PL178788B1

PL178788B1 - Układ prądowego wyłącznika ochronnego z automatycznym urządzeniem kontrolnym

Info

Publication number: PL178788B1
Application number: PL95318783A
Authority: PL
Inventors: Rainer Berthold
Original assignee: Aeg Niederspannungstech Gmbh
Priority date: 1994-08-24
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 2000-06-30
Also published as: WO1996006475A1; NO970815L; EP0777928B1; NO970815D0; GR3030396T3; ES2131847T3; DK0777928T3; EP0777928A1; HUT77614A; PL318783A1; CZ54497A3; US5956218A; ATE177266T1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ prądowego wyłącznika ochronnego z automatycznym urządzeniem kontrolnym.

Prądowe wyłączniki ochronne to urządzenia instalacji domowych, które mają zadanie chronić ludzi przed niebezpiecznymi porażeniami prądem, a budynki przed pożarami wywołanymi przez uszkodzenia instalacji elektrycznych. Większość stosowanych obecnie prądowych wyłączników ochronnych zawiera obudowę, w której umieszczony jest sumujący przekładnik prądowy, magnetyczny mechanizm wyłączający, zespół styczników i urządzenie kontrolne, zwłaszcza w postaci przycisku kontrolnego.

Jak wiadomo, urządzenia te mogą z upływem czasu ulegać awarii. Stwierdzono, że najbardziej zawodnymi elementami są magnetyczny mechanizm wyłączający i urządzenie kontrolne. Istotną cechą magnetycznego mechanizmu wyłączającego prądowego wyłącznika ochronnego, jest bardzo mała szczelina powietrzna pomiędzy powierzchniami biegunowymi jego zwory i jarzma. Jeżeli po trwającym miesiące albo lata nieotwieraniu precyzyjnie wygładzonych powierzchni magnetycznych styków magnetycznych, nastąpi powolne spajanie na zimno, co jest znane z techniki przekaźników, powoli będzie wzrastać próg reakcji prądowego wyłącznika ochronnego, aż to spojenie na zimno (proces spajania dyfuzyjnego) będzie tak duże, że wystąpi całkowite przywarcie zwory do jarzma. Nawet przy zupełnym braku strumienia magnetycznego siła sprężystości nie wystarczy do zwolnienia zwory, odłączenia zespołu styczników i przerwania obwodu elektrycznego.

Z tego powodu prądowe wyłączniki ochronne są na ogół wyposażone w przycisk kontrolny uruchamiany ręcznie. Znany jest również prądowy wyłącznik ochronny z automatyczną kontrolą na przykład z opisu patentowego nr EP-A 0 502 393.

Ponadto, z opisu patentowego GB-A 2 056 094 znany jest przyrząd do testowania prądowych wyłączników ochronnych. Nie jest on jednak przeznaczony do wbudowania w przełącznik.

Większość znanych prądowych wyłączników ochronnych działa obecnie niezależnie od napięcia sieci, na przykład jak to przedstawiono w publikacji G. Biegelmeier, SchutzmaBnahmen in Niederspannungsanlagen (Środki ochronne w instalacjach niskiego napięcia), Osterreichischer Gewerbeverlag, Wiedeń 1978. Znane są również tak zwane wyłączniki DI, które są prądowymi wyłącznikami ochronnymi zależnymi od sieci. Wyłączniki DI posiadają tak jak wyłączniki niezależne od napięcia sieci, sumujący przekładnik prądowy z uzwojeniem wtórnym, podłączonym do zależnego od sieci elektronicznego układu analizatora. Zaleta tych wyłączników polega na tym, że nie wymagają mechanizmu wyłączającego o dużej czułości, takiego jak magnetyczny mechanizm wyłączający. Układ elektroniczny może zasilać dowolny przekaźnik o małej czułości, który w przypadku prądu uszkodzeniowego włącza zespół styczników. Zespół styczników może być również sterowany przez ten układ elektroniczny.

Ponadto, w opisie patentowym nr EP 0 220 408 opisany jest kontrolujący się samoczynnie prądowy wyłącznik ochronny, w którym pominięto regularną kontrolę działania, ponieważ prądowy wyłącznik ochronny kontroluje się samoczynnie podczas całego okresu eksploatacji. Ponadto, prądowy wyłącznik ochronny wyłącza się również przy przerwaniu zasilania prądowego i nie włącza się samoczynnie po ponownym doprowadzeniu zasilania prądowego. Kontrola dotyczy przy tym głównie układu elektronicznego. Wyłącznik wyłącza się, gdy zostanie przekroczony znamionowy prąd uszkodzenie wy. Nie jest w stanie rozpoznać zbliżającego się defektu.

Zarówno prądowy wyłącznik ochronny z przyciskiem kontrolnym uruchamianym ręcznie, jak i z przyciskiem automatycznym według opisu patentowego nr DE-PS 41 06 652, które kontrolują sposób działania prądowego wyłącznika ochronnego na przykład co miesiąc, mają tę wadę, że wykrywa się tylko wyłącznik nie powodujący już wyłączenia, czyli nie wykonujący już funkcji ochronnej. Wskutek tego ochrona nie występuje przez kilka dni, albo nawet tygodni, a wyłącznik zawodzi w tym czasie w razie awarii. Ponadto, sprawdzany jest tylko próg reakcji na prąd uszkodzeniowy.

Jak przedstawiono w czasopiśmie „Elektrische Maschinen” z kwietnia 1994, rocznik 73 na stronach 10 do 12, autorstwa K.W. Brunner, wskazanym jest sprawdzać nie tylko progi

178 788 reakcji na prąd uszkodzeniowy, ale także czasy reakcji na prąd uszkodzenie wy. Mają one między innymi związek z prądem płynącym przez ciało Ib i czasem przepływania t przy dotykaniu przewodu pod napięciem. Biegelmeier w swej wspomnianej już publikacji opisuje dokładniej ten związek. Wynika on również z wykresu 1, który przedstawia przebieg funkcji I_D = f(Dt).

