УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ДЛЯ ВОЗДУШНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК H02H5/04 H01H71/00 

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка основана на корейской заявке №10-2006-0138988, поданной 29 декабря 2006 г., раскрытие которой во всей его полноте включается в настоящую заявку путем ссылки, и содержит притязание на приоритет этой заявки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеследующее описание относится в целом к устройству защиты для воздушного автоматического выключателя, а более конкретно к устройству защиты для воздушного автоматического выключателя, способному защитить воздушный автоматический выключатель от ошибочного срабатывания, вызванного теплом, выделяемым в процессе подачи электрической мощности на нагрузку.

Низковольтный воздушный автоматический выключатель представляет собой выключатель для гашения дуги, возникающей при размыкании и замыкании контакта в воздухе.

Для того чтобы воздушный автоматический выключатель устойчиво подавал электрическую энергию на нагрузку, необходимо предотвратить ошибочное срабатывание внутренних составных частей воздушного автоматического выключателя. Кроме того, необходимо определять, произошла ли авария, путем детектирования тока, подаваемого на нагрузку через воздушный автоматический выключатель, и мгновенно прерывать подачу мощности, когда будет определено, что произошла авария.

Однако обычный воздушный автоматический выключатель обладает тем недостатком, что для прерывания подачи мощности он определяет только, не произошла ли авария, в то время как ошибочное срабатывание, вызываемое теплом, выделяемым внутренними составными частями, не может быть предотвращено.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однако обычный воздушный автоматический выключатель обладает тем недостатком, что для прерывания подачи мощности он определяет только, не произошла ли авария, в то время как ошибочное срабатывание, вызываемое теплом, выделяемым внутренними составными частями, не может быть предотвращено.

Поэтому настоящая изобретательская концепция может обеспечить устройство защиты для воздушного автоматического выключателя, способное регистрировать температуры источников тепловыделения или внутренних составных частей, находящихся в нем, и расцеплять воздушный автоматический выключатель, если зарегистрированная температура превышает заданную опорную температуру, чтобы таким образом предотвратить возникновение ошибочного срабатывания.

Устройство защиты воздушного автоматического выключателя в соответствии с вышеупомянутой концепцией может регистрировать температуры посредством прикрепления датчиков температуры к различным источникам тепловыделения, включая линию электроснабжения и контакты, и к различным составным частям, включая микроконтроллерный блок (МКБ), которые могут вызывать ошибочное срабатывание в случае высокой температуры.

Кроме того, осуществляется сравнение зарегистрированной температуры и заданной опорной температуры, чтобы определить, имеется ли какая-то возможность ошибочного срабатывания воздушного автоматического выключателя, и при наличии возможности ошибочного срабатывания формируется предупреждение или же приводится в действие катушка расцепителя, чтобы расцепить воздушный автоматический выключатель и прервать подачу мощности на нагрузку.

В одном общем аспекте настоящего изобретения устройство защиты для воздушного автоматического выключателя содержит: по меньшей мере, один или несколько детекторов температуры для регистрации температуры воздушного автоматического выключателя с помощью датчика температуры; микроконтроллерный блок (МКБ) для определения наличия возможности ошибочного срабатывания путем сравнения температуры, зарегистрированной детектором температуры, с заданной опорной температурой; и катушку расцепителя для прерывания подачи электрической мощности на нагрузку по результату определения посредством МКБ.

Примеры осуществления данного аспекта могут включать один или более следующих признаков.

Детектор температуры может регистрировать температуру МКБ или температуру множества источников тепловыделения, расположенных внутри воздушного автоматического выключателя.

Устройство защиты для воздушного автоматического выключателя дополнительно содержит блок предупреждения для формирования предупредительного сигнала в ответ на управляющее воздействие МКБ.

Устройство защиты для воздушного автоматического выключателя дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) между детектором температуры и МКБ для преобразования температуры, зарегистрированной детектором температуры, в цифровой сигнал и для ввода данного сигнала в МКБ.

Устройство защиты для воздушного автоматического выключателя дополнительно содержит: индикатор напряжения для регистрации тока, подаваемого на нагрузку через воздушный автоматический выключатель, и для преобразования тока в напряжение; и выпрямитель для выпрямления напряжения, зарегистрированного индикатором напряжения, и для ввода напряжения в МКБ, при этом МКБ сравнивает выходное напряжение выпрямителя с заданным опорным напряжением, чтобы определить, произошла ли авария, и привести в действие катушку расцепителя, если авария произошла.

