DE1082971B

DE1082971B - AC short-circuits, self-disconnecting low-voltage circuit breaker

Info

Publication number: DE1082971B
Application number: DEST8763A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Horst Drubig
Original assignee: Stotz Kontakt GmbH
Current assignee: Stotz Kontakt GmbH
Priority date: 1954-09-21
Filing date: 1954-09-21
Publication date: 1960-06-09
Also published as: BE543963A; CH338229A; FR1138012A

Description

Auf dem Gebiete der Elektrizitätsversorgung tritt durch die immer stärkere Verwendung des elektrischen Stromes in Industrie und Haushalt, insbesondere in den Großstädten, eine weitgehende Vermaschung der Netze in Erscheinung, woraus sich zwangläufig ein starkes Anwachsen der Kurzschlußströme ergibt. Die Folge davon ist, daß die Schaltgeräte bei Kurzschlußabschaltungen wesentlich höheren Beanspruchungen ausgesetzt sind als früher. Es werden demnach erhöhte Anforderungen an die Bauart der Selbstschalter für Kurzschlußabschaltungen gestellt. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es notwendig, die einzelnen Beanspruchungsfaktoren und deren Einflüsse bei der Abschaltung von Kurzschlüssen genau zu untersuchen und die Ergebnisse bei der Konstruktion neuzeitlicher Selbst-Schalter auch im Hinblick auf deren Wirtschaftlichkeit zu berücksichtigen.In the field of electricity supply comes the increasing use of electricity Electricity in industry and households, especially in the big cities, an extensive meshing of the networks in appearance, which inevitably results in a strong increase in the short-circuit currents. The consequence it is that the switching devices are exposed to significantly higher stresses in the event of short-circuit disconnections are than before. There are therefore increased requirements on the design of the circuit breaker for Short-circuit shutdowns set. In order to meet these requirements, it is necessary to identify the individual stress factors and to investigate their influences on the disconnection of short circuits and the results in the construction of modern self-switches also increase with regard to their economic efficiency consider.

An Hand der Fig. 1 und 2 der Zeichnung wird vorerst auf den Abschaltvorgang eines Wechselstromkreises bei Kurzschluß näher eingegangen.With reference to FIGS. 1 and 2 of the drawing, the disconnection process of an alternating current circuit is initially shown Short circuit discussed in more detail.

Bei Einleitung eines Kurzschlusses durch den Kurzschließer K in dem in Fig. 1 dargestellten Wechselstromkreis, wie er im praktischen Betrieb vorkommt, bestimmen der Widerstand R und die Induktivität L die Höhe und Phasenlage des eingeschwungenen Kurzschluß-Stromes, bezogen auf die Netzspannung TJ. Die Größen R, L sollen hierbei sowohl sämtliche im Stromkreis vorhandenen Widerstände und Induktivitäten als auch diejenigen des Schaltgerätes S enthalten. Der Verlauf, den der Kurzschlußstrom bei jedem einzelnen Kurzschluß hat, hängt nun sehr stark davon ab, zu welchem Zeitpunkt, bezogen auf die Kurve der Netzspannung bzw. auf die Kurve des eingeschwungenen Kurzschlußstromes, der Kurzschluß eingeleitet wird.When a short circuit is initiated by the short circuiter K in the alternating current circuit shown in FIG. 1, as occurs in practical operation, the resistance R and the inductance L determine the level and phase position of the steady short circuit current, based on the mains voltage TJ. The quantities R, L should contain all resistances and inductances present in the circuit as well as those of the switching device S. The course that the short-circuit current has for each individual short-circuit depends very much on the point in time at which the short-circuit is initiated, based on the curve of the mains voltage or on the curve of the steady-state short-circuit current.

Die Fig. 2 zeigt verschiedene Stromkurven, wobei die Zeitpunkte der Kurzschlußeinleitung mit I, II und III bezeichnet sind. Der Zeitpunkt II fällt mit dem Nulldurchgang der Kurve 1 des eingeschwungenen Kurzschlußstromes zusammen. Der Stromverlauf entspricht daher einer Sinuslinie. In den beiden übrigen Fällen tritt das bekannte Ausgleichsglied zu dem sinusförmigen Stromverlauf hinzu, und es ergeben sich die beiden eingezeichneten Stromkurven 2, 3.FIG. 2 shows various current curves, the times of the initiation of the short circuit with I, II and III are designated. Time II coincides with the zero crossing of curve 1 of the settled short-circuit current together. The current curve therefore corresponds to a sine curve. In the other two cases the well-known compensating element is added to the sinusoidal current curve, and the two drawn in result Current curves 2, 3.

Wie aus der Theorie der Schaltvorgänge bekannt ist, wird der Verlauf des abklingenden Ausgleichsgliedes durch den Leistungsfaktor bestimmt, während sein Höchstwert vom Schaltaugenblick abhängt.As is known from the theory of switching processes, the course of the decaying compensating element becomes determined by the power factor, while its maximum value depends on the switching instant.

