УСТРОЙСТВО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ ПРИБОРА ОТКЛЮЧЕНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР ОТКЛЮЧЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО
DIFFERENTIAL PROTECTION DEVICE FOR SHUTDOWN DEVICE AND ELECTRICAL SHUTDOWN DEVICE COMPRISING SUCH DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству дифференциальной защиты для прибора отключения.
Прибор отключения содержит, по меньшей мере, два электрических проводника, по меньшей мере, один неподвижный контакт, выполненный с возможностью соединения с соответствующим электрическим проводником, и, по меньшей мере, один подвижный контакт, при этом подвижный контакт или каждый подвижный контакт выполнен подвижным между замкнутым положением, в котором он электрически соединен с соответствующим неподвижным контактом, и разомкнутым положением, в котором он электрически изолирован от соответствующего неподвижного контакта. Прибор отключения содержит также тороидальный измеритель дифференциального тока, охватывающий электрические проводники, и разъединяющий привод размыкания подвижного контакта или подвижных контактов, когда через тороидальный измеритель обнаруживается дифференциальный дефект. Устройство дифференциальной защиты содержит блок управления приводом.
Изобретение относится также к электрическому прибору отключения, содержащему такое устройство дифференциальной защиты, подключенное к тороидальному измерителю и к разъединяющему приводу.
Уровень техники
Из документа FR 2850495 A1 известны устройство дифференциальной защиты и прибор отключения вышеупомянутого типа. Устройство дифференциальной защиты содержит интегральную схему, соединенную с тороидальным измерителем дифференциального тока. Интегральная схема содержит средства сравнения сигнала, характеризующего дифференциальный ток, с контрольным порогом, и средства обработки для управления разъединяющим приводом размыкания подвижных контактов при обнаружении дифференциального дефекта. Интегральная схема содержит также средства выпрямления, принимающие упомянутый сигнал, характеризующий дифференциальный ток, и средства фильтрации, соединенные со средствами выпрямления для фильтрации выпрямленного сигнала, поступающего от средств выпрямления, и для передачи выпрямленного сигнала в средства сравнения.
Разъединяющий привод, входящий в состав прибора отключения, является разъединяющим реле, содержащим электромагнитную катушку. Разъединяющее реле соединено через клеммы питания с электрическими проводниками для получения питания, при этом клеммы питания расположены между тороидальным измерителем и подвижным контактом или подвижными контактами.
Электрический прибор отключения выполнен с возможностью соединения в точном направлении, то есть с электрическим источником, подключенным на входе подвижных контактов, и с электрической нагрузкой, подключенной на выходе тороидального измерителя дифференциального тока. Иначе говоря, когда прибор отключения подключен в предусмотренном направлении, клеммы питания и, в частности, катушка привода расположены между подвижными контактами и электрической нагрузкой.
Однако если электрический прибор отключения подключен наоборот, то есть когда электрический источник подключен перед клеммами питания и, в частности, катушкой привода, а электрическая нагрузка подключена за подвижными контактами, появление электрического дефекта может вызвать повреждение привода.
Изобретение призвано предложить устройство дифференциальной защиты, позволяющее избежать повреждения привода во время появления электрического дефекта, когда электрический прибор отключения подключен в обратном направлении.
Сущность изобретения
В связи с этим объектом изобретения является устройство дифференциальной защиты вышеупомянутого типа, дополнительно содержащее средства измерения электрической величины, связанной с блоком управления, и средства блокировки блока управления, когда измеряемая электрическая величина удовлетворяет заранее определенному критерию.
Согласно другим предпочтительным аспектам изобретения устройство дифференциальной защиты имеет один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или во всех технически возможных комбинациях:
- измеряемой электрической величиной является ток, который может протекать через блок управления;
- блок управления содержит два проводящих электрода и один управляющий электрод, и измеряемой величиной является напряжение блока управления, измеряемое между двумя электродами среди электродов блока управления;
- блок управления является статическим прерывателем, предпочтительно элементом, выбираемым из группы, в которую входят: полевой транзистор с изолированным затвором, биполярный транзистор, биполярный транзистор с изолированным затвором и тиристор;
- блок управления является тиристором, и соединение между управляющим электродом тиристора и катодом тиристора образует диод, и средства измерения выполнены с возможностью измерения тока через напряжение на концах упомянутого диода;
- блок управления является транзистором, таким как полевой транзистор с изолированным затвором, биполярный транзистор или биполярный транзистор с изолированным затвором, и средства измерения выполнены с возможностью измерения тока через напряжение между управляющим электродом и электродом стока или эмиттером упомянутого транзистора;
- устройство содержит средства обнаружения дифференциального дефекта и управления блоком управления, при этом средства обнаружения и управления выполнены с возможностью соединения с тороидальным измерителем и подачи сигнала управления на блок управления при обнаружении дифференциального дефекта, и средства блокировки выполнены с возможностью, - в случае соответствия измеряемой электрической величины заранее определенному критерию, - блокировки блока управления при любом командном сигнале, передаваемом в блок управления средствами обнаружения и управления;
- средства блокировки содержат переключатель, последовательно подключенный между управляющим электродом блока управления и средствами обнаружения и управления, при этом переключатель находится в разомкнутом положении для блокировки блока управления;
- средства блокировки содержат переключатель, последовательно подключенный между управляющим электродом и проводящим электродом блока управления, при этом переключатель находится в замкнутом положении для блокировки блока управления;
- средства блокировки содержат транзистор с открытым коллектором, последовательно подключенный между управляющим электродом и проводящим электродом блока управления, при этом транзистор с открытым коллектором является открытым для блокировки блока управления;
- заранее определенным критерием является превышение порога, и порог имеет заранее определенное значение, при котором средства блокировки блокируют блок управления, после того как привод разомкнул подвижные контакты в случае обнаружения дифференциального дефекта;
- средства измерения содержат блок фильтрации электрической величины, при этом блок фильтрации предпочтительно содержит резистор и конденсатор; и
- средства блокировки содержат гистерезисный компаратор, подключенный на выходе средств измерения.