Znane są zakresy działania prądu przemiennego 50/60 Hz na ciało ludzkie według raportu IEC479, rozdział 2, wydanie 2:

Zakres 1... W zasadzie brak reakcji;

Zakres 2... W zasadzie nie ma działania niebezpiecznego patofizjologicznie;

Zakres 3... Zakres przejściowy bez ustalonych granic. W zasadzie nie ma uszkodzeń organizmu, nie ma niebezpieczeństwa migotania komór serca, są jednak reakcje mięśni i trudności z oddychaniem przy wzroście natężenia prądu i czasu działania.

Zakres 4... Migotanie komór serca z rosnącym prawdopodobieństwem (krzywa cj z prawdopodobieństwem mniejszym niż 5%, krzywa C3 z prawdopodobieństwem mniejszym niż 50%). Ze wzrostem natężenia prądu i czasem działania mają miejsce silne oddziaływania patofizjologiczne, takie jak ustanie pracy serca, zatrzymanie oddechu i poparzenia. Jeżeli chodzi o migotanie komór serca krzywe od ci do C3 dotyczą przepływania wzdłużnego lewa ręka - lewa stopa. Przy czasie działania mniejszym niż 200 ms migotanie komór serca występuje tylko w fazie nieodpornej, gdy zostaną przekroczone wartości progowe.

Jeżeli czas przepływu, który jest równy czasowi reakcji prądowego wyłącznika ochronnego, wynosi na przykład 40 ms, to prąd uszkodzeniowy rzędu wielkości 100 do 200 mA nie wykazuje w zasadzie żadnego działania niebezpiecznego patofizjologicznie. Jeżeli natomiast czas przepływu wynosi >100 ms, już prąd uszkodzeniowy rzędu 100 do 200 mA jest niebezpieczny dla człowieka. Gdy czas wynosi > 500 ms, prąd o natężeniu 30 mA jest już niebezpieczny. Jest widoczne, że duże znaczenie ma iloczyn prądu uszkodzeniowego i czasu reakcji.

W układzie prądowego wyłącznika ochronnego z automatycznym urządzeniem kontrolnym według wynalazku, do przewodów sieciowych jest dołączony sumujący przekładnik prądowy, z którym połączony jest magnetyczny mechanizm wyłączający oraz zespół styczników zaopatrzony w główne styki prądowe dla przewodów sieciowych. Ponadto układ jest zaopatrzony w urządzenie blokujące do otwierania tych styków. Układ tego rodzaju charakteryzuje się tym, że do jednego przewodu sieciowego dołączony jest pomiarowy przetwornik prądowy, którego jedno wyjście dołączone jest do drugiego przewodu sieciowego, przed wejściem zespołu styczników, a drugie wyjście pomiarowego przetwornika prądowego dołączone jest do zespołu sterującego połączonego z urządzeniem blokującym dla zapobiegania otwarciu głównych styków prądowych w czasie pomiaru. Do sumującego przekładnika prądowego dołączone jest, poprzez czujnik prądowy, urządzenie pomiarowo-sterujące z zegarem synchronizującym, dla pomiaru w ustalonych odstępach czasowych własnego czasu reakcji i własnego progu reakcji na prąd uszkodzeniowy i porównania ich z wartościami zadanymi, dla wykrycia i wskazania uszkodzenia.

Korzystnym jest, że urządzenie blokujące jest zaopatrzone w sprężynę do jego wyciągnięcia i utrzymania funkcji ochrony przed prądem uszkodzeniowym, w przypadku błędu w sterowaniu. Do wejść zespołu styczników są dołączone równolegle wejścia zespołu obejściowego zaopatrzonego we włączane automatycznie pomocnicze styki prądowe, które są włączone przed otwarciem głó wnych styków prądowych i które są otwarte po dokonanej kontroli i ponownym zamknięciu głównych styków prądowych. W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku urządzenie blokujące jest połączone z zespołem napędu zaopatrzonym w środki napędu elektromechanicznego, elektromagnetycznego, elektrotermicznego. Urządzenie pomiarowo-kontrolne stanowi konwencjonalny wyłącznik pomocniczy dołączony do układu prądowego wyłącznika ochronnego. Urządzenie pomiarowo-sterujące jest zintegrowane z instalacją techniczną systemu budynku.

Korzystnym jest, że główne styki prądowe zespołu styczników połączone są przez dzielnik napięcia z miernikiem napięcia sieci dla wykrycia spojenia i zaciśnięcia głównych styków prądowych, zwłaszcza po zwarciu. Równolegle do wyjść zespołu styczników jest do

178 788 łączony przyrząd rozdzielczy, który jest wyłączony po wykryciu nierozłączenia głównych styków prądowych.

Urządzenie pomiarowo-sterujące jest korzystnie zaopatrzone w czerwoną diodę elektroluminescencyjną wskazującą usterkę w elektronicznych obwodach układu.

W korzystnym rozwiązaniu urządzenie pomiarowo-sterujące stanowi mikroprocesor kontrolujący próg reakcji na prąd uszkodzeni owy, czasy reakcji i iloczyn tych dwóch wielkości.

Korzystnym jest, że pomiędzy zespołem styczników i przyrządem rozdzielczym, do przewodów sieciowych dołączony jest podzespół odcinający zaopatrzony w izolowane nożyki ewentualnie miniaturowy detonator.

Układ prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku zapewnia możliwość kontroli, w regularnych odstępach, progu reakcji na prąd uszkodzeniowy, czasu reakcji, jak i iloczynu tych dwóch wielkości, zarówno poprzez ręczne uruchomienie przycisku wyłącznika, albo całkowicie automatycznie, przy czym przy przekroczeniu zadanych progów reakcji zostanie ogłoszony alarm.