Je nach Verlauf des Kurzschlußstromes wird durch den Kurzschlußauslöser im allgemeinen über die Schaltmechanik die Kontaktstrecke geöffnet, und es tritt an den Kontakten die Bogenspannung Ub (Fig· 1) auf. Der weitere Verlauf des Kurzschlußstromes hängt vom Leistungsfaktor des Stromkreises einerseits und der Höhe der Bogenspannung andererseits ab. Je höher die Licht-Depending on the course of the short-circuit current, the short-circuit release generally opens the contact path via the switching mechanism, and the arc voltage Ub (FIG. 1) occurs at the contacts. The further course of the short-circuit current depends on the power factor of the circuit on the one hand and the level of the arc voltage on the other. The higher the light

selbsttätig abschaltenderautomatic shutdown

Niederspannungs-LeistungsschalterLow voltage circuit breaker

Anmelder:Applicant:

Stotz-Kontakt G.m.b.H.,
Heidelberg, Eppelheimer Str. 82Stotz-Kontakt GmbH,
Heidelberg, Eppelheimer Str. 82

Dipl.-Ing. Horst Diubig, Heidelberg-Wieblingen,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Horst Diubig, Heidelberg-Wieblingen,
has been named as the inventor

bogenspannung im Verhältnis zur Netzspannung ist, um so schneller wird bei gleichem Leistungsfaktor der Kurzschlußstrom auf den Wert Null zurückgeführt. Dieser Zeitpunkt liegt in jedem Falle vor dem Nulldurchgang der unbeeinflußten Stromkurve.arc voltage in relation to the mains voltage, the faster the Short-circuit current returned to the value zero. This point in time is in any case before the zero crossing the unaffected current curve.

Die Gesamtdauer des Kurzschlusses (Gesamtausschaltzeit) hängt davon ab, wie groß einerseits die Zeitdauer vom Kurzschlußbeginn bis zum Öffnen der Kontakte (Ausschaltverzug) und wie groß anderseits die Lichtbogendauer, d. h. die Zeit vom Öffnen der Kontakte bis zum Erlöschen des Lichtbogens, ist. Der Ausschaltverzug setzt sich aus der Auslösezeit, d. h. der Zeit vom Beginn des Kurzschlusses bis zum Entklinken der Schaltermechanik, und der Eigenzeit des Schaltgerätes zusammen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Auslösezeit offenbar sehr stark vom Schaltaugenblick abhängig.The total duration of the short circuit (total switch-off time) depends, on the one hand, on how long the duration is from the start of the short circuit to the opening of the contacts (switch-off delay) and how large the Arc duration, d. H. is the time from the opening of the contacts to the extinguishing of the arc. The switch-off delay is made up of the tripping time, d. H. the time from the start of the short circuit to the unlatching of the Switch mechanics, and the operating time of the switching device together. As can be seen from Fig. 2, the trigger time is apparently very much dependent on the switching moment.

Bekanntlich werden an die Kurzschlußauslöser von Leistungsschaltern Forderungen in dem Sinne gestellt, daß sie bei einem bestimmten Vielfachen des Nennstromes ansprechen sollen. Diese Auslöser werden also erst dann überhaupt auf den Kurzschlußstrom reagieren, wenn er den Wert ihres Ansprechstromes überschreitet.As is well known, demands are made on the short-circuit releases of circuit breakers in the sense that that they should respond at a certain multiple of the rated current. So these triggers will be only react to the short-circuit current when it exceeds the value of their response current.

Die Stromkurve 2, die im Schaltzeitpunkt I beginnt, würde z. B. erst nach der Zeit t_x eine Wirkung auf den Kurzschlußauslöser ausüben, wenn die Stromgröße unterhalb der NuUinie kleiner als der Ansprechstrom des Auslösers ist. Für die im Schaltzeitpunkt III beginnende Stromkurve 3 würde sich die wesentlich kleinere Zeit t₃ ergeben. Es ist also ersichtlich, daß die Auslösezeit sehr stark vom Schaltwinkel bezüglich der Kurve des eingeschwungenen Kurzschlußstromes vom Leistungsfaktor des Kurzschlußkreises und dem Verhältnis Ansprechstrom des Auslösers zur Höhe des eingeschwungenen Kurzschlußstromes abhängt.The current curve 2, which begins at the switching time I, would, for. B. exert an effect on the short-circuit release only after the time t _x when the current value below the NuUinie is less than the response current of the release. For the current curve 3 beginning at switching time III, the significantly shorter time t _{3 would} result. It can therefore be seen that the tripping time depends very strongly on the switching angle with respect to the curve of the steady-state short-circuit current, the power factor of the short-circuit circuit and the ratio of the response current of the release to the level of the steady-state short-circuit current.

009 529/215009 529/215

3 43 4

Der zweite Zeitanteil, die Eigenzeit des Schalters, ist herkömmlicher Bauart und für einen Selbstschalter 52The second time component, the proper time of the switch, is of conventional design and for an automatic switch 52

im allgemeinen nur vom mechanischen Aufbau des gemäß den vorstehend genannten Überlegungen einge-generally only from the mechanical structure of the

Gerätes abhängig und wird von den elektrischen Größen zeichnet,Device-dependent and is based on the electrical parameters,

des Schalters und Kurzschlußkreises nicht beeinflußt. Der bekannte Selbstschalter Sl hat mit Rücksichtof the switch and short circuit are not affected. The well-known self-switch Sl has to be considered