Устройство защиты для воздушного автоматического выключателя дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) между выпрямителем и МКБ для преобразования выходного напряжения выпрямителя в цифровой сигнал и для ввода этого сигнала в МКБ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Полное понимание настоящей концепции может быть достигнуто из дальнейшего описания показательных примеров осуществления изобретения, не ограничивающих данную изобретательскую концепцию, в сочетании с чтением прилагаемых чертежей.

Фиг.1 представляет собой схему, иллюстрирующую конфигурацию устройства защиты для воздушного автоматического выключателя в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую конфигурацию устройства защиты для воздушного автоматического выключателя в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Последующие параграфы описания представляют собой всего лишь примеры, поясняющие принципы новой концепции. Как будет понятно для специалистов в данной области техники, новаторская концепция, описанная в настоящей заявке, может быть модифицирована и изменена в огромном диапазоне применений, и соответственно объем патентуемого решения не ограничивается никакими конкретными приведенными примерами. Для ясности технические сведения, известные в относящихся к данному изобретению областях техники, подробно не описываются, чтобы они не помешали пониманию концепции.

Фиг.1 представляет собой схему, иллюстрирующую конфигурацию устройства защиты для воздушного автоматического выключателя в соответствии с известным уровнем техники, на которой позицией 100 обозначен индикатор тока. Индикатор тока (100) может содержать, например, трансформатор тока и пояс Роговского. Трансформатор тока может детектировать ток, подаваемый на нагрузку через воздушный автоматический выключатель, при этом ток, продетектированный трансформатором тока, преобразуется в напряжение с помощью пояса Роговского.

Позицией 110 обозначен выпрямитель. Выпрямитель (110) может содержать множество диодов. Данное множество диодов может выпрямлять выходное напряжение индикатора напряжения (100) для преобразования выпрямленного напряжения в пульсирующее напряжение.

Позиция 120 обозначает аналого-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП (120) может преобразовывать выходящее из выпрямителя (110) пульсирующее напряжение в цифровой сигнал.

Позиция 130 представляет собой микроконтроллерный блок (МКБ). МКБ (130) может определять, произошла ли авария, по уровню пульсирующего напряжения, выходящего из АЦП (120) в виде цифрового сигнала, и генерировать сигнал расцепления, если будет определено, что авария произошла.

Позицией 140 обозначена катушка расцепителя, которая может срабатывать, когда МКБ (130) формирует сигнал расцепления для отключения воздушного автоматического выключателя с тем, чтобы электрическая мощность больше не подавалась на нагрузку.

Когда воздушный автоматический выключатель подает электрическую мощность на нагрузку, то в сконструированном подобным образом устройстве защиты индикатор напряжения (100) может детектировать ток, подаваемый на нагрузку через воздушный автоматический выключатель, преобразовывать продетектированный ток в напряжение и подавать данное напряжение на выпрямитель (110). Выдаваемое индикатором напряжения (100) продетектированное напряжение, которое является напряжением переменного тока, может быть преобразовано выпрямителем (110) в пульсирующее напряжение. Преобразованное пульсирующее напряжение может быть преобразовано в цифровой сигнал с помощью АЦП (120) и введено в МКБ (130).

МКБ (130) может определять, произошла ли авария, по уровню пульсирующего напряжения, поданного из АЦП (120) в виде цифрового сигнала. Иными словами, МКБ (130) может определять, произошла ли авария, посредством математических вычислений, например посредством вычисления среднеквадратического значения (RMS).

Если в результате такого определения будет установлено, что авария не произошла, то МКБ (130) не формирует сигнал расцепления, вследствие чего катушка расцепителя (140) не может быть приведена в действие, позволяя воздушному автоматическому выключателю непрерывно подавать мощность на нагрузку.

Если в результате такого определения будет установлено, что возникла авария, то МКБ (130) может формировать сигнал расцепления. Сформированный сигнал расцепления может привести в действие катушку расцепителя, чтобы расцепить воздушный автоматический выключатель, вследствие чего воздушный автоматический выключатель может прервать подачу мощности на нагрузку, так что воздушный автоматический выключатель и нагрузка не могут быть повреждены аварийным током, и распространение аварии предотвращается.

