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Einrichtung zum gleichzeitigen Schutz elektrischer Stromverbraucher (Maschinen, Apparate) und ihrer Leitungen.
Um in elektrischen Anlagen, besonders in solchen mit absetzendem Betrieb, die Stromverb, aucher gegen unzulässige Erwärmung zu schützen, hat man vielfach Kontaktthermometer oder ähnliche, auf die Wärmewirkung des elektrischen Stromes ansprechende Einrichtungen benutzt. Auch ist es bereits bekannt, zur Erzielung einer möglichst vollständigen Ausnutzung der Überlastungsfähigkeit des Stromverbrauchers die Erwärmungzeitkonstante des Relais gleich derjenigen des Stromverbrauchers zu machen. Beispielsweise hat man auch das Kontaktthermometer in der Umhüllung der zu schützenden Maschine selbst angeordnet, um zu jeder Zeit gleiche Temperaturen im Verbraucher und im Relais zu haben. Alle diese Einrichtungen schützen aber nicht gleichzeitig andere Apparate und. die Zuleitungen.
Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, durch welche es möglich ist, durch ein und denselben Apparat gleichzeitig verschiedene elektrische Maschinen-und Apparate samt ihren Zuleitungen in beliebigen Kombinationen gegen unzulässige Erwärmung zu schützen.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass für die Anlage ein auf die eigene Stromwärme ansprechendes Überstromzeitrelais 1 (Fig. 2) beliebiger Art benuzt wird, welches mit einer zusätzlichen vom Strom abhängigen äusseren Heizung 2 versehen ist. Diese zusätzliche
Heizung kann gemäss der Erfindung dadurch herbeigeführt werden, dass das Relais in einer Kapsel angeordnet ist, die von aussen oder innen beheizt wird und zwar wird diese
Beheizung zweckmässig so bemessen, dass die Eigentemperatur des Relais, welche durch die
Stromwärme im Relais 1 entsteht, also ohne die Einwirkung der Temperaturerhöhung durch den Heizwiderstand 2, stets höher ist, als die durch die zusätzliche Heizung erzielte Umgebungstemperatur, Denn es kommt darauf an, dass zwischen dem Relais 1 und seiner
Umgebung immer ein Temperaturgefälle besteht,
so dass immer Wärmeströmung vom
Relais 1 in die Umgebung, niemals aber umgekehrt von der Umgebung nach dem Relais 1 ein Wärmeübergang durch Wärmeleitung stattfindet. Durch diese Temperaturverhältnisse wird erreicht, den sonst bei allen ähnlichen thermisch wirkenden Schutzvorrichtungen auf- tretenden Mangel zu beseitigen, der darin besteht, dass ein Nachkriechen, d. h. ein zeitlich zu spätes Wirken, eintritt. Dieses Nachkriechen ist um so nachteiliger, je höher die Strom- überlastung wird.
Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes sei folgendes bemerkt :
In Fig. i sind beispielsweise die Strom-Zeitcharakteristiken für einen Motor und die zugehörige Zuleitung angegeben, wie sie etwa für eine Krananlage in Betracht kommen.
Der Motor verträgt dauernd nur die geringe Belastung im,. lässt sich jedoch infolge seiner grossen Wärmeträgheit vom kalten Zustand aus lange Zeit hindurch stark überlasten, etwa entsprechend der Kurve d bis b bis e.
Die Leitung, welche etwa nach der Motorstundenleistung bemessen ist, erreicht ei fahrungs- gemäss in einer Stunde fast ihre Beharrungstemperatur. Sie ist daher für die wesentlich höhere Stromstärke ie bemessen. Während kurzer Zeiten, z. B. beim Anlassen und Reversieren, verträgt sie jedoch ebenfalls Überlastungen, wenn auch bei hohen Stromstärken nur für viel kürzere Zeiten als der Motor, entsprechend dem Kurvenlauf a bis b bis c.
Wollte man also bei einem derartigen Betrieb eine an sich bekannte Einrichtung benutzen, durch welche nur der Verbraucher (Motor) geschützt wird, so wäre die Leitung während der Überlastung entsprechend a bis b nicht geschützt, denn die den Verbraucher schützende Einrichtung würde oberhalb des Schnittpunktes b längere Überlastungszeiten zulassen, als für die an sich richtig bemessene Leitung zulässig wäre. Die Leitung müsste also eine besondere auf diese abgestimmte Schutzeinrichtung haben.
Gemäss der Erfindung lässt sich nun ein wirksamer Schutz gegen unzulässige Erwärmung sowohl für die Leitung wie für den Stromverbraucher mittels eines einzigen Schutzapparates erzielen, und zwar so, dass das verwendete thermisch wirkende Überstromrelais der
Charakteristik der Leitung entsprechend ausgebildet wird und dass es ausserdem eine Beheizung erhält, die von der Grösse des Verbrauchsstromes abhängt.
Durch diese zusätztliche
Beheizung bleibt die Schutzwirkung des Relais während einer Überlastung entsprechend a bis b im wesentlichen ungeändert, es wird jedoch erreicht, dass der Kurvenast b bis c der Leitung herabgedrückt wird, und zwar entsprechend dem Kurvenast b bis e des Stromverbrauchers oder anders gesagt, die Asymptote ie zu der Charakteristik der Leitung lässt sich auf die
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Asymptote im zur Charakteristik des Stromverbrauchers herabdrücken. Es ist klar, dass die schliesslich Lage des herabgedrückten Kurvenastes durch die Grösse der Kapsel und die Verluste in dem zur zusätzlichen Beheizung dienenden Widerstand bedingt wird.