Der dritte Zeitanteil, nämlich die Lichtbogendauer, 5 auf seinen Einsatz bei 220 V eine Lichtbogenspannung wird um so kleiner, je höher die Lichtbogenspannung von etwa 300 V. Bei einer Prüfspannung von 380 V an den Kontakten ist und je schneller diese hohe Spannung +10% ergibt sich eine Netzspannungsamplitude von erreicht wird. Versuche zeigten, daß namentlich der etwa 600 V, so daß das Verhältnis der Lichtbogen-Anstieg der Lichtbogenspannung sehr stark von der spannung zur Netzspannungsamplitude etwa 0,5 ist, Höhe des Stromes im Öffnungsmoment der Kontakte 10 während bei dem neuen Selbstschalter S2 die Lichtbogenabhängig ist, und zwar wird der Anstieg um so langsamer spannung etwa gleich der Netzspannungsamplitude, also erfolgen, je höhere Werte der Strom erreicht hat. Mithin das Verhältnis etwa gleich 1 ist.The third time component, namely the arc duration, 5 on its use at 220 V an arc voltage becomes smaller, the higher the arc voltage of approx. 300 V. With a test voltage of 380 V. is at the contacts and the faster this high voltage + 10% results in a mains voltage amplitude of is achieved. Experiments showed that namely the about 600 V, so that the ratio of the arc rise the arc voltage is very different from the voltage to the mains voltage amplitude about 0.5, Amount of the current at the moment of opening of the contacts 10 while in the new circuit breaker S2 the arc is dependent, namely the slower the increase in voltage is approximately equal to the mains voltage amplitude, ie take place, the higher values the current has reached. So the ratio is roughly equal to 1.

wird also auch die Lichtbogenzeit von der Größe des Für die Schaffung eines neuzeitliche AnforderungenSo the arc time will also depend on the size of the For the creation of a modern requirement

Ausschaltverzuges beeinflußt. erfüllenden Selbstschalters genügt es jedoch keineswegs,Switch-off delay influenced. fulfilling self-switch, however, it is by no means sufficient

Als zwei für die Beanspruchung eines Leistungs- 15 einfach von dem Gedanken einer hohen Lichtbogenschalters charakteristische Größen können die beim spannung und eines kleinen Ausschaltverzuges Gebrauch Abschaltvorgang in der Schaltkammer durch den Licht- zu machen. Es sind vielmehr hierfür aus nachstehend bogen erzeugte Lichtbogenarbeit und die in den strom- genannten Gründen noch weitere technische Gesichtsführenden Teilen während des Kurzschlusses umgesetzte punkte maßgebend.As two for the use of a power 15 simply from the thought of a high arc switch characteristic values can be the case of voltage and a small switch-off delay Switch off process in the switching chamber by means of the light. Rather, it is for this purpose from below arc-generated arc work and the other technical face-leading forces in the current-mentioned reasons Share points implemented during the short circuit.

Verlustarbeit, worunter insbesondere die Jouleschen _z0 So wurde festgestellt, daß der Ausschaltverzug sehr Verluste des thermischen Auslösers fallen, betrachtet stark davon abhängt, in welchem Schaltaugenblick der werden. Die Lichtbogenarbeit hängt von der Höhe des Kurzschluß eingeleitet wird, da der Stromanstieg von im Öffnungsmoment der Kontakte fließenden Stromes, diesem stark abhängig ist. Hierbei verstreicht einmal vom Stromverlauf während der Lichtbogendauer, von eine unterschiedliche Zeit bis zum Erreichen des Ander Lichtbogendauer sowie von der Bogenspannung ab. 25 sprechwertes des magnetischen Auslösers, zum anderen Die Stromhöhe im Öffnungsmoment ist, wie aus dem bedingt der unterschiedliche Stromanstieg eine unter-Vorhergesagten ersichtlich, durch den Ausschaltverzug schiedliche Beschleunigung des magnetischen Auslösers, gegeben, und damit ist dieser im Zusammenhang mit der so daß also für verschiedene Schaltwinkel der Ausschalt-Lichtbogenspannung für die Lichtbogenarbeit von großem verzug verschiedene Werte annehmen muß. Eine weitere Einfluß. 30 Größe, die den Ausschaltverzug wesentlich beeinflußt,Loss work, including in particular the Joule z0 So it was found that the switch-off _{delay falls very much.} The arc work depends on the level of the short-circuit that is initiated, since the current rise is strongly dependent on the current flowing when the contacts open. Here, once from the current curve during the arc duration, from a different time until the other arc duration is reached, as well as from the arc voltage. 25 speaking value of the magnetic release, on the other hand, the current level at the moment of opening is, as can be seen from the under-predicted due to the different current rise, due to the switch-off delay different acceleration of the magnetic release, and this is in connection with the so that so for different switching angles of the breaking arc voltage for the arc work of great delay must assume different values. Another influence. 30 variable that has a significant influence on the switch-off delay,

Die Verlustarbeit hängt, wie ohne weiteres einzusehen ist die Höhe des Ansprechwertes des magnetischen ist, im wesentlichen von der Gesamtdauer des Kurz- Auslösers. Dieser wird im allgemeinen als Verhältnis-Schlusses sowie vom Stromverlauf, insbesondere der wert, bezogen auf den Nennstrom, z. B. 6 · Jn, angegeben. Stromhöhe, ab. Die Zeit bis zum Erreichen dieses Ansprechwertes wirdThe work loss depends, as is readily apparent from the level of the response value of the magnetic, essentially on the total duration of the short release. This is generally referred to as the ratio conclusion and the current curve, in particular the value based on the nominal current, z. B. 6 · Jn . Current level, from. The time until this response value is reached is

