DE1087682B

DE1087682B - Switching device with low-voltage, high-performance fuses

Info

Publication number: DE1087682B
Application number: DEL33656A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Adolf Pfeiffer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-07-06
Filing date: 1959-07-06
Publication date: 1960-08-25

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung mit Niederspannungs-Hochleistungssicherungen, die zum Schutz von elektrischen Anlagen mit Verbrauchern mit hoher betriebsmäßiger Stromaufnahme gegen ungewöhnliche Überlastung und Kurzschlüsse verwendet werden soll.The invention relates to a switching device with low-voltage high-performance fuses that are used for Protection of electrical systems with loads with high operational power consumption against unusual Overload and short circuits should be used.

Zum Schutz 'der Anlage, und zwar der Verbraucher selbst als auch der Leitungen und der einspeisenden Generatoren und Transformatoren hat man selbsttätige — meist elektromagnetisch gesteuerte — Leistungsschalter verwendet. Diese Leistungsschalter lassen sich bei wirtschaftlich vertretbarem, technischem Aufwand, so ausführen, daß sie ein Schaltvermögen .vom ~ 40fachen Wert ihres Nennstromes haben, d. h. daß sie, ohne durch die thermischen und dynamischen Wirkungen des über sie fließenden Stromes geschädigt zu werden, Kurzschlüsse einwandfrei abschalten können.To protect the system, namely the consumer itself as well as the lines and the feeders Generators and transformers have automatic - mostly electromagnetically controlled - circuit breakers used. These circuit breakers can be used with economically justifiable, technical Expenditure, carry out so that they have a switching capacity of ~ 40 times the value of their nominal current, i. H. that they are without being harmed by the thermal and dynamic effects of the current flowing over them to be able to switch off short circuits properly.

Will man erreichen, daß ein Kurzschluß im Verlauf der ersten Halbwelle (10ms, bei 50-periodischem Wechselstrom) auf den Wert Null abgeklungen ist, so muß man durch Sondereinrichtungen dafür sorgen, daß der Schalter strombegrenzend arbeitet. Die bekannten und gebräuchlichen Leistungsschalter haben — konstruktionsbedingt —· eine Eigenzeit von 20 bis 30 ms.If you want to achieve that a short circuit in the course of the first half-wave (10ms, with 50-periodic Alternating current) has decayed to the value zero, special equipment must be used to ensure that that the switch works current limiting. The well-known and common circuit breakers have - due to the design - a proper time of 20 to 30 ms.

Eine noch schnellere strornbegrenzende Abschaltung ist mit den gebräuchlichen Anregegliedern und Schaltmechaniken der Leistungsschalter nicht möglich.An even faster current-limiting shutdown is possible with the common excitation elements and Switching mechanisms of the circuit breakers not possible.

Man will oder muß aber Kurzschlüsse strombegrenzend abschalten. Dazu richtet man den Leistungsschalter strombegrenzend aus und erhöht damit das Schaltvermögen. Dasselbe erreicht man durch eine Kombination von Leistungsschaltern üblicher Bauart mit Vorsicherungen. Damit ist dann auch der Leistungsschalter höher belastbar, da er selbst nicht mit den höchsten auftretenden Effektiv-Stromwerten beansprucht wird.But you want or have to switch off short circuits in a current-limiting manner. To do this, you set up the circuit breaker current-limiting and thus increases the switching capacity. The same can be achieved with a Combination of conventional circuit-breakers with back-up fuses. So that is the circuit breaker more resilient, as it does not itself use the highest effective current values that occur will.

Solche Sicherungen mit Schmelzleiter werden im allgemeinen in genormten Ausführungen für Nennströme bis 600A hergestellt; sie haben ein solches Schaltvermögenj daß der Schmelzleiter durchbrennt, ohne daß die Sicherung als Ganzes zerstört wird.Such fuses with fusible conductors are generally in standardized designs for nominal currents manufactured up to 600A; They have such a switching capacity that the fuse element burns out without the fuse as a whole being destroyed.

