PL179899B1 - Elektryczny uklad zabezpieczenia róznicowego z obwodem kontrolnym PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Elektryczny uklad zabezpieczenia rózni- cowego z obwodem kontrolnym , zw laszcza wylacznik lub przerywacz zawierajacy taki wylacznik, który jest zaopatrzony w transform ator w ykrywajacy prad rózni- cowy, przekaznik wyzwalajacy mechanizm wylaczania w ylacznika oraz obwód kontrolny dzialania wylaczni- ka, przy czym wspomniany przekaznik posiada trwale zamocowane jarzm o utrzym ujace cewke i kotwice lub podobny element, ruchomy wzgledem przekaznika, a ponadto przekaznik i transform ator sa elektrycznie polaczone w taki sposób, ze w czasie normalnego funkcjonowania ukladu kotw ica jest utrzym yw ana w pozycji przylegajacej do nieruchomego jarzm a, pod- czas gdy w przypadku w ykrycia pradu róznicowego przez rdzen transform atora kotw ica urucham ia wspo- mniany mechanizm wylaczania, znam ienny tym , ze obwód kontrolny (33) zawiera pierwszy zespól (34) wprowadzajacy w w ibracje kotw ice (26) bez pow odo- wania róznicowego w ylaczenia urzadzenia, z zacho- waniem kontroli zdolnosci kotwicy do odryw ania sie od nieruchomego jarzm a (25). FIG . 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektryczny układ zabezpieczenia różnicowego z obwodem kontrolnym, a zwłaszcza wyłącznik, lub przerywacz zawierający taki wyłącznik.

Znany wyłącznik różnicowy jest zaopatrzony w transformator do wykrywania prądu różnicowego, przekaźnik wyzwalający mechanizm odłączania wyłącznika oraz obwód kontrolny działania wyłącznika. Wspomniany przekaźnik ma trwale zamocowane jarzmo podtrzymujące cewkę i kotwicę, lub podobny element ruchomy względem przekaźnika, a ponadto przekaźnik i transformator są elektrycznie połączone w taki sposób, że w czasie normalnego funkcjonowania urządzenia zabezpieczającego ruchoma kotwica jest utrzymywana w pozycji przylegającej do nieruchomego jarzma, podczas gdy w przypadku wykrycia prądu różnicowego przez rdzeń transformatora, kotwica uruchamia wspomniany mechanizm wyłączania.

179 899

Wyłączniki różnicowe są urządzeniami, które są konstruowane na bazie przekaźników o dużej czułości. W pewnych warunkach klimatycznych, ruchomy element, na przykład kotwica, może przywrzeć do nieruchomego elementu i utrudnić funkcjonowanie ochrony różnicowej. Ponadto, urządzenia ze swej natury pozostają trwale włączone w celu zapewnienia ciągłości działania i regulacja ich odbywa się bardzo rzadko. Dlatego też są one często zaopatrzone w obwód kontrolny, który przez osobę sprawdzającą może być regulowany na miejscu lub zdalnie, dla zapewnienia prawidłowo działającego zabezpieczenia.

Znane elektryczne układy zabezpieczenia różnicowego opisanego typu przedstawiono na przykład w opisach patentowych FR-2 628 909 lub EP-264 313. W tych znanych rozwiązaniach obwód kontrolny ma postać upływowego obwodu napięciowego włączonego pomiędzy dwa punkty przyłączenia przewodów fazowych sieci, odpowiednio na wyjściu i na wejściu transformatora oraz zawiera parę kontrolnych oporników, klawisz kontrolny typu przyciskowego oraz wyłącznik zabezpieczający. Ręczne wciśnięcie przycisku kontrolnego symuluje powstanie prądu różnicowego poprzez włączenie rezystorów do obwodu kontrolnego, który to prąd różnicowy jest wykrywany przez transformator, który powoduje różnicowe wyłączenie za pomocą przekaźnika, powodując automatyczne rozwarcie styków urządzenia wyłączającego. Wyłączenie przekaźnika powoduje poza tym automatyczne otwarcie wyłącznika zabezpieczającego dla odłączenia go od obwodu kontrolnego. Ten typ urządzenia może również zawierać zdalny obwód wyzwalający, którego zamknięcie zdalnie symuluje wadę w izolowaniu.