In den Diagrammen der Fig. 3 und 4 sind an Hand 35 daher von dem Verhältnis zwischen Ansprechstrom undIn the diagrams of FIGS. 3 and 4 are therefore on hand 35 of the relationship between response current and

ermittelter Stromkurven unabhängig vom Schaltaugen- eingeschwungenem Kurzschlußstrom abhängig sein,determined current curves be dependent on the switching eye settled short-circuit current,

blick die Höchstwerte für die Lichtbogenarbeit K und Weiterhin hat sich gezeigt, daß die an der Kontakt-view the maximum values for the arc work K and Furthermore, it has been shown that the

die Verlustarbeit W in Abhängigkeit von der Lichtbogen- strecke erzielte Lichtbogenspannung nicht konstant ist,the energy loss W as a function of the arc voltage achieved is not constant,

spannung U_B im Verhältnis zur Netzspannungsampli- sondern je nach der Schalterkonstruktion mehr odervoltage U _B in relation to the Netzspannungsampli- but more or depending on the switch construction

tude Um mit dem Ausschaltverzug t_v als Parameter bei 40 weniger stark schwankt. Ferner wird sie auch, ebenfallstude To with the switch-off delay t _v as a parameter at 40 fluctuates less strongly. Further, she will, too, too

einem cos 9% = 0,7 dargestellt. abhängig von der Schalterkonstruktion, ihren Mittelwerta cos 9% = 0.7. depending on the switch design, its mean value

Diesen beiden Darstellungen kann entnommen werden, während der Lichtbogendauer, im allgemeinen imFrom these two representations it can be seen that during the duration of the arc, in general

daß die Kurven für die Lichtbogenarbeit mit steigender fallenden Sinne, mehr oder weniger stark ändern.that the curves for the arc work change more or less strongly with increasing decreasing senses.

Lichtbogenspannung nach einem sehr steilen Anstieg bis Auf Grund dieser Tatsachen mußten daher, da dieArc voltage after a very steep increase up to Due to these facts, therefore, since the

zu einem Maximum wieder abfallen und die Kurven für 45 Höhe der Lichtbogenspannung und die Größe des Aus-drop again to a maximum and the curves for the level of the arc voltage and the size of the

die Verlustarbeit unter gleichen Bedingungen einen schaltverzuges lediglich nur als Richtwerte dienen konnten,the lost work under the same conditions a switching delay could only serve as a guide,

starken Abfall aufweisen. Daraus ergibt sich, daß bei weitere Überlegungen darüber angestellt werden, inshow strong decline. It follows that further considerations will be made in

einer sehr kleinen Lichtbogenspannung zwar die Licht- welcher Weise die vorstehend erwähnten technischena very small arc voltage although the light - whichever way the above-mentioned technical

bogenarbeit klein ist, dagegen aber die Verlustarbeit Erfordernisse festgelegt werden können. Hier setzt nunbow work is small, but on the other hand the loss work requirements can be set. Here is now

hohe Werte annimmt. Beide Größen sind dabei gar nicht 50 die vorliegende Erfindung ein.assumes high values. Both sizes are not at all a part of the present invention.

oder nur wenig vom Ausschaltverzug abhängig. Es wurde festgestellt, daß als charakteristische Größeor only slightly dependent on the switch-off delay. It was found to be the characteristic quantity

Auch in dem Bereich, in dem die Lichtbogenarbeit ein für die Lösung des gestellten Problems und der gestelltenEven in the area in which the arc work is one of the solutions to the problem posed and the one posed

Maximum aufweist, hat die Verlustarbeit noch hohe Aufgabe die Kurzschlußdauer (Gesamtausschaltzeit) ver-Maximum, the energy loss still has a high task to reduce the short-circuit duration (total switch-off time)

Werte, wobei sich lediglich bei sehr kleinem Ausschalt- wendet werden kann und daß bei einer maximalenValues, whereby it is only possible to turn off with a very small switch-off and that with a maximum

verzug ein Abfall bemerkbar macht. Erst wenn man 55 Kurzschlußdauer für bestimmte Kombinationen vondelay makes a drop noticeable. Only when you have 55 short circuit duration for certain combinations of

über das Maximum der Lichtbogenarbeit hinausgeht, LichtbogenspannungundAusschaltverzuggewisseHöchst-goes beyond the maximum of the arc work, arc voltage and switch-off delay certain maximum

tritt ein Abfall der Lichtbogenarbeit und der Verlust- werte für Lichtbogenarbeit und Verlustarbeit bei be-if there is a drop in the arc work and the loss values for arc work and lost work

arbeit ein, der um so größer ist, je kleiner der Ausschalt- liebigen Schaltwinkeln nicht überschritten werden,work in, which is greater, the smaller the switch-off switching angles are not exceeded,

verzug gewählt wird. Das Arbeiten in den rechten, von Man kann diesen Grenzwert der Kurzschlußdauerdefault is chosen. Working in the right, by one can limit this short circuit duration

der Mitte der Diagramme ausgehenden Gebieten hat 60 bzw. der Gesamtausschaltzeit dadurch unterschreiten,areas outgoing from the middle of the diagrams has fallen below 60 or the total switch-off time,

demnach den Vorteü, daß die Lichtbogenarbeit und die daß einmal eine sehr hohe Lichtbogenspannung mittherefore the advantage that the arc work and that once a very high arc voltage with

