Автоматичний вимикач із виявленням аперіодичного змінення електричного струму

Реферат: Заявлений автоматичний вимикач (11) включає в себе розмикальні контакти для заздалегідь передбаченого відключення електричної мережі, керування якими здійснюється щонайменше одним розмикальним блоком (10). Автоматичний вимикач включає в себе детектор (1) для виявлення аперіодичних по суті стрибкоподібних змін амплітуди щонайменше одного електричного параметра в електричній мережі. Розмикальний блок (10) функціонально взаємодіє з детектором (1). UA 106978 C2 (12) UA 106978 C2 UA 106978 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цей винахід має відношення до автоматичного вимикача, відповідного преамбулі п. 1 формули винаходу. Відомі автоматичні вимикачі, які при перевищенні сили струму в електричній мережі або електричній лінії відключають електричну мережу, сегмент мережі або електричну лінію за допомогою автоматичного розмикання розмикальних контактів. Також відомі автоматичні вимикачі, які при виникненні витоку струму відключають електричну мережу, сегмент мережі або електричну лінію за допомогою автоматичного розмикання контактів. Недолік таких відомих автоматичних вимикачів полягає в тому, що, поряд із вищевказаними джерелами перевантажень, в електричних мережах або електричних лініях можуть виникати ще й інші джерела перевантажень, які можуть являти собою потенційну небезпеку для устаткування та живих істот, зокрема, у результаті виникнення пожежі, і такі перевантаження не можуть бути надійно виявлені описаними вище автоматичними вимикачами, що не дозволяє виключити як перевищення сили струму, так і витік струму. Тому завданням цього винаходу є створення автоматичного вимикача згаданого вище виду, за допомогою якого можна усунути вказані недоліки та знизити небезпеку виникнення пожеж, які є результатом перевантажень в електричних мережах. Відповідно до цього винаходу це досягається за допомогою відмінних ознак п. 1 формули винаходу. Таким чином, можна знизити небезпеку виникнення пожеж, які є результатом перевантажень в електричних мережах. У результаті цього можна виявляти так звані послідовні та/або паралельні перевантаження в електричній мережі, що можуть спричинити виникнення електричної дуги, і відключати відповідну мережу. Тим самим можна надійно запобігати виникненню пожеж, які можуть виникнути в результаті утворення електричної дуги. Завдяки цьому живі істоти та устаткування можуть бути захищені від дії електричного струму або викликаних електричним струмом пожеж. Крім того, винахід має відношення до детектора, відповідного преамбулі п. 2 формули винаходу. Описані вище відомі автоматичні вимикачі не здатні виявляти перевантаження, які не викликають підвищення сили струму в електричній лінії або виникнення витоку струму, але, тим не менш, можуть стати причиною виникнення пожежі всередині чи поза електричною мережею. Тому завданням винаходу є створення детектора згаданого вище типу, за допомогою якого можна усунути вказані недоліки та знизити небезпеку виникнення пожеж, що є результатом перевантажень в електричних мережах. Відповідно до цього винаходу це досягається за допомогою відмінних ознак п. 2 формули винаходу. Таким чином, можна знизити небезпеку виникнення пожеж, які є результатом перевантажень в електричних мережах. Цей пристрій дозволяє виявляти так звані послідовні та/або паралельні перевантаження в електричній мережі, що можуть спричинити виникнення електричної дуги, і відключати відповідну мережу. Тим самим можна надійно запобігати виникненню пожеж, які можуть виникнути в результаті утворення електричної дуги. Завдяки цьому живі істоти та устаткування можуть бути захищені від дії електричного струму або викликаних електричним струмом пожеж. Залежні пункти формули винаходу, що, як і п. 1 та п. 2 формули винаходу, водночас є частиною опису, стосуються переважно виконання детектора для автоматичного вимикача за цим винаходом. Крім того, винахід відноситься до способу виявлення аперіодичних по суті стрибкоподібних змін амплітуди щонайменше одного електричного параметра в електричній мережі, відповідному преамбулі п. 7 формули винаходу. Описані вище відомі автоматичні вимикачі не здатні виявляти перевантаження, які не викликають підвищення сили струму в електричній лінії або виникнення витоку струму, але, тим не менш, можуть стати причиною виникнення пожежі всередині чи поза електричною мережею. Тому завданням винаходу є удосконалення