PL225005B1 - Układ wyłącznika różnicowoprądowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ wyłącznika różnicowoprądowego, przeznaczony do instalowania w sieciach elektroenergetycznych niskiego napięcia, dla ochrony ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym.

W znanym z opisu patentowego JP 2002191121, Ratio differential relay provided with higher harmonie locking function, wejście pierwsze i drugie wyłącznika różnicowoprądowego z funkcją detekcji wyższych harmonicznych stanowią dwa układy do pomiaru prądu uzwojenia odpowiednio pierwotnego oraz wtórnego monitorowanego transformatora. Układy pomiaru prądu połączone są z dwukanałowym układem przetwornika analogowo-cyfrowego, oraz układem przetwornika analogowo-cyfrowego o wejściu różnicowym. Wyjścia cyfrowe układów przetworników analogowo-cyfrowych połączone są odpowiednio z wejściami cyfrowymi pierwszym i drugim mikrokontrolera. Wyjście cyfrowe pierwsze mikrokontrolera połączone jest z cewką sterującą przekaźnika pierwszego. Wyjście cyfrowe drugie mikrokontrolera połączone jest z pierwszą bramką logiczną negacji, której wyjście dołączone jest do cewki serującej przekaźnika drugiego. Styki zestyku zwiernego przekaźnika pierwszego stanowią wyjście sterujące pierwsze układu według wynalazku. Styk pierwszy zestyku zwiernego przekaźnika drugiego połączony jest z poziomem odniesienia. Wejście sterujące układu według wynalazku połączone jest ze stykiem drugim zestyku zwiernego przekaźnika drugiego oraz z wejściem pierwszym cewki sterującej przekaźnika trzeciego, którego wejście drugie cewki sterującej połączone jest z poziomem odniesienia. Styk pierwszy zestyku zwiernego przekaźnika trzeciego połączony jest z dodatnim napięciem zasilającym. Styk drugi zestyku zwiernego przekaźnika trzeciego połączony jest końcówką pierwszą rezystora pierwszego oraz wejściem drugiej bramki logicznej negacji, której wyjście połączone jest z wejściem cyfrowym trzecim mikrokontrolera. Końcówka druga rezystora pierwszego połączona jest z poziomem odniesienia. Wejścia zasilacza sieciowego stanowią wejścia zasilające znanego wyłącznika różnicowoprądowego.

W znanym z opisu patentowego CN 202550503, Direct-current differential device based on embedding technology, wejście układu zabezpieczenia przepięciowego prądu stałego z zastosowaniem technologii embedded, połączone jest z wejściem układu pomiaru napięcia, którego wyjście połączone jest z wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego mikrokontrolera. Wyjście cyfrowe pierwsze mikrokontrolera połączone jest z cewką sterującą przekaźnika, którego styki zwierne zestyku włączone są szeregowo w obwód łączący wejście z wyjściem układu według wynalazku. Port komunikacyjny mikrokontrolera połączony jest z portem komunikacyjnym systemu embedded z dołączonym wyświetlaczem LCD. Port komunikacyjny Ethernet systemu embedded połączony jest z siecią LAN.

Znane wyłączniki różnicowoprądowe umożliwiają pomiar prądów różnicowych linii zasilających oraz rozłączenie obwodu monitorowanego sieci elektroenergetycznej w przypadku przekroczenia dopuszczalnego prądu upływności, co skutkuje ochroną ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym przy dotyku pośrednim jak i bezpośrednim. Ogranicza także skutki uszkodzenia urządzeń podłączonych do sieci elektroenergetycznej. Znane układy zabezpieczeń różnicowoprądowych wymagają gwarantowanego zasilania w przypadku awarii monitorowanych linii zasilających. Zasilanie znanych układów zabezpieczających z sieci monitorowanej może spowodować, w szczególnych przypadkach ich wyłączenie przed ich zadziałaniem, co dyskwalifikuje je jako urządzenia zabezpieczające.