Stwierdzono, że każde uruchomienie obwodu kontrolnego, lokalne lub zdalne, powoduje wyłączenie urządzenia i przerwanie w ten sposób ciągłości elektrycznej. Dla ponownego ustanowienia tej ciągłości elektrycznej konieczna jest interwencja operatora, który odpowiada za ponowne włączenie urządzenia.

Elektryczny układ zabezpieczenia różnicowego z obwodem kontrolnym, zwłaszcza wyłącznik lub przerywacz zawierający taki wyłącznik, który jest zaopatrzony w transformator wykrywający prąd różnicowy, przekaźnik wyzwalający mechanizm wyłączania wyłącznika oraz obwód kontrolny działania wyłącznika, przy czym wspomniany przekaźnik posiada trwale zamocowane jarzmo utrzymujące cewkę i kotwicę lub podobny element, ruchomy względem przekaźnika, a ponadto przekaźnik i transformator są elektrycznie połączone w taki sposób, że w czasie normalnego funkcjonowania układu kotwica jest utrzymywana w pozycji przylegającej do nieruchomego jarzma, podczas gdy w przypadku wykrycia prądu różnicowego przez rdzeń transformatora kotwica uruchamia wspomniany mechanizm wyłączania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że obwód kontrolny zawiera pierwszy zespół wprowadzający w wibrację kotwicę bez powodowania różnicowego wyłączenia urządzenia, z zachowaniem kontroli zdolności kotwicy do odrywania się od nieruchomego jarzma.

Korzystnym jest, że pierwszy zespół obwodu kontrolnego zawiera zespół generujący napięcie o przebiegu prostokątnym o regulowanej amplitudzie -i szerokości impulsów, dołączony do zacisków cewki przekaźnika.

Pierwszy zespół obwodu kontrolnego jest połączony z drugim zespołem do pomiaru wahań indukcyjności dławika na zaciskach cewki, przy czym w czasie uruchamiania pierwszego zespołu, gwałtowne wahanie indukcyjności dławika określa prawidłowe działanie przekaźnika.

Drugi zespół jest przystosowany do pomiaru zmian prądu w obwodzie kontrolnym w czasie uruchamiania pierwszego zespołu, przy czym gwałtowna zmiana natężenia prądu określa prawidłowe działanie przekaźnika.

Pierwszy zespół obwodu kontrolnego jest połączony z drugim zespołem wykrywającym wystąpienie przepięcia na zaciskach cewki przekaźnika w czasie uruchamiania pierwszego zespołu, które to przepięcie świadczy o zdolności kotwicy do odrywania się od nieruchomego jarzma.

W korzystnym rozwiązaniu drugi zespół obwodu kontrolnego jest połączony z zespołem sygnalizacji lokalnej lub zdalnej, zawiadamiającym o ewentualnym wadliwym funkcjonowaniu zabezpieczenia różnicowego.

179 899

Wynalazek rozwiązuje problemy znanych rozwiązań i proponuje układ zabezpieczenia różnicowego z obwodem kontrolnym o prostej strukturze, ułatwiający pracę osobie sprawdzającej, zwiększając bezpieczeństwo działania zabezpieczenia różnicowego.

Przedmiot wynalazku zostanie objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig.l przedstawia schemat układu zabezpieczania różnicowego, w pierwszym przykładzie wykonania, fig.2 - przykład wykonania drugiego zespołu obwodu kontrolnego układu według wynalazku, a fig.2a przedstawia przebiegi napięcia i prądu na zaciskach cewki.