Stosowanie prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku umożliwią że wykrywa się zbliżające się uszkodzenie jeszcze przed awarią wyłącznika i w odpowiednim czasie jest wysyłany sygnał alarmu, aby wymienić wyłącznik jeszcze przed jego awarią

Wyłącznik ochronny według wynalazku ma szereg zalet. Jest odporny na uszkodzenie, zawsze zachowuje funkcje ochrony przed prądem uszkodzeniowym przy awarii elektrycznego albo elektronicznego zespołu sterującego, uwzględnia możliwości przepływu prądu przez izolację, jak na przykład pojemnościowych prądów upływowych. Możliwa jest kontrola spajania na zimno głównych styków prądowych i/lub zaciśnięcia zespołu styczników itp. Pod kontrolą pozostaje otwarcie styków magnetycznego mechanizmu wyłączającego oraz elektroniczny zespół sterujący.

W celu wykrycia prądu uszkodzeniowego prądowy wyłącznik ochronny posiada w przewodzie sieciowym sumujący przekładnik prądowy, którego uzwojenie pierwotne tworzy przewód sieciowy. Sumujący przekładnik prądowy posiada ponadto uzwojenie wtórne, na którym przy wystąpieniu prądu uszkodzeniowego w sieci powstaje sygnał powodujący wyłączenie prądowego wyłącznika ochronnego. Układ elektryczny jest przy tym tak dobrany, że wyłącznik wyłącza się na przykład przy prądzie uszkodzeniowym < 30 mA w ciągu 40 ms.

Za pomocą pomiarowego przetwornika prądowego, zintegrowanego z mikroprocesorem, albo mikrokomputerem i czujnika prądowego, zegara synchronizującego oraz elektronicznego miernika czasowego mierzy się próg reakcji wyłącznika prądowego oraz czas reakcji i/lub mnoży się je, porównuje z zadanymi prądami reakcji, zadanymi czasami i zadanym iloczynem, a przy przekroczeniu zadanego progu, w odpowiednim czasie, wysłany zostaje sygnał alarmu i za pomocą urządzenia blokującego zapobiega się otworzeniu styków prądowych podczas pomiaru. Tego rodzaju urządzenie blokujące działa pomiędzy zespołem styczników i magnetycznym mechanizmem wyłączającym lub bezpośrednio na zespół styczników i zapobiega włączeniu tego zespołu przez popychacz magnetycznego mechanizmu wyłączającego.

Ponadto, urządzenie blokujące jest wykonane w taki sposób, że przy przekroczeniu ustalonych granicznych progów reakcji służy do otworzenia głównych styków prądowych i dodatkowo jako blokada ponownego włączenią co oznacza działanie zabezpieczające przed uszkodzeniem.

Aby przy błędzie elektronicznego układu sterującego blokada nie blokowała funkcji ochrony przed prądem uszkodzeniowym, urządzenie blokujące jest odciągane z położenia blokującego, na przykład przez odczepiającą się automatycznie sprężynę. Nie ma to jednak miejsca po wyłączeniu prądu w celu zabezpieczenia przed uszkodzeniem.

Jeżeli nie następuje ogłoszenie alarmu, czyli zadane progi reakcji nie zostały przekroczone, zapamiętuje się zmierzone progi reakcji i przy następnym pomiarze (kontroli) określa się ich przyrost. Z ustalonego w ten sposób przyrostu określa się przypuszczalny moment przekroczenia maksymalnego zadanego progu reakcji, czyli ekstrapoluje go i w odpowiedni

178 788 sposób wskazuje. Dzięki temu jest wystarczająco dużo czasu na wymianę prądowego wyłącznika ochronnego.

Ustalone uprzednio czasy, po których przeprowadza się pomiar, są uzależnione od wielkości progów reakcji. Jeżeli próg reakcji przybliża się do zadanej wartości, skracają się automatycznie odstępy czasowe, po których następują następne pomiary.

Jeżeli trzeba kontrolować nie tylko progi reakcji, ale również zdolność funkcjonowania całego wyłącznika, przy osiągnięciu określonego przyrostu progu reakcji, wysłany zostaje sygnał alarmu. Jeżeli wyłącznik nie zostanie wymieniony, wyłącznik wyłącza się samoczynnie po również ustalonym czasie, na przykład po upływie 6 do 8 tygodni.

Jeżeli chodzi o prądowy wyłącznik ochronny 300 mA, stosowany dla ochrony przeciwpożarowej, 6 do 8 tygodni byłoby czasem zbyt długim, musi więc wyłączyć się on natychmiast przy osiągnięciu niebezpiecznego przyrostu czasu wyzwalania.

Kolejna możliwość kontrolowania całego wyłącznika polega na tym, że po osiągnięciu dopuszczalnego jeszcze czasu reakcji nie tylko ogłasza się alarm, ale również otwiera główne styki prądowe i zamyka je ponownie w ciągu 200 ms. Aby w tym przypadku prąd przepływał nadal podczas otwarcia głównych styków prądowych, zamykają się automatycznie pomocnicze styki prądowe biegnące względem nich obejściowo i otwierają się ponownie po całościowej kontroli (czynności pomiarowej), czyli po ponownym zamknięciu głównych styków prądowych.

Jeżeli jednak główne styki prądowe nie powinny być sprawdzane, gdyż w ostatnich latach zespoły styczników prądowych wyłączników ochronnych ulegały bardzo rzadko awariom, ponieważ nie stosowano już żadnych lepkich smarów, przy osiągnięciu czasu reakcji reaguje tylko mechanizm wyzwalający, na przykład przekaźnik wyzwalający magnetycznego mechanizmu wyłączającego, lub innego rodzaju element, na przykład element piezoelektryczny. Urządzenie blokujące zapobiega przy tym uruchomieniu zespołu styczników. Również w ten sposób można zapobiec przerwie w zasilaniu podczas kontroli.

Ponieważ przykładowo styki magnetyczne magnetycznego mechanizmu wyłączającego muszą zaraz po otworzeniu zostać ponownie zamknięte, urządzenie blokujące ma szczególną postać, tak aby styki magnetyczne zamykały się automatycznie przy odciągnięciu urządzenia blokującego.

Oczywiście urządzenie blokujące, które zapobiega zwolnieniu zapadki zespołu styczników, może znajdować się na przykład w zespole styczników. Odpowiednie urządzenie blokujące można przy tym uruchamiać na przykład elektromechanicznie, elektromagnetycznie, elektrotermicznie, za pomocą znanych środków, napędu FGL albo w podobny sposób.