Es ist nun nicht ratsam, die Charakteristik des Relais mit der Verbraucher-und Leitungscharakteristik vollständig zur Deckung zu bringen ; denn dies würde zur Folge haben, dass nach einmaliger Unterbrechung eine lange Kühlpause eingeführt werden müsste, da der träge Verbraucher bereits seine maximale Temperatur erreicht haben würde, welche nicht-überschritten werden darf. Bewirkt man dagegen die Auslösung etwas früher, so kann ohne Schaden wiederholt überlastet werden, wie dies betriebsmässig beim Anfahren notwendig ist. Auch würden meistens sehr grosse Abmessungen und Heizverluste notwendig sein, um die Relais-und Motorkurven vollständig zur Deckung zu bringen.
Eine Ausführungsform der Einrichtung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt.
Das thermisch wirkende vom Hauptstrom direkt oder indirekt (etwa durch Transformation) beheizte Zeitrelais 1 beliebiger Art ist mit den besonderen Heizwiderständen 2 in einer gemeinsamen Kapsel 3 angeordnet. Die üblichen Relaiskontakte 4 liegen z. B. in dem Auslösestromkreis 5 des Hauptschalters 6. Gegebenenfalls können auch aus anderen Gründen in eine Kapsel eingeschlossene, vom Hauptstrom durchflossene Apparate, z. B. Schmelzsicherungen und Schalter, welche an sich Verluste aufweisen, zur Heizung des Relais mit herangezogen oder allein benutzt werden, sofern deren Wärmeerzeugung für den gewollten Zweck ausreicht. An der Kapsel 3 können zu Regelzwecken Ventilationseinrichtungen irgend welcher Art vorgesehen sein, beispielsweise Öffnungen 7, die beliebig verschlossen werden können.
Es ist mit dem beschriebenen Relais nun aber nicht nur möglich, Maschinen und Apparate und zugleich die zugehörigen Leitungen, die eine andere Wärmecharakteristik besitzen, zu schützen, es können ohne weiteres auch zwei oder mehrere Maschinen oder zugleich mehrere Apparate und Maschinen, die verschiedene Wärmecharakteristik haben, gemeinsam geschützt werden. Es ist zu diesem Zwecke nur nötig, das Relais noch. durch einen oder mehrere zusätzliche Heizkörper zu beheizen, welche von dem Strom einer oder mehrerer der anderen zu schützenden Maschinen oder Apparate beeinflusst werden.
Die Wirkungsweise des Relais soll in diesem Falle noch durch ein weiteres Beispiel erläutert werden. Die Fig. 3 zeigt die Strom-Zeitcharakteristiken J = f (t) dreier verschiedener Stromverbraucher in ausgezogenen Linien. Aus diesen Charakteristiken kann man für jeden Strom J bestimmen, wie lange Zeit er eingeschaltet sein darf, ohne in der betreffenden Maschine oder dem Apparat eine unzulässige Erwärmung hervorzurufen. Die Grenzströme, d. h. die Ströme, mit denen die Maschinen oder Apparate dauernd belastet werden dürfen, sind die Asymptoten der Kurven.
Der Grenzstrom für den Stromkreis 1 ist mit J, gegeben, derjenige für Stromkreis 3 mit j3. Würde man nun in den Stromkreis ein thermisches Relais schalten, welches eine Charakteristik hat, die sich derjenigen des Stromkreises 1 anpasst, entsprechend der gestrichelten Kurve der Figur, so würde zwar der Stromkreis 1 gegen unzulässige Erwärmung geschützt sein, nicht aber die Stromkreise 2 und 3, Wenn sie mit kleineren Strömen als Ja und Jb belastet werden. Wenn man mit dem Relais auch die Stromkreise 2 und 3 schützen will, so muss man seine Charakteristik so ändern, dass die Ausschaltezeit in jedem Fall kleiner. ist, als die kleinste durch den Verlauf der drei Kurven verlangte.
Der Grenzstrom des Relais muss sich dem Grenzstrom J 8 anpassen. Man kann dies durch eine Heizvorrichtung erreichen, die in den Stromkreis 3 oder in die Stromkreise 2 und 3 eingeschaltet wird und eine zusätzliche Wirkung auf das thermische Relais ausübt. Die Charakteristik des Relais ändere sich z. B. durch Zufügung einer vom Stromkreis 3 gespeisten Heizwicklung von der gestrichelten Kurve in die strichpunktierte Kurve.
Ein Relais, welches diese-Charakteristik hat, schützt alle drei Stromkreise.
Wird nun der Stromkreis 1 überlastet, dagegen nicht diejenigen Stromkreise, in die die Heizwicklung eingeschaltet ist, so bleibt natürlich die strichpunktierte Kurve als Charakteristik des Relais bestehen. Die Ausschaltzeit entspricht dann der zulässigen Überlastung des Stromkreises 1 allein.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Einrichtung zum gleichzeitigen Schutz elektrischer Stromverbraucher (Maschinen, Apparate) und ihrer Leitungen gegen unzulässige Erwärmung, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges durch die Stromwärme wirkendes Überstromzeitrelais (1) mit einer zusätzlichen, vom Verbraucherstrom abhängigen Heizung versehen ist.