ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК H01H83/02 H01H83/10 H02H3/16 

Изобретение относится к выключателю для отключения нагрузки от питания переменного тока в случае неисправности цепи.

Предшествующий уровень техники
Выключатель, применяемый в одной цепи питания/нагрузки переменного тока, вообще известен. Типичный выключатель содержит трансформатор для контроля тока до и после протекания через нагрузку, и когда балансировка тока отсутствует, например в случае замыкания утечки тока в землю, также и для индуктирования электрического напряжения, компаратор напряжения для сравнения индуктированного напряжения с эталонным напряжением и также для генерации сигнала, указывающего разницу напряжения; переключатель для отключения нагрузки от источника питания, когда разница между напряжениями недопустимо велика.

Изобретение старается обеспечить улучшенный выключатель.

Краткое описание изобретения
Согласно изобретению, здесь обеспечиваются: выключатель, применимый в цепи питания/нагрузки, составленной из трехфазного переменного тока и нагрузки, связанной с питанием при помощи трех линий, находящихся под напряжением, выключатель цепи содержит опрокидывающую схему, содержащую нормально незамкнутые выключатели, соединенные последовательно с соответствующими линиями питания, обращенными к стороне источника; трансформатор, имеющий, по крайней мере, три сбалансированные первичные обмотки, соединенные последовательно с соответственными линиями источника питания и с вторичной обмоткой; компаратор напряжения, связанный с вторичной обмоткой для сравнения индуктированного напряжения в трансформаторе с эталонным напряжением, в случае неисправности, и утечки тока в землю в цепи источника питания/нагрузки обеспечивается опрокидывающий сигнал цепи опрокидывания для открытия выключателей для разъединения нагрузки от источника питания; линия цепи, которая содержит комбинированный датчик/компаратор напряжения и простирается на противоположные стороны, определяет и сравнивает между собой два напряжения фаза-к-фазе линий источника питания вне трансформатора, в случае небалансных напряжений в цепи источника/нагрузки, цепь имитирует дефектное условие утечки трансформатора для детектирования и компаратор напряжения, чтобы обеспечить вышеуказанный опрокидывающий сигнал.

Предпочтительно, чтобы этот комбинированный датчик/компаратор напряжения устраивался так, чтобы определить напряжения фаза-к-фазе первой и второй линии источника питания относительно третьей линии источника питания на одной стороне трансформатора для сравнения и обеспечения выхода, связанного с противоположной стороной трансформатора.

Еще предпочтительно, чтобы выход комбинированного датчика/компаратора напряжения соединялся с третьей линией на противоположной стороне трансформатора.

Предпочтительно, чтобы вышеуказанная одна сторона трансформатора была обращена навстречу источнику питания, и вышеуказанная противоположная сторона трансформатора была обращена к нагрузке.

В предпочтительном примере осуществления этот комбинированный датчик/компаратор напряжения содержит первый и второй компараторы напряжения, имеющие соответственные входные пары, которые перекрестно соединены с линиями источника питания, чтобы первый компаратор напряжения сравнивал одно определенное напряжение фаза-к-фазе с другим определенным напряжением фаза-к-фазе, и второй компаратор напряжения сравнивал вышеуказанное другое напряжение фаза-к-фазе с одним вышеуказанным напряжением фаза-к-фазе.

Еще предпочтительней, чтобы каждый из первого и второго компараторов напряжения был снабжен делителем входного потенциала, чтобы первый компаратор напряжения сравнивал одно определенное напряжение фаза-к-фазе с процентом другого определенного напряжения фаза-к-фазе, и чтобы второй компаратор напряжения сравнивал другое напряжение фаза-к-фазе с процентом одного вышеуказанного напряжения фаза-к-фазе.

Желательно, если первые и вторые проценты в основном одинаковы.

В предпочтительном варианте осуществления комбинированный датчик/компаратор напряжения включает в себя элемент, связанный в последовательность вдоль линии цепи для проводимости, с возможностью проверки вышеуказанного неисправного условия утечки тока, вышеуказанный элемент имеет терминал управления, связанный с комбинированным выходом первого и второго компараторов напряжения.

Предпочтительнее, чтобы элемент был снабжен одним кремниевым управляемым выпрямителем.

