АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКА УТЕЧКИ
AUTOMATIC CIRCUIT BREAKER FOR LEAK CURRENT PROTECTION

Изобретение относится к автоматическому выключателю защиты от тока утечки согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Известны автоматические выключатели защиты от тока утечки для защиты людей и электромонтажного оборудования от опасных токов утечки, отключающие электросеть при появлении опасных токов утечки.
Недостаток при этом заключается в том, что такое отключение электросети пользователем обычно нежелательно и во многих случаях приводит к большим затратам. Скажем, при поддержании процессов или управлении процессами, которые не должны прерываться, например, при осуществлении комплексных технологических процессов или, например, при изготовлении технических стекол, при котором контролируемое время охлаждения порядка нескольких месяцев не является редкостью. Прерывание электроснабжения во время такого процесса приводит к большим затратам и к безответственному разбазариванию сырья. Другой проблемой при прерывании электроснабжения прежде всего является применение ЭВМ, где дело может дойти до потери данных вплоть до возникновения опасности для человеческой жизни.
Поэтому задача изобретения состоит в создании автоматического выключателя для защиты от тока утечки вышеупомянутого типа, с помощью которого можно избежать указанных недостатков и при котором неожиданные отключения защищаемой сети могут быть ограничены.
Согласно изобретению это достигается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения.
Благодаря этому, время простоя машин может быть уменьшено, а возникающие при этом расходы сокращены. Таким образом потребитель информируется об уровне тока утечки на данный момент, и он при необходимости в порядке упреждения потенциального отключения электрической цепи автоматическим выключателем защиты от тока утечки может сам дезактивировать потребителей тока, т.е., отключить их от сети. Тем самым можно добиться того, чтобы соответствующий автоматический выключатель для защиты от тока утечки даже при выходе из строя сигнальных средств в смысле короткого замыкания был в состоянии продолжать функционировать полностью, а защита людей и установок была бы обеспечена и далее. Таким образом прежде всего в критических случаях применения ЭВМ потеря данных в результате отключения сети автоматическим выключателем защиты от тока утечки зачастую может быть предотвращена, поскольку при намечающемся токе утечки данные могут быть сохранены, т.е., приборы, потенциально генерирующие токи утечки, могут быть дезактивированы.
Зависимые пункты, которые так же, как и пункт 1 формулы изобретения, одновременно составляют часть описания, относятся к последующим предпочтительным вариантам выполнения изобретения.
Ниже изобретение описывается со ссылкой на приложенный чертеж, на котором в качестве примера в виде блок схемы изображен лишь предпочтительный вариант выполнения автоматического выключателя для защиты от тока утечки согласно изобретению.
На фиг.1 показан автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки, содержащий по меньшей мере один преобразователь 2 суммарного тока, через который пропущены по меньшей мере один первый проводник 15 и один второй проводник 16 защищаемой сети, причем в преобразователе 2 суммарного тока установлена по меньшей мере одна вторичная обмотка 17, причем вторичная обмотка 17 опосредованно кинематически соединена с энергоаккумулирующим элементом 5, причем по меньшей мере одно разрядное сопротивление 4 включено параллельно энергоаккумулирующему элементу 5, причем автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки содержит размыкатель 7, кинематически соединенный с размыкающими контактами по меньшей мере в первом проводнике 15 и по меньшей мере во втором проводнике 16, причем по меньшей мере одно разрядное сопротивление 4 образовано первой секцией 4а сопротивления и по меньшей мере одной секцией 4b сопротивления, включенной последовательно с первой, а по меньшей мере одно первое электрическое сигнальное средство 20 по меньшей мере опосредованно кинематически соединено с первой секцией 4а сопротивления.
