PL249165B1 - Układ wyłącznika różnicowoprądowego - Google Patents

Abstract

Układ wyłącznika różnicowoprądowego o autonomicznym źródle napięcia pomocniczego zawierający wyzwalacz różnicowy, mechanizm otwierający, rezystor i zasilacz, charakteryzuje się tym, że zawiera liniowy przekładnik sumujący (PS), przez który poprowadzone są przewody czynne obwodu, rezystor dopasowujący (RD) i przekształtnik (AC/DC) połączone z wyjściem liniowego przekładnika sumującego (PS), autonomiczne źródło napięcia pomocniczego z magazynem energii (AME) połączone z zasilaczem napięciowym (ZN) dostarczającym energii do przekładnika prądowego sumującego (PS) oraz podukład ładowania (UŁ) magazynu energii (AME).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ wyłącznika różnicowoprądowego umożliwiający wykrywanie prądów różnicowych o wybranych częstotliwościach oraz prądu różnicowego stałego nietętniącego. Układ według wynalazku może być wykorzystany do wyłączenia zasilania, aby osiągnąć skuteczną ochronę przeciwporażeniową w obwodach niskiego napięcia z przekształtnikami energoelektronicznymi.

Znane są różne konstrukcje urządzeń zabezpieczających przed porażeniem prądem elektrycznym, wśród których jedną z grup stanowią wyłączniki reagujące na różnicę prądów płynących w przewodach czynnych obwodu. Znane są wyłączniki wykorzystujące przekładniki prądowe, w szczególności przekładniki sumujące, połączone z wyzwalaczem różnicowym uruchamiającym element wykonawczy, który otwiera zestyki główne obwodu. Niektóre z wyłączników wymagają doprowadzenia z sieci zewnętrznej pomocniczego napięcia do prawidłowego zadziałania, a inne są zabezpieczeniami, w których układ wyzwalający czerpie energię jedynie z przekładnika sumującego. Znane są układy wyłącznika różnicowoprądowego wykorzystujące źródło napięcia pomocniczego, wyzwalacz różnicowy, wzmacniacz i mechanizm otwierający.

W publikacji patentowej EP3043437B1 przedstawiono zaawansowany układ wyłącznika różnicowoprądowego z przekładnikiem sumującym, przez który przechodzą wszystkie przewody czynne obwodu oraz układem samotestowania, który umożliwia określenie kresu trwałości tego wyłącznika. Jednak poważną wadą wyłącznika jest jego niedostosowanie do działania przy częstotliwościach prądu różnicowego innych niż 50 Hz, które powszechnie występują w nowoczesnych systemach niskiego napięcia, a także przy prądzie stałym nietętniącym. Ta znana konstrukcja nie jest oparta na autonomicznym źródle napięcia pomocniczego.

Z publikacji patentowej EP2445074B1 znana jest konstrukcja wyłącznika różnicowoprądowego zawierająca wyzwalacz różnicowy, przekładnik sumujący oraz kondensatory i diody przyłączone do obwodu wtórego tego przekładnika. Dużą niedogodnością tego rozwiązania jest brak możliwości prawidłowego wykrywania prądów różnicowych o częstotliwościach spoza przedziału 10 Hz - 1000 Hz oraz prądów różnicowych stałych, gdy nie ma napięcia pomocniczego w zewnętrznej instalacji elektrycznej. Dodatkowo ta znana konstrukcja nie jest oparta na autonomicznym źródle napięcia pomocniczego.

Z publikacji patentowej EP0821830B1 znany jest wyłącznik różnicowoprądowy przeznaczony do wykrywana prądów różnicowych pulsujących. Niedogodnością tej konstrukcji jest niedostosowanie do wykrywania prądów różnicowych stałych o pomijalnym tętnieniu oraz prądów różnicowych o wyższych częstotliwościach, w szczególności wyższych niż 1000 Hz. Ta znana konstrukcja nie jest oparta na autonomicznym źródle napięcia pomocniczego.

Z publikacji patentowej WO/2006/060830 znany jest wyłącznik przeznaczony do ochrony przeciwporażeniowej, który zawiera przekładnik sumujący, a jego uzwojenie wtórne jest połączone z wyzwalaczem różnicowym za pośrednictwem elektronicznego wzmacniacza oraz dodatkowego łącznika. Wadą tego układu jest konieczność połączenia wyzwalacza różnicowego z obwodem głównym, aby dostarczyć napięcie pomocnicze do układu wyzwalającego w trakcie jego działania. Bez tego połączenia z obwodem głównym wyłącznik nie zapewnia prawidłowej ochrony przeciwporażeniowej. Ta znana konstrukcja nie jest oparta na autonomicznym źródle napięcia pomocniczego.

Z publikacji patentowej WO/2001/020741 wiadomo o uniwersalnym wyłączniku różnicowoprądowym zdolnym do wykrywania prądów różnicowych stałych. Wadą tego wyłącznika jest konieczność ciągłego dostarczania zasilania pomocniczego z obwodu głównego, aby było możliwe wykrywanie tego rodzaju prądów. Ta znana konstrukcja nie jest oparta na autonomicznym źródle napięcia pomocniczego.