Verlustarbeit auf außerordentlich geringe Werte ge- einem größeren Wert des Ausschaltverzuges und zumLoss work to extremely low values - a larger value of the switch-off delay and to the

bracht werden können. anderen eine weniger hohe Lichtbogenspannung mitcan be brought. others have a lower arc voltage

Aus diesen Überlegungen ergibt sich, daß ein Selbst- einem sehr kleinen Ausschaltverzug kombiniert wird,From these considerations it follows that a self-delayed switch-off is combined with a very small switch-off delay,

schalter mit hoher Lichtbogenspannung etwa gleich der 65 wobei für die Leistungsgrenze des Schalters nur dieswitch with high arc voltage approximately equal to 65, with only the

Höhe der Netzspannungsamplitude und mit kleinem gesamte Kurzschlußdauer ausschlaggebend ist. So istThe level of the mains voltage amplitude and with a small total short-circuit duration is decisive. So is

Ausschaltverzug von etwa 1 msec wesentlich günstigere aus Fig. 3 ersichtlich, daß man beispielsweise für dieSwitch-off delay of about 1 msec, which is much more favorable from FIG. 3, shows that, for example, for the

Ergebnisse zeigt als die bisher auf dem Markt befind- Lichtbogenarbeit des neuen Schalters S2 den gleichenThe results of the arc work of the new S2 switch are the same as those previously on the market

liehen Geräte. Als Vergleich hierzu ist in den Fig. 3 und 4 Wert erhält, wenn die Lichtbogenspannung auf dasborrowed equipment. As a comparison, the value in FIGS. 3 and 4 is obtained when the arc voltage is reduced to the

die Lage der Arbeitspunkte für einen Selbstschalter Sl 70 l,5fache der Netzspannungsamplitude gebracht wird,the position of the operating points for a circuit breaker Sl 70 l is brought to 5 times the mains voltage amplitude,

5 65 6

wobei der Ausschaltverzug etwa 1,5 msec beträgt, Kurve 7 dem Verhältnis 1: 40 zugeordnet ist. Man kannwhere the switch-off delay is about 1.5 msec, curve 7 is assigned to the ratio 1:40. One can

während für den eingetragenen Punkt dieses Schalters ferner aus der Fig. 5 erkennen, daß in dem Leistungs-while for the entered point of this switch also recognize from Fig. 5 that in the power

der Wert für das Verhältnis von Lichtbogenspannung zur faktorbereich von 0,7 bis 0,85 die Gesamtausschaltzeitthe value for the ratio of the arc voltage to the factor range from 0.7 to 0.85 the total switch-off time

Netzspannungsamplitude 1 und für den Ausschaltverzug in jedem der genannten Fälle unterhalb 10 msec liegt.Mains voltage amplitude 1 and for the switch-off delay in each of the cases mentioned is below 10 msec.

1 msec ist. Die gleichen Voraussetzungen gelten auch für 5 Für die Maßnahmen, mit denen diese Abstimmung1 msec. The same conditions also apply to 5 For the measures with which this coordination

die Verlustarbeit. durchgeführt werden kann, können, wie bereits erwähnt,the loss of work. can be carried out, as already mentioned,

Es lassen sich also zur Erreichung optimaler Eigen- bei Selbstschaltern an sich bekannte Mittel dienen, vonIt can therefore be used to achieve optimal self-switching means known per se from

schäften durch geeignete Kombinationen von hoher Licht- denen nachstehend einige aufgezählt werden,shafts by suitable combinations of high light - some of which are listed below,

bogenspannung und kleinem Ausschaltverzug, und zwar Bei einem Leistungsschalter mit Einfachunterbrechungarc voltage and a small switch-off delay, namely in the case of a circuit breaker with single interruption

unter den verschiedensten Variationen, außerordentlich io kann beispielsweise der Lichtbogen in der SchaltkammerAmong the most diverse variations, the electric arc in the switching chamber, for example, can be extraordinarily good

günstige Beanspruchungen für das Schaltgerät einhalten, in an sich bekannter Weise in eine große Anzahl Teillichtwobei diese Beanspruchungen für keinen Schaltaugenblick bogen unterbrochen werden. Ferner kann auch durch dieAdhere to favorable stresses for the switching device, in a manner known per se in a large number of partial lights these stresses are not interrupted for any switching moment. Furthermore, the

(Kurzschlußbeginn) überschritten werden. Untersuchun- an sich bekannte Mehrfachunterbrechung und durch gen zeigten, daß auch unter Berücksichtigung des vom Verwendung entsprechender Lichtbogenkammern eine Schaltaugenblick abhängigen Ausschaltverzuges die in 15 hohe Lichtbogenspannung erzielt und durch geeignete den Diagrammen (Fig. 3 und 4) angegebenen Werte nicht Anordnung der Kontakte sowie insbesondere durch(Start of short circuit) are exceeded. Multiple interruptions known per se and through gen showed that even taking into account the use of appropriate arc chambers a Switching off delay dependent on the switching instant achieved the high arc voltage in 15 and suitable the diagrams (Fig. 3 and 4) indicated values not arrangement of the contacts as well as in particular by

überschritten werden, wenn etwa der kleinste Wert des magnetische Beblasung dafür Sorge getragen werden, daßbe exceeded when about the smallest value of the magnetic blowing care must be taken that

Ausschaltverzuges bei den ganzen Überlegungen zugrunde der Lichtbogen möglichst schnell seine maximale LängeSwitch-off delay in all the considerations based on the arc as quickly as possible its maximum length

gelegt wird. und somit seine höchstmögliche Spannung erreicht.is placed. and thus reached its highest possible tension.