Es ist zwar möglich, Sicherungen auch für noch höhere Nennstromstärken beispielsweise bis lOOOA oder sogar bis 6000 A zu bauen. Das ist aber unwirtschaftlich, da Sicherungen für diese Nennstromstärken nur vereinzelt angewendet werden müssen und von Fall zu Fall eine Sonderanfertigung darstellen.It is possible to use fuses for even higher rated currents, for example up to 100A or even to build up to 6000 A. But this is uneconomical, since fuses for these nominal currents only have to be used sporadically and represent a custom-made product on a case-by-case basis.

Man hat eine Sonderanfertigung dadurch vermieden, daß man Sicherungen für die kleinere Nennstromstärke (600 A) in Parallelschaltung anordnete.A custom-made product was avoided by using fuses for the smaller nominal current (600 A) arranged in parallel.

Derartige Sicherungen sind Massenartikel. Selbst wenn für jede einzelne Sicherung auf Grund ihrer Schalteinrichtung mit Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungen Such fuses are mass-produced. Even if for each individual backup based on their Switching device with low-voltage, high-performance fuses

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Dipl.-Ing. Adolf Pfeiffer, Neumünster,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Adolf Pfeiffer, Neumünster,
has been named as the inventor

charakteristischen Eigenschaften bestimmte Richtwerte für Abschaltzeit, Abschaltstrom, Schaltvermögen eingehalten werden können, so handelt es sich doch dabei immer um in gewissen Toleranzen liegende Werte. Diese können daher in einem konstruktionsbedingten, aber auch durch äußere Einflüsse bedingten Bereich schwanken. Außerdem sind aber auch noch in bezug auf die Stromverteilung auf solche parallel geschalteten Sicherungen die Induktivitäten der einzelnen Leitungszüge einschließlich der Sicherungen zu beachten, da durch die verschiedenen Steilheiten des Stromes bei normalen und zulässigen Stromwerten und bei Kurzschlüssen verschiedene Induktivitäten wirksam sind. Daraus folgt, daß parallel geschaltete Sicherungen nicht mit dem gleichen Stromwert beaufschlagt werden und dann z. B. nicht gleichzeitig, sondern zu verschiedenen Zeiten den Stromkreis unterbrechen, so daß damit die angestrebte strombegrenzende Wirkung nicht oder nur unzureichend erzielt wird.characteristic properties certain guide values for disconnection time, disconnection current, switching capacity can be complied with, so it is but always with values within certain tolerances. These can therefore be used in a construction-related, but also fluctuate due to external influences. But also are still in With regard to the current distribution to such fuses connected in parallel, the inductances of the individual Cable runs including the fuses must be observed, as the various steepnesses of the Current with normal and permissible current values and with short circuits different inductivities are effective. It follows that fuses connected in parallel do not have the same current value applied to them and then z. B. not at the same time, but at different times the circuit interrupt, so that the desired current-limiting effect is not achieved or only inadequately achieved will.

Diesen Mangel beseitigt die Erfindung dadurch, daß erfindungsgemäß bei einer Schalteinrichtung mit Niederspannungs-Hochleistungssicherungen, bei der zur Erhöhung der Nennstromstärke in jedem Leitungszug parallel geschaltete Sicherungen angeordnet sind, die an eine gemeinsame Zuleitung und Ableitung angeschlossen sind, sowohl die Längen und damit die ohmschen Widerstände der einzelnen Leitungszüge einschließlich der Sicherungen von der Zugangsklemme bis zur Abgangsklemme als auch die induktiven Widerstände jedes Leitungszuges untereinander dadurch gleichgemacht und für alle betriebsmäßig auf tretenden Belastungsströme und Belastungsstromänderungen konstant gemacht, daß bei Anschluß der Kontaktzuleitungen an zwei parallel verlaufende Verteilungsschienen die Zugangsklemme und Abgangsklemme an diagonal gegenüberliegenden Punkten der The invention eliminates this deficiency in that, according to the invention, with a switching device Low-voltage high-performance fuses in which fuses are arranged in parallel in each cable run to increase the rated current, which are connected to a common supply line and discharge line, both the lengths and thus the Ohmic resistance of the individual cable runs including the fuses from the access terminal to the output terminal as well as the inductive ones Resistance of each line of cables is thus equalized and for all operationally occurring Load currents and load current changes made constant that when connecting the contact leads the access terminal and output terminal at diagonally opposite points of the