Однако согласно вышеописанному устройству защиты, если авария произошла, что определяется подачей на нагрузку аварийного тока, единственное, что можно сделать, это прервать подачу мощности путем расцепления воздушного автоматического выключателя, при этом нельзя избежать ошибочного срабатывания, вызываемого теплом, выделяемым из-за мощности, подаваемой на нагрузку через воздушный автоматический выключатель. Иными словами, когда воздушный автоматический выключатель подает мощность на нагрузку, источники тепловыделения, такие как линии электроснабжения или контакты, выделяют тепло, и за счет этого выделяемого тепла повышается внутренняя температура воздушного автоматического выключателя, что не позволяет предотвратить ошибочное срабатывание различных составных частей, например МКБ, расположенных в воздушном автоматическом выключателе.

Поэтому важно предотвратить ошибочное срабатывание, вызываемое теплом, выделяемым в процессе подачи мощности на нагрузку через воздушный автоматический выключатель.

Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую конфигурацию устройства защиты для воздушного автоматического выключателя в соответствии с настоящей концепцией.

Согласно Фиг.2 устройство защиты для воздушного автоматического выключателя может содержать индикатор напряжения (200), выпрямитель (210), аналого-цифровой преобразователь (АЦП 220), множество детекторов температуры (230-1, 230-2, …), АЦП (240), МКБ (250), катушку расцепителя (260) и блок предупреждения (270).

Индикатор напряжения (200) может содержать, например, трансформатор тока и пояс Роговского. Трансформатор тока может детектировать ток, подаваемый на нагрузку через воздушный автоматический выключатель, при этом ток, продетектированный трансформатором тока, преобразуется в напряжение с помощью пояса Роговского и выводится.

Выпрямитель (210) может содержать множество диодов. Это множество диодов может выпрямлять выходное напряжение индикатора напряжения (200) с целью преобразования выпрямленного напряжения в пульсирующее напряжение. Например, множество диодов может выпрямлять напряжение, измеренное датчиком напряжения (200) в фазах R, S, Т и N воздушного автоматического выключателя, питающих нагрузку воздушного автоматического выключателя, и преобразовывать выпрямленное напряжение в пульсирующее напряжение.

АЦП (220) может преобразовывать пульсирующее напряжение, выводимое из выпрямителя (210), в цифровой сигнал.

Множество детекторов температуры (230-1, 230-2, …) может соответственно регистрировать температуры, используя сигналы определения от датчиков температуры (не показаны), закрепленных на различных источниках тепловыделения, включая R-, S-, Т- и N-фазные линии электроснабжения, подающие мощность на нагрузку и контакт, на различных составных частях, включая МКБ (250), имеющих большую вероятность вызывать ошибочное срабатывание при высокой температуре, и на подложках со смонтированными на них элементами.

АЦП (240) может преобразовывать сигналы определения температуры множества детекторов температуры (230-1, 230-2, …) в цифровой сигнал и выводить сигнал в цифровой форме в МКБ (250).

МКБ (250) может определять по выходному сигналу АЦП (220), произошла ли авария при подаче мощности на нагрузку. Если определено, что произошла авария, МКБ (250) может задействовать катушку расцепителя (260) для управления расцеплением, так что подача мощности на нагрузку может быть прервана. Кроме того, МКБ (250) может определять по выходному сигналу АЦП (240), произошло ли ошибочное срабатывание воздушного автоматического выключателя, и если существует вероятность того, что воздушный автоматический выключатель сработал ошибочно, то задействуется катушка расцепителя (260), чтобы расцепить воздушный автоматический выключатель, так что подача мощности на нагрузку может быть прервана, и можно управлять формированием предупреждения с помощью блока предупреждения (270).

В сконструированном подобным образом устройстве защиты ток, подаваемый на нагрузку через воздушный автоматический выключатель, детектируется индикатором напряжения (100) и преобразуется в напряжение, полученное напряжение преобразуется в пульсирующее напряжение выпрямителем (110), преобразованное пульсирующее напряжение преобразуется в цифровой сигнал с помощью АЦП (120) и вводится в МКБ (130).