Выключатель может включить второй трансформатор, который, по крайней мере, имеет три слегка несбалансированные первичные обмотки, соединенные в последовательность по соответственным линиям питания и с вторичной обмоткой; и один вспомогательный компаратор напряжения, соединенный с вторичной обмоткой так, чтобы сравнивать напряжение, индуктированное в трансформаторе, с эталонным напряжением, потом в случае повреждения, вызванного сверхтоком в цепи питания/нагрузки, обеспечивать сигнал опрокидывания цепи для открытия переключателей для разъединения нагрузки от источника питания.

Краткое описание чертежей
Изобретение будет более подробно описано путем примера, со ссылками на сопровождающие чертежи, в которых:
фиг. 1 представляет схему цепи первого воплощения выключателя в соответствии с изобретением;
фиг. 2 представляет схему цепи второго примера воплощения выключателя в соответствии с изобретением.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг.1 показан первый выключатель 10, осуществляющий данное изобретение, которое предоставляется для применения в цепи источника питания/нагрузки, сформированной трехфазным магистральным источником 11 питания, а также одной нагрузкой 12, соединенной с источником 11 питания при помощи трех линий источника питания R-R', S-S', Т-Т', находящихся под напряжением, и нейтральной линии источника питания N-N'. Выключатель 10 содержит один датчик неисправности цепи 20, связанный с линиями питания R-R', S-S', Т-Т' и N-N'; первая и вторая цепи 40 и 50 компараторов, соединенные сепаратно с датчиком неисправности цепи 20 для определения неисправности и потом обеспечивающие сигнал выключения; и одну цепь 60, соединенную с цепями 40 и 50 компаратора для выключения цепи питания/нагрузки в ответ на сигнал выключения.

Цепь 60 выключения сформирована одной группой четырех нормально открытых переключателей SW1, соединенных в последовательности с соответствующими линиями R-R', S-S', Т-Т' и N-N' навстречу источнику 11 питания; соленоид SO, нормально сохраняющий переключатели SW1 закрытыми, кремниевый управляемый выпрямитель SCR1, соединенный параллельно с соленоидом SO для выведения соленоида из строя (короткое замыкание цепи) открыть переключатели SW1 и разъединить нагрузку 12 от источника питания 11. Цепь 60 содержит двухполупериодный выпрямитель D для измерения мощности на узлах R и Т источника питания, чтобы возбуждать соленоид SO через макропереключатель SW2 и чтобы возбуждать цепи 40 и 50 компаратора через диод D5, обеспечивая узел напряжения V1, вышеуказанные цепи 40, 50 и 60, использующие общую землю Е.

Датчик неисправности цепи 20 формируется комбинированным датчиком/компаратором 30 напряжения, связанным с тремя линиями источника питания R-R', S-S', Т-Т' под напряжением и соответственными чувствительными трансформаторами Т1-Т3, каждый из которых имеет четыре первичных обмотки Р1-Р4, соединенные в последовательности вдоль соответственных линий источника питания R-R', S-S', Т-Т' и N-N' в положении вниз от переключателей SW1 и вторичной обмотки S1. Первичные обмотки Р1-Р4 трансформатора Т1 сбалансированы для определения, сам по себе, всяких неисправностей, таких как в утечке тока на землю и в комбинации с датчиком/компаратором 30 напряжения, для определения небалансных фазовых напряжений, включая фазовые повреждения (пропадания) в цепи источника питания/нагрузки при работе цепью 50 компаратора.

Первичные обмотки Р1-Р4 трансформатора Т2 делаются немножко небалансными с помощью сопротивлений R11 и R12, соединенными в параллели с первичными обмотками Р1 и Р4, соответственно. Первичные обмотки Р1-Р4 трансформатора Т3 делаются немножко небалансными с помощью сопротивлений R13 и R14, соединенных в параллели с первичными обмотками Р2 и Р4, соответственно. Эти два трансформатора Т2 и Т3 работают для детектирования всякого недопускаемого сверхтока, включая неисправность при коротком замыкании, в цепи питания/нагрузки при работе цепью 40 компаратора.