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Schienen angeordnet sind, und daß durch jedem Leitungszug zugeordnete Eisenkerne die Induktivität der Leitungszüge abgeglichen ist.Rails are arranged, and that the inductance of the iron cores assigned to each line run Cable runs are balanced.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Darin ist inAn exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. Inside is in

Fig. 1 eine Schaltanordnung, bestehend aus einem selbsttätigen Leistungsschalter und diesem nachgeschalteten Niederspannungs-Hochleistungssicherungen, inFig. 1 shows a switching arrangement consisting of an automatic circuit breaker and this downstream Low-voltage high-performance fuses, in

Fig. 2 der Zusammenbau parallel geschalteter Sieherungen, inFig. 2 the assembly of sieves connected in parallel, in

Fig. 3 ein Diagramm der Wirkungsweise der Anordnung wiedergegeben.3 shows a diagram of the mode of operation of the arrangement.

Gemäß Fig. 1 ist RST die Einspeiseseite eines Drehstrom-Versorgungssystems, UVW ist die Verbraucherseite. Mit 1 ist ein selbsttätiger Leistungsschalter bekannter Bauart, mit 2 ist ein System von Niederspannungs-Hochleistungssicherungen, ebenfalls bekannter Bauart bezeichnet.According to FIG. 1, RST is the feed side of a three-phase supply system, UVW is the consumer side. 1 with an automatic circuit breaker of known type, with 2 is a system of low-voltage high-performance fuses, also of known type.

Die Unterteile der in jedem Leitungszug parallel zueinander angeordneten Sicherungen 21, 22, 23 sind an eine der Zuleitung dienende Stromschiene 3 und an eine der Ableitung dienende Stromschiene 4 angeschlossen, und zwar so, daß der Strompfad, der von der Zuleitungsklemme über die Sicherung 21 verläuft, über die obere Stromschiene 3 nur einen kurzen Weg, dafür aber in der unteren Schiene 4 einen längeren Weg darstellt. Für den Strompfad, der über die Sicherung 23 führt, ist es jedoch umgekehrt; denn er führt über ein längeres Stück der oberen Schiene 3 und nur über ein kurzes Stück der unteren Schiene 4 bis zur Ableitungsklemme 6. Die Strompfade und ebenso ihre ohmschen Widerstände stimmen daher genau überein. Dasselbe gilt auch für den Strompfad, der über die Sicherung 22 führt. Über die an den Enden einer Diagonale liegenden Anschlußklemmen 5 und 6 auf den Anschlußstücken 3, 4 wird der Strom zu- bzw. abgeführt. Setzt man voraus, daß alle Sicherungen den gleichen Widerstand haben, so sind mit dieser Aufteilung auf allen Strompfaden gleiche Wider-Standsverhältnisse gegeben. Auf die Schienen 3, 4 sind aufgesetzt Eisenkerne, die z. B. als Ringkerne ausgeführt sind. Diese Eisenkerne dienen dem Abgleich der Induktivität der über die parallel geschalteten Sicherungen verlaufenden Strompfade und bewirken, daß bei allen di/dt-Werten, d. h. bei allen Stromsteilheiten, die einzelnen Pfade den gleichen induktiven Widerstand haben, so daß damit — auch trotz fabrikationsmäßiger Toleranzen — jede der Sicherungen 21, 22, 23 den gleichen Strom führt. Man kann durch die Eisenkerne zweckmäßig auch etwaige Streuungen der Ansprechwerte und Zeiten abgleichen und so bewirken, daß alle parallel geschalteten Sicherungen gleichzeitig unterbrechen.The lower parts of the fuses 21, 22, 23, which are arranged parallel to one another in each cable run, are connected to a busbar 3 serving for the supply line and to a busbar 4 serving for the discharge line, in such a way that the current path that runs from the supply line terminal via the fuse 21 , represents only a short path over the upper busbar 3, but represents a longer path in the lower rail 4. For the current path that leads via the fuse 23, however, it is the other way around; because it leads over a longer piece of the upper rail 3 and only over a short piece of the lower rail 4 to the discharge terminal 6. The current paths and also their ohmic resistances therefore match exactly. The same also applies to the current path that leads via fuse 22. The current is supplied and discharged via the connecting terminals 5 and 6 on the connecting pieces 3, 4 at the ends of a diagonal. If one assumes that all fuses have the same resistance, then the same resistance ratios are given with this division on all current paths. On the rails 3, 4 iron cores are placed, which, for. B. are designed as toroidal cores. These iron cores are used to balance the inductance of the current paths running through the fuses connected in parallel and have the effect that the individual paths have the same inductive resistance for all di / dt values, ie for all current gradients, so that - even in spite of manufacturing tolerances - each of the fuses 21, 22, 23 carries the same current. The iron cores can also be used to adjust any scatter in response values and times and thus cause all fuses connected in parallel to be interrupted at the same time.