МКБ (130) может определять, произошла ли авария, по уровню пульсирующего напряжения, вводимого из АЦП (120). Если в результате такого определения будет установлено наличие аварии, то МКБ (130) может сформировать сигнал расцепления, и катушка расцепителя (140) может расцепить воздушный автоматический выключатель в ответ на сигнал расцепления, сформированный для прерывания мощности, подаваемой на нагрузку.

При этом множество детекторов температуры (230-1, 230-2, …) в соответствии с данной изобретательской концепцией может соответственно регистрировать температуры, используя сигналы определения от датчиков температуры (не показаны), закрепленных на различных источниках тепловыделения, включая R-, S-, Т- и N-фазные линии электропитания и контакт, на различных составных частях, имеющих большую вероятность возникновения ошибочного срабатывания при высокой температуре, и на подложках со смонтированными на них элементами, и формировать сигналы определения для ввода в АЦП (240).

АЦП (240) в ответ на управление МКБ (250) может выбирать сигналы определения, выдаваемые множеством детекторов температуры (230-1, 230-2, …), и преобразовывать эти сигналы в сигналы определения температуры в цифровой форме, причем преобразованные сигналы определения температуры вводятся в МКБ (250).

Затем МКБ (250) может сравнивать множество сигналов определения температуры, выдаваемых из АЦП (240), с множеством заданных опорных значений температуры, чтобы определить, существует ли высокая вероятность ошибочного срабатывания воздушного автоматического выключателя. Иными словами, МКБ (250) может определить, что воздушный автоматический выключатель имеет высокую вероятность ошибочного срабатывания, если множество сигналов определения температуры, введенных из АЦП (240), больше множества заданных опорных значений температуры.

Если в результате такого определения будет установлено, что множество сигналов определения температуры, введенных из АЦП (240), меньше множества заданных опорных значений температуры и что вероятность ошибочного срабатывания воздушного автоматического выключателя отсутствует, то МКБ (250) может не задействовать катушку расцепителя (260), благодаря чему воздушный автоматический выключатель продолжает непрерывно подавать мощность на нагрузку.

Если в результате такого определения будет установлено, что множество сигналов определения температуры, введенных из АЦП (240), больше множества заданных опорных значений температуры и что существует высокая вероятность ошибочного срабатывания воздушного автоматического выключателя, то МКБ (250) может привести в действие катушку расцепителя (260), чтобы расцепить воздушный автоматический выключатель, вследствие чего мощность не подается на нагрузку.

Кроме того, МКБ (250) может управлять блоком предупреждения (270) с целью формирования предупредительного звукового сигнала, многократного включения или выключения сигнальной лампы и выдачи подобным образом предупреждения о том, что имеется большая вероятность ошибочного срабатывания воздушного автоматического выключателя.

В данном показательном примере осуществления описан подход, когда катушка расцепителя (260) приводится в действие, чтобы расцепить воздушный автоматический выключатель, если зарегистрированная температура выше опорной температуры, и формируется предупреждение. При реализации данной концепции она может быть сконфигурирована таким образом, что катушка расцепителя (260) будет приводиться в действие, чтобы расцепить воздушный автоматический выключатель, если зарегистрированная температура выше опорной температуры, но предупреждение не будет формироваться, или же воздушный автоматический выключатель может не быть расцепленным, но блок предупреждения (270) будет формировать предупреждение.

Вышеописанный показательный пример осуществления предусматривает, что АЦП (220, 240) располагаются между выпрямителем (210) и МКБ (250) и между множеством детекторов температуры (230-1, 230-2, …) и МКБ (250), обеспечивая преобразование выходных напряжений выпрямителя (210) и множества детекторов температуры (230-1, 230-2, …) в цифровые сигналы и ввод их в МКБ (250). Можно также сконфигурировать данное устройство защиты таким образом, что выходные напряжения выпрямителя (210) и множества детекторов температуры (230-1, 230-2, …) не преобразуются в цифровые сигналы, а непосредственно вводятся в МКБ (250), если МКБ (250) имеет встроенную функцию преобразования аналоговых сигналов в цифровые сигналы.

