DE102012018456A1 - Bimetallic arrangement for e.g. main circuit breaker, has thermal bimetallic strip including strip portions that are controlled depending upon incident by overload current or residual current, for selective behavior of switching device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Bimetallanordnung für selektive Schutzschaltgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a bimetal arrangement for selective protective switching devices according to the preamble of
Derartige Bimetallanordnungen in gattungsgemäßen Schutzschaltgeräten sind beispielsweise aus der
Diese Schaltgeräte schützen elektrische Leitungen vor thermischer Überlastung und stellen darüber hinaus selektives Verhalten zu nachgeschalteten Leitungsschutzschaltern im Kurzschlussfall sicher. Die dafür erforderlichen Schaltfunktionen werden dabei von zwei unabhängig voneinander auf das Schaltschloss wirkenden Thermobimetallen gesteuert, wobei das im Hauptstromkreis angeordnete Bimetall den Überlastschutz sichert, das im Nebenstromkreis liegende hingegen das selektive Verhalten des Schaltgerätes vorgibt.These switchgear protect electrical lines against thermal overload and also ensure selective behavior to downstream circuit breakers in the event of a short circuit. The switching functions required for this purpose are controlled by two thermo-bimetals acting independently of one another on the switching mechanism, the bimetal arranged in the main circuit ensuring the overload protection, whereas the bypass circuit prescribing the selective behavior of the switching device.
Beide Bimetalle unterscheiden sich aufgrund der an sie gestellten unterschiedlichen Forderungen grundsätzlich in ihren geometrischen Abmessungen und elektrischen Werten.Both bimetals differ fundamentally in their geometric dimensions and electrical values due to the different demands placed on them.
Um diese Forderungen zu erfüllen wurde z. B. in
Hinzu kommt, dass die Thermobimetalle bzw. deren indirekt wirkende Heizleiter, im Hauptstromkreis angeordnet bei diesen Ausführungen immer vom Betriebsstrom durchflossen werden, so dass das Schutzschaltgerät quasi im stand-by-Betrieb dauernd Verlustleistung durch seinen Eigenverbrauch produziert.In addition, the thermostatic bimetals or their indirectly acting heating conductors, arranged in the main circuit in these versions are always flowed through by the operating current, so that the protective switching device quasi in stand-by mode permanently power loss produced by its own consumption.
Dieses unerwünschte Verhalten führt zu kritischen Temperaturerhöhungen im Verteilerkasten und zu Fehlabschaltungen der elektrischen Anlagen.This undesirable behavior leads to critical temperature increases in the distribution box and false shutdowns of the electrical systems.
Um dies zu vermeiden wurde in
Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass der Strom wegen der erforderlichen Doppelunterbrechung auch bei ungestörtem Betrieb über den zusätzlichen Kontakt fließen muss und dabei unerwünschte Verlustleistung erzeugt.A disadvantage of this arrangement that the current must flow because of the required double break even in undisturbed operation on the additional contact and thereby generates unwanted power loss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bimetallanordnung für selektive Schutzschaltgeräte zu schaffen, welche durch ihren einfachen Aufbau die Herstellkosten in der Massenfertigung senkt und in Kombination mit ihrer Weiterbildung den Eigenverbrauch, die sogenannte Verlustleistung, des Schutzschaltgerätes gegenüber den in den einschlägigen Vorschriften festgelegten Anforderungen signifikant verringert.The invention is therefore an object of the invention to provide a bimetallic arrangement for selective circuit protection devices, which lowers the manufacturing costs in mass production by their simple structure and in combination with their training own consumption, the so-called power loss, the protection device against the specified requirements in the relevant regulations significantly reduced.
Zur Lösung dieser Aufgabe bildet die Erfindung eine Bimetallanordnung für selektive Schutzschaltgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus. Dementsprechend kommt erfindungsgemäß ein Thermobimetall zur Anwendung, welches aufgrund seiner geometrischen Abmessungen beide unterschiedlichen Funktionen, nämlich den Überlastschutz und das selektive Verhalten des Schutzschaltgerätes kombiniert mit einem einteiligen Auslöseelement, sicherstellt. Dazu ist ein Thermobimetall erforderlich, welches im Störfall bei Durchströmung mit dem thermischen Auslösestrom einen niedrigen elektrischen Innenwiderstand hat, hingegen im Kurzschlussfall bei Durchströmung mit dem durch den Selektivwiderstand begrenzten Reststrom eine deutlich höhere Impedanz aufweist.To solve this problem, the invention forms a bimetallic arrangement for selective protection switching devices according to the preamble of
Diese Eigenschaften des Thermobimetalls sind notwendig, um die Auslösefunktion bei den unterschiedlichen Störfällen in der vorgeschriebenen Art sicherzustellen. Um dies zu realisieren ist ein Verhältnis der Auslösezeiten für die Bimetallanordnung bei den Störfällen Kurzschluss:Überlast in der Größenordnung von 1:150 Voraussetzung. Dies wird durch unterschiedliche Dimensionierung sowohl der Durchströmungslängen als auch der Durchströmungsquerschnitte in den Teilbereichen des Thermobimetalls erreicht.These properties of the bimetallic strip are necessary to ensure the tripping function in the various types of accidents in the prescribed manner. In order to realize this, a ratio of the tripping times for the bimetal arrangement in the case of faults Short circuit: Overload in the order of magnitude of 1: 150 is a prerequisite. This is achieved by different dimensioning of both the flow-through lengths and the flow cross-sections in the sub-regions of the bimetallic strip.
