SI21390A - Tokovno diferenčno stikalo z vgrajeno zaščito pred prenapetostmi in strelo - Google Patents

Abstract

Izum se nanaša na kombinirano zaščitno napravo za tehniko prenapetostnega ščitenja in pretokovnega ščitenja nizko napetosnte mreže, ki vključuje največkrat iz dveh delov sestavljeno dno z vhodnimi priključki in izhodnimi priključki v trifazni ali enofazni izvedbi, ter ločenimi ozemljitvenimi priključki na standardno klobučno letev, pritrjeno z vzmetno zaskočko za zaščito in odvod prevelikih tokov ob streli in pri prenapetostnih, ki vsebuje poleg priključnega in toplotno varovalnega odklopnega vezja s topljivo spajko za odklop aktivnih elementov za prenapetostno zaščito in zaščito ob streli, iz novo razvitih varistorjev in/ali plinskih odvodnikov ali samougasljivih iskrišč, še vse podsestave in lastnosti diferenčnih tokovnih stikal.ŕ

Description

TOKOVNO DIFERENČNO STIKALO Z VGRAJENO ZAŠČITO PRED PRENAPETOSTMI IN STRELO

Predmet izuma je naprava s tokovno diferencialno zaščito in vgrajeno zaščito pred prenapetostmi in strelo v izvedbah za trifazno in enofazno nizkonapetostno mrežo v istem ohišju.

Predmeti te vrste so po mednarodni klasifikaciji razvrščeni v razred H02H3/33.

Področje izuma

Izum se nanaša na kombinirano zaščitno napravo za tehniko ščitenja nizko napetostne mreže z vgrajeno lastnostjo diferenčnih tokovnih stikal poznanih tudi kot RCD (Residual Current Device) in prenapetostno zaščito v enotnem ohišju.

Stanje tehnike

Poznana so diferenčna tokovna stikala, v trifazni in enofazni izvedbi in trifazne in enofazne izvedbe prenapetostne zaščite za ščitenje na primer naprav v trifaznih in enofaznih nizkonapetostnih mrežah pred prenapetostmi in strelo v ločenih ohišjih. Običajno se na tržišču pojavljajo naprave za trifazne sisteme širine 74 mm in oblike 4 TE avtomatskih varovalk po 18 mm vsaka, v enofaznih pa 2x18 mm, ali 2 TE. Skupna širina obeh varovalnih naprav, tudi če so ločene po polih, je običajno 4TE + 4TE, kar je 8 TE ali največ 144 mm.

Tipično trifazno zaščitno pretokovno odklopno stikalo ima na primer v splošnem bistvene vrednosti, ki se razlikujejo od izvedb in namembnosti, In 25 A , lan 0,5 A ,Un okrog 400 V štiri polno v ohišju in je odporno na udare toka do kakšnih 5kA za standardni hitri tokovni impulz oblike 8/20 mikro sekund , a pri tem že odklopi. Ko tokovi preko štirih vhodnih vodnikov in štirih izhodnih vodnikov kontrolne diferenčne tuljave izkazujejo razliko na primer 0,5 A elektro mehanski mehanizem odklopi stikalno polje sklopke od mreže. Pod odmično gredjo sklopke so v splošnem samougasne komore za udušitev loka plazme, ki nastane ob stikalnem manevru pod napetostjo.

V znanih izvedbah je s pritiskom na testno tipko možno preveriti pravilno delovanje pretokovnega odklopnega dela naprave.

Tipična izvedba trifazne prenapetostne zaščite v skoraj enako velikem dvodelnem ohišju in ima naslednje bistvene sestavne dele: aktivne elemente zaščite v različnih tipičnih velikostih in oblikah, kjer velikost površine varistorja zagotavlja enake lastnosti pol prevod n iške metal oksid ne keramične mase in enake kontaktne lastnosti ter premo sorazmerne tokovno odvodne sposobnosti, debelina varistorja pa nazivno in preklopno napetost. Toplotna odklopna varovala odklopijo v primeru okvare. V splošnem je plinski odvodnik ali iskrišče nameščeno v smeri N-PE, naprave imajo v splošnem tudi vgrajeno indikacijo okvare in daljinsko indikacijo okvare.