Благодаря этому время простоя машин может быть уменьшено, а возникающие при этом расходы сокращены. Таким образом потребитель информируется об уровне тока утечки, и он в порядке упреждения потенциального отключения от электрической сети автоматическим выключателем защиты от тока утечки при необходимости может сам дезактивировать электрических потребителей, т.е., отключить их от сети. Тем самым можно добиться того, чтобы соответствующий автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки даже при выходе из строя сигнальных средств 20 в смысле короткого замыкания был в состоянии продолжать функционировать полностью, а защита людей и установок была бы обеспечена и далее. Таким образом прежде всего в критических случаях применения ЭВМ потеря данных в результате отключения сети автоматическим выключателем 1 защиты от тока утечки зачастую может быть предотвращена, поскольку при намечающемся токе утечки данные могут быть сохранены, т.е., приборы, потенциально генерирующие токи утечки, могут быть дезактивированы.
С помощью средств настоящего изобретения можно добиться того, чтобы при выходе из строя сигнальных средств 20, или при выходе из строя при известных обстоятельствах других узлов, необходимых для работы сигнальных средств 20, не произошло никакого низкоомного шунтирования по меньшей мере одного разрядного сопротивления 4. Разрядное сопротивление 4 воздействует на функцию автоматического выключателя 1 защиты от тока утечки непосредственно, для чего оно вместе с энергоаккумулирующим элементом 5, включенным параллельно разрядному сопротивлению 4, воздействует на характеристику срабатывания, в частности, на порог срабатывания, а также на частотнозависимую характеристику порога срабатывания автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки, в частности, определяет их. С помощью средств настоящего изобретения даже при полном выходе из строя сигнальных средств 20 функция автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки может выполняться в виде короткого замыкания в рамках заданных пороговых значений, укладывающихся в рамки законных заданных значений.
При появлении тока утечки, который сам по себе или пока еще не является достаточно большим, чтобы вызвать срабатывание автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки, активируется сигнальное средство 20, например, загорается первое электрическое светящееся тело 8, и таким образом подает сигнал о наличии тока утечки. Благодаря этому пользователь еще до срабатывания автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки может взяться за работу в смысле, например, отключения приборов от сети и/или подстраховки, т.е., завершения чувствительных процессов. Кроме того, с помощью автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки согласно изобретению явно упрощается обнаружение неисправности, поскольку после активации прибора наличие тока утечки может быть обнаружено сразу же, даже если он (пока еще) слишком незначителен для срабатывания автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки.
На единственном чертеже показан лишь особенно предпочтительный вариант выполнения автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки согласно изобретению, предпочтительно, для срабатывания при появлении тока утечки независимо от напряжения сети, в виде схемы функциональных узлов и их коммутационных соединений. Разрядное сопротивление 4, образованное первой и второй секциями 4а, 4b сопротивления, изображено на единственной фигуре в виде штрихпунктирного эквивалентного сопротивления. Такой автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки предусмотрен для защиты установок и людей, причем в случае появления опасного тока утечки потребители, подсоединенные к автоматическому выключателю 1 для защиты от тока утечки, отключаются от сети электроснабжения, содержащей первый проводник 15 и второй проводник 16. Автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки содержит соединительные зажимы, в частности, винтовые соединительные зажимы, для подсоединения по меньшей мере одного первого и одного второго проводников 15, 16 к сети электроснабжения. Изображенная коммутационная схема представляет собой вариант выполнения только с одним первым 15 и одним вторым проводником 16. Однако могут быть предусмотрены варианты выполнения с любым заданным количеством проводов или проводников сети электроснабжения, в частности, варианты выполнения с тремя или четырьмя проводниками, например, для защиты потребителя трехфазного тока, подключенного к трехфазной сети. Дальнейшее описание относится к изображенному варианту с одним первым 15 и одним вторым проводником 16, причем это, соответственно, равным образом касается вариантов выполнения с несколькими проводниками. В первом и втором проводниках 15, 16 установлены не показанные, так называемые размыкающие, а потому коммутационные контакты, которые предусмотрены, т.е., выполнены, для разделения, или размыкания, первого или второго проводников 15, 16, а также для их последующего замыкания. Конструктивные элементы или узлы, описанные и/или изображенные на фигуре, установлены вместе в одном корпусе из изоляционного материала, имеющем отверстия по крайней мере для соединительных зажимов и рычага ручного выключателя, приводимого в действие вручную для замыкания и размыкания размыкающих контактов от руки. Кроме того, может быть предусмотрено, чтобы автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки, согласно изобретению, содержал другие не показанные или не описанные узлы или конструктивные элементы, например, индикатор коммутационных положений, размыкания и т.п.
