189333. lajstromszámú szabadalom • Hibaáramvédelmi kapcsolási elrendezés
1 189 333 2 A találmány tárgya olyan hibaáramvédelmi kapcsolási elrendezés, amely széles üzemi tartományban biztosítja a megszólalási küszöbszint egyszerű beállítását, nagy mértékben elnyomja a bekapcsolási - és esetleg egyéb - tranziensek zavaró hatását, tetszőleges polaritású lüktető hibaáramra egyaránt megfelelően érzékeny, emellett optimálisan kisszámú alkatrészből épül fel és nem igényel gyártástechnológiai szempontból kritikus kialakítást. A találmány előnyösen alkalmazható ott, ahol különösen fontos a hibaáramvédő kapcsolók, hibaáramrelék megbízható működése a legújabb szabványokban előírt megszorítások betartásával. A villamos biztonságtechnikában az érintésvédelemnek már régóta preferált eszköze a hibaáram észlelésén alapuló kapcsolási művelet; a nagyfokú érintésvédelmi biztonság ára az, hogy sok a konstrukciós probléma, különösen, amióta a közvetlen fázisérintés elleni hatásos védelmet is a hibaáramvédő kapcsolótól várják el. így sok ellentétes követelmény kompromisszuma minden ilyen típusú konstrukció. A követelmények: érzékenysége a szükség szerint állítható legyen akár gyárilag, akár a felszerelés helyén; zavarokkal, környezeti hatásokkal szemben érzéketlen legyen; a megfelelő működést biztosítsa akár szinuszos, akár lüktető egyenáramú energiaáramlás esetén; már névleges küszöbszintü hibaáram esetén is maximálisán gyors legyen a működés, s mindezen követelmények teljesítését biztosítsuk egyszerű gyártástechnológiával készíthető, minimális térfogatú és súlyú eszközökkel, amelyek gyártásához sem speciális anyagokra, sem speciális eljárásokra ne legyen szükség. A hagyományos elektromechanikus védőkészülékek helyét mindinkább olyan készülékek foglalják el, amelyeknél az érzékelés és működtetés elektronikus eszközökkel biztosított. Általában az öszszegezö áramváltó gyűrűs vasmagra felvitt tekercs, amelynek kivezetései elektronikus jelformáló, erősítő, komparáló eszközöket tartalmazó lánc bemenetére csatlakoznak, s a beavatkozó szerv mágnestekercset működtet, így biztosítva erőtárolós mechanizmus kioldását. Az ismert ilyen megoldások előnyei és hátrányai aszerint eltérők, milyen irányban keresik a kompromisszumot. Az 1 334 404 Isz. angol szabadalmi leírás szerinti védökészülék a küszöbszint beállítását úgy oldja meg, hogy a tekercs kivezetéseit áthidaló potenciométer csúszkájának helyzetétől függően a sönt ágban csökkenő ellenállás és az egyik kivezetéssel sorosan növekvő ellenállás van jelen és viszont. A potenciométer állásától függően változó arányú, de rendszerjellemzőként aszimmetrikus ellenálláshálózat van így az összegező áramváltó és a jelfeldolgozó elektronika közé iktatva: így csökken a közös módusú zavarelnyomás. A zavarszűrés biztosítására ezért speciális visszacsatoló hálózatot is alkalmaznak, ami alkatrésztöbbletet igényel és a hálózat bonyolítása folytán romlik a P-faktor is. Ha a küszöbszintet kettős komparátor billenési szintjének változtatásával állítják be, az érzékenység állítási tartománya csak szűk lehet és a zavarszűrés hatásossága ebben az esetben is függ a beállított értéktől. A bekapcsolási - és egyéb - tranziensek elnyomása, valamint jeladó kielégítő linearitásának biztosítása céljából a 3 848 159 lsz. egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint áramvisszacsatolást alkalmaznak a jelfeldolgozó elektronika erősítőjének kimenetéről, a jeladótekercsen átfűzött vezeték segítségével. Az így osztottként készítendő jeladótekercs gyártástechnológiája nehézkes, kényes; a visszacsatolóvezeték ilyen beiktatása szerelési szempontból is előnytelen. Más változatok (így a 3 859 567 lsz. egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerinti) a jeladó megfelelő átviteli tulajdonságait úgy biztosítják, hogy az érzékelőtekercs megfelelő fázishelyzetü váltakozóárammal állandóan gerjesztett. A megoldás hátránya, hogy két tirisztorból álló speciális kioldó áramkört igényel, gazdaságtalan. Technológiai és gazdaságossági szempontból egyaránt előnytelen a 2 336 260 lsz. NSZK szabadalmi leírás szerinti megoldás, amelynél a gyűrűs vasmagos R-C-D elemekből álló hálózattal lezárt járulékos tekercset alakítanak ki. A technika állása szerinti megoldások közös hátránya, hogy a szélesebb sávon belül változtatandó küszöbszint beállítása, pl. a 10-300 mA közötti beállítás csak nehézkesen oldható meg, a zavarérzéketlenség biztosítása pedig gazdaságossági és/vagy technológiai szempontból előnytelen módon érhető csak el. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kívánt széles üzemi tartomány egyszerű eszközökkel átfogható és a zavaró hatások mégis optimálisan elnyomhatok, ha az összegező áramváltó tekercskivezetései és a komparálást megvalósító áramkör kimenete közötti láncot - amely tehát magában foglalja a munkapontbeállító szervet és a komparátor fokozatnak az összehasonlítást végző áramköri elemeit - következetesen szimmetrikus elrendezésben alakítjuk ki. Ebben az esetben munkapontbeállító szervként megtarthatjuk az összegező áramváltó tekercsét söntölő potenciométert, de úgy kapcsolva és méretezve, hogy az valóban az áramváltó söntjét reprezentálja, és így az áramváltó tekercsére szimmetrikusan csatolható egy szűrő áramkör, és azt is a komparátor fokozat szimmetrikus bemenete kövesse. Ebből a felismerésből kiindulva alakítottuk ki a találmány szerinti kapcsolási elrendezést, amelynek - a technika állásához hasonlóan - van összegező áramváltóval láncba kapcsolt munkapontbeállító szerve, komparátor fokozata, beavatkozó fokozata és kioldószerve. A találmány szerint az összegező kapcsait áthidaló potenciométer egyik végpontja és leágazása közé szimmetrikus szűrő - előnyösen RC-szűrő - van kapcsolva, ennek kimenetére - műveleti erősítőpárral felépített - szimmetrikus bemenetű ablakkomparátor csatlakozik és az ablak-komparátor aszimmetrikus kimenetére csatlakozik a beavatkozó fokozat bemenete. Az így kialakított kapcsolási elrendezésben a küszöbszint széles sávban egyszerű eszközzel változtatható, a zavarelnyomás mégis kielégítő, az elrendezés optimálisan kis alkatrész-számmal felépíthe5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
