CZ280378B6 - Zapojení pro elektronickou ochranu před nebezpečným dotykovým na pětím - Google Patents

Abstract

Zapojení se týká objektů, kde je základní ochrana provedena nulováním. Vstupní svorka (01) zemnicí soustavy je spojena s prvním proudovým vstupem (11) diferenciálního transformátoru (1), jehož první proudový výstup (13) je spojen se svorkou (02) strojeného zemniče. Když dojde k poruše elektrické sítě, protékající proud mezi svorkami (01, 02) vyvolá vznik elektrického napětí na prvním paměťovém výstupu (14) diferenciálního transformátoru (1). Toto napětí se zesílí v odchylkovém zesilovači (2) a vede se jednak přes koncový zesilovač (3) na druhý proudový vstup (12) diferenciálního transformátoru (1), kde vytváří magnmetické pole, které je posunuto o 180 .sup.o .n.oproti magnetickému poli, které vzniklo průchodem proudu mezi svorkami (01, 02). Dále se vede zesílené napětí přes napěťový komparátor (4) a přes výkonový člen (5) na vypínací svorku (03) zapojení, která zajišťuje vypínání deonu a odpojení fází ochranného vodiče do soustavy. Využije se v zemědělství i v průmysŕ

Description

Vynález se týká zapojení pro elektronickou ochranu před nebezpečným dotykovým napětím v místech, kde je základní ochrana provedena nulováním.

V zemědělských objektech, kde je základní ochrana před nebezpečným dotykovým napětím provedena nulováním, dochází často k úhynu ustájených zvířat. Společným znakem úhynu je působení nedovoleného dotykového nebo krokového napětí na zvířecí organismus v době, kdy je elektrické zařízení v poruše. Příkladem takové poruchy může být i stav, kdy dojde ke spojení fázového a ochranného vodiče. Podle platné normy pro ochranu (ČSN 341010), by ochrana nulováním měla vypnout v dostatečně krátkém čase. V takovém případě by působení nebezpečných napětí bylo omezeno na velmi krátkou dobu. Elektrický proud by neměl způsobit úraz. V praxi je však známa řada případů, kdy dochází k poruše elektrického zařízení, ale závada vylučuje možnost správné funkce ochrany nulováním. Jedním z takových případů, kdy závada vylučuje možnost správné funkce ochrany nulováním je stav, kdy v důsledku špatné izolace dojde ke spojení fázového vodiče se zemí. Je to například při spojení distribučního transformátoru s kostrou stožáru. Na přívodním vedení od sekundárního vinutí distribučního transformátoru k hlavnímu rozváděči není zpravidla jištění. V takovém případě, když dojde ke spojení fázového vodiče s kostrou transformátoru, dojde k průtoku poruchového proudu mimo jiné i zemnicí soustavou. Protože všechny zemniče, ať už strojené nebo náhodné, mají určitý zemní odpor, vzniká na těchto zemních odporech spád napětí, který má za následek úhyn ustájených zvířat v zemědělském objektu. Typický příklad se projevil při úhynu ustájených býků v nočních hodinách, kdy příčinou úhynu byla viditelně křeč zvířat. V tomto zemědělském objektu bylo ustájeno mnoho býků, a to v řadách. Uhynulo však jen několik býků v každé řadě, například tři býci jedné řady, v níž bylo celkem 13 býků. Uhynulá zvířata byla na různých místech řady, na první pohled zcela náhodně a v různých řadách odlišně. Při podrobném rozboru se zjistilo, že všichni uhynulí býci byli v těsné blízkosti zemničů ochranné zemnicí soustavy. Průtok poruchového proudu vytvořil na zemniči napětí, které mělo za následek usmrcení býků. Dodatečná zkouška, provedená na základě rozboru vzniklé situace, ukázala, že v části vedení, kde nejsou pojistky, je ochrana nulováním neúčinná. Proto se hledá možnost, jak předcházet vzniku nebezpečného dotykového napětí, kdy jediným indikátorem poruchy elektrického zařízení, která vyvolává nebezpečné stavy, je průtok proudu zemničem.