Przy zastosowaniu wyłącznika według wynalazku można rozpoznać przyrost wartości progowych prądowego wyłącznika ochronnego po zwarciu. W tym celu odpowiednio dobrany czujnik prądowy wykrywa prąd zwarcia, płynący przez wyłącznik i poprzez odpowiednie urządzenie rozpoczyna czynności pomiarowe. Aby zapobiec nastąpieniu tych czynności już przy przeciążeniu, do wykrywania prądu zwarcia można zastosować na przykład cewkę Rogowskiego, która nie mierzy prądu zwarcia ϊχ, ale jego przyrost dix/dt. Jeżeli wyłącznik zostanie uszkodzony przez prąd zwarcia, nastąpi ogłoszenie alarmu i/lub otworzenie głównego styku prądowego.

Oprzyrządowanie wynikające z wynalazku może zostać wykonane w postaci zwykłego wyłącznika pomocniczego, który można dołączyć do prądowego wyłącznika ochronnego. Możliwe jest także kontrolowanie wszystkich funkcji prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku za pomocą znanych środków, na przykład przez styki pomocnicze i wysłanie sygnału alarmu przy niezadziałaniu, czyli awarii jednej lub większej liczby funkcji.

Ta kontrola i ocena progów reakcji na prąd uszkodzeniowy może zostać zintegrowana z instalacją techniczną systemu budynku, która jest połączona przewodami szynowymi z kolejnymi prądowymi wyłącznikami ochronnymi i która wypełnia centralnie wiele spośród wymienionych fhnkcji.

Przy kontroli za pomocą układu według wynalazku, graniczny prąd uszkodzeniowy jest ustawiony na niski, ponieważ zwykle do ziemi płyną pewne prądy przez izolację lub także pojemnościowe prądy upływowe, które zakłócają wytwarzanie i pomiar sprawdzanych prą

178 788 dów uszkodzeniowy ch przez elektroniczny układ kontrolny wyłącznika. Tę niedogodność usuwa się w ten sposób, że prąd płynący przez izolację mierzy się przez cały czas i przy sprawdzaniu albo kontroli automatycznie odejmuje od sprawdzanego prądu uszkodzeniowego. Eliminuje się dzięki temu duże wahania progów reakcji, spowodowanych przez te prądy upływowe.

W większości prądowych wyłączników ochronnych pomija się sprawdzanie głównych styków prądowych, chociaż - wprawdzie wyjątkowo rzadko - może wskutek zwarć dochodzić do spojenia głównych styków prądowych. To samo dotyczy zaciskania zespołu styczników. Funkcja ochrony przed prądem uszkodzeniowym zostałaby przez to wyłączona, czyli wyłącznik zawiódłby w przypadku prądu uszkodzeniowego. Aby usunąć również tę niedogodność, napięcie w sieci mierzy się przez cały czas bezpośrednio, albo na przykład poprzez rezystor wstępny za stykami, a w przypadku prądu uszkodzeniowego przy nieotworzeniu się głównych styków prądowych, wydaje się polecenie wyłączenia przyrządowi wyłączającemu odpornemu na spajanie, włączonego przed albo za prądowym wyłącznikiem ochronnym.

Aby kontrolować spajanie głównych styków prądowych po zwarciu, muszą one otworzyć się z opóźnieniem, na przykład po 20 ms albo po następnym przejściu przez zero. Jeżeli się nie otworzą, włączony za nimi przyrząd rozdzielczy zostaje wyłączony i nie da się włączyć ponownie (działanie zabezpieczające przed uszkodzeniem).

Sygnał pomiarowy jest poza tym przetwarzany, dla przedstawienia optycznego albo akustycznego, albo podawany dalej do centrali instalacji technicznej systemu budynku.

Kolejna możliwość sprawdzania zespołu styczników pod względem spojenia głównych styków prądowych po zwarciu jest następująca: Ponieważ po zwarciu napięcie w sieci jest odłączone przez odpowiedni instalacyjny wyłącznik ochronny, potrzebny jest jeden albo więcej kondensatorów jako pośredni zasobnik energii, aby utrzymywać gotowość działania elektronicznego układu kontrolnego. Po zwarciu sprawdza się prąd uszkodzeniowy i czas reakcji i otwiera styki zespołu styczników. Może to następować w ten sposób, że generowany jest prąd uszkodzeniowy, którego rząd wielkości jest równy kontrolnemu prądowi uszkodzeniewemu, który powoduje reakcję magnetycznego mechanizmu wyłączającego. Uderza on swoim popychaczem w zespół styczników.

Po ponownym włączeniu instalacyjnego wyłącznika ochronnego pomiar napięcia w sieci, za głównymi stykami prądowymi prądowego wyłącznika ochronnego wskazuje, czy styki są rzeczywiście otwarte. Jeżeli nie, urządzenie blokujące próbuje otworzyć styki. Jeżeli to się nie uda (wciąż wykazywane jest napięcie w sieci), wyłącznik powoduje w instalacyjnym wyłączniku ochronnym zwarcie uruchamiające ponownie instalacyjny wyłącznik ochronny. Przy prądowym wyłączniku ochronnym jest to wskazywane alarmem akustycznym i/lub optycznym.

Jeżeli wbrew rozsądkowi instalacyjny wyłącznik ochronny zostanie jeszcze raz włączony, przewody prądowe w prądowym wyłączniku ochronnym zostaną rozsadzone albo rozcięte za pomocą jednego albo większej liczby izolowanych nożyków.

Obecnie zostanie opisane, w jaki sposób mikroprocesor jest informowany o uruchomieniu magnetycznego mechanizmu wyłączającego przy ustalonych z góry progach reakcji. W najprostszym przypadku następuje to za pomocą styków pomocniczych, w sposób znany w technice wyłączających urządzeń ochronnych. Możliwe są także zapory świetlne, korzystnie przemienne zapory świetlne (odbijające zapory świetlne). Bardziej korzystna możliwość polega na pomiarze i ocenie indukcyjnego szczytu prądu powstającego w uzwojeniu wtórnym mechanizmu wyłączającego przy otwarciu styków magnetycznych.