Na figurze 1 przedstawiono schemat elektrycznego układu zabezpieczenia różnicowego A, zwłaszcza przerywacz prądu upływu, który zawiera wyłącznik różnicowy 1 połączony z mechanizmem sterującym 2 dwubiegunowego urządzenia wyłączającego 3 o ruchomych stykach 4 i 5. Układ zabezpieczenia różnicowego A jest zaopatrzony w pierwszą parę głównych zacisków 6, 7 do przyłączania na przykład obciążenia oraz w drugą parę głównych zacisków 8, 9 do przyłączania sieci zasilającej. Zaciski 6, 7 pierwszej pary są połączone z zaciskami 8, 9 drugiej pary przez wewnętrzny obwód łączący z dwoma przewodami fazowymi 10, 11, do których są wprowadzane ruchome styki 4, 5 dwubiegunowego urządzenia wyłączającego 3.

Wyłącznik różnicowy 1 zawiera transformator sumujący 12 i przekaźnik wyłączający 16, przy czym transformator 12 posiada rdzeń 13 w postaci torusa otaczającego przewody fazowe 10, 11, dla wykrywania prądu jednobiegunowego. W zależności od czułości zabezpieczenia różnicowego, każdy przewód fazowy 10, 11 przechodzi bezpośrednio przez transformator 12, gdzie jest nawinięty na rdzeń 13 w postaci przynajmniej jednego zwoju, tworząc główne uzwojenie. Rdzeń 13 zawiera uzwojenie wtórne 14 do pomiaru prądu różnicowego, dołączone poprzez zabezpieczający obwód elektryczny 15 do przekaźnika wyłączającego 16 typu elektromagnetycznego. Przekaźnik 16 współpracuje z mechanizmem sterującym 2 tak, by powodować otwieranie styków 4, 5 w czasie, gdy natężenie prądu upływu wykryte przez transformator 12 przekracza próg wyłączania różnicowego układu.

Wyłącznik różnicowy 1 jest korzystnie wyposażony w klasyczny obsługiwany ręcznie obwód kontrolny 20 zawierający szeregowo połączone rezystor kontrolny 21 i wyłącznik kontrolny z przyciskiem testowym 23, przy czym obwód kontrolny jest dołączony elektrycznie do przewodów fazowych 10, 11 w dwóch punktach przyłączenia a, b rozmieszczonych po obu stronach rdzenia 3. Punkt przyłączenia a jest umieszczony po stronie pierwszej pary głównych zacisków 6, 7, podczas gdy punkt b jest umieszczony po stronie drugiej pary głównych zacisków 8, 9.

Wyłącznik różnicowy 1 może być również wyposażony w zdalny wyłącznik (nie pokazany) przyporządkowany do obwodu zdalnego wyłączania, który jest dołączony równolegle do obsługiwanego ręcznie obwodu kontrolnego 20.

Przekaźnik 16 zawiera nieruchome jarzmo 25 mające kształt litery U oraz ruchomą kotwicę 26 uruchamiającą mechanizm sterujący 2 wyłącznika. Na ramieniu 27 nieruchomego jarzma 25 nawinięte jest uzwojenie cewki 29, natomiast kotwica 26 jest utrzymywana w pozycji przylegającej do nieruchomego jarzma 25, trafiając na sprężynę powrotną 31, dzięki trwałemu magnesowi 10 umieszczonemu między ramionami 27, 28 jarzma 25. Takie spolaryzowane przekaźniki 16 są znane i cechują się małą mocą wyłączania.