Как уже упоминалось, автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки, предпочтительно, выполнен как автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки, не зависящий от напряжения сети. Узлы, установленные в таком автоматическом выключателе 1 для защиты от тока утечки, не зависящем от напряжения сети, для обнаружения тока утечки и срабатывания автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки, а потому для разъединения размыкающих контактов, получают свою энергию, необходимую для срабатывания, полностью за счет тока утечки, т.е., пропорционального ему сигнала тока утечки во вторичной обмотке 17.
Автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки, согласно изобретению, содержит самим по себе известным образом по меньшей мере один преобразователь 2 суммарного тока с сердечником преобразователя, содержащим магнитный материал, через который в качестве первичной обмотки пропущены первый и второй проводники 15, 16. Может быть предусмотрено, чтобы первый и второй проводники 15, 16 были пропущены по существу через центральное отверстие преобразователя 2 суммарного тока или намотаны на сердечник преобразователя. Кроме того, на преобразователе 2 суммарного тока для обнаружения сигнала тока утечки установлена вторичная обмотка 17, причем вторичная обмотка 17 в коммутационном отношении по меньшей мере опосредованно соединена по меньшей мере с одним энергоаккумулирующим элементом 5, а энергоаккумулирующий элемент 5 по меньшей мере опосредованно соединен, или взаимодействует, с размыкателем 7, выполненным в виде размыкающего реле с постоянным магнитом, благодаря чему может достигаться надежное и быстрое срабатывание автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки. Размыкатель 7 действует на размыкающие контакты механически, предпочтительно, с помощью не показанной защелки. При появлении опасного тока утечки во вторичной обмотке 17 формируется соответствующий сигнал тока утечки, и размыкатель 7 воздействует на размыкающие контакты, которые размыкаются и разъединяют первый и второй проводники 15, 16.
Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки, согласно изобретению, изображенному на единственной фигуре, предусмотрено, чтобы к вторичной обмотке 17 была подсоединена выпрямительная схема, предпочтительно, выполненная в качестве двухполупериодного выпрямителя, в частности, мостового выпрямителя, и чтобы выпрямительная схема 3 в коммутационном отношении была соединена с энергоаккумулирующим элементом 5, выполненным согласно изображенному предпочтительному варианту выполнения в виде конденсатора 19, благодаря чему могут быть достигнуты простое устройство и быстрое срабатывание энергоаккумулирующего элемента 5.
Согласно изобретению параллельно энергоаккумулирующему элементу 5 включено по меньшей мере одно разрядное сопротивление 4, образованное одной первой секцией 4а сопротивления и по меньшей мере одной второй секцией 4b сопротивления, причем первая и вторая секции 4а, 4b сопротивления включены между собой последовательно, как это показано на единственной фигуре. Благодаря разрядному сопротивлению 4 обеспечивается как разряд энергоаккумулирующего элемента 5 после появления тока утечки, так и воздействие, т.е., задание, характеристики срабатывания автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки под действием тока утечки. В результате порог срабатывания может быть задан, или установлен, очень простым способом. В предпочтительном исполнении энергоаккумулирующего элемента 5 в виде конденсатора 19 и в предпочтительном исполнении первой и второй секций 4а, 4b сопротивления в виде омических сопротивлений последние образуют вместе фильтр верхних частот первого порядка, благодаря чему может быть достигнуто повышение порога срабатывания. Это предпочтительно, поскольку действие электрического тока на человеческое тело с увеличением частоты снижается. Поэтому при соответствующем расчете этого фильтра верхних частот характеристика срабатывания может быть подстроена под требования личной защиты, и срабатывания автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки при токах утечки, не опасных для человека или для установок, могут быть предотвращены. Действие электрических токов в зависимости от частоты специалисту известно, например, из публикации проф. Бигельмайерса «Действие переменных токов высокой частоты» (Biegelmeiers: „Wirkung von Wechselströmen höherer Frequenz, IEC-Report 479.2, Auflage, 1986, Teil 2, Kapitel 4“) или из последующей публикации «Действие электрического тока на людей и полезных животных» („Wirkung des elektrischen Stromes auf Menschen und Nutztiere“, VDE-Verlag 1986, ab Seite 169“). Расчет фильтра верхних частот, полоса пропускания которого удовлетворяет по меньшей мере этой частотной зависимости, специалисту в области электротехники известен.