Ponadto, mikroprocesor może komunikować się poprzez instalację techniczną systemu budynku. Centrala tej instalacji może przejąć również część funkcji elektronicznych, jak porównywanie, zapamiętywanie itd.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu prądowego wyłącznika ochronnego z przyciskiem kontrolnym, fig. 2 - schemat blokowy prądowego wyłącznika ochronnego z automatycznym przyciskiem kontrolnym i blokadą zespołu styczników, fig. 3 - schemat blokowy prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku z blokadą zespołu styczników,

178 788 pomiarowym przetwornikiem prądowym, czujnikiem prądowym, komparatorem, wzmacniaczem operacyjnym i urządzeniem sygnalizacyjnym, fig. 4 - schemat blokowy prądowego wyłącznika ochronnego według fig. 3, z zegarem synchronizującym, fig. 5 - podobny schemat blokowy prądowego wyłącznika ochronnego według fig. 3, bez blokady zespołu styczników, natomiast z zespołem obejściowym i zespołem napędu zespołu styczników, fig. 6 - schemat blokowy według fig. 5, z dodatkowym przyrządem rozdzielczym, który wyłącza zasilanie w sieci przy awarii zespołu styczników, fig. 7 a-d - przykład wykonania blokady zespołu styczników, fig. 8 a-e - kolejny przykład wykonania blokady zespołu styczników, fig. 9 - schemat blokowy kolejnego przykładu wykonania prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku z urządzeniem do wykrywania zespolenia głównych styków prądowych i urządzeniem zabezpieczającym przed uszkodzeniem, fig. 10 przedstawia inny przykład schematu blokowego prądowego wyłącznika ochronnego z wyłącznikiem zwierającym i detonatorami albo nożykami.

Na figurze 1 przedstawiono ogólne zasady układu dwubiegunowego prądowego wyłącznika ochronnego. Oba przewody sieciowe, przewód zewnętrzny 1 kabla i przewód neutralny 2, przechodzą przez sumujący przekładnik prądowy 3 i zespół styczników 4. Przy wystąpieniu prądu uszkodzeniowego przekładnik prądowy 3 wytwarza sygnał powodujący reakcję mechanizmu wyłączającego 5, który z kolei uderza w zespół styczników 4 za pomocą popychacza 6 i przerywa przez to przepływ prądu w przewodach sieciowych 1 i 2.

Aby móc kontrolować żdblńóść działania prądowego wyłącznika ochronnego w regularnych odstępach, zastosowane jest urządzenie kontrolne, złożone z przycisku kontrolnego 7 i rezystora kontrolnego 8. Po wciśnięciu przycisku kontrolnego 7, przez rezystor 8 płynie prąd uszkodzeniowy, który wyłącza wyłącznik. Po czynności kontrolnej trzeba ręcznie ponownie włączyć wyłącznik.

Na figurze 2 przedstawiono dwubiegunowy prądowy wyłącznik ochronny z automatycznym przyciskiem kontrolnym. Zastosowane zostało tu automatyczne urządzenie kontrolne 9, które krótko przed przeprowadzeniem automatycznej czynności kontrolnej wysyła sygnał do zespołu sterującego 10, który za pomocą zespołu napędu 11 przesuwa urządzenie blokujące 12 pomiędzy popychaczem 6 mechanizmu wyłączającego 5 i zespołem styczników 4. Urządzenie blokujące 12 zapobiega przerwie w przepływie prądu przez zespół styczników 4, ale nie przeszkadza w uruchomieniu mechanizmu wyłączającego 5. Zespół kontrolny i sygnalizacyjny 13 kontroluje automatycznie zdolność działania poszczególnych podzespołów i ponadto wysyła sygnał alarmu, jeżeli mechanizm wyłączający 5 nie uruchomi się.

Na figurze 3 przedstawiono przykład wykonania prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku, z następującymi grupami funkcyjnymi: oprócz pokazanych na fig. 2 i opisanych już elementów od 1 do 13, do układu dołączony jest pomiarowy przetwornik prądowy 14, czujnik prądowy 15, korzystnie w postaci rezystora pomiarowego i urządzenie pomiarowo-sterujące 16, złożone z komparatora, wzmacniacza operacyjnego, pamięci wartości pomiarowych i członu różniczkującego. Pomiarowy przetwornik prądowy 14 w ustalonych uprzednio momentach wytwarza automatycznie rosnący prąd uszkodzeniowy, który po osiągnięciu progu reakcji powoduje uruchomienie mechanizmu wyłączającego 5. Urządzenie blokujące 12 zapobiega przy tym wyłączeniu prądu w przewodach sieciowych 1 i 2.

Czujnik prądowy 15, określa próg reakcji poprzez pomiar napięcia za pomocą układu próbkująco-pamiętającego. Komparator zespołu pomiarowego 16 porównuje napięcie zmierzone przez czujnik prądowy 15 z zadaną wartością progową. Wszystkie progi reakcji zmierzone w ustalonych odstępach czasowych zapamiętuje się w pamięci wartości pomiarowych urządzenia pomiarowo-sterującego 16. Wszystkie te czynności można wykonać techniką cyfrową.

Człon różniczkujący urządzenia pomiarowo-sterującego 16 z chwilowych i wyjściowych wartości ustala każdorazowo przyrost progów reakcji na prąd, aby ekstrapolować na jego podstawie moment awarii prądowego wyłącznika ochronnego. Jeżeli zostanie wykryte zbliżanie się usterki, zespół kontrolny i sygnalizacyjny 13 wysyła sygnał alarmowy i wyświetla go na nie pokazanym wyświetlaczu. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku na wyświetlaczu pojawia się chwila (data), z którą należy wymienić wyłącznik.

