Kurzschlussbegrenzer Seit bald 30 Jahren werden zur Abschaltung von Überströmen und Kurzschlüssen an Stelle der be kannten Schmelzsicherungen sogenannte Leitungs- schutzschalter ( Kleinautomaten ) verwendet. Der Hauptunterschied zwischen einer Sicherung und einem Leitungsschutzschalter ist der, dass die Si cherung nach erfolgter Abschaltung defekt ist und durch eine neue ersetzt werden muss, wogegen der Leitungsschutzschalter nach erfolgter Abschaltung von Hand sofort wieder eingeschaltet werden kann, so dass weder Material, noch Zeitverluste entstehen.
Einer weitgehenden Anwendung von Leitungs- schutzschaltern ist bisher deren Preis sowie deren begrenzte Abschaltleistung im Wege gestanden. Bei der üblichen Netzspannung von 380 Volt kann ein solcher Leitungsschutzschalter normalerweise Kurz schlussströme von 1200-1500 Amp. abschalten. Grössere Leitungsschutzschalter haben eine Ab schaltleistung von 2000 bis 4000 Amp., sind aber teuer und weisen auch noch andere Nachteile auf.
Infolge des zunehmenden Verbrauches an elek trischer Energie in Industrie und Haushalt müssen die Elektrizitätswerke immer mehr und immer grö ssere Transformatorenstationen aufstellen, wodurch die mögliche Kurzschlussleistung stark ansteigt. Es können daher in den Netzen von Industrien und auch von grossen Gebäuden an gewissen Stellen be reits Kurzschlussströme von bis zu 10 000 Amp. auftreten. In solchen Fällen können keine Lei- tungsschutzschalter mehr verwendet werden, weil ihre Abschaltleistung zu klein ist.
Die Erfindung gestattet, Leistungsschutzschalter der üblichen Bauart in viel weiterem Umfange zu verwenden, als dies bis jetzt möglich war.
Sie betrifft einen Kurzschlussbegrenzer, der sich dadurch auszeichnet, dass er eine Magnetspule auf weist, welche, wenn sie von einem Kurzschlussstrom durchflossen wird, einen Magnetanker anzieht, der die Öffnung eines im Stromweg befindlichen Kon taktes in weniger als 7 Millisekunden bewirkt, wel cher Kontakt nach Aufhören des Kurzschluss- stromes sofort wieder geschlossen wird.
Wenn ein solcher Kurzschlussbegrenzer mit einem Leitungsschutzschalter in Serie geschaltet ist, so begrenzt der am sich öffnenden Kontakt des Kurzschlussbegrenzers auftretende Lichtbogen die Höhe des Kurzschlussstromes auf einen für den Lei- tungsschutzschalter ungefährlichen Wert. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, dass die Kontakt öffnungszeit unterhalb der genannten Grenze von 7 Millisekunden bleiben muss, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung dieses Kurzschlussbegrenzers in einem Stromvertei- lungsnetz. Diese Verwendung ist dadurch gekenn zeichnet, dass der Kurzschlussbegrenzer mehreren zu einander parallel geschalteten Leitungsschutzschal- tern vorgeschaltet ist. Bei dieser Verwendung genügt ein einziger Kurzschlussbegrenzer, um eine Anzahl von Leitungsschutzschaltern gegen zu hohe Kurz schlussströme zu sichern.
Anhand der beiliegenden Zeichnung werden ein Ausführungsbeispiel des Kurzschlussbegrenzers nach der Erfindung, einige Varianten desselben und ein Beispiel für seine Verwendung erläutert. Es ist: Fig. 1 eine Seitenansicht des Kurzschlussbe- grenzers, Fig. 2 eine Stirnansicht zu Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht zu Fig. 1, Fig. 4 eine Seitenansicht einer Variante, Fig. 5-7 je ein Schema von weiteren Varianten, Fig. 8 ein Stromverteilungsnetz,
in welchem der Kurzschlussbegrenzer verwendet ist. Der Kurzschlussbegrenzer nach Fig. 1-3 weist eine Magnetspule 1 auf, deren Magnetkern mit 2 bezeichnet ist. Der Magnetanker 3 ist bei 4 schwenk bar gelagert und wird durch eine Zugfeder 5 im Gegenuhrzeigersinne verschwenkt. Auf dem Anker ist eine Kontaktbrücke 6 angeschraubt, die mit zwei Kontaktstücken 7a versehen ist, welche norma lerweise mit den beiden Kontaktstücken 7b in Be rührung sind. Die Kontaktstücke 7b werden je von einer Kontaktfeder 8' bzw. 8" getragen, die auf den leitenden Trägern 9' bzw. 9" befestigt sind.
Diese Träger 9, 9" sowie der Magnetkern 2 und zwei An schlussklemmen 10 und 11 sind auf einem isolieren den Sockel 12 befestigt. Die Leitung, in deren Zuge sich der Kurzschlussbegrenzer befindet, ist mit 13 bezeichnet.