Датчик-компаратор 30 напряжения содержит пару ОУ (оперативных усилителей), компараторы напряжения ОА1 и ОА2 и кремниевый управляемый выпрямитель SCR2. Он имеет два входа и общий узел У, соединенный с соответственными линиями питания R-R', S-S' и Т-Т' под напряжением на стороне трансформаторов Т1-Т3 в сторону источника 11 питания, также имеет один выход, соединенный с питанием Т-Т' под напряжением на стороне трансформаторов Т1-Т3, обращенных к нагрузке 12. Тем самым, датчик/компаратор 30 напряжения обеспечивает линию цепи X, простирающуюся с узлов питания R и S до узла Т' поперек противоположных сторон линий питания R-R', S-S' и Т-Т', которые внешне относятся к трансформаторам Т1-Т3.

Два входа датчика/компаратора 30 напряжения снабжены соответственно компараторами ОА1 и ОА2. Каждый компаратор ОА1 (или ОА2) имеет первый вход, соединенный с соответственным узлом питания R (или S) с помощью цепи диод - сопротивление - конденсатор D1-R1-C1 (или D2-R2-C2) через узел питания R (или S) и остальной узел питания Т, который обеспечивает общий узел У. Второй вход каждого компаратора ОА1 (или ОА2) соединен с первым входом другого компаратора ОА2 (или ОА1) с помощью соответственных потенциальных разделяющих сопротивлений R3/R4 (или R5/R6), пересекающих вышеуказанный первый вход и общий узел У. Соответственно, входы компараторов ОА1 и ОА2 перекрестно соединены с линиями источника питания R-R', S-S' и Т-Т'.

При работе каждый компаратор ОА1 (или ОА2) определяет соответственное напряжение R-T (или T-R) фаза-к-фазе источника 11 питания с процентом того же самого напряжения R-T (или T-R) фаза-к-фазе, определяемого другим компаратором ОА2 (или ОА1). Соответственно, компараторы ОА1 и ОА2 размещены так, чтобы перекрестно сравнивать одно напряжение R-T фаза-к-фазе с процентом (те же самые проценты) другого напряжения S-T (или R-T) фаза-к-фазе, покрывая все три фазы напряжения R-S-T. Когда три фазы напряжения R-S-T в балансе, при благоприятном условии, разницы напряжений, определенных обоими компараторами ОА1 и ОА2, равны, поэтому их выходы логики будут одинаковы (на нижней логике). В случае отсутствия баланса в фазовом напряжении (или при повреждении фазы) разницы напряжений, определенные обоими компараторами ОА1 и ОА2, будут изменяться в противоположных направлениях с увеличением одной разницы напряжения, когда другая разница напряжения уменьшается. Это будет вызывать выход логики одного из компараторов ОА1 и ОА2 и превращать их комбинируемый выход во второе устойчивое состояние (в высокую логику).

По сравнению с фиксированным эталонным напряжением перекрестное сравнение, сделанное двумя компараторами между двумя напряжениями R-T или S-T фаза-к-фазе, является двойным, при этом сравнение осуществляется или напряжением R-T фаза-к-фазе, или S-T фаза-к-фазе.

Выпрямитель SCR имеет анод, соединенный с узлами питания R и S с помощью общего сопротивления R8 и соответствующими диодами D3 и D4 (также для обеспечения узла напряжения V2 для возбуждения компараторами ОА1 и ОА2), имеет катод, работающий как выход чувствительной цепи компаратора 30, соединенного с узлом питания Т', имеет вентиль, связанный с комбинируемым выходом компараторов ОА1 и ОА2 для контроля. Когда комбинируемый логичный выход компараторов ОА1 и ОА2 переключается в высокую логику, выпрямитель SCR2 будет включаться и тем самым соединит два узла питания R и S к узлу питания Т' через вышеуказанную линию Х цепи вне трансформаторов Т1-Т3. Это будет имитировать неисправность, вызванную утечкой тока на землю в цепи питания/нагрузки для трансформатора Т1 для определения и цепи 50 компаратора для обеспечения сигнала опрокидывания, как выше описано.