Объектом изобретения является также электрический прибор отключения, такой как дифференциальный выключатель, содержащий:
- по меньшей мере, два электрических проводника,
- по меньшей мере, один неподвижный контакт, соединенный с соответствующим электрическим проводником,
- по меньшей мере, один подвижный контакт, при этом подвижный контакт или каждый подвижный контакт установлен подвижно между замкнутым положением, в котором он электрически соединен с соответствующим неподвижным контактом, и разомкнутым положением, в котором он электрически изолирован от соответствующего неподвижного контакта,
- тороидальный измеритель дифференциального тока, при этом тор охватывает электрические проводники,
- разъединяющий привод размыкания подвижного контакта или подвижных контактов при обнаружении дифференциального дефекта через тороидальный измеритель, и
- устройство дифференциальной защиты, подключенное к тороидальному измерителю и к разъединяющему приводу,
причем устройство дифференциальной защиты является описанным выше устройством.
Согласно другому предпочтительному признаку изобретения, привод содержит электромагнитную катушку, при этом один конец электромагнитной катушки соединен с блоком управления.
Краткое описание чертежей
Эти отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схема электрического прибора отключения в соответствии с изобретением, при этом электрический прибор отключения содержит два неподвижных контакта, два подвижных контакта, тороидальный измеритель дифференциального тока, охватывающий два электрических проводника, соединенных с двумя неподвижными контактами, разъединяющий привод размыкания подвижных контактов и устройство дифференциальной защиты, подключенное к тороидальному измерителю и к разъединяющему приводу.
Фиг. 2 - электрическая схема устройства дифференциальной защиты согласно первому варианту выполнения изобретения.
Фиг. 3 - кривые, характеризующие, с одной стороны, электрический ток, проходящий в подвижных контактах, и, с другой стороны, электрический ток, проходящий в катушке привода, показанного на фиг. 1.
Фиг. 4 и 5 - вид, аналогичный фиг. 2, согласно первому и второму варианту первого варианта выполнения.
Фиг. 6 - вид, аналогичный фиг. 2, второго варианта выполнения изобретения, где устройство дифференциальной защиты содержит тиристор управления приводом, средства управления управляющим тиристором, средства измерения напряжения между управляющим электродом и катодом тиристора и средства блокировки управляющего тиристора, когда упомянутое напряжение соответствует заранее определенному критерию.
Фиг. 7 - кривая упомянутого напряжения между управляющим электродом и катодом тиристора, показанного на фиг. 6.
Фиг. 8 - теоретические кривые, характеризующие соответствующие напряжения на двух входных клеммах и на выходной клемме средств блокировки, показанных на фиг. 6, а также выходное напряжение средств управления, показанных на фиг. 6.
Фиг. 9 - измеренные кривые, характеризующие, с одной стороны, электрический ток, проходящий в катушке привода, показанного на фиг. 1, и, с другой стороны, соответствующие напряжения на двух входных клеммах средств блокировки, показанных на фиг. 6.
Фиг. 10 - вид, аналогичный фиг. 1, третьего варианта выполнения, при этом электрический прибор отключения содержит только один неподвижный контакт и только один подвижный контакт.
Фиг. 11 - вид, аналогичный фиг. 1, четвертого варианта выполнения, при этом электрический прибор отключения содержит три неподвижных контакта и три подвижных контакта.
Фиг. 12 - вид, аналогичный фиг. 1, пятого варианта выполнения, при этом электрический прибор отключения содержит четыре неподвижных контакта и четыре подвижных контакта, и устройство дифференциальной защиты дополнительно содержит вспомогательный выключатель, действующий как вход «все или ничего» на средства блокировки, показанные на фиг. 6.
Описание предпочтительных вариантов выполнения
Показанный на фиг. 1 электрический прибор 10 отключения содержит, по меньшей мере, два электрических проводника 12, по меньшей мере, один неподвижный контакт 14, соединенный с соответствующим электрическим проводником 12, и, по меньшей мере, один подвижный контакт 16, при этом подвижный контакт или каждый подвижный контакт 16 является подвижным между замкнутым положением, в котором подвижный контакт 16 электрически соединен с соответствующим неподвижным контактом 14, и разомкнутым положением, в котором подвижный контакт 16 электрически изолирован от соответствующего неподвижного контакта 14.
В примере, представленном на фиг. 1, электрический прибор 10 отключения содержит два электрических проводника 12, а именно проводник фазы и проводник нейтрали, два неподвижных контакта 14 и два подвижных контакта 16, при этом в данном примере все электрические проводники 12, в том числе проводник нейтрали, могут отключаться прибором 10 отключения. Иначе говоря, показанный на фиг. 1 прибор 10 отключения соответствует однофазному прибору с отключением нейтрали.
В версии, показанной на фиг. 10, электрический прибор 10 отключения содержит два электрических проводника 12, а именно проводник фазы и проводник нейтрали, один неподвижный контакт 14 и один подвижный контакт 16, при этом в данной версии проводник нейтрали не может отключаться прибором 10 отключения. Иначе говоря, согласно этой версии, прибор 10 отключения соответствует однофазному прибору без отключения нейтрали.
В версии, показанной на фиг. 11, электрический прибор 10 отключения является трехполюсным прибором с отключением или без отключения нейтрали и содержит три электрических проводника 12, три неподвижных контакта 14 и три подвижных контакта 16. В случае трехполюсного прибора без отключения нейтрали, все три электрических проводника 12 являются проводниками фазы, а проводник нейтрали выполнен отдельно и не подключен к трехполюсному прибору. В случае трехполюсного прибора с отключением нейтрали три электрических проводника 12 являются двумя проводниками фазы и одним проводником нейтрали.
В варианте, показанном на фиг. 12, электрический прибор 10 отключения является четырехполюсным прибором с отключением нейтрали и содержит четыре электрических проводника 12, четыре неподвижных контакта 14 и четыре подвижных контакта 16.
В не показанном на фигурах варианте электрический прибор 10 отключения является четырехполюсным прибором без отключения нейтрали и содержит четыре электрических проводника 12, три неподвижных контакта 14 и три подвижных контакта 16.