Možno je na mestu odzivno hitrih varistorjev, ki reagirajo v času pod 5 nanosekund, vgraditi samougasne plinske odvodnike ali samougasna iskrišča ,ki reagirajo v času 100 n sek.

Do sedaj je kot nam je znano le firma Dehn & Soehne Nemčija poizkušala integrirati napravi za pretokovno in prenapetostno zaščito , a z zelo nizkimi odvodnimi tokovi.

Še vedno sta bili v navedeni zaščiti dve napravi, eden z lastnostmi pretokovne zaščite, in nadgrajeni odvodnik za prenapetostno zaščito, montirani v ločenih ohišjih, ena nad drugo, uporabljata pa standardne varistorje za zaščito pred prenapetostim .odvodne lastnosti pa so bile zelo nizke.

.V prenapetostno zaščitni sekciji je ena od varijant preprosta serijska vezava po enega plinskega odvodnika in varistorja, kar se uporablja v energetiki že nad 20 let, s tem , da je posebnost izuma v uporabi sposobnejših varistorjev na manjšem volumnu in plinskega odvodnika v tehnologiji steklo kovina , da se zagotove manjše dimenzije tovrstnih aktivnih elementov in možnost vgradnje v najmanj polovico manjši prostor kot iz aktivnih podobnih elementih ali napravah pri stanju tehnike.Vezava kontaktov na plinskih odvodnikih in iskriščih je lahko izvedena preko vodniških pletenic ali kovinskih kontaktov.

Bolj zamotane izvedbe plinskih odvodnikov in varistorjev ali samostojno več plinskih odvodnikov v seriji , vendar v tehnologiji keramika kovina, je patentirala firma Leutron Nemčija.

Dodatna varianta je serijska vezava več plinskih odvodnikov tudi v faznih vodnikih , ki zato samougasnejo kot je to pred 20 leti dokazovala firma Cerberus iz Švice.

Prednosti izuma

Glavna prednost izuma, ki ga predstavljamo v tem spisu je, da izum z enim izdelkom nadomesti po funkciji dva različna izdelka .

Ozadje izuma tvorijo novo izumljeni aktivni elementi zaščite, ki omogočajo na majhnem prostoru dvakratno pri plinskem odvodniku in skoraj trikratno odvodno tokovno moč pri varistorjih pri istih dimenzijah in površini kot jih imajo dosedanje izvedbe po funkcijah sličnih elementov navedene v katalogih proizvajalcev ter omogočajo dodatne lastnosti,ki jih s seštevanjem lastnosti obeh naprav , ker so običajno od dveh različnih proizvajalcev in še drugih vzrokov , ni mogoče doseči.

V napravi po izumu so varistorji nekajkrat sposobnejši od teh v katalogih proizvajalcev in v različnih standardnih dimenzijah . Naprava po izumu ima, predvsem nestandardne velikosti varistorjev in novo izumljene lastnosti, napram današnjem stanju tehnike ,v oblikah , kjer velikost površine varistorja zagotavlja , poleg osnovnih znanih parametrov enakih lastnostih, polprevodniške metal oksidne keramične mase, enakih kontaktnih lastnostih, premo sorazmerno tokovno odvodne sposobnosti, debelina varistorja pa nazivno in preklopno napetost, tudi trikrat boljše odvodne sposobnosti.

S tem se potreba po prostoru zmanjša za 50%. Izdelek po patentu v istem volumnu je zato le v enem ohišju s skupno širino manj kot 72mm ali % predhodnega volumna ločenih naprav. Prednosti na nivoju fizičnih oblik so očitne ko primerjamo Slikol in s Sliko 2 ter pri primerjavi električnih shem na Sliki 4 za enofazni sistem in na Sliki 10 in 11 za trifazne sisteme.