Da im allgemeinen von einem Schaltgerät verlangt 20 Zur Erzielung eines kurzen Ausschaltverzuges könnenAs generally required of a switching device 20 To achieve a short switch-off delay can

wird, daß es bestimmte Kurzschlußströme, d.h. Werte des beispielsweise Auslöse- und Eigenzeit für sich möglichstthat there are certain short-circuit currents, i.e. values of the, for example, tripping and operating time for themselves as possible

eingeschwungenen Kurzschlußstromes bei gegebenem klein gehalten werden. Zur weiteren Verringerung dessettled short-circuit current can be kept small for a given. To further reduce the

Leistungsfaktor des Kurzschlußkreises, einwandfrei unter- Ausschaltverzuges kann beispielsweise der magnetischePower factor of the short-circuit circuit, faultlessly under switch-off delay, for example, the magnetic

brechen soll, so kann die Beanspruchung des Schalt- Auslöser des Leistungsschalters, wie an sich bekannt,should break, the stress on the switching release of the circuit breaker, as is known per se, can

gerätes von der konstruktiven Seite her sehr stark 25 gleichzeitig mit dem oder kurz nach dem Entklinken derdevice from the constructive side very strongly 25 simultaneously with or shortly after the unlatching of the

dadurch beeinflußt werden, daß man also dafür Sorge Schaltmechanik unmittelbar die Kontaktstrecke öffnen,can be influenced by the fact that switching mechanics open the contact path directly,

trägt, die Kurzschlußdauer niedrig zu halten. Sie ist In diesem Falle ist es denkbar, den als Schlagankerhelps to keep the short circuit duration low. In this case it is conceivable that it is used as a drop anchor

jedoch, wie bereits erwähnt, sehr stark vom Kurzschluß- ausgebildeten Anker des Magnetsystems sowohl auf diehowever, as already mentioned, very much from the short-circuit armature of the magnet system both on the

beginn, d. h. vom Schaltzeitpunkt (Schaltwinkel), ab- Klinkenanordnung der Schaltmechanik als auch auf denbeginning, d. H. from the switching time (switching angle), from the latch arrangement of the switching mechanism as well as on the

hängig. Da also die einzelnen Beanspruchungswerte für 30 beweglichen Schaltkontakt derart einwirken zu lassen,pending. Since the individual stress values for 30 movable switching contacts are to act in such a way,

die verschiedenen Schaltzeitpunkte sehr unterschiedlich daß die Entklinkung der Schaltmechanik spätestensthe different switching times very different that the unlatching of the switching mechanism at the latest

sind, ist es wichtig, diejenigen mit den ungünstigsten gleichzeitig mit der Kontaktöffnung erfolgt.it is important that those with the worst are done simultaneously with the contact opening.

Beanspruchungen zu vermeiden. Es ist bekannt, daß In Fig. 6 ist eine Auslösevorrichtung mit SchlagankerTo avoid stress. It is known that in Fig. 6 there is a release device with an impact armature

man durch geeignete Steuermittel die Öffnung der gemäß der Erfindung dargestellt.the opening of the according to the invention is represented by suitable control means.

Schaltstrecke nur in bestimmten Schaltzeitpunkten 35 Der Schlaganker 8 des magnetischen Auslösers 9 trägt zuläßt. Durchgeführte Versuche zeigten, daß man jedoch ein Betätigungsglied 10 mit einem Anschlag 11. Das eine weitgehende Unabhängigkeit der Schaltgeräte- Betätigungsglied 10 wirkt beim Anzug des als Tauchbeanspruchung vom Schaltwinkel und damit eine starke anker ausgebildeten Schlagankers 8 unmittelbar auf den Herabsetzung der höchsten Beanspruchungswerte dann unter dem Druck der Feder 12 stehenden, mit dem festen erreichen kann, wenn man durch geeignete Kombination 40 Gegenkontakt 13 zusammenarbeitenden Kontakt 14 und von hoher Lichtbogenspannung und kleinem Ausschalt- der Anschlag 11 auf die Klinke 15 der vollständigen verzug dafür Sorge trägt, daß die größte Gesamtaus- Schaltmechanik 16 ein.Switching path only at certain switching times 35 The armature 8 of the magnetic release 9 carries allows. Tests carried out showed that, however, an actuator 10 with a stop 11. The a substantial independence of the switching device actuating element 10 acts as a diving stress when tightening the from the switching angle and thus a strong anchor trained impact armature 8 directly on the Reduction of the highest stress values then standing under the pressure of the spring 12, with the fixed can be achieved if one through a suitable combination 40 mating contact 13 cooperating contact 14 and of high arc voltage and small switch-off, the stop 11 on the pawl 15 of the complete delay ensures that the largest overall switch mechanism 16 a.

schaltzeit des Leistungsschalters für beliebige Schalt- Die Abstände a, b, c sind hierbei entsprechend be-switching time of the circuit breaker for any switching The distances a, b, c are here correspondingly

winkel unter gewisse Werte heruntergesetzt wird. . messen, und zwar ist der Abstand α größer oder höchstensangle is reduced below certain values. . measure, namely the distance α is greater or at most