Istota wyłącznika różnicowoprądowego według wynalazku polega na tym, że wejście drugie nieizolowanego zasilacza sieciowego pierwszego o niskiej impedancji wejściowej połączone jest z jego wyjściem ujemnym, z wejściem ujemnym zasilania mikrokontrolera pierwszego, z emiterem transopt ora drugiego i z końcówką pierwszą rezystora pierwszego. Wejście drugie nieizolowanego zasilacza sieciowego drugiego o niskiej impedancji wejściowej, połączone jest z jego wyjściem ujemnym, z wejściem ujemnym zasilania mikrokontrolera drugiego, z emiterem transoptora pierwszego i z końcówką pierwszą rezystora drugiego. Wyjście cyfrowe pierwsze portu mikrokontrolera pierwszego połączone jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego, którego kolektor fototranzystora połączony jest z wejściem cyfrowym portu mikrokontrolera drugiego. Wyjście cyfrowe pierwsze portu mikrokontrolera drugiego połączone jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego, którego kolektor fototranzystora połączony jest z wejściem cyfrowym portu mikrokontrolera pierwszego. Wyjście cyfrowe drugie portu mikrokontrolera drugiego połączone jest z końcówką pierwszą drugiej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego. Pierwsze dodatnie napięcie zasilania połączone jest z wyjściem dodatnim nieizolowanego zasilacza sieciowego pierwszego, z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego, z wejściem dodatnim zasilania mikrokontrolera pierwszego i z końPL 225 005 B1 cówką drugą pierwszej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego. Drugie dodatnie napięcie zasilania połączone jest z wyjściem dodatnim nieizolowanego zasilacza sieciowego drugiego, z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego, z wejściem dodatnim zasilania mikrokontrolera drugiego i z końcówką drugą drugiej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego.

Układ wyłącznika różnicowoprądowego według wynalazku pozwala dowolnie regulować czas zwłoki zadziałania wyłącznika, co chroni zabezpieczaną instalację przed przypadkowymi wyłączeniami wynikającymi, na przykład ze stanów przejściowych podczas włączania odbiorników energii elektrycznej. Układ cechuje się ponadto dużą niezawodnością i prostą konstrukcją. Układ według wynalazku nie wymaga gwarantowanego zasilania, ponieważ wykorzystuje prąd płynący w dowolnej linii zasilającej. Dzięki zastosowaniu dwóch zasilaczy o niskiej impedancji wejściowej układ pełni funkcję zabezpieczenia różnicowoprądowego, nawet przy uszkodzeniu jednej z linii zasilających.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest bliżej objaśniony na rysunku, przedstawiającym schemat ideowy układu wyłącznika różnicowoprądowego.

Wejście pierwsze We1 układu według wynalazku połączone jest z wejściem pierwszym nieizolowanego zasilacza sieciowego pierwszego Zs1 o niskiej impedancji wejściowej, co zachodzi, gdy spadek napięcia jest rzędu 1 V przy przepływie prądu rzędu 10 A przez jego wejście. Wejście drugie nieizolowanego zasilacza sieciowego pierwszego Zs1 połączone jest z jego wyjściem ujemnym, z wejściem ujemnym zasilania mikrokontrolera pierwszego uP1, z emiterem transoptora drugiego Op2 i z końcówką pierwszą rezystora pierwszego R1. Wejście drugie We2 układu według wynalazku połączone jest z wejściem pierwszym nieizolowanego zasilacza sieciowego drugiego Zs2 o niskiej impedancji wejściowej, co zachodzi, gdy spadek napięcia jest rzędu 1 V przy przepływie prądu rzędu 10 A przez jego wejście. Wejście drugie nieizolowanego zasilacza sieciowego drugiego Zs2 połączone jest z jego wyjściem ujemnym, z wejściem ujemnym zasilania mikrokontrolera drugiego uP2, z emiterem transoptora pierwszego Op1 i z końcówką pierwszą rezystora drugiego R2. Wyjście cyfrowe pierwsze portu mikrokontrolera pierwszego uP1 połączone jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego Op1, którego kolektor fototranzystora połączony jest z wejściem cyfrowym portu m ikrokontrolera drugiego uP2. Wyjście cyfrowe pierwsze portu mikrokontrolera drugiego uP2 połączone jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego Op2, którego kolektor fototranzystora połączony jest z wejściem cyfrowym portu mikrokontrolera pierwszego uP1. Wyjście cyfrowe drugie portu mikrokontrolera pierwszego uP1 połączone jest z końcówką pierwszą pierwszej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego S. Wyjście cyfrowe drugie portu mikrokontrolera drugiego uP2 połączone jest z końcówką pierwszą drugiej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego S. Pierwsze dodatnie napięcie zasilania +U1 połączone jest z wyjściem dodatnim nieizolowanego zasilacza sieciowego pierwszego Zs1, anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego Op1, z wejściem dodatnim zasilania mikrokontrolera pierwszego uP1 oraz z końcówką drugą pierwszej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego S. Drugie dodatnie napięcie zasilania +U2 połączone jest z wyjściem dodatnim nieizolowanego zasilacza sieciowego drugiego Zs2, anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego Op2, z wejściem dodatnim zasilania mikrokontrolera drugiego uP2 i z końcówką drugą drugiej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego S. Końcówka druga rezystora pierwszego R1 połączona jest z wejściem analogowym przetwornika analogowo-cyfrowego mikrokontrolera pierwszego uP1 i ze stykiem pierwszym pierwszego zestyku zwiernego przekaźnika bistabilnego S, którego styk drugi stanowi wyjście pierwsze Wy1 układu według wynalazku. Końcówka druga rezystora drugiego R2 połączona jest z wejściem analogowym przetwornika analogowo-cyfrowego mikrokontrolera drugiego uP2 oraz ze stykiem pierwszym drugiego zestyku zwiernego przekaźnika bistabilnego S, którego styk drugi stanowi wyjście drugie Wy2 układu według wynalazku.