Novi izdelek je bolj ekonomičen , ker ima le eno ohišje skupnimi vhodnimi in izhodnimi kontakti namesto dveh. Manj je uporabe plastike , manj kovinskih podsestavov , manj proizvodnega montažnega dela in končne kontrole kvalitete, manj embalaže, manj skladiščnega prostora, manj odpadkov, manj je potrebnega prostora v elektrodistribucijskih omaricah.

Novi izdelek je lažje montirati, ker ima kar osem zunanjih priključkov manj od predhodnih verzij.

Vsi notranji deli so med seboj že prilagojeni, kar v primeru ločenih naprav za tokovno diferencialno zaščito in prenapetostno zaščito , skoraj vedno od različnih proizvajalcev , največkrat ni bil primer in so morali monterji sami dodajati prilagoditvene vezi.

Odvodno moč varsistorske sekcije je možno prilagoditi sistemu diferencialne tokovne zaščite tako, da sploh ne bo zamenjav ali okvar varistorskega dela. Prednost kombinacije , ki je že obstojala z dvema napravama je bila , da je bila sekcija diferenčnih tokovnih stikal zaščitena pred hitrimi pojavi strele in prenapetosti in ni reagiral na kratke spremembe ter je na primer odklopil priključeneg uporabnika po ne potrebnem zaradi kratkotrajnega prehodnega pojava.

Servisnih posegov bo bistveno manj.

Novi izdelek v istem volumnu je zato le v enem ohišju s skupno širino manj kot 72mm ali ¹/₂ predhodnega volumna ločenih kot to prikazuje Slika 2.

Kratek opis slik

Nadaljnje prednosti in uporabnosti izuma bodo postale še bolj jasne tudii povprečnemu strokovnjaku iz priloženih slik in opisov. Priložene slike prikazujejo:

Slika 1 : Integrirana zaščitna naprava, ki združuje prenapetostno zaščito in zaščito z diferenčnimi tokovnimi stikali.

Slika 2 : Dosedanje izvedbe z dvema napravama.

Slika 3: Pogled v notranjost integrirane zaščitne naprave .

Slika 4: Enofazne zaščitne in varovalne naprave v električni mreži.

Slika 5: Različni varistorji vgrajeni v v varistorske sekcije novega izdelka po izumu Slika 6: Kontakti na varistorju in odklopni mehanizem za primer okvare.

Slika 7: Trifazni varistrorski zaščitni sklop v primeru TN-S omrežja.

Slika 8 : Trifazni varistorski zaščitni sklop in prenapetostni odvodnik v primeru TT omrežja.

Slika 9: Pokrov integrirane naprave po izumu.

Slika 10: Prikaz električnih shem za ločene in v napravah po izumu združene prenapetostne in diferenčne tokovne zaščite. Primer TT omrežja.

Slika 11: Prikaz električnih shem za ločeni napravi in za integrirano zaščitno napravo.

Podroben opis izuma

Izum integrira napravi za prenapetostno zaščito in tokovno diferenčno zaščito v eno samo napravo kot je prikazana na Sliki 1, v enem ohišju iz dna 11 in pokrova 60.

Večina naprave za tokovno difrerenčno zaščito , s tipičnimi sestavnimi deli je tudi v izumu slična. Prikazana je na Sliki 2.

Ko v splošnem tokovi preko difernčnega tokovnega stikala, štirih vhodnih vodnikov 37, 38, 39, 40 in štirih izhodnih vodnikov 41,42,43,44 in kontrolne diferenčne tuljave 45, izkazujejo v naprej določeno razliko na primer 0,1 A ali več, elektro mehanski mehanizem 46 , ki ga krmili tiskano vezje 47 , odklopi stikalno polje sklopke, ki na sliki ni prikazana, z vsemi štirimi kletkastimi sponkami s kontakti 49,50,51,52 vhodne priključke 1,3,5,N s sintranimi kontakti 66,67,68,69, od električne mreže.

Pod odmično gredjo 70 že omenjene sklopke, ki na Sliki 3 ni prikazana, so samougasne komore 71,72,73,74 za udušitev loka plazme, ki nastane ob stikalnem manevru pod napetostjo.