178 788

Na figurze 4 przedstawiono przykład wykonania prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku bez urządzenia blokującego, który sprawdza tylko czas reakcji i posiada następujące grupy funkcyjne: przekładnik prądowy 3, zespół styczników 4, mechanizm wyłączający 5, popychacz 6, oraz odbiornik 24, mikroprocesor 25 i wyłącznik elektroniczny 26. Miernik czasu zintegrowany z mikroprocesorem 25 mierzy w ustalonych z góry odstępach czasowych czas reakcji prądowego wyłącznika ochronnego, który w zasadzie, jak opisano wyżej, składa się z przekładnika prądowego 3, zespołu styczników 4 i mechanizmu wyłączającego 5.

Zmierzony czas reakcji porównuje się w mikroprocesorze 25 z zadanym czasem reakcji. Przy przekroczeniu zadanej wartości ogłasza się alarm optyczny i/lub akustyczny, za pomocą nie pokazanego generatora alarmu. Mikroprocesor może być również umieszczony w jednostce centralnej instalacji technicznej systemu budynku.

Podobnie tworzy się i kontroluje iloczyn czasu reakcji i natężenia prądu. Automatyczna czynność kontrolna odbywa się następująco: W momencie początkowym mikroprocesor 25 wytwarza impuls, który otwiera wyłącznik elektroniczny 26. Przez rezystor ograniczający wmontowany w ten wyłącznik elektroniczny 26, płynie wtedy ustalony uprzednio prąd uszkodzeniowy, który w przekładniku prądowym 3 wytwarza napięcie wtórne, powodujące uruchomienie mechanizmu wyłączającego 5. Popychacz 6 otwiera zespół styczników 4, który zamyka się ponownie w ciągu 200 ms, dzięki nie pokazanej obsłudze zdalnej. Równocześnie z otwarciem zespołu styczników 4 mechanizm wyłączający 5 wytwarza sygnał, który jest przekazywany poprzez przewód 27 do mikroprocesora 25. Jeżeli takie przekazanie nie następuje, mikroprocesor 25 zwiększa czas upływający do reakcji mechanizmu wyłączającego 5.

Każdy czas reakcji jest zapamiętywany przez mikroprocesor 25 w pamięci EEPROM, aby wartości te nie zostały utracone przy przerwie w zasilaniu. Jeżeli stosuje się co najmniej dwa czasy reakcji, mikroprocesor 25 tworzy ich przyrost dt_a/dt i w razie potrzeby ekstrapoluje moment, w którym zostanie przekroczony zadany czas reakcji. Równocześnie ogłasza cichy albo głośny alarm. Jeżeli mikroprocesor 25 jest częścią składową zespołu centralnego instalacji technicznej systemu budynku, to zgłasza moment przewidywanego przekroczenia zadanego czasu reakcji. Wyłącznik może zostać wymieniony, nim przestanie spełniać wymagania techniczne.

Na figurze 5 przedstawiono przykład układu według wynalazku bez urządzenia blokującego, natomiast z zespołem obejściowym 17 i zespołem napędu 18 zespołu styczników 4. W tym przykładzie wykonania ustala się nie tylko próg reakcji mechanizmu wyłączającego 5, zapamiętuje go i ocenia, ale jednocześnie kontroluje się wszystkie inne podzespoły, wraz z zespołem styczników 4, jego zespołem napędu 18 i zespołem obejściowym 17.

Na figurze 6 przedstawiono kolejny przykład wykonania podobny do przedstawionego na fig. 5, ale uzupełniony o przyrząd rozdzielczy 19. Wyłącza się on, gdy po czasie uprzednio ustalonym z przyrostu progu reakcji nie wymieniono prądowego wyłącznika ochronnego (działanie zabezpieczające przed uszkodzeniem).

Na figurach 7a do 7d przedstawiono jeden z wielu możliwych przykładów wykonania urządzenia blokującego 12 wraz z jego zespołem napędu 11, które w niektórych z przedstawionych przykładów wykonania przesuwa się pomiędzy popychaczem 6 i zespołem styczników 4, a przy cofaniu przesuwa się automatycznie styki magnetyczne magnetycznego mechanizmu wyłączającego 5.

Na figurze 7a przedstawiono przy tym fazę wyjściową czynności kontrolnej. Popychacz 6 mechanizmu wyłączającego 5 i urządzenie blokujące 12 znajdują się w położeniu gotowości, czyli w stanie wciągniętym. Jest widoczne, że urządzenie blokujące 12 wykonane w postaci łyżeczki może przejść obok popychacza 6.

Na figurze 7b przedstawiono urządzenie blokujące 12 w położeniu, w którym nie jest już możliwe wyłączenie zespołu styczników 4.

Gdy teraz zostanie zmierzony próg reakcji i mechanizm wyłączający 5 się uruchomi, popychacz 6 uderza w urządzenie blokujące 12, co pokazano na fig. 7c.

178 788

Po zakończeniu czynności urządzenie blokujące 12 cofa się i, co widać na fig. 7d, swoim zgrubieniem przesuwa popychacz 6 w dół, który ponownie zamyka styki magnetyczne mechanizmu wyłączającego 5.

Po zamknięciu styków magnetycznych urządzenie blokujące 12 powraca do położenia wyjściowego pokazanego na fig. 7a.

Na figurach 8a do 8e przedstawione są różne zadania urządzenia blokującego 12 i jego rozwiązania.

Na figurze 8a przedstawiono urządzenie blokujące 12 z zespołem napędu 11 w położeniu wyjściowym. Główne styki prądowe 4.2 i 4.3 zespołu styczników 4, przy czym każdy z nich może rozłączyć przyporządkowany mu przewód sieciowy 1, 2; oraz styki magnetyczne magnetycznego mechanizmu wyłączającego 5 są zamknięte. Popychacz 6, otwierający zespół styczników 4 dla otwarcia głównych styków prądowych 4.2 i 4.3, również znajduje się w położeniu wyjściowym. Po otrzymaniu z zegara synchronizującego mikroprocesora, polecenia aby podjąć czynność kontrolną, urządzenie blokujące 12 zostaje wsunięte pomiędzy mechanizm wyłączający 5 i zespół styczników 4 (fig. 8b). Następnie uruchomiony zostaje mechanizm wyłączający 5, popychacz 6 uderza w urządzenie blokujące 12, które zapobiega otwarciu głównych styków prądowych 4.2 i 4.3 zespołu styczników 4 (fig. 8c).