Z publikacji patentowej PL211991B1 znany jest wyłącznik różnicowoprądowy, który nie wymaga napięcia pomocniczego, zawierający przekładnik sumujący i wyzwalacz różnicowy. Niedogodnością tego wyłącznika jest brak prawidłowego działania przy częstotliwościach prądu różnicowego większych niż 10 kHz, mniejszych niż 50 Hz oraz przy prądach różnicowych stałych. Ta znana konstrukcja nie jest oparta na autonomicznym źródle napięcia pomocniczego.

Celem wynalazku było rozwiązanie problemu związanego z koniecznością ciągłego dostarczania zasilania pomocniczego z obwodu głównego. Celem było również opracowanie wynalazku umożliwiającego prawidłowe działanie przy częstotliwościach mniejszych niż 50 Hz, większych niż 50 Hz oraz przy prądach różnicowych stałych. Celem było opracowanie konstrukcji opartej na autonomicznym źródle napięcia pomocniczego.

Układ według wynalazku wyposażono w autonomiczne źródło napięcia pomocniczego. Układ stanowiący wyłącznik różnicowoprądowy według wynalazku wyposażony w mechanizm otwierający połączony z zestykami obwodu głównego charakteryzuje się tym, że zawiera liniowy przekładnik sumujący przyłączony do obwodu głównego, obwód wejściowy tego przekładnika, przez który przechodzą wszystkie przewody czynne obwodu, wyzwalacz różnicowy spolaryzowany, rezystor dopasowujący i przekształtnik AC/DC w obwodzie tego wyzwalacza połączone z wyjściem przekładnika sumującego, autonomiczne źródło napięcia pomocniczego z magazynem energii połączone z zasilaczem napięciowym dostarczającym energię do przekładnika prądowego sumującego oraz podukład ładowania tego magazynu energii.

Istotnymi cechami układu wyłącznika różnicowoprądowego według wynalazku jest zatem wyposażenie układu w liniowy przekładnik sumujący, przez który przechodzą wszystkie przewody czynne obwodu, rezystor dopasowujący i przekształtnik AC/DC w obwodzie wyzwalacza różnicowego połączone z wyjściem przekładnika sumującego, autonomiczne źródło napięcia pomocniczego z magazynem energii połączone z zasilaczem napięciowym dostarczającym energię do przekładnika prądowego sumującego oraz podukład ładowania tego magazynu energii.

Zadziałanie układu przy prądach różnicowych stałych o pomijalnym tętnieniu oraz przy prądach różnicowych o częstotliwościach od 1 Hz do 50 kHz, gdy brak jest w obwodzie głównym napięcia pomocniczego umożliwione jest przez zastosowanie liniowego przekładnika sumującego współpracującego z zasilaczem napięciowym, autonomicznego źródła napięcia pomocniczego z magazynem energii i podukładu ładowania tego magazynu energii. Zasilacz napięciowy z autonomicznym źródłem napięcia pomocniczego z magazynem energii umożliwia prawidłowe działanie wyłącznika różnicowoprądowego, nawet gdy w obwodzie głównym nie ma napięcia pomocniczego przez dłuży czas (np. 1 godzinę).

Układ wyłącznika różnicowoprądowego według wynalazku eliminuje wady znanych sposobów i zapewnia poprawne działanie przy prądach różnicowych stałych oraz przy prądach różnicowych o częstotliwościach od 1 Hz do 50 kHz, nawet gdy brak jest napięcia pomocniczego w obwodzie głównym. Takie rozwiązanie jest zalecane we współczesnych systemach niskiego napięcia. W przypadku niebezpiecznej różnicy prądów w przewodach czynnych przechodzących przez przekładnik sumujący, w obwodzie wyjściowym tego przekładnika płynie prąd powodujący zadziałanie wyzwalacza różnicowego spolaryzowanego i zadziałanie mechanizmu otwierającego, połączonego z zestykami obwodu głównego, co skutkuje wyłączeniem zasilania i zapewnia ochronę przed porażeniem prądem. Wynalazek umożliwia prawidłowe działanie wyłącznika różnicowoprądowego, nawet gdy w obwodzie głównym nie ma napięcia pomocniczego przez dłuży czas (np. 1 godzinę).

Szczegóły wynalazku są przedstawione w przykładzie i pokazano na fig. 1 zawierającym schemat budowy układu.

Spis oznaczeń z wyjaśnieniem:

PE - przewód ochronny

L - pierwszy przewód czynny

N - drugi przewód czynny

PS - przekładnik sumujący

MO - mechanizm otwierający

WRS - wyzwalacz różnicowy spolaryzowany

WR - wyłącznik różnicowoprądowy

RD - rezystor dopasowujący

ZN - zasilacz napięciowy

AME - magazyn energii

UŁ - podukład ładowania

Przykład

Układ wyłącznika różnicowoprądowego do prawidłowego wykrywania prądów różnicowych o częstotliwościach 1 Hz - 50 kHz oraz prądów różnicowych stałych w instalacji.