Vyřešení tohoto problému si klade za cíl předložený vynález, kterým je zapojení pro elektronickou ochranu před nebezpečným dotykovým napětím. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vstupní svorka zemnicí soustavy je spojena s prvním proudovým vstupem diferenciálního transformátoru, jehož druhý vstup je spojen se svorkou strojeného zemniče. První napěťový výstup diferenciálního transformátoru je spojen s prvním napěťovým vstupem odchylkového zesilovače. První signálový výstup odchylkového zesilovače je spojen s prvním napěťovým vstupem koncového zesilovače. První proudový výstup koncového zesilovače je spojen s druhým proudovým vstupem diferenciálního transformátoru. Druhý signálový výstup odchylkového zesilovače je spojen s napěťovým vstupem napěťového komparátoru. První napěťový výstup napěťového komparátoru je spojen s vypínací svorkou.

-1CZ 280378 B6

Výhodou uspořádání podle vynálezu je, že celkem jednoduchým způsobem a levným zapojením zajišťuje ochranu před nebezpečným dotykovým napětím v případech, kdy známá ochrana nulováním nemůže zabránit vzniku nebezpečného dotykového napětí na strojených či náhodných zemničích. Využitím se zamezuje úhynu hospodářských zvířat v zemědělských objektech a vylučuje možnost úrazu elektrickým proudem u osob, zdržujících se v ohrožených prostorech. Stejně jako zemědělské objekty mohou být ohroženy například kotelny, úpravny vod a odkalovací stanice.

Příklad uspořádání podle vynálezu je znázorněn v blokovém schématu na připojeném výkresu.

Jednotlivé bloky zapojení je možno charakterizovat takto. Diferenciální transformátor 1 je vytvořen jako násuvný diferenciální transformátor, který slouží k vytváření napěťového signálu při poruše elektrického zařízení. Odchylkový zesilovač 2 je vytvořen z operačních zesilovačů, zapojených jako přístrojový zesilovač. Slouží k zesílení napěťového signálu a k jeho rozdělení do dvou větví.

Koncový zesilovač 3. je tranzistorový zesilovač, pracující ve třídě D. Slouží k vytváření proudového signálu a spolu s odchylkovým zesilovačem 2 a diferenciálním transformátorem 1 zajišťuje funkci proudového transformátoru.

Napěťový komparátor 4. je vytvořen jako operační zesilovač bez zpětné vazby. Slouží k vytváření napětí pro výkonový člen 5,. Výkonový člen 5. je tvořen tranzistorovým nebo tyristorovým, případně triakovým spínačem. Slouží k vytváření vypínacího signálu pro cívku deonu, která není na výkrese znázorněna. Jednotlivé bloky a svorky jsou zapojeny takto. Vstupní svorka 01 zemnicí soustavy je spojená se zemnicí soustavou a s prvním proudovým vstupem 11 diferenciálního transformátoru 1. První proudový výstup 13 diferenciálního transformátoru 1 je spojen se svorkou 02 strojeného zemniče. První napěťový výstup 14 diferenciálního transformátoru 1 je spojen s prvním napěťovým vstupem 21 odchylkového zesilovače 2. První signálový výstup 22 odchylkového zesilovače 2 je spojen s prvním napěťovým vstupem 31 koncového zesilovače 3.· První proudový výstup 32 koncového zesilovače 3. je spojen s druhým proudovým vstupem 12 diferenciálního transformátoru 1. Druhý signálový výstup 23 odchylkového zesilovače 2 je spojen s napěťovým vstupem 41 napěťového komparátoru 4,. Napěťový výstup 42 napěťového komparátoru 4. je spojen s prvním napěťovým vstupem 51 výkonového členu 5,. První napěťový výstup 52 výkonového členu 5 je spojen s vypínací svorkou 03.

Zapojení pracuje jednak v bezporuchovém stavu elektrické sítě, a jednak v poruchovém stavu elektrické sítě. Jestliže je elektrická síť bez poruchy, potom mezi vstupní svorkou 01 zemnicí soustavy a mezi svorkou 02 strojeného zemniče není elektrické napětí a mezi těmito svorkami 01 a 02 neprotéká žádný elektrický proud. V takovém případě je první napěťový výstup 14 diferenciálního transformátoru χ bez elektrického napěťového signálu. Bez elektrického napěťového signálu je i první signálový výstup 22 odchylkového zesilovače 2 i jeho druhý signálový výstup 23., první proudový výstup 32 koncového zesilovače 3., napěťový výstup 42

-2CZ 280378 B6 napěťového komparátoru 4., i první napěťový výstup 52 výkonového členu 5.