Po zakończeniu czynności kontrolnej urządzenie blokujące 12 cofa się i dzięki swojej specjalnej postaci zamyka styki magnetyczne mechanizmu wyłączającego 5, przy czym popychacz 6 zostaje wciśnięty w dół (fig. 8d).

Jeżeli przy kontroli progu reakcji na prąd uszkodzeniowy i czasu reakcji okazuje się, że są one zbyt duże dla prądowego wyłącznika ochronnego, urządzenie blokujące 12 zostaje przesunięte pomiędzy zespołem styczników 4 i mechanizmem wyłączającym 5, aż do otwarcia głównych styków prądowych 4.2 i 4.3 i pozostaje w tym położeniu, tak że główne styki prądowe 4. 2 i 4.3 nie mogą zostać zamknięte (fig. 8e).

W razie potrzeby, w przebiegu dodatkowego przełączenia, urządzenie blokujące 12 magnetycznego mechanizmu wyłączającego 5 zostaje zamknięte, aby styki magnetyczne się nie zabrudziły.

Na figurze 9 przedstawiono schemat blokowy prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku, z urządzeniem do wykrywania spojenia głównych styków prądowych i działaniem zabezpieczającym przed uszkodzeniem. Oba przewody sieciowe, przewód zewnętrzny 1 i przewód neutralny 2 przechodzą przez sumujący przekładnik prądowy 3 i zespół styczników 4. Przy wystąpieniu prądu uszkodzeniowego przekładnik prądowy 3 wytwarza sygnał, który powoduje reakcję mechanizmu wyłączającego 5, który z kolei powoduje otwarcie zespołu styczników 4 za pomocą popychacza 6, przerywając przez to przepływ prądu w przewodach sieciowych 1 i 2.

Do kontroli progu reakcji na prąd uszkodzeniowy zastosowany jest czujnik prądowy 15, korzystnie w postaci rezystora pomiarowego, dołączony do uzwojenia wtórnego sumującego przekładnika prądowego 3, który tak jak wszystkie podzespoły jest połączony z mikroprocesorem 20.

Pomiarowy przetwornik prądowy 14 wytwarza automatycznie w ustalonych uprzednio momentach rosnący prąd uszkodzeniowy, który po osiągnięciu progu reakcji powoduje uruchomienie mechanizmu wyłączającego 5. Urządzenie blokujące 12, jak już opisano, zapobiega przy tym wyłączeniu przepływu prądu w przewodach sieciowych 1 i 2. Czujnik prądowy 15, tu w postaci rezystora pomiarowego, określa próg reakcji w wyniku pomiaru napięcia, przykładowo za pomocą układu próbkująco-pamiętającego. Ponadto, za pomocą komparatora mikroprocesora 20 porównuje się napięcie zmierzone na rezystorze czujnika prądowego 15 z zadaną wartością progową. Wszystkie progi reakcji zmierzone w ustalonych uprzednio odstępach czasowych zapamiętuje się w pamięci. Oczywiście wszystkie te czynności są wykonywane za pomocą mikroprocesora 20.

Za pomocą członu różniczkującego, z chwilowych i wyjściowych wartości ustala się każdorazowo przyrost progów reakcji na prąd, aby ekstrapolować na jego podstawie moment awarii prądowego wyłącznika ochronnego. Jeżeli zostanie wykryte zbliżanie się usterki, zespół kontrolny mikroprocesora 20 wysyła sygnał alarmowy i wskazuje go na nie pokazanym

178 788 wyświetlaczu. W innym kolejnym przykładzie wykonania wynalazku, na wyświetlaczu pojawia się chwila (data), z którą należy wymienić wyłącznik.

Dla kontroli czasu reakcji, za pomocą zegara synchronizującego mikroprocesora 20, mierzy się w ustalonych odstępach czasowych czas reakcji prądowego wyłącznika ochronnego, porównuje z zadanym czasem reakcji, a przy jego przekroczeniu wysyła sygnał alarmu.

Jeżeli sygnał alarmu nie zostaje wysłany, zapamiętuje się zmierzone progi reakcji i przy następnym pomiarze (kontroli) określa się ich przyrost. Z ustalonego w ten sposób przyrostu można wywnioskować moment przekroczenia maksymalnego zadanego czasu reakcji, czyli ekstrapolować go i w odpowiedni sposób wskazać. Dzięki temu pozostaje wystarczająco dużo czasu na wymianę prądowego wyłącznika ochronnego.

Ponieważ czas reakcji może być różny dla różnych wyłączników - na przykład dla wyłączników 30 mA musi się mieścić pomiędzy 0 i 500 ms - za pomocą mikroprocesora 20 wytwarza się prądy uszkodzeniowe o narastającym czasie trwania, aż do osiągnięcia czasu reakcji.

Uprzednio ustalone czasy, po których przeprowadza się każdorazowo czynność pomiarową zależą od wielkości czasu reakcji. Jeżeli czas reakcji zbliża się do wartości zadanej, skracają się automatycznie odstępy czasowe, po których następują następne pomiary.

Aby móc również sygnalizować spojenie się głównych styków prądowych 4.2 i 4.3 po zwarciu, umieszcza się za nimi miernik napięcia 21, który również jest połączony z mikroprocesorem 20.

Jak objaśniono już przy opisie figury 8e, urządzenie blokujące 12 powinno otworzyć główne styki prądowe 4. 2 i 4. 3 dopiero wtedy, gdy przy kontroli progu reakcji na prąd uszkodzenie wy i czasu reakcji okaże się, że są one zbyt wysokie dla prądowego wyłącznika ochronnego. Jeżeli główne styki prądowe są spojone albo zespół styczników 4 jest zaciśnięty, urządzeniu blokującemu 12 się to nie udaje, to miernik napięcia 21 natychmiast przekazuje do mikroprocesora 20 sygnał sterujący, powodujący otwarcie przyrządu rozdzielczego 19.