Die Wirkung einer solchen Anordnung ergibt sich aus Fig. 3. Hier ist als Ordinate der in der zu schützenden Anlage fließende Kurzschlußstrom J ^ und als Abszisse die Zeit aufgegeben.The effect of such an arrangement is shown in FIG. 3. Here, the short-circuit current J ^ flowing in the system to be protected is given as the ordinate and the time as the abscissa.

J₁ ist der auf die Sicherungen. 21, 22, 23 sich verteilende Kurzschlußstrom mit dem Spitzenwert / eff. Jede einzelne Sicherung unterbricht nach etwa 2 bis 3 ms, so daß der Summenstrom JD der drei Teilströme J₂ ebenfalls schon nach 2 bis 3 ms unterbrochen ist, nicht zu seinem Spitzenwert anschwellen kann, sondern begrenzt wird und im Verlauf einer Halbwelle zu Null wird, siehe Fig. 8, JD=f (t). Je flinker die Sicherungen abschalten, um so mehr wirkt sich die Strombegrenzung aus. Diese tritt aber nur dann ein, wenn die Ströme über die Sicherungen 21, 22, 23 gleichmäßig verteilt sind, wie das durch die Erfindung erreicht wird. J ₁ is the one on the fuses. 21, 22, 23 distributing short-circuit current with the peak value / eff. Each individual fuse interrupts after about 2 to 3 ms, so that the total current JD of the three partial currents J _{2 is} also interrupted after 2 to 3 ms, cannot swell to its peak value, but is limited and becomes zero in the course of a half-cycle, see Fig. 8, JD = f (t). The faster the fuses switch off, the more the current limitation has an effect. However, this only occurs when the currents are evenly distributed over the fuses 21, 22, 23, as is achieved by the invention.

Der in Fig. 2 dargestellte Zusammenbau von Stromschienen und Sicherungsunterteilen wird zweckmäßig als Montageeinheit für die Parallelschaltung von zwei, drei und mehr Sicherungen bei gleichen Sicherungsunterteilen für Sicherungen verschiedener Nennstromstärken hergestellt. Die Unterteile werden für die höchste benötigte Nennstromstärke bemessen und sind zweckmäßig mit ihren Anschlußstücken mit den Schienen 3, 4 verschweißt. Der Anschluß der Hauptleitungen an den Anschlußstücken 5, 6 erfolgt zweckmäßig über Schraubbolzen.The assembly of busbars and fuse bases shown in FIG. 2 is expedient As a mounting unit for the parallel connection of two, three and more fuses with the same fuse bases for fuses of different nominal currents manufactured. The lower parts are dimensioned for the highest required nominal current strength and are expediently welded with their connecting pieces to the rails 3, 4. The connection of the main lines at the connection pieces 5, 6 is expediently carried out via screw bolts.

Claims

Patent claims:

1. Switchgear with low-voltage high-performance fuses, in which fuses connected in parallel are arranged in each cable run to increase the rated current a common lead or lead are connected, characterized in that both the lengths and thus the ohmic resistances of the individual cable runs including the Fuses from the access terminal to the output terminal as well as the inductive resistors every cable run is thus made equal to one another and for all operationally occurring load currents and load current changes are made constant that when connecting the contact leads to two parallel distribution bars the access terminal and output terminal are arranged at diagonally opposite points on the rails and that the inductance of the cable runs is balanced by the iron cores assigned to each cable run.

2. Switching device according to claim 1, characterized in that daff on the distribution rails Toroidal cores are attached.

3. Switching device according to claim 1 and 2, characterized in that known nimble Fuses are connected in series with an automatic circuit breaker.

4. Switching device according to claim 1 to 3, characterized in that the lower parts of the fuses connected in parallel with the supply and discharge rails produced as an assembly unit carried by the main rails.

1 sheet of drawings