Im normalen Betrieb fliesst der Strom von der Klemme 11 über die Magnetspule 1, den Träger 9', an welchem die Spule mit einer Schraube 14 ange schlossen ist, die Kontaktfeder 8', den durch die Kontaktpaare<I>7a</I> und<I>7b</I> samt Kontaktbrücke 6 ge bildeten Kontakt 7 (der also zwei in Serie geschal tete Kontaktstellen aufweist), die Kontaktfeder 8" und den Träger 9" zu der mit letzterem verbinden den Klemme 12.
Wenn in der Leitung 13 ein Kurzschlussstrom auftritt, so überwindet die Anziehungskraft der Ma gnetspule 2 auf den Anker 3 die Kraft der Feder 5 und der Kontakt 7 wird ungefähr in 2 msec geöffnet, welcher Wert noch erheblich kleiner ist als der ein gangs erwähnte Grenzwert von 7 msec. Der hierbei am Kontakt 7 entstehende Lichtbogen begrenzt den Kurzschlussstrom auf einen für Leitungsschutzschal- ter ungefährlichen Wert.
Nachdem ein solcher, im Zuge der Leitung 13 befindlicher Schalter den Strom abgeschaltet hat, kehrt der Begrenzer sofort wieder in die in Fig. 1 gezeigte Lage zurück, in welcher der Kontakt 7 geschlossen ist. Nach Be hebung der Ursache des Kurzschlusses genügt es, den Leitungsschutzschalter wieder einzuschalten, um die Betriebsbereitschaft des Netzes wieder herzustellen.
Die Variante nach Fig. 4 unterscheidet sich vom Beispiel nach Fig. 1-3 lediglich dadurch, dass die Kontaktbrücke 6' nicht auf dem Anker 3 ange bracht, sondern durch ein Koppelglied 15 gelenkig mit demselben verbunden ist. Dabei ist die Kontakt brücke 6 bei 16 an einer Stütze 17 schwenkbar be festigt.
Im Falle von Fig. 5, in welcher der Begrenzer schematisch dargestellt ist, ist parallel zum Kon takt 7 ein Widerstand 17 angeordnet, was für die Löschung des Lichtbogens günstig ist. Das Streufeld der Magnetspule 1 kann zum Ausblasen des Licht bogens dienen.
Nach Fig. 6 ist ein Widerstand 19 parallel zum Kontakt 7 geschaltet. Dieser Widerstand ist zu einer Spule gewickelt, die zum Ausblasen des Lichtbogens dient. Bei der Variante nach Fig. 7 ist ein Widerstand 18 parallel zum Kontakt 7 geschaltet, während eine Blasspule 20 in Serie mit demselben angeordnet ist. Fig. 8 zeigt ein Stromverteilungsnetz in ein poliger Darstellung.
Am Hochspannungsnetz 21 ist über die Hoch spannungssicherung 22 die Primärseite eines Trans formators 23 angeschlossen. Auf die Niederspan nungssicherung 24 folgen Hauptleitungssicherungen 25 in den verschiedenen abgehenden Hauptleitungen. In einer der letzteren ist hinter der Sicherung 25 der Kurzschlussbegrenzer 26 angeordnet. Derselbe ist der Verteilsammelschiene 27 vorgeschaltet, von welcher eine Anzahl von Leitungen abgehen, die je mit einem Leitungsschutzschalter 28 üblicher Bauart versehen sind.
Bei Kurzschluss in einer dieser Leitungen, die zueinander parallel, zu dem Begren zer 26 aber in Serie geschaltet sind, kann der Kurz schlussstrom nur so gross werden, dass er noch an standslos vom betreffenden Leitungsschutzschalter 28 abgeschaltet wird. Der Begrenzer 26 ist für die Gesamtleistung sämtlicher an ihn angeschlossener Leitungsschutzschalter 28 dimensioniert. Man könnte auch einen Kurzschlussbegrenzer solcher Grösse bauen, dass er geeignet wäre, unmit telbar hinter der Sicherung 24 angeordnet zu werden. In diesem Falle könnte man die Hauptleitungssiche- rungen 25 ebenfalls durch Leitungsschutzschalter ersetzen, deren Nennströme z.
B. 60 oder 100 oder 200 Amp. sein könnten.
Selbstverständlich kann man einen Kurzschluss- begrenzer auch mit einer gewöhnlichen Schmelz sicherung in Serie schalten, falls sich dies als er wünscht erweisen sollte.
Short-circuit limiters For almost 30 years, so-called line circuit breakers (miniature machines) have been used to switch off overcurrents and short-circuits instead of the familiar fuses. The main difference between a fuse and a circuit breaker is that the fuse is defective after it has been switched off and has to be replaced with a new one, whereas the circuit breaker can be switched on again immediately after it has been switched off, so that neither material nor time is lost .
Up until now, their price and their limited breaking capacity have stood in the way of extensive use of miniature circuit breakers. With the usual mains voltage of 380 volts, such a circuit breaker can normally switch off short-circuit currents of 1200-1500 amps. Larger miniature circuit breakers have a breaking capacity of 2000 to 4000 amps, but are expensive and also have other disadvantages.