Na figurze 10 przedstawiono kolejny przykład wykonania prądowego wyłącznika ochronnego według wynalazku. Jeżeli podczas automatycznej kontroli progów reakcji okazuje się, że przekroczyły one swoje wartości zadane i pomimo ostrzeżenia optycznego i/lub akustycznego nie wymieniono wyłącznika, popychacz 6 mechanizmu wyłączającego 5 otwiera główne styki prądowe 4.2 i 4.3 zespołu styczników 4. Jeżeli są one spojone albo zaciśnięte, co ustala się za pomocą miernika napięcia 21, mikroprocesor 20 steruje zamknięcie przekaźnika 22, przez co następuje uruchomienie przyrządu rozdzielczego 19. Jeżeli wbrew oczekiwaniu zostanie on ponownie włączony, bez wymiany prądowego wyłącznika ochronnego, przewody doprowadzające napięcie sieci zostaną odcięte automatycznie za pomocą podzespołu odcinającego 23, co korzystnie następuje przy zastosowaniu izolowanego nożyka albo miniaturowego detonatora.

178 788

Fig.2

178 788

Fig- 4

178 788

Fig. 5

178 788

Hg. β

178 788

Fig.zd

178 788

Fig-a

178 788

Rg. 9

178 788

CS

178 788

PRÓG MZ~ PRÓG H/HALAMA

ΡΟΓΑΝ LA

GALNOŚC!

fflS

2CL

2 5 1C 20 | 50 10C200

4- —

1C00

6mAs ' ŁANIA PRNAU

UNIA CH-CZNA iH/Zp , P^oorego 'kyt. ochr.

50r

ΥΚΝΥ/Υ

2X20

5CC0

SROGĄ PRZEPŁYŃ U_: LUNA RĘKA - STOPY tQQQCi mĄ

065ZAfiQ) ZUyRLP NIP DOST^EGA SIĘ ODDZIAtWMIlk

OBSZAR^ ΖΥγΚΕΕ 6RAK ODDZIAE/RAŃ SAKOPUNW

CEBZAR^) SKURCZE NlEŚNi _? /ZIEREEuIaRNOŚCI N BICIU SERCĄ 5^ HOUUKE (KWOT &ΑΆΒ30 ΰ(Η Μ^Ρι&&ύ_{5ηο MSotaKa}

WKRRS Ί

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ prądowego wyłącznika ochronnego z automatycznym urządzeniem kontrolnym, w którym do przewodów sieciowych jest dołączony sumujący przekładnik prądowy, z którym połączony jest magnetyczny mechanizm wyłączający oraz zespół styczników zaopatrzony w główne styki prądowe dla przewodów sieciowych, ponadto zaopatrzony w urządzenie blokujące do otwierania tych styków, znamienny tym, że do jednego przewodu sieciowego (1) dołączony jest pomiarowy przetwornik prądowy (14), którego jedno wyjście dołączone jest do drugiego przewodu sieciowego (2), przed wejściem zespołu styczników (4), a drugie wyjście pomiarowego przetwornika prądowego (14) dołączone jest do zespołu sterującego (10) połączonego z urządzeniem blokującym (12) dla zapobiegania otwarciu głównych styków prądowych (4.2, 4.3) w czasie pomiaru, przy czym do sumującego przekładnika prądowego (3) dołączone jest, poprzez czujnik prądowy (15), urządzenie pomiarowosterujące (16, 20) z zegarem synchronizującym do pomiaru w ustalonych odstępach czasowych własnego czasu reakcji i własnego progu reakcji na prąd uszkodzeniowy i porównania ich z wartościami zadanymi, dla wykrycia i wskazania uszkodzenia.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie blokujące (12) jest zaopatrzone w sprężynę do jego wyciągnięcia i utrzymania funkcji ochrony przed prądem uszkodzeniowym, w przypadku błędu w sterowaniu.
3. Układ według zastrz.l, znamienny tym, że do wejść zespołu styczników (4) są dołączone równolegle wejścia zespołu obejściowego (17) zaopatrzonego we włączane automatycznie pomocnicze styki prądowe, które są włączone przed otwarciem głównych styków prądowych (4.2, 4.3) i które są otwarte po dokonanej kontroli i ponownym zamknięciu głównych styków prądowych (4.2,4.3).
4. Układ według zastrz.l, znamienny tym, że urządzenie blokujące (12) jest połączone z zespołem napędu (11) zaopatrzonym w środki napędu elektromechanicznego, elektromagnetycznego, elektrotermicznego.
5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie pomiarowo-kontrolne stanowi konwencjonalny wyłącznik pomocniczy dołączony do układu prądowego wyłącznika ochronnego.
6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie pomiarowo-sterujące (16, 20) jest zintegrowane z instalacją techniczną systemu budynku.
7. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że główne styki prądowe (4.2, 4.3) zespołu styczników (4) połączone są przez dzielnik napięcia z miernikiem napięcia sieci (21) dla wykrycia spojenia i zaciśnięcia głównych styków prądowych (4.2, 4.3), zwłaszcza po zwarciu.
8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że równolegle do wyjść zespołu styczników (4) jest dołączony przyrząd rozdzielczy (19), który jest wyłączony po wykryciu nierozłączenia głównych styków prądowych (4.2, 4.3).
9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie pomiarowo-sterujące (16, 20) jest zaopatrzone w czerwoną diodę elektroluminescencyjną wskazującą usterkę w elektronicznych obwodach układu.
10. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie pomiarowo-sterujące (20) stanowi mikroprocesor kontrolujący próg reakcji na prąd uszkodzeniowy, czasy reakcji i iloczyn tych dwóch wielkości.
11. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że pomiędzy zespołem styczników (4) i przyrządem rozdzielczym (19) do przewodów sieciowych (1, 2) dołączony jest podzespół odcinający (23) zaopatrzony w izolowane nożyki ewentualnie miniaturowy detonator.

* * *

178 788