згаданого вище способу, за допомогою якого можна усунути вказані недоліки та знизити небезпеку виникнення пожеж, що є результатом перевантажень в електричних мережах. Відповідно до цього винаходу це досягається за допомогою відмінних ознак п. 7 формули винаходу. Таким чином, можна знизити небезпеку виникнення пожеж, які є результатом перевантажень в електричних мережах. Згаданим способом можна виявляти так звані послідовні та/або паралельні перевантаження в електричній мережі, що можуть спричинити виникнення електричної дуги, і відключати відповідну мережу. Тим самим можна надійно запобігати виникненню пожеж, які можуть виникнути в результаті утворення електричної дуги. 1 UA 106978 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Завдяки цьому живі істоти та устаткування можуть бути захищені від дії електричного струму або викликаних електричним струмом пожеж. Залежні пункти формули, що, як і п. 7 формули винаходу, водночас є частиною опису, стосуються інших варіантів виконання цього винаходу, яким надається перевага. Суть винаходу більш докладно пояснюється з посиланнями на додані фігури, на яких як приклад зображені тільки переважні варіанти виконання цього винаходу, на яких: Фіг. 1 - дві спрощені принципові схеми для наочного пояснення послідовного та паралельного перевантажень в електричній мережі; Фіг. 2 - спрощена принципова схема для наочного пояснення комбінованого послідовного та паралельного перевантаження в електричному розподільнику, призначеному для підключення трьох навантажень; Фіг. 3 - перший приклад першого параметричного сигналу (сигналу електричного струму) з періодичними стрибкоподібними змінами амплітуди електричного параметра, викликаними послідовним перевантаженням, у вигляді часової діаграми; Фіг. 4 - параметричний сигнал, зображений на фіг. 3, після виконання першого етапу способу, відповідного цьому винаходу, у вигляді часової діаграми; Фіг. 5 - параметричний сигнал, зображений на фіг. 4, після виконання другого етапу способу, відповідного цьому винаходу, у вигляді часової діаграми; Фіг. 6 - сигнал, зображений на фіг. 5, у вигляді частотної діаграми; Фіг. 7 - другий приклад першого параметричного сигналу (сигналу електричного струму) з періодичними стрибкоподібними змінами амплітуди електричного параметра, викликаними послідовним перевантаженням, у вигляді часової діаграми; Фіг. 8 - параметричний сигнал, зображений на фіг. 7, після виконання першого етапу способу, відповідного цьому винаходу, у вигляді часової діаграми; Фіг. 9 - параметричний сигнал, зображений на фіг. 8, після виконання другого етапу способу, відповідного цьому винаходу, у вигляді часової діаграми; Фіг. 10 - сигнал, зображений на фіг. 9, у вигляді частотної діаграми; Фіг. 11 - третій приклад першого параметричного сигналу (сигналу електричного струму) з періодичними стрибкоподібними змінами амплітуди електричного параметра, викликаними паралельним перевантаженням, у вигляді часової діаграми; Фіг. 12 - параметричний сигнал, зображений на фіг. 11, після виконання першого етапу особливо переважного варіанта способу, відповідного цьому винаходу, у вигляді часової діаграми; Фіг. 13 - параметричний сигнал, зображений на фіг. 12, після виконання другого етапу способу, відповідного цьому винаходу, у вигляді часової діаграми; Фіг. 14 - четвертий приклад першого параметричного сигналу (сигналу електричного струму) з періодичними стрибкоподібними змінами амплітуди електричного параметра, викликаними паралельним перевантаженням, у вигляді часової діаграми; Фіг. 15 - параметричний сигнал, зображений на фіг. 14, після виконання першого етапу особливо переважного варіанта способу, відповідного цьому винаходу, у вигляді часової діаграми; Фіг. 16 - параметричний сигнал, зображений на фіг. 15, після виконання другого етапу способу, відповідного цьому винаходу, у вигляді часової діаграми; Фіг. 17 - блок-схема переважного варіанта виконання автоматичного вимикача з першим переважним варіантом виконання детектора, відповідного цьому винаходу; Фіг. 18 - блок-схема другого переважного варіанта виконання детектора, відповідного цьому винаходу; Фіг. 19 - блок-схема третього переважного варіанта виконання детектора, відповідного цьому винаходу, і Фіг. 20 - блок-схема четвертого переважного варіанта виконання детектора, відповідного цьому винаходу. На фіг. 17 показана блок-схема автоматичного вимикача 11, який містить розмикальні контакти для заздалегідь передбаченого