Zgodnie z korzystnym przykładem wykonania wynalazku pokazanym na fig. 1, układ zabezpieczenia różnicowego A zawiera automatyczny obwód kontrolny 33 dołączony do wejścia pomiędzy dwa przewody fazowe 10 i 11, a na wyjściu pomiędzy dwa zaciski 29a, 29b uzwojeń cewki 29 przekaźnika 16. Ten automatyczny obwód kontrolny 33 zawiera pierwszy zespół 34 generujący napięcie o przebiegu prostokątnym doprowadzone do cewki 29 przekaźnika 16, przy czym amplituda i szerokość impulsów prostokątnych są tak regulowane, by wywoływać jedynie taką wibrację kotwicy 26, która nie powoduje jej całkowitego otwarcia, a co się z tym wiąże wyłączenia mechanizmu sterującego 2. Kolejne ruchy otwierania i zamykania kotwicy 26 w czasie tej wibracji powodują powstawanie przepięcia na zaciskach cewki 29. Automatyczny obwód kontrolny 33 zawiera ponadto drugi zespół 35 wykrywający wystąpienie lub brak przepięcia na zaciskach uzwojenia cewki 29. Ten drugi zespół 35 jest połączony z zespołem sygnalizacji 36, który w przypadku braku przepięcia

179 899 zawiadamia o złym funkcjonowaniu przekaźnika 16 i w związku z tym - o defekcie zabezpieczenia.

Automatyczny obwód kontrolny 33 jest tak skonstruowany, że generuje sygnały o odpowiedniej postaci oraz o częstotliwości od kilku dziesiątych milisekundy do wielu miesięcy. Ten obwód kontrolny 33 jest korzystnie zasilany napięciem sieci, podczas gdy zabezpieczający obwód 15 pozostaje, lecz nie musi, w zależności od tego napięcia.

Zgodnie z przykładem realizacji pokazanym na fig.2, automatyczny obwód kontrolny 33 ma pierwszy zespół 34 generujący napięcie w postaci przebiegu prostokątnego na zaciskach cewki 29 przekaźnika 16 oraz drugi zespół 45 do pomiaru wahań indukcyjności dławika na zaciskach 29a, 29b cewki 29 dla wykrywania przepięcia. Ten drugi zespół 45 obwodu kontrolnego 33 zawiera rezystor 37 włączony szeregowo z cewką 29 przekaźnika, obwód różniczkujący 38 dołączony swym wejściem równolegle do zacisków rezystora 37 i utworzony przez szeregowe połączenie kondensatora 38a i rezystora 38b. Obwód różniczkujący 38 jest połączony na wyjściu z diodą, 39, która z kolei jest połączona z zespołem utworzonym z połączonych równolegle rezystora 40 i kondensatora elektrolitycznego 41. Jeden z zacisków rezystora 40 i kondensatora elektrolitycznego 41 jest połączony z jednym z wyjść 38c obwodu różniczkującego 38 i z masą M, podczas gdy drugi wspólny zacisk tych elementów, połączony z diodą 39, jest dołączony do wejścia nieodwracającego wzmacniacza operacyjnego 42, na którego odwracające wejście jest podawane napięcie odniesienia. Wyjście wzmacniacza operacyjnego 42 jest połączone z zespołem sygnalizacji 43, korzystnie w postaci żarówki. '

Działanie urządzenia według wynalazku zostanie w skrócie opisane w odniesieniu do załączonego rysunku.