Иначе говоря, электрический прибор 10 отключения является однофазным, трехполюсным или же четырехполюсным прибором с отключением или без отключения нейтрали, при этом отсутствие отключения нейтрали возможно, когда прибор 10 отключения является однофазным или четырехполюсным прибором.
Электрический прибор 10 отключения содержит тороидальный измеритель 18 дифференциального тока, при этом тор 18 охватывает электрические проводники 12, и разъединяющий привод 20 для размыкания подвижных контактов 16, когда через тороидальный измеритель 18 обнаруживается дифференциальный дефект.
Электрический прибор 10 отключения содержит также устройство 22 дифференциальной защиты, подключенное к тороидальному измерителю 18 и к разъединяющему приводу 20.
Электрический прибор 10 отключения является, например, дифференциальным выключателем.
Тороидальный измеритель 18 содержит, например, первичную обмотку 24, охватывающую электрические проводники 12, вторичную обмотку 26 и шунтирующий резистор 28, подключенный к вторичной обмотке 26, при этом шунтирующий резистор 28 позволяет преобразовать ток, протекающий во вторичной обмотке 26, в напряжение, которое можно измерить аналого-цифровым преобразователем. Тороидальный измеритель 18 выполнен с возможностью выдачи переменного напряжения в устройство 22 дифференциальной защиты через вторичную обмотку 26 и резистор 28 нагрузки.
В варианте тороидальный измеритель 18 является тором Роговского и тоже выполнен с возможностью выдачи переменного напряжения в устройство 22 дифференциальной защиты.
Разъединяющий привод 20 является, например, спусковым реле. Спусковое реле 20 содержит электромагнитную катушку 30, выполненную с возможностью включения перемещения подвижных контактов 16 из их замкнутого положения в их разомкнутое положение. Иначе говоря, разъединяющий привод 20 выполнен с возможностью управления размыканием подвижных контактов 16.
Разъединяющий привод 20 дополнительно содержит варистор 32 для защиты от перенапряжений, при этом варистор 32 расположен между катушкой 30 и устройством 22 дифференциальной защиты. Устройство 22 дифференциальной защиты содержит также цепь 38 питания средств обнаружения и управления.
Согласно изобретению, устройство 22 дифференциальной защиты содержит средства 40 измерения электрической величины, связанной с блоком 34 управления, и средства 42 блокировки блока управления, когда измеренная электрическая величина соответствует заранее определенному критерию, как показано на фиг. 1 и 2, при этом зона в рамке II на фиг. 1 детально показана на фиг. 2.
Блок 34 управления подключен к одному концу электромагнитной катушки 30, при этом другой конец электромагнитной катушки 30 соединен с соответствующим электрическим проводником 12.
В описанном примере блок 34 управления содержит тиристор 44. В варианте блок 34 управления содержит полевой транзистор с изолированным затвором, называемый также MOSFET, биполярный транзистор, биполярный транзистор с изолированным затвором, называемый также IGBT. Предпочтительно, блок 34 управления представляет собой статический прерыватель, такой как элемент, выбранный из группы, в которую входят: полевой транзистор с изолированный затвором, биполярный транзистор, биполярный транзистор с изолированным затвором и тиристор.
Обычно блок 34 управления является статическим прерывателем, управляемым между проводящим состоянием и непроводящим состоянием и содержащим управляющий электрод для управления, в частности, размыканием прерывателя, то есть переходом из его проводящего состояния в его непроводящее состояние. Блок 34 управления содержит также два проводящих электрода для пропускания тока, когда прерыватель находится в своем проводящем состоянии.
Когда блок 34 управления содержит тиристор, управляющий электрод называют спуском, а проводящие электроды называют соответственно анодом и катодом. Управляющий электрод называют затвором или электродом затвора, если блок 34 управления содержит транзистор MOSFET или IGBT, и управляющий электрод называют базой или электродом базы, когда блок 34 управления содержит биполярный транзистор. Проводящие электроды называют также коллектором и эмиттером или электродом коллектора и электродом эмиттера, когда блок 34 управления содержит транзистор IGBT или биполярный транзистор, и проводящие электроды называют соответственно истоком и стоком или электродом истока и электродом стока, когда блок 34 управления содержит транзистор MOSFET.
Средства 36 обнаружения и управления содержат не показанные средства сравнения сигнала, характеризующего дифференциальный ток, с первым порогом, при этом характеризующий сигнал поступает из тороидального измерителя 18. Средства 36 обнаружения и управления содержит не показанные средства обработки для управления блоком 34 управления, когда средства сравнения обнаруживают дифференциальный дефект.
Дополнительно, средства 36 обнаружения и управления содержат не показанные средства выпрямления, принимающие упомянутый сигнал, характеризующий дифференциальный ток, и не показанные средства фильтрации, подключенные к средствам выпрямления для фильтрации выпрямленного сигнала, поступающего из средств выпрямления, и для передачи фильтрованного выпрямленного сигнала в средства сравнения.
Средства 36 обнаружения и управления выполнены, например, в виде специальной интегральной схемы.
Цепь 38 питания содержит выпрямитель 46, соединенный, с одной стороны, с электрическим проводником 12 и, с другой стороны, с катушкой 30, к которой подключен блок 34 управления, при этом выпрямитель 46 выполнен с возможностью выпрямления переменного напряжения, поступающего из электрических проводников 12, для питания средств 36 обнаружения и управления постоянным напряжением. Цепь 38 питания дополнительно содержит резистор 48 и конденсатор 50, подключенный между выпрямителем 46 и средствами 36 обнаружения и управления для ограничения напряжения, поступающего из выпрямителя 46, с одновременным понижением значения этого выпрямленного напряжения.
Цепь 38 питания содержит две выходные клеммы 51А, 51В, то есть положительную клемму 51А и отрицательную клемму 51В, выполненные с возможностью подачи постоянного напряжения на средства 36 обнаружения и управления, а также на средства 42 блокировки.
Согласно первому варианту выполнения, электрической величиной, измеряемой средствами 40 измерения, является ток, который может протекать в блоке 34 управления. В этом случае средства 40 измерения содержат блок 52 измерения тока, протекающего в блоке управления, при этом измерительный блок выполнен, например, с возможностью выдачи напряжения, значение которого является функцией измеряемого тока.
