellan värmeutvecklingssensorerna och ström- brytaren, k ä n n e t e c k n a t a v - att strömbrytaren är en strömavledningskretsbrytare och 5 1 8 2 6 4 - 3119 ÉII= ll - att sensor/strömbrytarenhetens styrorgan innefattar åtminstone en normalt öppen kontakt anordnad mellan åtminstone en fas och jord vid varje skyddspunkt och en styranslutning mellan värmeutvecklingssensorn och kontakten, vilket medför att när ett specifikt gränsvärde för värmeutvecklingen överskrids sluts kontakten, vilket åstadkommer ett jordfel och jord- avledningskretsbrytaren öppnas.

4. Ett system enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att systemet ytterligare innefattar en anslutningskrets för anslutning av sensor/ström- brytarenheten mellan två faser och jord.

5. Ett system enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att sensor/strömbrytar- enheten består av en genomsynlig behållare med en spiralfjäder som utformar den normalt öppna kontakten och vars ena ände är i kontakt med skyddspunkten och vars andra ände pressar mot en isolerande smältbar kropp som utformar värmeutvecklingssensorn, med resultatet att när ett specifikt gränsvärde för värme- utvecklingen överskrids smälter den smältbara kroppen och Å kontakten sluts.

6. Ett system enligt något av krav 3-5, k ä n n e t e c k n a t a v att det ytterligare innefattar en resistor anordnad mellan den normalt öppna kontakten och jord.

7. Ett system enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att resistorns värde är cirka 3 kn.

8. Ett system enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att resistorn är av den typ som förbränns på ett kontrollerat sätt i händelse av konti- nuerlig överbelastning.

9. Ett system enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t a v att behållaren är cirka 518 264 12 30 mm lång och har en diameter av cirka 3 mm.

10. En anordning för användning i ett system för skydd av en elektrisk installation mot seriefel, varvid nämnda system innefattar en strömbrytare utgörandes av en strömavlednings- kretsbrytare anordnad mellan installationen och dess ström- försörjning, k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen inne- fattar - en första kontakt vid en skyddspunkt, - en andra kontakt till jord, möjligtvis genom en resistor, - en värmeutvecklingssensor anordnad mellan de två kontakterna, anordnad på ett sådant sätt att värmeutvecklíng överskridande ett gränsvärde ansluter de två kontakterna, således medförande jordning av skyddspunkten och utlösning av strömavledningskretsbrytaren och brytning av strömförsörjningen till installationen.