W czasie normalnego funkcjonowania, gdy prądy w przewodach fazowych 10, 11 są równe, żadne napięcie nie jest indukowane w uzwojeniu wtórnym 14 transformatora 12 i ruchoma kotwica 26 jest utrzymywana w pozycji przytwierdzonej. W momencie powstania nierównowagi pomiędzy tymi prądami, czyli w przypadku powstania błędu różnicowego pomiędzy prądami zmiennymi, sygnał błędu w postaci prądu ' zmiennego jest generowany w uzwojeniu wtórnym 14 i ten sygnał jest przykładany za pośrednictwem obwodu zabezpieczającego 15 do cewki 29 przekaźnika 16. Ten przekaźnik 16, za pośrednictwem kotwicy 26 powoduje wyłączenie poprzez oddziaływanie na mechanizm sterujący 2, który powoduje otwarcie ruchomych styków 4, 5 wyłącznika. W przypadku, gdy układ zabezpieczenia różnicowego A jest wyposażony w tradycyjny obsługiwany ręcznie obwód kontrolny 20, gdy operator chce zapewnić dobre funkcjonowanie wyłącznika różnicowego 1, lokalne włączenie obwodu kontrolnego 20 przez przycisk kontrolny 23 (albo zamknięcie zdalnego wyłącznika) powoduje wytworzenie sztucznego prądu różnicowego wywołującego otwarcie ruchomych styków 4, 5 urządzenia wyłączającego 3 po wyłączeniu różnicowym przez przekaźnik 16 i mechanizm sterujący 2. W ten sposób przerywa się ciągłość pracy elektrycznego układu zabezpieczenia różnicowego A, co wymaga interwencji osoby upoważnionej do ponownego włączenia tego układu A.

W przeciwieństwie do przedstawionego przypadku, gdy układ zabezpieczenia różnicowego A jest wyposażony w automatyczny obwód kontrolny 33 według przykładu realizacji wynalazku pokazanego na fig. 1, napięcie o przebiegu prostokątnym jest okresowo przykładane do zacisków 29a, 29b cewki 29 przekaźnika 16. W przypadku prawidłowego działania przekaźnika pojawienie się tego napięcia wywołuje wibracje kotwicy 26 bez powodowania jej całkowitego otwarcia. Ten ruch wibracyjny składający się z kolejnych ruchów otwierania i zamykania wywołuje na zaciskach 29a, 29b cewki 29 przepięcie wykrywane przez drugi zespół 35 automatycznego obwodu kontrolnego 33, Obecność tego przepięcia umożliwia potwierdzenie prawidłowego funkcjonowania przekaźnika 16. W przeciwnym przypadku, gdy to przepięcie nie jest wykrywane, powodem takiego stanu może być na przykład przywarcie kotwicy 26 do jarzma 25, na przykład pod wpływem silnych uwarunkowań klimatycznych, wówczas lokalny lub zdalny alarm jest uruchamiany, w celu powiadomienia o defekcie zabezpieczenia.

179 899

Gdy urządzenie jest wyposażone w automatyczny obwód kontrolny 33 według drugiego przykładu realizacji pokazanego na fig. 2, zasada jego działania opiera się na pomiarze zmian indukcyjności dławika powodowanych przez niepełne zamykanie kotwicy 26. Cewka 29 przekaźnika 16 jest poddawana działaniu napięcia o przebiegu prostokątnym c (fig.2a) o częstotliwości rzędu kilku kHz (np. 5 kHz). Wzrost prądu jest rejestrowany przez dławik przekaźnik 16 w pozycji zamkniętej (aż do progu wyłączenia). Gdy próg wyłączenia zostanie osiągnięty, gdy kotwica przekaźnika jest przytwierdzona, indukcyjność dławika prawie się nie zmienia i prąd d, jak przedstawiono na fig. 2a, narasta w sposób ciągły. Gdy kotwica nie jest przytwierdzona, indukcyjność dławika gwałtownie się zmienia (opada) i prąd e (fig.2a) zmniejsza się w sposób bardziej zdecydowany. Ta gwałtowna zmiana prądu jest wykrywana przez opisany już drugi zespół 45 poprzez przyłożenie odpowiedniego napięcia do zacisku nieodwracającego wzmacniacza operacyjnego 42 i porównanie tego napięcia z napięciem odniesienia V. Gdy ta gwałtowna zmiana prądu e zostaje wykryta, żarówka 43 stanowiąca zespół sygnalizacji, zapala się.

Jak z tego wynika, uzyskano kontrolę prawidłowego działania przekaźnika wyłączającego 16 poprzez kontrolę zdolności ruchomej kotwicy 26 przekaźnika 16 do odrywania się od nieruchomego jarzma 25 przez bardzo krótką chwilę, bez wprowadzania nieciągłości zasilania, przy tym takie testowanie nie wymaga żadnego nadzoru przez człowieka i późniejszego ponownego włączania.