Средства 40 измерения дополнительно содержат блок 54 фильтрации измеренной электрической величины. В описанном примере выполнения блок 54 фильтрации является фильтром первого порядка, позволяющим получать среднее значение напряжения, выдаваемого блоком 52 измерения.
Средства 42 блокировки выполнены с возможностью блокировки блока 34 управления, когда измеренная электрическая величина удовлетворяет заранее определенному критерию. Заранее определенным критерием является, например, превышение второго порога, и второй порог имеет значение, заранее определенное таким образом, чтобы средства 42 блокировки блокировали блок 34 управления, после того как привод 20 подает команду на размыкание подвижных контактов 16 в случае обнаружения дифференциального дефекта.
Под блокировкой блока 34 управления следует понимать команду на принудительный переход блока 34 управления в его непроводящее состояние независимо от команды, которая может поступить от средств 36 обнаружения и управления. При этом блокировка блока 34 управления обеспечивает падение до нуля тока, протекающего в приводе 20, например, падение до нуля тока, протекающего в электромагнитной катушке 30.
Средства 42 блокировки содержат, например, гистерезисный компаратор 56, подключенный к выходу средств 40 измерения, для сравнения измеренной величины, поступающей от средств 40 измерения, с вторым порогом.
Анод тиристора 44 подключен к электромагнитной катушке 30. Управляющий электрод тиристора 44 соединен, с одной стороны, со средствами 36 обнаружения и управления и, с другой стороны, со средствами 42 блокировки. Катод тиристора 44 соединен со средствами 40 измерения.
В примере выполнения, показанном на фиг. 2, блок 52 измерения выполнен с возможностью измерения тока, протекающего в тиристоре 44, то есть тока, протекающего в электромагнитной катушке 30. Блок 52 измерения содержит, например, первый резистор 58, соединенный с катодом тиристора 44.
В примере выполнения, показанном на фиг. 2, блок 54 фильтрации содержит второй резистор 60 и конденсатор 62. Блок 54 фильтрации называют также RC-фильтром. Конденсатор 62 подключен между первым резистором 58 и инвертирующим входом, обозначенным значком «-», гистерезисного компаратора 56, а второй резистор 60 подключен между катодом тиристора 44 и инвертирующим входом гистерезисного компаратора 56.
Гистерезисный компаратор 56 содержит вышеупомянутый инвертирующий вход, соединенный с выходом блока 54 фильтрации, неинвертирующий вход, обозначенный значком «+», клемму Vref, имеющую контрольное напряжение, и выходную клемму 64, например, с открытым коллектором.
Гистерезисный компаратор 56 содержит также первую клемму питания Vdd и вторую клемму питания Vss, соединенные соответственно с цепью питания 38, как показано на фиг. 2.
Гистерезисный компаратор 56 содержит третий резистор 66, подключенный между его клеммой Vref и его инвертирующим входом.
Второй порог с заранее определенным значением является, например, напряжением на неинвертирующем входе гистерезисного компаратора 56, сравниваемым с напряжением, которое является функцией среднего значения напряжения на клеммах первого резистора 58 и на инвертирующем входе гистерезисного компаратора 56, при этом упомянутое среднее значение поступает от блока 54 фильтрации. В примере выполнения, представленном на фиг. 2, второй порог поляризуется контрольным напряжением через третий резистор 66.
В описанном примере выполнения выходная клемма 64 компаратора соединена напрямую с блоком 34 управления, например, напрямую в управляющим электродом тиристора 44.
Далее следует описание работы устройства 22 дифференциальной защиты согласно этому первому варианту выполнения.
В отсутствие тока дифференциального дефекта на блок 34 управления, в частности, на тиристор 44 команда не поступает, и управляющее напряжение тиристора 44 является нулевым. Напряжение на инвертирующем входе гистерезисного компаратора 56 является при этом нулевым, то есть меньшим напряжения на неинвертирующем входе компаратора 56, при этом неинвертирующий вход поляризован по значению второго порога, которое является строго положительным. Следовательно, выходная клемма 64 гистерезисного компаратора 56 находится в высокоимпедансном состоянии, и блок 34 управления не заблокирован.
В присутствии тока дифференциального дефекта и когда электрический прибор 10 отключения подсоединен наоборот, то есть с электрическим источником, подключенным на входе тороидального измерителя 18 и подвижных контактов 16, средства 36 обнаружения и управления управляют блоком 34 управления и, в частности, тиристором 44 при помощи команды по току, при этом напряжение управляющего электрода тиристора 44 по существу равно 0,7 В. Блок 34 управления усредняет напряжение на клеммах первого резистора 58 и выдает напряжение на инвертирующий вход гистерезисного компаратора 56, которое является функцией действующего тока, протекающего в электромагнитной катушке 30. Когда ток в электромагнитной катушке 30 увеличивается, ток, протекающий в тиристоре 44, увеличивается, и напряжение на инвертирующем входе компаратора 56 тоже увеличивается и становится больше значения второго порога. В этом случае выходная клемма 64 гистерезисного компаратора 56 переходит в низкоимпедансное состояние, что приводит к блокировке блока 34 управления, в частности, тиристора 44. При этом при переходе тока на ноль тиристор 44 отключается.
Следует отметить, что блок 34 управления, в частности, тиристор 44 блокируется при этом средствами 42 блокировки независимо от сигнала управления, передаваемого на блок 34 управления средствами 36 обнаружения и управления. Иначе говоря, если электрическая величина, измеряемая средствами 40 измерения соответствует заранее определенному критерию, такому как превышение второго порога, средства 42 блокировки могут заблокировать блок 34 управления при любом сигнале управления, подаваемом на блок 34 управления средствами 36 обнаружения и управления.
В частности, напряжение, присутствующее на инвертирующем входе гистерезисного компаратора 56, становится больше напряжения, присутствующего на неинвертирующем входе гистерезисного компаратора 56, когда ток в электромагнитной катушке 30 является достаточным для обеспечения срабатывания размыкания подвижных контактов и когда полупериод является отрицательным.