Jestliže je v elektrické síti porucha, která se projeví vznikem napětí v zemnicí soustavě, protéká mezi vstupní svorkou 01 zemnicí soustavy a mezi svorkou 02 strojeného zemniče nedefinovatelný elektrický proud. Vlivem průchodu tohoto proudu diferenciálním transformátorem 1 se vytvoří magnetické pole, které se projeví vznikem napěťového signálu na prvním napěťovém výstupu 14 diferenciálního transformátoru 1. Odtud přechází napěťový signál na první napěťový vstup 21 odchylkového zesilovače 2. V odchylkovém zesilovači 2 se napěťový signál zesílí a zesílený napěťový signál přichází na první signálový výstup 22 odchylkového zesilovače 2 a na jeho druhý signálový výstup 23,. Zesílený napěťový signál z prvního signálového výstupu 22 odchylkového zesilovače 2 přichází na první napěťový vstup 31 koncového zesilovače 2· Tím dojde k vybuzení koncového zesilovače 3_ a na jeho prvním proudovém výstupu 32 vzniká proudový signál. Tento proudový signál přechází na druhý proudový vstup 12 diferenciálního transformátoru 1. Proudový signál na druhém vstupu 12 diferenciálního transformátoru 1 vyvolá vznik magnetického pole, které je posunuto o 180° oproti magnetickému poli, které vzniklo průchodem proudu mezi vstupní svorkou 01 zemnicí soustavy a svorkou 02 strojeného zemniče. Toto magnetické pole, posunuté o 180°, začne zmenšovat magnetický tok, což se projeví snížením napěťového signálu na prvním napěťovém výstupu 14 diferenciálního transformátoru 1. V tomto případě se sestava bloků, v níž je diferenciální transformátor 1, odchylkový zesilovač 2 a koncový zesilovač 3, chová jako proudový transformátor s aktivní zpětnou vazbou. Jakákoliv změna z nulového stavu mezi vstupní svorkou 01 zemnicí soustavy a svorkou 02 strojeného zemniče, například vznik proudu, vyvolá rychlou změnu napěťového signálu na druhém signálovém výstupu 23 odchylkového zesilovače 2. Změněný napěťový signál z druhého signálového výstupu 23 odchylkového zesilovače 2 se přivádí na napěťový vstup 41 napěťového komparátoru 4. Pokud změna přesáhne velikost, danou nastavením napěťového komparátoru 4, objeví se na jeho napěťovém výstupu 42 napětí, které přechází na první napěťový vstup 51 výkonového členu 5. Na jeho prvním napěťovém výstupu 52 vznikne napěťový signál, který přechází na vypínací svorku 03 zapojení. Vypínací svorka 03 zapojení je spojena s vyrážecí cívkou deonu, takže napětí na vypínací svorce 03. zapojení vypne deon, který svými hlavními kontakty odpojí jednotlivé fáze i ochranný vodič od soustavy. Tím se zamezí vzniku nebezpečného dotykového napětí.

Vynálezu se využije v zemědělských provozech, kde je základní ochrana nulováním, v průmyslových provozech, charakterizovaných jako nebezpečné a velmi nebezpečné. Jsou to například kotelny, chemické provozy, provozy s vysokou teplotou, provozy s velkým množstvím vody, jako jsou čistírny vod a odkalovací stanice; dále se využije v distribučním rozvodu především tam, kde je venkovní vedení vytvořeno z neizolovaných vodičů, a u velkých klimatizačních jednotek.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Zapojení pro elektronickou ochranu před nebezpečným dotykovým napětím, vyznačující se tím, že první signálový výstup (22) odchylkového zesilovače (2) je spojen s prvním napěťovým vstupem (31) koncového zesilovače (3), jehož první proudový výstup (32) je spojen s druhým proudovým vstupem (12) diferenciálního transformátoru (1), jehož první napěťový výstup (14) je spojen s prvním napěťovým vstupem (21) odchylkového zesilovače (2), jehož druhý signálový výstup (23) je spojen s napěťovým vstupem (41) napěťového komparátoru (4), jehož výstup (42) je spojen s prvním napěťovým vstupem (51) výkonového členu (5), jehož první napěťový výstup (52) je spojen s vypínací svorkou (03) zapojení, přičemž výstupní svorka (01) zemnicí soustavy je spojena s prvním proudovým vstupem (11) diferenciálního transformátoru (1), jehož první proudový výstup (13) je spojen se svorkou (02) strojeného zemniče.