Inną zaletą dla użytkowników instalacji elektrycznych, przy okresowym uruchamianiu ruchomego elementu przekaźnika, jest uniknięcie długich okresów bezczynności wyłącznika, mogących sprzyjać efektowi przywierania i zmniejszania w związku z tym pewności zabezpieczenia różnicowego.

Wynalazek może być stosowany na przykład do dwubiegunowego wyłącznika różnicowego, umieszczonego w jednofazowej sieci prądu zmiennego, posiadającej przewód fazowy i przewód zerowy.

Uogólniając, wynalazek znajduje zastosowanie w urządzeniach wyłączających różnego rodzaju. Wynalazek nie ogranicza się do przykładu wykonania opisanego i zilustrowanego na podstawie przykładowego rysunku. Obejmuje on również wszystkie odpowiedniki techniczne opisanych zespołów, jak również ich kombinacje, jeśli pozostają one w zakresie wynalazku.

179 899

179 899

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektryczny układ zabezpieczenia różnicowego z obwodem kontrolnym, zwłaszcza wyłącznik lub przerywacz zawierający taki wyłącznik, który jest zaopatrzony w transformator wykrywający prąd różnicowy, przekaźnik wyzwalający mechanizm wyłączania wyłącznika oraz obwód kontrolny działania wyłącznika, przy czym wspomniany przekaźnik posiada trwale zamocowane jarzmo utrzymujące cewkę i kotwicę lub podobny element, ruchomy względem przekaźnika, a ponadto przekaźnik i transformator są elektrycznie połączone w taki sposób, że w czasie normalnego funkcjonowania układu kotwica jest utrzymywana w pozycji przylegającej do nieruchomego jarzma, podczas gdy w przypadku wykrycia prądu różnicowego przez rdzeń transformatora kotwica uruchamia wspomniany mechanizm wyłączania, znamienny tym, że obwód kontrolny (33) zawiera pierwszy zespół (34) wprowadzający w wibrację kotwicę (26) bez powodowania różnicowego wyłączenia urządzenia, z zachowaniem kontroli zdolności kotwicy do odrywania się od nieruchomego jarzma (25).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy zespół (34) obwodu kontrolnego (33) zawiera zespół generujący napięcie o przebiegu prostokątnym o regulowanej amplitudzie i szerokości impulsów, dołączony do zacisków (29a, 29b) cewki (29) przekaźnika (16).
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwszy zespół (34) obwodu kontrolnego (33) jest połączony z drugim zespołem (45) do pomiaru wahań indukcyjności dławika na zaciskach (29a, 29b) cewki (29), przy czym w czasie uruchamiania pierwszego zespołu (34), gwałtowne wahanie indukcyjności dławika określa prawidłowe działanie przekaźnika (16).
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że drugi zespół (45) jest przystosowany do pomiaru zmian prądu w obwodzie kontrolnym (33) w czasie uruchamiania pierwszego zespołu (przy czym gwałtowna zmiana natężenia prądu określa prawidłowe działanie przekaźnika (16).
5. 5. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwszy zespół (34) obwodu kontrolnego (33) jest połączony z drugim zespołem (35) wykrywającym wystąpienie przepięcia na zaciskach cewki (29) przekaźnika (l6) w czasie uruchamiania pierwszego zespołu (34), które to przepięcie świadczy o zdolności kotwicy (26) do odrywania się od nieruchomego jarzma (25).
6. 6. Układ według zastrz. 3 albo 5, znamienny tym, że drugi zespół (35, 45) obwodu kontrolnego (33) jest połączony z zespołem sygnalizacji (36, 43) lokalnej lub zdalnej, zawiadamiającym o ewentualnym wadliwym funkcjonowaniu zabezpieczenia różnicowego.