На фиг. 3 кривая 80 показывает ток, протекающий через подвижные контакты 16, а кривая 82 показывает ток, протекающий в электромагнитной катушке 30. При этом отмечается, что ток в электромагнитной катушке 30 становится нулевым по причине блокировки блока 34 управления при помощи средств 42 блокировки сразу после первого отрицательного полупериода вследствие размыкания подвижных контактов 16, причем это размыкание подвижных контактов 16 является следствием отключения, происходящего по команде средств 36 обнаружения и управления.
Устройство 22 дифференциальной защиты в соответствии с изобретением позволяет ограничивать нагревание электромагнитной катушки 30 и избегать, таким образом, повреждения привода 20 при появлении электрического дефекта, в частности, когда электрический прибор 10 отключения подключен наоборот.
Кроме того, устройство 22 дифференциальной защиты является недорогим, так как не требует добавления вспомогательного силового выключателя, подключаемого непосредственно между электрическими проводниками 12. В описанном примере выполнения устройство 22 дифференциальной защиты не содержит вспомогательного силового выключателя, расположенного непосредственно между электрическими проводниками 12.
На фиг. 4 представлена первый вариант первого варианта выполнения, при этом элементы, идентичные элементам первого варианта выполнения, описанного выше со ссылками на фиг. 1-3, имеют одинаковые обозначения, и их описание опускается.
Согласно этому первому варианту, средства 42 блокировки содержат переключатель 90, выполненный с возможностью блокировки блока 34 управления, при этом переключатель 90 подключен к выходной клемме 64 гистерезисного компаратора 56 через четвертый резистор 92. Переключатель 90 последовательно подключен между средствами 36 обнаружения и управления и управляющим электродом тиристора 44.
Второй порог на неинвертирующем входе гистерезисного компаратора 56 поляризуется контрольным напряжением Vref через пятый резистор 94, подключенный между неинвертирующим входом и упомянутым контрольным напряжением Vref, и через шестой резистор 96, подключенный между выходной клеммой 64 и неинвертирующим входом гистерезисного компаратора 56.
Аналогично описанному выше, второй порог определяют заранее таким образом, чтобы средства 42 блокировки блокировали блок 34 управления, после того как привод 20 включает размыкание подвижных контактов 16 в случае обнаружения дифференциального дефекта.
Работа в этом первом варианте первого варианта выполнения аналогична описанной выше работе. Действительно, в присутствии тока дифференциального дефекта и при обратном подключении электрического прибора 10 отключения гистерезисный компаратор 56 обнаруживает момент, когда среднее значение напряжения на клеммах первого резистора 58, которое является функцией тока, протекающего через электромагнитную катушку 30, превышает значение второго порога, причем это среднее значение поступает от блока 54 фильтрации. В этом случае гистерезисный компаратор 56 подает команду на размыкание переключателя 90 через свою выходную клемму 64, что приводит к блокировке блока 34 управления, в частности, тиристора 44. Иначе говоря, блок 34 управления блокируют при помощи переключателя 90 посредством последовательного отключения на входе управляющего электрода, если блок 34 управления является тиристором, или посредством последовательного отключения на входе затвора или базы, если блок 34 управления является транзистором, таким как полевой транзистор в изолированным затвором, биполярный транзистор или биполярный транзистор с изолированным затвором.
Преимущества этого первого варианта идентичны вышеупомянутым преимуществам, указанным для первого варианта выполнения.
На фиг. 5 представлена второй вариант первого варианта выполнения, при этом элементы, идентичные элементам первому варианту первого варианта выполнения, описанному выше со ссылками на фиг.4, имеют одинаковые обозначения, и их описание опускается.
Согласно этому второму варианту, средства 42 блокировки содержат переключатель 98, выполненный с возможностью блокировки блока 34 управления, при этом переключатель 98 подключен между управляющим затвором тиристора 44 и отрицательной выходной клеммой 51В цепи питания.
Второй порог на неинвертирующем входе гистерезисного компаратора 56 тоже поляризуется контрольным напряжением Vref через пятый резистор 94, подключенный между неинвертирующим входом и упомянутым контрольным напряжением Vref, и через шестой резистор 96, подключенный между выходной клеммой 64 и неинвертирующим входом гистерезисного компаратора 56.
Работа в этом втором варианте первого варианта выполнения аналогична описанной выше работе первого варианта за исключением того, что в присутствии тока дифференциального дефекта и при обратном подключении электрического прибора 10 отключения гистерезисный компаратор 56 подает команду на замыкание переключателя 98 через свою выходную клемму 64, что приводит к блокировке блока 34 управления, в частности, тиристора 44, соединяя управляющий электрод тиристора 44 с отрицательной выходной клеммой 51В цепи питания. Иначе говоря, блок 34 управления блокируют при помощи переключателя 90 посредством короткого замыкания между управляющим электродом и катодом, если блок 34 управления является тиристором, или посредством короткого замыкания между затвором и стоком, между базой и эмиттером или соответственно между затвором и эмиттером, если блок 34 управления является транзистором, таким как полевой транзистор в изолированным затвором, биполярный транзистор или биполярный транзистор с изолированным затвором.
Преимущества этого второго варианта идентичны вышеупомянутым преимуществам, указанным для первого варианта выполнения.
На фиг. 6-9 представлен второй вариант выполнения изобретения, при этом элементы, идентичные элементам описанного выше первого варианта выполнения, имеют одинаковые обозначения, и их описание опускается.
Согласно этому второму варианту выполнения, электрической величиной, измеряемой средствами 40 измерения, является напряжение блока 34 управления, измеряемое между двумя электродами среди трех электродов блока 34 управления.
Измеряемое напряжение является, например, управляющим напряжением блока 34 управления, то есть напряжением управляющего электрода, а именно напряжением между управляющим электродом и катодом, если блок 34 управления является тиристором, или напряжением между электродом затвора и электродом эмиттера, если блок 34 управления является транзистором IGBT, или же напряжением между электродом затвора и электродом стока, если блок 34 управления является транзистором MOSFET.
В варианте измеряемым напряжением является напряжение между электродом коллектора и электродом эмиттера, если блок 34 управления является транзистором IGBT, или напряжением между электродом истока и электродом стока, если блок 34 управления является транзистором MOSFET.