Gemäß der Erfindung kommt daher ein Thermobimetall zur Anwendung, welches bei gleicher Materialdicke durch den Zuschnitt seiner Fläche in den Teilbereichen stark unterschiedliche Widerstandswerte für die Durchströmung mit den je nach Störfall verschiedenen Auslöseströmen anbietet.According to the invention, therefore, a bimetallic strip is used which, with the same material thickness, offers greatly different resistance values for the throughflow with the different triggering currents depending on the malfunction due to the cutting of its area in the subregions.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand ihrer Wirkungsweise in den Schaltbildern und der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf Bauteile, welche für das Verständnis des Erfindungsgedankens von untergeordneter Bedeutung und bekannt sind, verzichtet wurde.The invention will be explained in more detail below with reference to its mode of operation in the circuit diagrams and the schematic representation of an embodiment, wherein components which are for the understanding of the inventive concept of minor importance and known, has been omitted.
Die
In
Die
In
Wie in
Im Störfall bei Überstrom biegt das Bimetall (
Im Störfall bei Kurzschluss öffnet der Anker in der Magnetspule (
Der verbleibende, durch den Selektivwiderstand (
Dabei biegt das Bimetall (
In der Praxis zeigte sich, dass selektive Schutzschaltgeräte, bei denen der Betriebsstrom über das Bimetall im Hauptstromkreis fließt, mit Defiziten behaftet sind, welche auf diese Bimetallanordnung zurückzuführen sind. Um z. B. bei Dauerbetrieb die Klemmenerwärmung des Schaltgerätes in Grenzen zu halten, muss die Arbeitstemperatur des Thermobimetalls niedrig gewählt Werden, was zur Folge hat, dass wechselnde Umgebungstemperaturen am Einbauort – immerhin darf die Umgebungstemperatur gemäß den einschlägigen Vorschriften zwischen –25°C und +55°C schwanken – starken Einfluss auf das Schutzverhalten des Schaltgerätes und damit auf die Sicherheit der elektrischen Anlage haben.In practice, it has been found that selective protective switching devices in which the operating current flows through the bimetal in the main circuit, are associated with deficiencies, which are due to this bimetallic arrangement. To z. For example, in continuous operation to keep the terminal heating of the switching device within limits, the working temperature of the bimetallic strip must be low, with the result that changing ambient temperatures at the installation - after all, the ambient temperature according to the relevant regulations between -25 ° C and + 55 ° C fluctuate - have a strong influence on the protective behavior of the switching device and thus on the safety of the electrical system.
Durch eine Weiterbildung der Erfindung, wie sie die Kombination der Bimetallanordnung für selektive Schutzschaltgeräte mit einem Doppelankermagnetsystem in
Im eingeschalteten Zustand fließt bei Normalbetrieb der Strom von der Anschlussklemme (
Dabei ist die Bimetallanordnung niederohmig überbrückt, so dass die Verlustleistung des Schaltgerätes im Normalbetrieb um mehr als die Hälfte gegenüber den bekannten Ausführungen verringert wird.In this case, the bimetallic arrangement is bridged low resistance, so that the power loss of the switching device is reduced in normal operation by more than half compared to the known designs.
Im Störfall bei Überlast wird der erste Anker des Magnetsystems durch den Überstrom in die Magnetspule (
Der nun über den Bimetallfußpunkt (
Bei diesem Vorgang schaltet der zuerst öffnende Kontakt (
Im Kurzschlussfall wird durch den Kurzschlussstrom zusätzlich der zweite Anker schlagartig in die Magnetspule (
Die Wirkungsweise der durch diesen Vorgang eingeleiteten kurzverzögerten Ausschaltung wurde bereits in der Beschreibung zu
Bei der Weiterbildung gemäß der Erfindung, wie sie in
Die verlustarme Stromleitung übernimmt bei der Neuerung ausschließlich den stromlos schaltenden Kontakt (
Mit der Bimetallanordnung für selektive Schutzschaltgeräte in Kombination mit einem Doppelankermagnetsystem wie es in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008017472 A1 [0002] DE 102008017472 A1 [0002]
- EP 2330611 A1 [0002] EP 2330611 A1 [0002]
- DE 102011008078 A1 [0005, 0008, 0018] DE 102011008078 A1 [0005, 0008, 0018]
- DE 10201100878 A1 [0035] DE 10201100878 A1 [0035]
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