Цепь 40 компаратора состоится из одного ОУ компаратора напряжения ОА3, одного ОУ интегратора тока ОА4, и сопротивлений R43/R44/R45, действующих как делитель напряжения, которое перекрестно соединено с узлом напряжения V1 и землей Е. Компаратор ОА3 и интегратор ОА4 имеют соответственные первые входы, соединенные вместе с первым концом вторичных обмоток S1 трансформаторов Т2 и Т3, вторые входы, обеспечивающие соответствующие эталонные напряжения с помощью сопротивлений R43/R44/R45, и один комбинированный выход, связанный с вентилем выпрямителя SCR1 триггерной цепи 60. Компаратор ОА3 и интегратор ОА4 опрокидывают выпрямитель SCR1 на ответ на сигналы трансформаторов Т2 и Т3, определяющих появление короткого замыкания или недопустимого сверхтока в цепи питания/нагрузки.

Цепь 50 компаратора состоит из одного ОУ компаратора напряжения ОА5, который имеет первый вход, соединенный к первому концу вторичной обмотки S1 трансформатора T1, второй вход, обеспечивающий эталонное напряжение с помощью сопротивления R51/R52, действующие как делитель напряжения, который перекрестно соединен с узлом напряжения V1 и землей Е, и один выход, связанный с вентилем выпрямителя SCR1 опрокидывающей цепи 60. Компаратор ОА5 включает выпрямитель SCR1 в ответе на трансформатор Т1, который обособленно определяет появление всякого недопустимого сверхтока в цепи питания/нагрузки или в трансформаторе Т1 в комбинации с датчиком/компаратором 30 напряжения, определяющим появление недопустимого нарушения баланса в фазовом напряжении или неугодной фазы.

Вторые концы вторичных обмоток S1 всех трансформаторов Т1-Т3 соединены на землю Е.

В случае, когда цепь в неисправности, под контролем цепей 40 и 50 компараторов в соединении с датчиком неисправности цепей 20, как описано выше, опрокидывающая цепь 60 будет разъединять нагрузку 12 от питания 11 посредством отключения переключателя SW1. Переключатель SW1 снова включается только ручным образом после устранения неисправности цепи. Типы повреждения цепей, устраняемые выключателем 10 цепи, заключаются в следующем: (1) фазовое напряжение не в балансе, (2) поврежденная фаза, (3) короткое замыкание, (4) сверхток и (5) утечка тока на землю.

Фиг.2 показывает второй выключатель 100, осуществляющий это изобретение, который реализуется и оперируется сходным образом, как для первого выключателя 10, и его эквивалентные детали, проектированные по одинаковым справочным нумерациям.

Выключатель 100 имеет два главных отличия.

Первое отличие заключается в предоставлении одной дополнительной линии O-O', которая через трансформатор Т2-Т3 совместно существует с линиями питания R-R', S-S', Т-Т' и N-N', с помощью трансформаторов Т2-ТЗ включена индивидуальная пятая первичная обмотка Р5, соединенная последовательно по линии O-O'. Также, выход датчика/компаратора 30 напряжения соединен к концу О' линии O-O' вместо узла питания Т'.

Второе отличие заключается в выпрямителе SCR2 датчика/компаратора 30 напряжения, соединенного с его катодом с общим узлом У, его анод действует как выход датчика/компаратора 30 напряжения.