Как уже было изложено, энергоаккумулирующий элемент 5 действует на размыкатель 7. При этом, предпочтительно, предусмотрено, чтобы энергоаккумулирующий элемент 5 был кинематически соединен с размыкателем 7 второй пороговой схемой 6, причем пороговый выключатель 6 задает пороговое значение напряжения для срабатывания размыкателя 7. Пороговый выключатель в широком смысле может быть реализован, например, с помощью полупроводникового стабилитрона, или простой транзисторной схемы.
Кроме того, предпочтительно, предусмотрено, чтобы автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки согласно изобретению дополнительно содержал контрольную цепь для проверки работоспособности и эксплуатационной надежности автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки. При этом контрольная цепь содержит по меньшей мере один испытательный щуп и образцовый резистор, причем при нажатии на испытательный щуп с помощью образцового резистора моделируется ток утечки, который должен заставить сработать автоматический выключатель 1 для защиты от тока утечки.
Автоматические выключатели 1 для защиты от тока утечки согласно изобретению содержат по меньшей мере одно электрическое сигнальное средство 20, по меньшей мере опосредованно кинематически соединенное с первой секцией 4а сопротивления. При этом в случае особенно простого варианта выполнения настоящего изобретения, предпочтительно, предусмотрено, чтобы первое электрическое сигнальное средство 20 в коммутационном отношении было включено параллельно первой секции 4а сопротивления, выполненной в виде омического сопротивления, и чтобы напряжение, приложенное к первой секции 4а сопротивления, или его падение на последней, выдавалось или отображалось электрическим сигнальным средством 20 по меньшей мере качественно. Первая и вторая секции 4а, 4b сопротивления образуют делитель напряжения. Поэтому частичное напряжение, приложенное к первой секции 4а сопротивления, или его падение на последней, пропорционально суммарному падению напряжения на первой и второй секциях 4а, 4b сопротивления. В результате деления разрядного сопротивления 4 на первую 4а и по меньшей мере одну вторую секцию 4b, а также отображения падения напряжения на первой секции 4а сопротивления можно добиться того, чтобы шунтирование первой секции 4а сопротивления, которое может произойти, например, при повреждении первого сигнального средства 20, не привело к выходу из строя автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки и чтобы работоспособность была сохранена в рамках законных заданных значений. Для этого первая и вторая секции 4а, 4b сопротивления, предпочтительно, рассчитаны таким образом, чтобы, например, при шунтировании первой секции 4а сопротивления ток утечки, требуемый для срабатывания, например, 30 мА при частоте 50 Гц, не превышался. Благодаря этому может быть достигнута повышенная надежность автоматического выключателя 1 для защиты от тока утечки, поскольку он гарантирует минимум защиты даже при выходе из строя конструктивного элемента, который может случиться, например, при использовании автоматического выключателя для защиты от тока утечки в суровых условиях окружающей среды и/или за рамками специфицированных случаев применения, или условий окружающей среды, например, при использовании при высоких окружающих температурах и/или при сильной вибрации.