Wejścia: pierwsze We1 i drugie We2 układu według wynalazku są zasilane z jednofazowego przyłącza energetycznego niskiego napięcia ~230 V.

W pierwszym trybie pracy pierwszy i drugi zestyk zwiernego przekaźnika bistabilnego S są zwarte. Zmienny prąd z wejścia pierwszego We1 podawany na pierwsze wejście nieizolowanego zasilacza sieciowego pierwszego Zs1, przepływa do jego wejścia drugiego, z którego poprzez rezystor pierwszy R1 i zwarty zestyk pierwszy przekaźnika bistabilnego S zasila wyjście pierwsze Wy1 układu według wynalazku. Prąd z wejścia drugiego We2 podawany na pierwsze wejście nieizolowanego zasilacza sieciowego drugiego Zs2, przepływa do jego wejścia drugiego, z którego poprzez rezystor drugi R2 i zwarty zestyk drugi przekaźnika bistabilnego S zasila wyjście drugie Wy2 układu według wynalazku. Przyłączona do wyjść pierwszego Wy1 i drugiego Wy2 chroniona instalacja z odbiornikami energii elektrycznej powoduje przepływ prądu przez: wejścia zasilaczy: pierwszego Zs1 oraz drugiego Zs2

PL 225 005 B1 o niskiej impedancji wejściowej powodując powstawanie na ich wyjściach niskich napięć zasilających, jednocześnie przepływ prądu przez niskoomowe rezystory pierwszy R1 i drugi R2 powoduje spadek napięcia na ich zaciskach proporcjonalny do chwilowej wartości prądu przez nie płynącego. Napięcie z wyjść nieizolowanego zasilacza pierwszego Zs1 zasila układ mikrokontrolera pierwszego uP1. Napięcie z wyjść nieizolowanego zasilacza drugiego Zs2 zasila układ mikrokontrolera drugiego uP2. W oparciu o wartość spadku napięcia na rezystorze pierwszym R1, w mikrokontrolerze pierwszym uP1, wyznaczana jest wartość prądu płynącego w obwodzie podłączonym do wyjścia pierwszego Wy1 układu według wynalazku. Natomiast w oparciu o wartość spadku napięcia na rezystorze drugim R2, w mikrokontrolerze drugim uP2, wyznaczana jest wartość prądu płynącego w obwodzie podłączonym do wyjścia drugiego Wy2 układu według wynalazku. Następnie mikrokontroler pierwszy uP1 wysyła komunikat do mikrokontrolera drugiego uP2, za pomocą izolowanej galwanicznie, przy użyciu transoptora pierwszego Op1, linii cyfrowej, a mikrokontroler drugi uP2 wysyła komunikat do mikrokontrolera pierwszego uP1, za pomocą izolowanej galwanicznie, przy użyciu transoptora drugiego Op2, linii cyfrowej. Wyznaczona w mikrokontrolerze pierwszym uP1 wartość prądu jest porównywana z wartością wysłaną w komunikacie z mikrokontrolera drugiego uP2. Jeżeli zarejestrowana w mikrokontrolerze pierwszym uP1 różnica prądów przekracza ustalony próg lub komunikat z mikrokontrolera drugiego uP2 nie zostanie zarejestrowany, wówczas w mikrokontrolerze pierwszym uP1 wystawiany jest stan niski na linii cyfrowej dołączonej do pierwszej cewki przekaźnika bistabilnego S. Prąd z linii cyfrowej mikrokontrolera pierwszego uP1 zaczyna zasilać cewkę pierwszą przekaźnika bistabilnego S. Równocześnie wyznaczona w mikrokontrolerze drugim uP2 wartość prądu jest porównywana z wartością wysłaną w komunikacie z mikrokontrolera pierwszego uP1. Jeżeli zarejestrowana w mikrokontrolerze drugim uP2 różnica prądów przekracza ustalony próg lub komunikat z mikrokontrolera pierwszego uP1 nie zostanie zarejestrowany, wówczas w mikrokontrolerze drugim uP2 wystawiany jest stan niski na linii cyfrowej dołączonej do drugiej cewki przekaźnika bistabilnego S. Prąd z linii cyfrowej mikrokontrolera drugiego uP2 zaczyna zasilać cewkę drugą przekaźnika bistabilnego S. W wyniku zasilania jednej z cewek przekaźnika bistabilnego S zmienia on swój stan, a wówczas styki pierwsze i drugie zestyków zwiernych: pierwszego i drugiego przekaźnika bistabilnego S rozwierają się przerywając obwody wyjść: pierwszego Wy1 i drugiego Wy2 układu według wynalazku. Układ przechodzi do trybu drugiego pracy.