відключення електричної мережі, причому керування розмикальними контактами здійснюється щонайменше одним розмикальним блоком 10, автоматичний вимикач в електричній мережі містить детектор 1 для виявлення аперіодичних по суті стрибкоподібних змін амплітуди щонайменше одного електричного параметра в електричній мережі, та розмикальний блок 10 функціонально взаємодіє з детектором 1. Таким чином, можна знизити небезпеку виникнення пожеж, які є результатом перевантажень в електричних мережах. Згаданий пристрій дозволяє виявляти так звані послідовні та/або паралельні перевантаження 18, 19 в електричній мережі, що можуть 2 UA 106978 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 спричинити виникнення електричної дуги, і відключати відповідну мережу. Тим самим можна надійно запобігати виникненню пожеж, які можуть виникнути в результаті утворення електричної дуги. Завдяки цьому живі істоти та устаткування можуть бути захищені від дії електричного струму або викликаних електричним струмом пожеж. Автоматичні вимикачі 11 відповідно до цього винаходу призначені для захисту від впливу будь-якого роду перевантажень, які у разі виникнення викликають аперіодичні по суті стрибкоподібні зміни амплітуди щонайменше одного електричного параметра в електричній мережі. При цьому переважно передбачено, що щонайменше один електричний параметр являє собою електричну напругу або електричний струм. Слід уточнити, що йдеться про електричні мережі, при цьому електрична мережа переважно являє собою перемикну електричну схему будь-якого типу для розподілу електричної енергії, зокрема, у галузі побутового або комунального енергопостачання. Відомі два перевантаження, які часто зустрічаються та викликають такі аперіодичні по суті стрибкоподібні зміни амплітуди електричного струму або електричної напруги, і ці два перевантаження, відомі як послідовне перевантаження 18 та паралельне перевантаження 19, відповідно, представлені на фіг. 1 та на фіг. 2. Послідовне перевантаження 18 може виникати, зокрема, у зв'язку з несправністю контакту, зокрема, зумовленою холодною спайкою контактів або втомою матеріалу. При цьому з аперіодичними інтервалами виникають розмикання електричної лінії. У результаті цього переривається проходження струму, і при кожному перериванні, а також і при кожному поновленні проходження струму, виникає електрична дуга, яка являє собою потенційне джерело пожежі. При паралельному перевантаженні 19, зокрема, у зв'язку з втомою ізоляції між двома проводами, відбувається проходження струму між двома паралельними проводами, причому, залежно від перехідного опору, додатково до струмів, що вже протікають, можуть ще виникати й більш сильні або більш слабкі струми. На фіг. 3 показано виникнення комбінованого паралельного та послідовного перевантаження 18, 19 у пристрої, у цьому випадку в межах розподільника, призначеного для підключення трьох навантажень. Під дією описаних вище перевантажень усередині електричної мережі можуть відбуватися по суті стрибкоподібні зміни, зокрема, струму або напруги. Зокрема, у результаті цього відбуваються по суті стрибкоподібні зміни - спадання чи зростання - сили струму або напруги. Під терміном "по суті стрибкоподібна зміна амплітуди щонайменше одного електричного параметра в електричній мережі" слід розуміти сильне чи швидке збільшення або сильне чи швидке зменшення амплітуди протягом короткого періоду часу. Підвищення або зменшення величини електричного параметра в одиницю часу позначається, як правило, у вигляді максимальної швидкості змінення параметра (англ. - slew rate). Відповідно до предмету цього винаходу під значними стрибкоподібними змінами амплітуди щонайменше одного електричного параметра в електричній мережі переважно слід мати на увазі швидкість змінений напруги понад 1500 В/мкс або швидкість змінення струму понад 100 мА/нс. Автоматичний вимикач 11 згідно з цим винаходом може містити детектор 1 будь-якого типу для виявлення аперіодичних по суті стрибкоподібних змін амплітуди щонайменше одного електричного параметра в електричній мережі, причому детектор 1 пов'язаний із можливістю взаємодії з розмикальним блоком 10. Такий детектор 1 може являти собою як інтегральну складову частину автоматичного вимикача 11, так і може бути вставлений із можливістю виймання в автоматичний вимикач 11 або приєднаний до нього на фланцях. Переважно, щоб автоматичний вимикач 11 містив детектор 1, відповідний описаним нижче варіантам виконання