В качестве электрического светящегося тела 8 может быть предусмотрен любой вид светящегося тела, такой как: лампочки накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды 18 и/или жидкокристаллические дисплеи, причем согласно изображенному, особенно предпочтительному варианту выполнения, исполнение первого электрического светящегося тела 8 предусмотрено по меньшей мере в виде светодиода 18, благодаря чему могут быть достигнуты как большая светоотдача и тем самым мощный эффект сигнализации, так и незначительное потребление тока. Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения может быть предусмотрено, чтобы было предусмотрено только одно единственное светящееся средство 8 и чтобы только яркость, светоотдача, т.е., величина излучаемого светового потока, были мерилом величины напряжения, приложенного к энергоаккумулирующему элементу 5, и тем самым мерилом величины тока утечки. Также может быть предусмотрено заданное количество электрических светящихся средств 8, причем может быть предусмотрено такое управление этим заданным количеством электрических светящихся средств 8, чтобы количество загорающихся светящихся средств 8 было мерилом величины тока утечки. При этом может быть предусмотрено линейное изменение или же воспроизведение конфигурации двоичного кода, благодаря чему возможно очень точное воспроизведение различных величин. Также может быть предусмотрена установка заданного количества электрических светящихся средств 8 в виде алфавитно-цифрового дисплея, причем предусмотрены соответствующие средства для управления таким дисплеем. У всех описанных исполнений системы первых электрических светящихся средств 8 может быть предусмотрено любое вышеописанное исполнение электрического светящегося средства.
В зависимости от имеющейся в распоряжении выходной мощности предусмотренного преобразователя 2 суммарного тока может быть полезным увеличение напряжения на энергоаккумулирующем элементе 5. Так, например, согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения предусмотрена усилительная схема 9 для увеличения напряжения на энергоаккумулирующем элементе 5. Благодаря усилительной схеме 9 мощность, имеющаяся в распоряжении для управления светящимся телом 8, может быть увеличена. Для этого усилительная схема 9 содержит усилительные конструктивные элементы, как, например, транзисторы, полевые и/или биполярные транзисторы и/или операционные усилители.
Для подачи напряжения питания для активных конструктивных элементов согласно первому предпочтительному исполнению усилительной схемы 9 предусмотрен сетевой блок питания, предпочтительно, интегрированный в узел усилительной схемы 9, в коммутационном отношении соединенный с первым и вторым проводниками 15, 16 защищаемой сети и таким образом получающий энергию для работы усилительной схемы 9 прямо из защищаемой сети.
Поскольку предусмотрена усилительная схема, по меньшей мере один вход 11 усилителя усилительной схемы 9 подсоединен к энергоаккумулирующему элементу 5, а по меньшей мере один выход 12 усилителя усилительной схемы 9 по меньшей мере опосредованно кинематически соединен с первым электрическим светящимся телом 8, поэтому выход 12 усилителя в коммутационном отношении или соединен со светящимся телом 8 непосредственно, или с помощью дополнительного промежуточного узла. При этом названия вход 11 усилителя или выход 12 усилителя, предпочтительно, означают все соответствующие контакты, или полюса, необходимые для функционирования входа 11 или выхода 12 усилителя. В случае изображенного предпочтительного варианта выполнения вход 11 или выход 12 усилителя имеют по два контакта или полюса. При этом при обработке комплексных сигналов может быть также предусмотрено большее заданное количество контактов или полюсов.
Для обеспечения заданного регулирования срабатывания светящегося тела 8 согласно изображенному предпочтительному варианту выполнения, предпочтительно, предусмотрено, чтобы в коммутационном отношении по меньшей мере один выход 12 усилителя был соединен по меньшей мере с одним входом 13 первой пороговой схемы 10 и по меньшей мере один выход 14 первой пороговой схемы 10 - с первым электрическим светящимся телом 8. При этом первая пороговая схема 10 может быть выполнена таким образом, чтобы пользователь мог регулировать пороговую величину. Таким образом пользователь может задавать граничное значение активации сигнального средства 20.
Другие варианты выполнения согласно изобретению содержат только часть описанных признаков, причем может быть предусмотрена любая комбинация признаков, в частности, и различных описанных вариантов выполнения.