As a result of the increasing consumption of electrical energy in industry and households, the power plants have to set up ever more and ever larger transformer stations, which increases the possible short-circuit power sharply. Short-circuit currents of up to 10,000 amps can therefore occur in industrial networks and also in large buildings at certain points. In such cases, circuit breakers can no longer be used because their breaking capacity is too small.
The invention allows circuit breakers of the usual type to be used to a much greater extent than was previously possible.
It relates to a short-circuit limiter, which is characterized by the fact that it has a magnetic coil which, when a short-circuit current flows through it, attracts a magnet armature, which causes the opening of a contact in the current path in less than 7 milliseconds, wel cher contact is closed again immediately after the short-circuit current has ceased.
If such a short-circuit limiter is connected in series with a circuit breaker, the arc that occurs at the opening contact of the short-circuit limiter limits the level of the short-circuit current to a value that is harmless to the circuit breaker. In-depth studies have shown that the contact opening time must remain below the mentioned limit of 7 milliseconds in order to achieve the desired effect.
The invention also relates to the use of this short-circuit limiter in a power distribution network. This use is characterized in that the short-circuit limiter is connected upstream of several line circuit breakers connected in parallel to one another. With this use, a single short-circuit limiter is sufficient to protect a number of miniature circuit breakers against excessively high short-circuit currents.
An exemplary embodiment of the short-circuit limiter according to the invention, some variants thereof and an example of its use are explained with the aid of the accompanying drawings. 1 shows a side view of the short-circuit limiter, FIG. 2 shows an end view of FIG. 1, FIG. 3 shows a plan view of FIG. 1, FIG. 4 shows a side view of a variant, FIGS. 5-7 each show a diagram of FIG further variants, FIG. 8 a power distribution network,
in which the short-circuit limiter is used. The short-circuit limiter according to FIGS. 1-3 has a magnetic coil 1, the magnetic core of which is denoted by 2. The armature 3 is pivotably mounted at 4 bar and is pivoted counterclockwise by a tension spring 5. A contact bridge 6 is screwed onto the armature and is provided with two contact pieces 7a, which are normally in contact with the two contact pieces 7b. The contact pieces 7b are each carried by a contact spring 8 'or 8 "which are fastened to the conductive supports 9' or 9".
These supports 9, 9 ″ as well as the magnetic core 2 and two connection terminals 10 and 11 are fastened to an isolating base 12. The line in which the short-circuit limiter is located is denoted by 13.
During normal operation, the current flows from the terminal 11 via the magnetic coil 1, the carrier 9 'to which the coil is connected with a screw 14, the contact spring 8', the contact pairs <I> 7a </I> and <I> 7b </I> including contact bridge 6 formed contact 7 (which thus has two contact points connected in series), the contact spring 8 ″ and the carrier 9 ″ to which the terminal 12 connects to the latter.
If a short-circuit current occurs in the line 13, the force of attraction of the magnet coil 2 on the armature 3 overcomes the force of the spring 5 and the contact 7 is opened in approximately 2 msec, which is considerably smaller than the threshold of mentioned above 7 msec. The arc that arises at contact 7 limits the short-circuit current to a value that is harmless to line circuit breakers.
After such a switch located in the course of the line 13 has switched off the current, the limiter immediately returns to the position shown in FIG. 1, in which the contact 7 is closed. Once the cause of the short circuit has been rectified, it is sufficient to switch the line circuit breaker back on to restore the operational readiness of the network.
The variant according to FIG. 4 differs from the example according to FIGS. 1-3 only in that the contact bridge 6 'is not placed on the armature 3, but is articulated to the same by a coupling member 15. The contact bridge 6 is fastened at 16 on a support 17 pivotably be.
In the case of Fig. 5, in which the limiter is shown schematically, a resistor 17 is arranged parallel to the con tact 7, which is favorable for the extinguishing of the arc. The stray field of the magnetic coil 1 can be used to blow out the light arc.
According to FIG. 6, a resistor 19 is connected in parallel with contact 7. This resistor is wound into a coil that is used to blow out the arc. In the variant according to FIG. 7, a resistor 18 is connected in parallel with the contact 7, while a blowing coil 20 is arranged in series with the same. Fig. 8 shows a power distribution network in a pole representation.
The primary side of a transformer 23 is connected to the high-voltage network 21 via the high-voltage fuse 22. On the low voltage fuse 24 follow main line fuses 25 in the various outgoing main lines. In one of the latter, the short-circuit limiter 26 is arranged behind the fuse 25. The same is connected upstream of the distribution busbar 27, from which a number of lines extend, each of which is provided with a circuit breaker 28 of the usual type.
In the event of a short circuit in one of these lines, which are connected in parallel to one another but in series with the limiter 26, the short circuit current can only be so large that it is switched off by the relevant line circuit breaker 28 without any problems. The limiter 26 is dimensioned for the total output of all line circuit breakers 28 connected to it. One could also build a short-circuit limiter of such a size that it would be suitable to be arranged immediately behind the fuse 24. In this case, the main line fuses 25 could also be replaced by circuit breakers whose rated currents are e.g.
60 or 100 or 200 amps.
Of course, a short-circuit limiter can also be connected in series with an ordinary fuse, if this should prove to be desirable.