Na ohišju se ročni preklopnik 53 preklopi iz stanja 54 ( vklop) v stanje 55 (odklop), odklopno indikacijsko mesto sklopke 56 pa pokaže namesto polja 56, polje 57.

Tudi s pritiskom na testno tipko 58 je v splošnem možno preveriti pravilno delovanje pretokovne zaščite.

Običajno vključuje naprava po izumu največkrat dva dela dna 11, v splošnem več vhodnih priključkov N ,1 ,3 ,5 in več izhodnih priključkov N, 2, 4, 6 ali tudi za enofazno izvedbo ,1,N ter 2,N ter v splošnem tudi ločena ozemljitvena priključka 7,8 ( PE ) na standardno klobučno letev 9 , pritrjeno z vzmetno zaskočko 10 za zaščito in odvod vsakokratnih prevelikih tokov ob streli in pri vsakokratnih prenapetostih kot to prikazuje Sliki 1.

Najlažje je uporabiti že obstoječo tokovno diferenčno zaščitno napravo in dograditi novo izumljeno varistorsko sekcijo v prvi varijanti 94 s po 3 skupinami varistorjev 96, 97,98 za tri faze v smeri N in v splošnem s plinskim odvodnikom 17 ali samougasnim iskriščem 18, ki na sliki ni prikazano v smeri N-PE kot to kaže Slika

8. Omenjeno samougasno iskrišče 18 se lahko v varijanti vgrajuje tudi v fazne vodnike. V splošnem velja ,da namesto varistorjev lahko nastopijo plinski odvodniki v seriji.

Tipična prenapetostna zaščita za TT trifazno mrežo je prikazana na Sliki 10 Slika 7 prikazuje nadaljnjo možno kombinacijo 95, kjer v splošnem ščitimo s štirimi skupinami varistorjev 96,97 ,98 ,99 po vsako fazo eden do PE in še eden za smer N -PE .

Zaščitna naprava ki vključuje poleg priključnega in toploto varovalnega oklopnega vezja s topljivo spajko, aktivne elemente za prenapetostno zaščito in zaščito ob streli, sestoječe se iz novo razvitih varistorjev 75,76,77 in še 78 in / ali novo razvitih plinskih odvodnikov 17 ali samo ugasljivih iskrišč 18 , še vse pod sestave 19,20,22 , ki so vključene v diferenčno tokovno stikalo 23, poznano tudi kot RCD (Residual Current Device) kot to prikazuje Slika 3. Na pokrovu naprave 60, ki jo prikazuje Slika 9 so v splošnem oznake in okenca 62,63,64,65 za bližnjo indikacijo okvare, ki so tipične za prenapetostne zaščitne naprave in že omenjene odprtine 66,67,68, 69, ki so tipične za diferenčno tokovno zaščitno napravo. Napravo po izumu je mogoče uporabiti tudi v TN-S, TN-C-S,TT in IT sistemih omrežja , torej v splošnem tam kjer zaščitni in nevtralno vodnik nista povezana.

Na izhodni strani je drugi kontakt varistorski kontakt 83 , ki je s temperaturno topljivo spajko pritrjen na odklopno ozemljitveno vzmet 82. Na odklopni varnostni vzmeti 82 je zastavica 88 na primer obarvana in označuje možno okvaro. Ko se v splošnem odkopna varnostna vzmet 82 odklopi, skoči proti okencu bližnje oznake okvare 62, 63, 64, 65 na pokrovu 60 ,da se le ta vidi v obarvanem polju , ki označuje trajno okvaro .

Možna je v splošnem tudi javljanje okvare z barvnimi svetlobnimi izvori na primer 101 rdeča, na primer 102 zelena.