Это изобретение задано только для примера, различные другие модификации и/или вариации к описанному примеру осуществления могут быть даны специалистами в данной области техники, не выходя за границы этого изобретения, так, как это сформулировано в приложенной формуле изобретения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для отключения нагрузки от источника питания переменного тока в случае неисправности цепи. Техническим результатом является улучшение выключателя. Выключатель содержит трехфазный источник питания переменного тока, одну нагрузку, соединенную с источником питания с помощью трех линий питания (R-R', S-S' и Т-Т') под напряжением. Выключатель состоит из опрокидывающей цепи, содержащей переключатель, который связан последовательно с линиями к стороне источника питания одного трансформатора, имеющего, по крайней мере, три балансные первичные обмотки, связанные последовательно по соответствующим линиям питания и с вторичной обмоткой, одного компаратора напряжения, соединенного с вторичной обмоткой для того, чтобы сравнивать одно напряжение индукции в трансформаторе с одним эталонным напряжением и впоследствии, когда случится дефект утечки тока, предоставлять опрокидывающей цепи сигнал опрокидывания для выключения переключателя. Линия цепи имеет комбинированный датчик/компаратор напряжения для того, чтобы определить и сравнивать вне трансформатора два напряжения фаза-к-фазе между собой и впоследствии, когда случится неисправность не балансного напряжения, имитировать дефектное условие утечки определяющего трансформатора и компаратора напряжения для обеспечения сигнала опрокидывания. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Выключатель для применения в цепи источника питания/нагрузки, содержащий трехфазный источник питания переменного тока и нагрузку, соединенную с указанным источником питания при помощи трех линий источника питания, причем выключатель включает опрокидывающую цепь, содержащую замыкающие переключатели, которые соединены последовательно с соответствующими линиями трехфазного источника питания, первый трансформатор, содержащий, по крайней мере, три сбалансированных первичных обмотки, соединенные последовательно с соответствующей линией источника питания и вторичную обмотку; также компаратор напряжения, связанный с вторичной обмоткой первого трансформатора для сравнения напряжения, индуктированного во вторичной обмотке первого трансформатора с эталонным напряжением и выполненный с возможностью, в случае утечки тока на землю в цепи питания/нагрузки, обеспечения сигнала опрокидывания для цепи опрокидывания и размыкания замыкающих переключателей для разъединения нагрузки с источником питания, комбинированный датчик/компаратор напряжения, соединенный линиями R, S источника питания с линией Т источника питания для определения и сравнения между собой пар синфазных напряжений соответствующих пар линий источника питания друг с другом и определения дисбаланса напряжения в цепи питания/нагрузки, и в случае наличия дисбаланса напряжения, имитации условия утечки тока на землю, вызванной повреждением, для первого трансформатора в ответ, обеспечения сигнала опрокидывания для разъединения нагрузки от источника питания.2. Выключатель по п.1, в котором комбинированный датчик/компаратор напряжения установлен для определения синфазного напряжения первой и второй линий питания относительно третьей линии питания на одной стороне первого трансформатора, с возможностью предоставления выхода на второй стороне трансформатора.3. Выключатель по п.2, в котором выход комбинированного датчика/компаратора напряжения соединяется с третьей линией питания на второй стороне первого трансформатора.4. Выключатель по любому из п.2 или 3, в котором одна сторона первого трансформатора обращена к источнику питания и вторая сторона первого трансформатора обращена к нагрузке.5. Выключатель по любому из п.1 или 2, в котором комбинированный датчик/компаратор напряжения содержит первый и второй компараторы напряжения, имеющие соответственные пары входов, которые перекрестно связаны с линиями источника питания, чтобы первый компаратор напряжения был выполнен с возможностью сравнения одного определенного синфазного напряжения с другим определенным синфазным напряжением, и чтобы второй компаратор напряжения был выполнен с возможностью сравнения другого синфазного напряжения с вышеуказанным одним синфазным напряжением.6. Выключатель по п.5, в котором каждый компаратор напряжения снабжен входом делителя напряжения, причем первый компаратор напряжения выполнен с возможностью сравнения одного определенного синфазного напряжения с процентом другого определенного синфазного напряжения, а второй компаратор напряжения выполнен с возможностью сравнения другого синфазного напряжения с процентом вышесказанного одного синфазного напряжения.7. Выключатель по п.6, в котором первые и вторые проценты одинаковы.8. Выключатель по п.5, в котором комбинированный датчик/компаратор напряжения содержит элемент, соединенный последовательно с ветвью схемы для имитации дефектного условия утечки тока, причем элемент имеет терминал управления, соединенный с комбинированным выходом первого и второго компараторов напряжения.9. Выключатель по п.8, в котором элемент обеспечивается одним кремниевым управляемым выпрямителем.10. Выключатель по любому из п.1 или 2, содержащий второй трансформатор, по крайней мере, имеющий три несбалансированные первичные обмотки, соединенные последовательно с соответствующими линиями питания и вторичную обмотку, соответствующий компаратор напряжения, связанный с вторичной обмоткой второго трансформатора для сравнения напряжения, индуктированного во вторичной обмотке второго трансформатора с эталонным напряжением, и обеспечения сигнала опрокидывания для возбуждения цепи опрокидывания для открывания переключателей и разъединения нагрузки от источника питания в случае сбоя, вызванного сверхтоком в цепи питания нагрузки.