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstrom- 45 gleich dem Abstand b, so daß die Entklinkung der kurzschlüsse selbsttätig abschaltenden Niederspannungs- Schaltmechanik 16 entweder kurz vor oder mit der un-Leistungsschalter mit kleinem Ausschaltverzug und hoher mittelbar durch das Betätigungsglied 10 des Schlag-Lichtbogenspannung. Sie besteht darin, daß der einen ankers 8 bewirkten Beeinflussung der Kontakte 13, 14 sehr kleinen Ausschaltverzug von 1 msec hervorrufende erfolgt.The invention relates to an alternating current 45 equal to the distance b, so that the unlatching of the short-circuits automatically disconnecting low-voltage switching mechanism 16 either shortly before or with the un-circuit breaker with a small switch-off delay and higher indirectly through the actuator 10 of the impact arc voltage. It consists in the fact that an armature 8 affects the contacts 13, 14 causing a very small switch-off delay of 1 msec.

Kurzschlußauslöser einen Schlaganker aufweist, der un- 50 Es sind wohl bereits Kurzschlußauslöser mit einem mittelbar auf die beweglichen Kontakte und die Klinke Schlaganker für Niederspannungs-Selbstschalter bekannt, der Schaltmechanik einwirkt und als Tauchanker aus- Hierbei ist jedoch der Schlaganker als Klappanker gebildet ist, daß ein Schaltkammersystem mit einem so ausgebildet. Ein Klappanker besitzt aber insbesondere großen Raum vorgesehen ist, daß eine der Größe der in bezug auf die KraftHnienverteilung bei Sättigung des Netzspannungsamplitude entsprechende Lichtbogen- 55 Eisens, wie dies bei hohen Kurzschlußströmen zwangspannung hervorgerufen wird, und daß der Ausschalt- läufig auftritt, nicht die vorteilhafte Krafterhöhung eines verzug und die Lichtbogenspannung derart aufeinander Tauchankers, der daher schneller und kräftiger in seiner abgestimmt sind, daß bei einem Leistungsfaktorbereich Wirkung ist. Bei diesen Kurzschlußauslösern muß ferner von 0,7 bis 0,85 und einem Verhältnis zwischen Ansprech- der Schlaganker vorerst ein Kniegelenk über seine Totstrom und eingeschwungenem Kurzschlußstrom von 60 punktlage bringen, bevor er wirksam werden kann, was 1:10 die größte Gesamtausschaltzeit für die ungünstigste sich wiederum nachteilig im Hinblick auf eine schnelle Phasenlage des Kurzschlußbeginns unterhalb 10 msec Kontaktbetätigung auswirkt. Mit einem derartigen liegt. Schlagankerauslöser ist es demnach nicht möglich, einenThe short-circuit release has a strike armature, which is 50 There are probably already short-circuit releases with a known indirectly to the moving contacts and the latch armature for low-voltage circuit breakers, the switching mechanism acts and acts as a plunger armature is formed that a switching chamber system is formed with a so. But a hinged anchor has in particular large space is provided that one of the size of the force in relation to the distribution of forces at saturation of the Mains voltage amplitude corresponding arc iron, as in the case of high short-circuit currents, forced voltage is caused, and that the switch-off occurs frequently, not the advantageous increase in force of a warpage and the arc voltage in such a way on each other plunger, which is therefore faster and stronger in its are coordinated that there is an effect in a power factor range. These short-circuit releases must also from 0.7 to 0.85 and a ratio between the response of the impact anchor for the time being a knee joint via its dead current and bring a steady short-circuit current of 60 point position before it can take effect, what 1:10 the largest total switch-off time for the most unfavorable turn disadvantageous with regard to a fast Phase position of the start of the short circuit below 10 msec contact actuation affects. With such a lies. It is therefore not possible to use a snap anchor trigger

Die Höhe der festgestellten Werte für die Gesamt- außerordentlich kleinen Ausschaltverzug von etwa 1 msecThe amount of the determined values for the overall extremely small switch-off delay of about 1 msec

ausschaltzeit in Abhängigkeit vom Leistungsfaktor und 65 zu erreichen.switch-off time depending on the power factor and 65.

dem Verhältnis zwischen dem Ansprechstrom des Bei diesem Selbstschalter sind ferner zwei Spulen zurthe ratio between the response current of the In this circuit breaker are also two coils for

Leistungsschalters und der Höhe des eingeschwungenen Erzielung eines starken Blasfeldes durch ein EisenjochCircuit breaker and the level of the swung to achieve a strong blowing field through an iron yoke

Kurzschlußstromes geht aus Fig. 5 hervor, wobei die miteinander verbunden. Mit einer solchen Blasfeldanord-Short-circuit current can be seen from Fig. 5, the interconnected. With such a blown field arrangement