V prvi varijanti kot jo prikazuje Slika 8 , je stena skupine 84, ki nosi že omenjeno odklopno varnostno vzmet 82 in tri varistorje iz novo razvite družine , ekvipotencijalno preko izolirane pletenice 112 vezana na skupni N vodnik. Nanj je pritrjen v splošnem ali plinski odvodnik 17 ali smougasljivo iskrišče 18. Že omenjena stena skupine 84 predstavlja kontakte kot lokalno plavajočo zemljo N vodnika. Druga pletenica vodi do potencijala ozemljitve (PE )na bakreni gredi 92 in nato na zunanji priključek ozemljitve.

V drugi varijanti 95 trifazne zaščite prikazane na Stiki 7 so vsi štirje varistorji na izhodu vezani preko ekvipotencijalno izenačitvene lokalne stene 85 z varjenjem na ozemljitvene kontakte 91 in prečno bakreno gred ozemljitve 92, ki ima zunaj dna ohišja naprave 11 po izoliranem kosu v dolžini približno 6-10 mm , zunanjo sponko za ozemljitveni vodnik. Skupna ekvipotencijalna stena 84,85, ki nosi varistorske skupine, je v splošnem izolirana s plastifikacijo 111 ,da so dosežene vse predpisane izolacijske razdalje in razdalje plazečih tokov

Novi varistorji 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81 po izumu, kot jih prikazuje Slika 5, imajo v splošnem zelo visoko čiščene sestavne sestavine polprevodniške keramike.posebno obdelano površino , da se bolje oprime posebna spajkalna masa, večkrat naneseno kontaktno površino, posebno prilagojene kontaktne ploščice za optimizirano podelitev prehodnih pojavov , poseben potek staranja, ojačeno izolacijo in nove tehnološke postopke.

Novi plinski odvodniki 17in iskrišča 18 zdrže udare nad 50 kA direktnega udara strele oblike 10/350 mikro sekund pri dimenzijah na primer pod fi 14 mm.

Zgornji opis vsebuje mnoge specifičnosti, ki pa ne omejujejo širine izuma ampak služijo kot ponazoritev izvedb izumljenega proizvoda.

Obseg izuma ne določajo opisani primeri ampak patentni zahtevki, ki so dodani v nadaljevanju.

Claims (11)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Naprava, ki obsega dva dela dna, v splošnem več vhodnih priključkov in več izhodnih priključkov ter v splošnem tudi ločena ozemljitvena priključka (PE) za na standardno klobučno letev, v splošnem pritrjeno z vzmetno zaskočko, za zaščito in odvod vsakokratnih prevelikih tokov ob streli in pri vsakokratnih prenapetostih, značilna po tem, da združuje lastnosti in funkcije zaščit proti streli in diferenčnih tokovnih varovalk v enotnem ohišju.
2. 2. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da je namenjena za trifazno zaščito s prilagoditvami na različne tipe mrež.
3. 3. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da je označevanje napak na varistorski sekciji na okencu v pokrovu, s svetlobno indikacijo ali daljinsko.
4. 4. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da pokriva ista naprava glede na izvedbo prenapetostno zaščitnega dela, tako majhne odvodne tokov kakor tudi velike odvodne tokove.
5. 5. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da, vključuje poenostavljeni odklopni mehanizem za termični pobeg varistorjev .
6. 6. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da se ob odklopu diferenčnega tokovnega stikala odklopi tudi, varistorska zaščitna sekcija.
7. 7. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da vlogo termičnih odklopnih mehanizmov kot varoval za varistorje prevzame odklopni sistem diferenčnega tokovnega stikala.

   -1010
8. 8. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima vgrajene samougasljive plinske odvodnike ali samougasliva iskrišča v fazi in N-PE smeri.
9. 9. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem,, da so v ohišju kombinirane naprave izpuščena diferenčna tokovna stikala in da ostane le prenapetostna sekcija z varistorji ali plinskimi odvodniki v seriji kot odvodniki za različna omrežja.
10. 10. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima v splošnem vgrajeno manjšo ali večjo tokovno odvodno moč za uporabo v razdelilnikih in podrazdelilnikih.
11. 11. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima obe omenjeni funkciji medsebojno kombinirani, ali pa posamični, torej ločeni.