В этом случае средства 40 измерения содержат блок 100 отбора упомянутого напряжения.
Средства 40 измерения дополнительно содержат блок 54 фильтрации измеряемой электрической величины. В примере выполнения, представленном на фиг. 6, блок 54 фильтрации является фильтром первого порядка, позволяющим получать среднее значение напряжения, отбираемого блоком 100 отбора.
Средства 42 блокировки выполнены с возможностью блокировки блока 34 управления, когда измеренная электрическая величина удовлетворяет заранее определенному критерию. Заранее определенным критерием является, например, превышение второго порога, и второй порог имеет значение, заранее определенное таким образом, чтобы средства 42 блокировки блокировали блок 34 управления, после того как привод 20 подает команду на размыкание подвижных контактов 16 в случае обнаружения дифференциального дефекта.
Средства 42 блокировки содержат, например, гистерезисный компаратор 56, подключенный к выходу средств 40 измерения, для сравнения измеренной величины, поступающей от средств 40 измерения, с вторым порогом.
Анод тиристора 44 подключен к электромагнитной катушке 30. Управляющий электрод тиристора 44 соединен со средствами 36 обнаружения и управления, со средствами 42 блокировки, а также с блоком 100 отбора. Катод тиристора 44 соединен с конденсатором 62 блока фильтрации.
В примере выполнения, показанном на фиг. 6, блок 100 отбора выполнен в виде электрического провода, соединенного между управляющим электродом тиристора 44 и вторым резистором 60 блока фильтрации.
В примере выполнения, показанном на фиг. 6, блок 54 фильтрации содержит второй резистор 60 и конденсатор 62. Конденсатор 62 подключен между катодом тиристора 44 и инвертирующим входом гистерезисного компаратора 56, а второй резистор 60 подключен между управляющим электродом тиристора 44 и инвертирующим входом гистерезисного компаратора 56.
Гистерезисный компаратор 56 содержит инвертирующий вход, соединенный с выходом блока 54 фильтрации, неинвертирующий вход и выходную клемму 64, например, с открытым коллектором. Иначе говоря, средства 12 блокировки содержат транзистор с открытым коллектором, подключенный между управляющим электродом тиристора 44 и катодом тиристора 44, при этом транзистор с открытым коллектором является проводящим для блокировки блока 34 управления.
Гистерезисный компаратор 56 содержит также первую и вторую клеммы питания Vdd, Vss, соединенные с цепью питания 38.
Гистерезисный компаратор 56 содержит седьмой резистор 102, подключенный между выходной клеммой 64 и клеммой питания Vdd.
Второй порог с заранее определенным значением является напряжением на неинвертирующем входе гистерезисного компаратора 56, сравниваемым с напряжением, которое является функцией среднего значения напряжения, поступающего от блока 100 отбора, и присутствует на инвертирующем входе гистерезисного компаратора 56, при этом упомянутое среднее значение поступает от блока 54 фильтрации. В примере выполнения, представленным на фиг. 6, второй порог поляризуется напряжением питания компаратора 56, поступающего через клемму Vdd, при этом неинвертирующий вход соединен напрямую с выходной клеммой 64, которая, в свою очередь, соединена с клеммой питания Vdd через седьмой резистор 102.
В описанном примере выполнения выходная клемма 64 компаратора соединена напрямую с блоком 34 управления, например, напрямую в управляющим электродом тиристора 44.
Далее со ссылками на фиг. 7-9 следует описание работы устройства 22 дифференциальной защиты согласно этому второму варианту выполнения.
Устройство 22 дифференциальной защиты согласно этому второму варианту выполнения использует тот факт, что соединение между управляющим электродом и катодом тиристора соответствует диоду.
Когда тиристором управляют посредством подачи управляющего тока на управляющий электрод, напряжение между управляющим электродом и катодом отображает ток, проходящий в электромагнитной катушке 30 со смещением около 0,7 В, соответствующим напряжению диода, при этом напряжение между управляющим электродом и катодом, соответствует теоретической кривой 110, показанной на фиг.7.
В описанном примере выполнения блок 54 фильтрации является фильтром первого порядка и действует как средняя величина на напряжение управляющего электрода. Таким образом, напряжение на инвертирующем входе компаратора 56, показанное теоретической кривой 120 на фиг. 8, является средним значением напряжения управляющего электрода, значение которого постепенно увеличивается, пока не превысит диодное напряжение порядка 0,7 B и окажется в пределах между упомянутым диодным напряжением и пиковым значением напряжения управляющего электрода, порядка 1,6 В.
Напряжение управляющего электрода служит также точкой отсчета для второго порога. При этом напряжение на неинвертирующем входе компаратора 56, показанное на фиг. 8 теоретической кривой 122, соответствует напряжению управляющего электрода, показанному также на фиг. 7.
На фиг. 8 теоретическая кривая 124 показывает состояние выхода средств 36 обнаружения и управления, которое может принимать два значения среди нижнего состояния и верхнего состояния, при этом верхнее состояние соответствует команде блока 34 управления в результате обнаружения дифференциального дефекта, а нижнее состояние соответствует отсутствию команды блока 34 управления, если не обнаружено никакого дифференциального дефекта.
Теоретическая кривая 126 показывает состояние выхода компаратора 56, которое может принимать два значения среди нижнего состояния и верхнего состояния, при этом верхнее состояние соответствует случаю, когда выходной транзистор с открытым коллектором компаратора находится в пропускающем режиме, и в этом случае выходная клемма 64 находится под напряжением 0 B, и нижнее состояние кривой 126 соответствует случаю, когда выходной транзистор с открытым коллектором компаратора находится в заблокированном режиме, и в этом случае выходная клемма 64 находится в высокоимпедансном состоянии. Иначе говоря, верхнее состояние на кривой 126 соответствует блокировке блока 34 управления и, в частности, тиристора 44 при любом сигнале управления, передаваемом на блок 34 управления средствами 36 обнаружения и управления. Нижнее состояние на кривой 126 соответствует отсутствию блокировки блока 34 управления, и в этом случае блок 34 управления управляется средствами 36 обнаружения и управления.