Кроме того, хотя вышеописанный подход предусматривает, что для защиты воздушного автоматического выключателя регистрируются и токи, подаваемые на нагрузку, и температуры, возможны многие другие варианты и изменения, когда для защиты воздушного автоматического выключателя регистрируются только температуры.

Как явствует из вышеизложенного, для регистрации температур на различных источниках тепловыделения, находящихся в воздушном автоматическом выключателе, и на элементах, способных вызвать ошибочное срабатывание при высоких температурах, закрепляют датчики температуры, и по зарегистрированным температурам определяют, имеется ли вероятность ошибочного срабатывания воздушного автоматического выключателя. Если в результате этого определения устанавливается, что ложное срабатывание воздушного автоматического выключателя возможно, то подается предупредительный звуковой сигнал или воздушный автоматический выключатель расцепляется.

Кроме того, по току, подаваемому на нагрузку через воздушный автоматический выключатель, определяется, произошла ли авария, и если устанавливается, что авария произошла, то воздушный автоматический выключатель расцепляется, прерывая подачу мощности.

Поэтому устройство защиты для воздушного автоматического выключателя в соответствии с данной изобретательской концепцией может защищать воздушный автоматический выключатель и нагрузку от повреждений, вызываемых возникновением аварии и ростом температуры, и предотвращать ошибочное срабатывание воздушного автоматического выключателя, обеспечивая устойчивую подачу мощности на нагрузку.

Поскольку настоящая концепция может быть реализована в нескольких формах без отступления от ее сущности или существенных признаков, то понятно также, что вышеописанные примеры осуществления не ограничены никакими деталями вышеприведенного описания, если не оговорено иное, но скорее должна толковаться широко в пределах ее сущности и объема, определенных в прилагаемой формуле изобретения, и, следовательно, любые изменения и модификации, попадающие в границы и пределы формулы изобретения или эквиваленту указанных границ и пределов, рассматриваются как охватываемые прилагаемой формулой изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности путем предотвращения ложного срабатывания. В устройстве регистрируются температуры с использованием сигналов от датчиков температуры, закрепленных на различных источниках тепловыделения, находящихся на различных составных частях выключателя, имеющих высокую вероятность ложного срабатывания при высокой температуре; при этом зарегистрированные температуры сравниваются с заданными опорными температурами, и если по результатам этого сравнения зарегистрированные температуры выше заданных опорных температур, то определяется, что воздушный автоматический выключатель имеет возможность ошибочного срабатывания, и если определяется, что воздушный автоматический выключатель имеет возможность ошибочного срабатывания, то катушка расцепителя приводится в действие, чтобы расцепить воздушный автоматический выключатель. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство защиты для воздушного автоматического выключателя, содержащее по меньшей мере, один или более детекторов температуры для регистрации температуры различных составных частей воздушного автоматического выключателя, имеющих большую вероятность вызывать ошибочное срабатывание при высокой температуре, с помощью датчика температуры; микроконтроллерный блок (МКБ), расположенный в воздушном автоматическом выключателе и предназначенный для определения возможности ошибочного срабатывания путем сравнения температуры, зарегистрированной детектором температуры, с заданной опорной температурой; и катушку расцепителя для прерывания подачи электрической мощности на нагрузку по результату определения, полученного посредством МКБ.

2. Устройство по п.1, в котором детектор температуры регистрирует температуру МКБ.

3. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее блок предупреждения для формирования предупредительного звукового сигнала под управлением МКБ.

4. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП) между детектором температуры и МКБ для преобразования температуры, зарегистрированной детектором температуры, в цифровой сигнал и для ввода этого сигнала в МКБ.

5. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее индикатор напряжения для детектирования тока, подаваемого на нагрузку через воздушный автоматический выключатель, и для преобразования тока в напряжение; выпрямитель для выпрямления напряжения, зарегистрированного индикатором напряжения, и для ввода этого напряжения в МКБ, при этом МКБ сравнивает выходное напряжение выпрямителя с заданным опорным напряжением, чтобы определить, произошла ли авария, и привести в действие катушку расцепителя, если авария произошла.

6. Устройство по п.5, дополнительно содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП) между выпрямителем и МКБ для преобразования выходного напряжения выпрямителя в цифровой сигнал и ввода этого сигнала в МКБ.