детектора 1 і призначений для виявлення аперіодичних по суті стрибкоподібних змін амплітуди щонайменше одного електричного параметра в електричній мережі, або був з'єднаний із ним. Такий детектор 1 згідно з цим винаходом може бути виконаний також у вигляді конструктивно незалежного вузла та розміщений усередині або поза електричною мережею. На фіг. 17-20 показана, відповідно, функціональна блок-схема переважного варіанта виконання детектора 1, зокрема, для автоматичного вимикача 11, із датчиком 2 для зняття часової залежності, по суті відповідної зміненню щонайменше одного електричного параметра, причому детектор 1, призначений для виявлення аперіодичних по суті стрибкоподібних змін амплітуди щонайменше одного електричного параметра, зокрема, струму та/або напруги, в електричній мережі, виконаний відповідно до описаного нижче способу. Такий детектор 1 має переваги та функціональні властивості, які були вказані при описі автоматичного вимикача 11, відповідного цьому винаходу. При цьому детектори згідно з цим винаходом містять датчик 2 для зняття тимчасової залежності, по суті відповідної зміненню щонайменше одного електричного параметра. Такий датчик 2 переважно виконаний у вигляді датчика, що містить підсумувальний вимірювальний 3 UA 106978 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 трансформатор, перетворювач струму, зонд Ферстера, генератор Холла, шунтувальний опір, вольтметр або подібний пристрій, причому може бути передбачено, зокрема, також поєднання двох або кількох датчиків. При цьому переважно, щоб із кожним провідником взаємодіяв окремий датчик 2, який знімає і відповідно виявляє зміни електричного параметра. В особливо переважному варіанті виконання детекторів 1, відповідних цьому винаходу, як це показано на фіг. 17-20, передбачено, щоб вихід щонайменше одного датчика 2 був приєднаний до входу першого блоку 3 для формування функції сигналу, вихід першого блоку 3 був приєднаний до входу детектора фронту 4, вихід детектора фронту 4 був приєднаний до входу другого блоку 5 для виявлення шпаруватості прямокутних імпульсів, і вихід другого блоку 5 був підключений до входу блоку виводу 6. Перший блок 3 для формування функції сигналу переважно виконаний у вигляді керованого операційного підсилювача. Детектори фронту 4, відомі з області радіотехніки, зокрема, застосовувані для декодування манчестерського коду, можуть використовуватися в будь-якому конструктивному виконанні для виготовлення детектора 1, відповідного цьому винаходу. Другий блок 5 для виявлення шпаруватості прямокутних імпульсів виконаний, зокрема, у вигляді фільтрувального пристрою 7, зокрема, у вигляді смугового фільтра та/або гребінчастого фільтра, та/або узгоджувального блоку 8. Застосування і, відповідно, принцип дії виконаного в такий спосіб другого блоку 5 та його індивідуальні переваги більш докладно викладені при описі способу, відповідного цьому винаходу. Блок виводу 6 призначений і виконаний, зокрема, так, щоб керування розмикальним блоком 10 перемикального пристрою, зокрема, автоматичного вимикача 11, і тому забезпечений відповідними електричними та/або механічними виходами, щоб забезпечити керування розмикальним блоком 10 перемикального пристрою. У корпусі багатьох перемикальних пристроїв виконані отвори, через які за допомогою штифтів можна впливати на розмикальний блок 10 перемикального пристрою. З цієї причини блок виводу 6 може містити такий штифт. Поряд із цим, блок виводу 6 може бути, наприклад, виконаний так, щоб подавати імпульс на керівну схему відомого автоматичного вимикача, який спрацьовує при виявленні струму перевантаження. Однак, як показано на фіг. 17-20, додатково може бути передбачено, щоб детектор 1, відповідний цьому винаходу, містив пристрій підготовки даних 9, за допомогою якого згенерований датчиком 2 перший параметричний сигнал 15 готується для подальшого оброблення. При цьому передбачено, зокрема, посилення першого параметричного сигналу 15 або перетворення сигналу струму на сигнал напруги. Можна також передбачити, щоб окремі або всі компоненти детектора 1, відповідного цьому винаходу, були виконані у вигляді дискретного пристрою або у вигляді інтегральної схеми. Можна також передбачити, щоб окремі або всі компоненти детектора 1, відповідного цьому винаходу, були виконані у вигляді апаратного та/або програмного забезпечення в інтегрованій перемикальній схемі, зокрема, у цифровому процесорі оброблення сигналу (DSP), у мікроконтролері (