0
В отсутствие тока дифференциального дефекта до момента t на фиг. 8 на блок 34 управления, в частности, тиристор 44 команда не поступает (кривая 124 в нижнем состоянии), и управляющее напряжение тиристора 44, то есть напряжение управляющего электрода является нулевым. Напряжение, присутствующее на инвертирующем входе гистерезисного компаратора 56 является нулевым, то есть не превышает напряжения, присутствующего на неинвертирующем входе компаратора 56, при этом неинвертирующий вход поляризуется по напряжению управляющего электрода, которое в этом случае является нулевым. Таким образом, выходная клемма 64 гистерезисного компаратора 56 находится в высокоимпедансном состоянии, и блок 34 управления не блокируется (кривая 126 в нижнем состоянии).
1
1
2
В присутствии тока дифференциального дефекта и при обратном подключении электрического прибора 10 отключения, то есть при подключении электрического источника перед тороидальным измерителем и подвижными контактами 16, средства 36 обнаружения и управления управляют блоком 34 управления, в частности, тиристором 44 при помощи команды по току, и напряжение управляющего электрода тиристора 44 меняется приблизительно от 0,7 В до 1,66 В. Усредненное напряжение, поступающее из блока 54 фильтрации (кривая 120), постепенно повышается, пока не превысит напряжение управляющего электрода (кривая 122) в момент t на фиг. 8. В этот момент t компаратор 56 обнаруживает превышение второго порога. При этом выходная клемма 64 гистерезисного компаратора 56 переходит в низкоимпедансное состояние, что приводит к блокировке блока 34 управления, в частности, тиристора 44 (кривая 126 в верхнем состоянии). Тиристор 44 отключается сразу после перехода тока на ноль в момент t на фиг. 8.
2
Следует отметить, что в этот момент t напряжение управляющего электрода (кривая 122) является нулевым, хотя выход средств 36 обнаружения и управления все еще является командой для блока 34 управления (кривая 124 в верхнем состоянии). Иначе говоря, блок 34 управления заблокирован средствами блокировки, хотя блок 34 управления по-прежнему получает командный сигнал от средств 36 обнаружения и управления.
3
4
Кроме того, блок 54 фильтрации выполнен таким образом, чтобы выход компаратора 56 оставался в низкоимпедансном состоянии, то есть в состоянии блокировки блока 34 управления достаточно долго, чтобы выход средств 36 обнаружения и управления вернулся в нижнее состояние в момент t на фиг. 8 до того, как выходная клемма 64 гистерезисного компаратора 56 опять перейдет в высокоимпедансное состояние в момент t на фиг. 8, при этом блок 34 управления больше не блокируется (кривая 126 в нижнем состоянии).
На фиг. 9 кривые 130-134 иллюстрируют результаты проведенных испытаний, при этом кривая 130 показывает напряжение на инвертирующем входе компаратора 56 или управляющее напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора 44, при этом напряжение управляющего электрода служит точкой отсчета для второго порога. Кривая 132 показывает напряжение на неинвертирующем входе компаратора 56, то есть среднее значение напряжения управляющего электрода, поступающее из блока 54 фильтрации, и кривая 134 показывает ток, проходящий в электромагнитной катушке 30. При этом отмечается, что ток в электромагнитной катушке 30 обнуляется вследствие блокировки блока 34 управления при помощи средств 42 блокировки, когда напряжение на инвертирующем входе компаратора 56 превышает напряжение на неинвертирующем входе компаратора 56.
Таким образом, устройство 22 дифференциальной защиты согласно этому второму варианту выполнения тоже позволяет ограничить нагревание электромагнитной катушки 30 и избежать повреждения привода 20 при появлении электрического дефекта, в частности, когда электрический прибор 10 отключения подключен наоборот.
Кроме того, устройство 22 дифференциальной защиты является недорогим, так как не требует добавления вспомогательного силового выключателя, подключенного напрямую между электрическими проводниками 12. В этом втором варианте выполнения устройство 22 дифференциальной защиты тоже не содержит вспомогательного силового выключателя, подключенного непосредственно между электрическими проводниками 12.
На фиг. 10 представлен третий вариант выполнения изобретения, в котором описанные выше элементы, идентичные с первым или вторым вариантами выполнения, имеют такие же обозначения, и их повторное описание опускается.
Согласно этому третьему варианту выполнения, электрический прибор 10 отключения содержит два электрических проводника 12, а именно проводник фазы и проводник нейтрали, один неподвижный контакт 14 и один подвижный контакт 16, и в этом третьем варианте отключения проводник нейтрали не может отключаться прибором 10 отключения. Иначе говоря, прибор 10 отключения согласно этому третьему варианту выполнения соответствует однофазному прибору без отключения нейтрали.
Электрической величиной, измеряемой средствами 40 измерения, является ток, который может протекать в блоке 34 управления, таком как был описан для первого варианта выполнения, или напряжение блока 34 управления, такого как был описан для второго варианта выполнения.
Работа согласно этому третьему варианту выполнения идентична работе, описанной выше для первого варианта выполнения, когда измеряемой величиной является ток, который может протекать в блоке 34 управления, или идентична работе, описанной выше для второго варианта выполнения, когда измеряемой величиной является напряжение блока 34 управления.
Преимущества этого третьего варианта выполнения идентичны преимуществам, указанным выше для первого и второго вариантов выполнения.
На фиг. 11 представлен четвертый вариант выполнения изобретения, в котором описанные выше элементы, идентичные с первым или вторым вариантами выполнения, имеют такие же обозначения, и их повторное описание опускается.
Согласно этому четвертому варианту выполнения, электрический прибор 10 отключения содержит три электрических проводника 12, а именно три проводника фазы, три неподвижных контакта 14 и три подвижных контакта 16. Иначе говоря, прибор 10 отключения согласно этому четвертому варианту выполнения является трехполюсным прибором с отключением или без отключения нейтрали.