Kurve 4 dem Verhältnis 1:10, die Kurve 5 dem Ver- nung können jedoch die geforderten Werte einer hohenCurve 4 has the ratio 1:10, but curve 5 has a high value

hältnis 1:15, die Kurve 6 dem Verhältnis 1 : 20 und die 70 Lichtbogenspannung nicht erreicht werden, weil dieratio 1:15, curve 6 the ratio 1:20 and the 70 arc voltage cannot be achieved because the

erforderliche Richtung des magnetischen Blasfeldes nur in unmittelbarer Umgebung der Spulenachse vorhanden ist und daher die Längenausdehnung des Lichtbogens durch die Abmessungen der Spulen begrenzt wird. Man müßte daher schon, um eine genügend hohe Lichtbogenspannung zu erzeugen, außerordentlich große Blasspulen verwenden, für die aber in einem Selbstschalter kein Raum vorhanden ist. Demzufolge ist mit der zulässigen magnetischen Blasung bei Selbstschaltern eine der Netzspannung entsprechende und aufrechtzuerhaltende Lichtbogenspannung nicht zu erreichen.required direction of the magnetic blown field only available in the immediate vicinity of the coil axis and therefore the linear expansion of the arc is limited by the dimensions of the coils. Man therefore, in order to generate a sufficiently high arc voltage, extremely large blown coils would have to be used but for which there is no room in an automatic switch. As a result, the permissible Magnetic blowing in the case of automatic switches, an arc voltage that corresponds to the mains voltage and must be maintained unavailable.

Die Anwendung einer hohen, mit der Netzspannung übereinstimmenden Lichtbogenspannung zur Lichtbogenlöschung erfolgte bisher nur bei Hochspannungsschaltern. Abgesehen davon, daß bei diesen Hochspannungsschaltern die Erzeugung einer solch hohen Lichtbogenspannung mitganz anderen undbedeutendkomplizierteren Mitteln als bei Niederspannungsschaltem erreicht wird, ist hierbei auch die Abschaltung mit einem außerordentlich kleinen Ausschaltverzug nicht möglich, da die für so große SchaltstückbescMeunigungen benötigten Kräfte durch Federn oder Druckluftspeicher nicht erzielt werden können und zum anderen die Festigkeit der die Kontakte tragenden Teile und der Lager nicht mehr ausreicht.The use of a high arc voltage that corresponds to the mains voltage to extinguish arcs so far only occurred with high-voltage switches. Apart from the fact that with these high-voltage switches the creation of such a high arc voltage with quite different and significantly more complicated ones Means than is achieved with low-voltage switches, the shutdown is also extraordinary here A small switch-off delay is not possible because the forces required for such large contact pieces are not possible can not be achieved by springs or compressed air storage and on the other hand, the strength of the contacts load-bearing parts and the bearings are no longer sufficient.

Es sei weiterhin noch darauf hingewiesen, daß weder bei den Selbstschaltern mit Schlaganker noch bei den Hochspannungsschaltern die Anordnung so getroffen ist, daß der Ausschaltverzug und die Lichtbogenspannung ■derart aufeinander abgestimmt sind, daß bei einem Leistungsfaktorbereich von 0,7 bis 0,85 und einem Verhältnis zwischen Ansprechstrom und eingeschwungenem Kurzschlußstrom von 1:10 die größte Gesamtausschaltzeit für die ungünstigste Phasenlage des Kurzschlußbeginns unterhalb 10 msec liegt.It should also be pointed out that neither with the self-switches with impact armature nor with the High-voltage switches the arrangement is made so that the switch-off delay and the arc voltage ■ are coordinated in such a way that with a power factor range of 0.7 to 0.85 and one Ratio between response current and settled short-circuit current of 1:10 is the largest total switch-off time for the most unfavorable phase position of the start of the short circuit is below 10 msec.

Der neue Niederspannungsschalter besitzt gegenüber den bekannten Schaltern ähnlicher Art insbesondere den Vorteil, daß durch geeignete Kombination von hoher Lichtbpgenspannung und kleinem Ausschaltverzug bei Verwendung einfacher und an sich bekannter Mittel außerordentlich günstige Schalterbeanspruchungen auftreten, die für keinen Einschaltaugenblick überschritten werden, wodurch bei üblichen Schalterabmessungen eine sehr hohe Schaltleistung erreicht wird, die auf einen doppelten Kurzschlußstromwert als bei den bisherigen Niederspannungsschaltern ähnlicher Art erhöht werden kann.The new low-voltage switch has in particular compared to the known switches of a similar type the advantage that with a suitable combination of high arc voltage and small switch-off delay Use of simple and well-known means is extraordinary favorable switch loads occur, which are not exceeded for any moment of switch-on, whereby a very high switching capacity is achieved with normal switch dimensions, which is doubled Short-circuit current value can be increased than in the previous low-voltage switches of a similar type.

Claims

Claim:

AC short-circuits automatically disconnecting low-voltage circuit breakers with a small turn-off delay and high arc voltage, characterized in that the short-circuit release, which causes a very small turn-off delay of 1 msec, has an armature that acts directly on the moving contacts (14) and the pawl (15) of the switching mechanism and is designed as a plunger armature (8) that a switching chamber system is provided with such a large space that an arc voltage corresponding to the size of the mains voltage amplitude is generated, and that the switch-off delay and the arc voltage are coordinated in such a way that with a power factor range of 0, 7 to 0.85 and a ratio between the response current and the steady-state short-circuit current of 1:10, the longest total switch-off time for the most unfavorable phase position of the start of the short circuit is below 10 msec.

Considered publications:
German Patent Nos. 744559, 834 869;
Austrian Patent No. 172 562;
Swiss Patent No. 236 476;
ETZ-A, 1953, pp. 693 to 698.

1 sheet of drawings