Przewody czynne L, N obwodu są połączone z zaciskami wejściowymi układu wyłącznika różnicowoprądowego WR i przechodzą przez okno przekładnika sumującego PS. Przewód ochronny obwodu PE przechodzi obok układu wyłącznika różnicowoprądowego. Znany mechanizm otwierający MO standardowy element wyłącznika różnicowoprądowego jest połączony mechanicznie z zestykami przerywającymi przewody czynne L, N oraz wyzwalaczem różnicowym spolaryzowanym WRS. Przewód ochronny i odbiornik to elementy instalacji, w którym montuje się układ - w tym przykładzie instalacji w budynku. Znany wyzwalacz różnicowy spolaryzowany WRS standardowy element wyłącznika różnicowoprądowego jest przyłączony po stronie DC do przekształtnika AC/DC w postaci mostka prostowniczego pełnookresowego, a strona AC tego przekształtnika jest połączona z obwodem wtórnym przekładnika sumującego liniowego PS i zaciskiem 0 zasilacza napięciowego ZN o parametrach napięciowych -15 V, +15 V za pośrednictwem rezystora dopasowującego RD. Połączenie to jest wykonane za pośrednictwem rezystora dopasowującego RD, który przyjmuje różne wartości rezystancji w zależności od wymaganej czułości wyłącznika różnicowoprądowego. Zaciski wyjściowe U+15 V i U-15 V zasilacza napięciowego ZN są połączone bezpośrednio z odpowiednimi zaciskami przekładnika sumującego PS. Zaciski wejściowe zasilacza ZN są połączone z autonomicznym źródłem napięcia pomocniczego z magazynem energii AME o napięciu nominalnym 3,7 V. Do zacisków wejściowych autonomicznego źródła napięcia pomocniczego z magazynem energii AME o pojemności co najmniej 3400 mAh przyłączony jest podukład ładowania UŁ o nominalnym napięciu wejściowym AC 230 V i nominalnym napięciu wyjściowym DC 5 V. Z wejściem zasilacza ZN jest połączony magazyn energii AME. Strona AC 230 V podukładu ładowania UŁ jest przyłączona do obwodu głównego przed zestykami przerywającymi przewody czynne L, N. Przewody czynne L, N obwodu są połączone z zaciskami wejściowymi układu wyłącznika różnicowoprądowego WR i przechodzą przez okno przekładnika sumującego PS. Przewód ochronny obwodu PE przechodzi obok układu wyłącznika różnicowoprądowego. Połączenie instalacji z zewnętrznymi zaciskami tego wyłącznika należy wykonać w typowy sposób. Wyłącznik ten można wykorzystać w każdej typowej instalacji. Autonomiczne źródła napięcia pomocniczego z magazynem energii AME dostarcza do przekładnika sumującego PS niezbędnego napięcia, aby układ wyłącznika różnicowoprądowego prawidłowo działał przy prądach różnicowych stałych oraz przy prądach różnicowych o częstotliwościach od 1 Hz do 50 kHz, nawet gdy w obwodzie głównym nie ma napięcia pomocniczego przez czas 1 godziny.

Claims (2)

1. Układ wyłącznika różnicowoprądowego zawierający wyzwalacz różnicowy, rezystor i zasilacz, znamienny tym, że zawiera liniowy przekładnik sumujący (PS), przez który poprowadzone są przewody czynne obwodu, rezystor dopasowujący (RD) i przekształtnik (AC/DC) połączone z wyjściem liniowego przekładnika sumującego (PS), autonomiczne źródło napięcia pomocniczego z magazynem energii (AME) połączone z zasilaczem napięciowym (ZN) dostarczającym energii do przekładnika prądowego sumującego (PS) oraz podukład ładowania (UŁ) magazynu energii (AME).

2. Układ wyłącznika różnicowoprądowego według zastrz. 1, znamienny tym, że przez liniowy przekładnik sumujący (PS) przechodzą przewody czynne obwodu głównego, zaś mechanizm otwierający (MO) połączony jest mechanicznie z zestykami przerywającymi przewody czynne obwodu głównego, zaś do jednego zacisku obwodu wyjściowego przekładnika sumującego (PS) jest przyłączony jeden zacisk strony przemiennoprądowej (AC) przekształtnika (AC/DC), do którego strony stałoprądowej (DC) jest przyłączony wyzwalacz różnicowy spolaryzowany (WRS), natomiast drugi zacisk strony przemiennoprądowej (AC) przekształtnika (AC/DC) jest połączony za pośrednictwem rezystora dopasowującego (RD) z zaciskiem (0) zasilacza napięciowego (ZN), którego to zasilacza dwa zaciski wyjściowe (U+15 V) i (U-15 V) są połączone z pozostałymi dwoma zaciskami wyjściowymi przekładnika sumującego (PS), a zaciski wejściowe zasilacza napięciowego (ZN) są połączone z zaciskami wyjściowymi autonomicznego źródła napięcia pomocniczego z magazynem energii (AME), którego zaciski wejściowe są połączone z zaciskami wyjściowymi (DC) podukładu ładowania (UŁ), którego zaciski wejściowe (AC) są przyłączone do obwodu głównego przed zestykami przerywającymi przewody czynne (L), (N).