Согласно этому четвертому варианту выполнения, блок 34 управления является статическим прерывателем, управляемым с переходом между проводящим состоянием и не проводящим состоянием. Например, блок 34 управления содержит транзистор 144, такой как биполярный транзистор или же биполярный транзистор с изолированным затвором, называемый также IGBT. В варианте блок 34 управления содержит тиристор.
Согласно этому четвертому варианту выполнения, выпрямитель 46 подключен напрямую к электрическим проводникам 12, при этом привод 20 расположен между выпрямителем 46 и средствами 36 обнаружения. В случае трехфазного или четырехполюсного прибора отключения подключение катушки 30 привода 20 между выпрямителем 46 и средствами 36 обнаружения, то есть на выходе выпрямителя 46 позволяет избегать искажения команды привода 20 в случае потери одной фазы.
Работа согласно этому четвертому варианту выполнения идентична работе, описанной выше для первого варианта выполнения, когда измеряемой величиной является ток, который может протекать в блоке 34 управления, или идентична работе, описанной выше для второго варианта выполнения, когда измеряемой величиной является напряжение блока 34 управления, только управляющий электрод тиристора 44 соответствует в этом случае электроду затвора транзистора IGBT 144, при этом анод и катод тиристора 44 соответствуют соответственно электроду коллектора и электроду эмиттера транзистора IGBT 144.
Преимущества этого четвертого варианта выполнения идентичны преимуществам, указанным выше для первого и второго вариантов выполнения.
На фиг. 12 представлен пятый вариант выполнения изобретения, в котором описанные выше элементы, идентичные с первым или вторым вариантами выполнения, имеют такие же обозначения, и их повторное описание опускается.
Согласно этому пятому варианту выполнения, электрический прибор 10 отключения содержит четыре электрических проводника 12, а именно три проводника фазы и один проводник нейтрали, четыре неподвижных контакта 14 и четыре подвижных контакта 16. Иначе говоря, прибор 10 отключения согласно этому пятому варианту выполнения является четырехполюсным прибором с отключением нейтрали.
Согласно этому пятому варианту выполнения, блок 34 управления является статическим прерывателем, управляемым с переходом между проводящим состоянием и не проводящим состоянием. Например, блок 34 управления содержит транзистор 144, такой как биполярный транзистор или же биполярный транзистор с изолированным затвором, называемый также IGBT. В варианте блок 34 управления содержит тиристор.
Согласно этому пятому варианту выполнения и аналогично четвертому варианту выполнения, выпрямитель 46 подключен напрямую к электрическим проводникам 12, при этом привод 20 расположен между выпрямителем 46 и средствами 36 обнаружения, то есть на выходе выпрямителя 46.
Устройство 22 дифференциальной защиты содержит также вспомогательный выключатель 150, установленный между цепью питания 38 и средствами 42 блокировки, при этом вспомогательным выключателем 150 управляет разъединяющий привод 20. В частности, вспомогательный выключатель 150 подключен, с одной стороны, к клемме, общей для резистора 48 и для конденсатора 50 цепи питания 38, и, с другой стороны, к фильтру 54. В этом случае управление вспомогательным выключателем 150 является обратным по отношению к управлению подвижными контактами 16, с использованием нормально разомкнутого выключателя 150, или же управление вспомогательным выключателем 150 не является обратным по отношению к управлению подвижными контактами 16, с использованием нормально замкнутого выключателя 150, и входы компаратора 56 в этом случае меняются ролями.
Работа согласно этому пятому варианту выполнения идентична работе, описанной выше для первого варианта выполнения, когда измеряемой величиной является ток, который может протекать в блоке 34 управления, или идентична работе, описанной выше для второго варианта выполнения, когда измеряемой величиной является напряжение блока 34 управления, только управляющий электрод тиристора 44 соответствует в этом случае электроду затвора транзистора IGBT 144, при этом анод и катод тиристора 44 соответствуют соответственно электроду коллектора и электроду эмиттера транзистора IGBT 144.
Преимущества этого пятого варианта выполнения идентичны преимуществам, указанным выше для первого и второго вариантов выполнения.
Вспомогательный выключатель 150 образует вход «все или ничего» для средств 42 блокировки и, кроме того, позволяет избежать паразитной команды электромагнитной катушки 30 привода, когда в результате обнаружения дифференциального дефекта срабатывает отключатель, и еще лучше защищает электромагнитную катушку 30. Иначе говоря, вспомогательный выключатель 150 позволяет подтверждать размыкание подвижного контакта или подвижных контактов 16 отключателя.
В не показанном варианте или дополнительно устройство 22 дифференциальной защиты содержит вспомогательный выключатель, подключенный между цепью питания 38 и средствами 36 обнаружения и управления, при этом упомянутый вспомогательный выключатель управляется разъединяющим приводом 20. Согласно этому варианту, этот вспомогательный выключатель позволяет также, когда он находится в не проводящем состоянии, отключать питание от средств 36 обнаружения и управления, что приводит к блокировке блока 34 управления и, следовательно, еще больше защищает электромагнитную катушку 30. Иначе говоря, этот вспомогательный выключатель позволяет подтверждать размыкание подвижного контакта или подвижных контактов 16 отключателя после срабатывания в результате обнаружения дифференциального дефекта и избегать паразитной команды электромагнитной катушки 30.
Вспомогательный выключатель или вспомогательные выключатели 150 согласно этому пятому варианту выполнения отличаются от вспомогательного силового выключателя, который мог бы быть подключен напрямую между электрическими проводниками 12, поскольку они не подключены напрямую между электрическими проводниками 12 и выполнены с возможностью прерывания прохождения слабого тока, то есть тока, проходящего через электрические проводники 12, такого как ток, меньший 10 мА, но не прохождения сильного тока, то есть тока, проходящего через электрические проводники 12, такого как ток, превышающий 500 мА. Следовательно, устройство 22 дифференциальной защиты согласно этому пятому варианту выполнения тоже является недорогим, так как не требует наличия вспомогательного силового выключателя, подключенного непосредственно между электрическими проводниками 12.
Таким образом, понятно, что устройство 22 дифференциальной защиты согласно изобретению позволяет избежать повреждения привода 20 при появлении электрического дефекта, когда электрический прибор 10 отключения подключен наоборот.