W drugim trybie pracy obwód zasilania chronionej sieci elektroenergetycznej jest przerwany. Chroniona sieć nie jest zasilana. Przerwanie obwodu zasilania chronionej sieci elektroenergetycznej powoduje również wyłączenie nieizolowanych zasilaczy pierwszego Zs1 oraz drugiego Zs2 oraz układów mikrokontrolerów: pierwszego uP1 i drugiego uP2. Układ pozostaje w trybie drugim aż do momentu wciśnięcia przycisku P przekaźnika bistabilnego S. Wciśnięcie przycisku P powoduje przejście do trybu pierwszego pracy układu. W przypadku braku przepływu prądu na wyjściach pierwszym Wy1 oraz drugim Wy2 układu według wynalazku, nieizolowane zasilacze: pierwszy Zs1 oraz drugi Zs2 pozostają wyłączone. Układy mikrokontrolerów: pierwszego uP1 i drugiego uP2 nie są zasilane i pozostają w stanie wyłączenia, w związku z czym przekaźnik bistabilny S nie zmienia swojego stanu.

Claims (1)

1. Układ wyłącznika różnicowoprądowego, w którym styk drugi pierwszego zestyku zwiernego przekaźnika stanowi wyjście pierwsze układu, a styk drugi drugiego zestyku zwiernego przekaźnika stanowi wyjście drugie układu, a końcówka pierwsza cewki sterującej przekaźnika połączona jest z wyjściem cyfrowym portu mikrokontrolera, znamienny tym, że wejście drugie nieizolowanego zasilacza sieciowego pierwszego (Zs1 ) o niskiej impedancji wejściowej połączone jest z jego wyjściem ujemnym, z wejściem ujemnym zasilania mikrokontrolera pierwszego (uP1), z emiterem transoptora drugiego (Op2) i z końcówką pierwszą rezystora pierwszego (R1), a wejście drugie nieizolowanego zasilacza sieciowego drugiego (Zs2) o niskiej impedancji wejściowej, połączone jest z jego wyjściem ujemnym, z wejściem ujemnym zasilania mikrokontrolera drugiego (uP2), z emiterem transoptora pierwszego (Op1) i z końcówką pierwszą rezystora drugiego (R2), zaś wyjście cyfrowe pierwsze portu mikrokontrolera pierwszego (uP1) połączone jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego (Op1), którego kolektor fototranzystora połączony jest z wejściem cyfrowym portu mikrokontrolera drugiego (uP2), wyjście cyfrowe pierwsze portu mikrokontrolera drugiego (uP2) połączone jest z katodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego (Op2), którego kolektor fototranzyPL 225 005 B1 stora połączony jest z wejściem cyfrowym portu mikrokontrolera pierwszego (uP1) i wyjście cyfrowe drugie portu mikrokontrolera drugiego (uP2) połączone jest z końcówką pierwszą drugiej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego (S), przy czym pierwsze dodatnie napięcie zasilania (+U1) połączone jest z wyjściem dodatnim nieizolowanego zasilacza sieciowego pierwszego (Zs1), z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora pierwszego (Op1), z wejściem dodatnim zasilania mikrokontrolera pierwszego (uP1) i z końcówką drugą pierwszej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego (S), a drugie dodatnie napięcie zasilania (+U2) połączone jest z wyjściem dodatnim nieizolowanego zasilacza sieciowego drugiego (Zs2), z anodą diody elektroluminescencyjnej transoptora drugiego (Op2), z wejściem dodatnim zasilania mikrokontrolera drugiego (uP2) i z końcówką drugą drugiej cewki sterującej przekaźnika bistabilnego (S).