DE1127452B - Elektrischer UEberstromselbstschalter - Google Patents

Description

Kurzschlußströme in leistungsstarken Netzen erreichen bereits Werte in der Größenordnung von 10⁵ Amp. Außer der damit verbundenen thermischen Beanspruchung wirken sich insbesondere die vom Kurzschlußstrom hervorgerufenen elektrodynamischen Kräfte schädlich auf die Netz- und Anlagenteile aus. Auch Schaltgeräte, die Sammelschienen, Kabel, Geräte u. dgl. schützen sollen, müssen diesen Kräften standhalten, wenn sie nicht zerstört werden sollen. Die größten Anforderungen an Schaltgeräte in dynamischer Hinsicht werden in Wechselstromnetzen beim Durchlaufen der Stromscheitelwerte gestellt. Diese Beanspruchungen lassen sich dann erheblich mindern, wenn der Kurzschlußstrom vor Erreichen seines ersten Scheitelwertes abgeschaltet wird. Das erfordert in Wechselstromnetzen mit der technischen Frequenz von z. B. 50 Hz Schaltgeräte, deren Ausschaltverzug kleiner als 5 msec ist. Mit den bisherigen Überstromschaltern, deren Aussdhaltverzug zwischen 20 und 40 msec liegt, läßt sich diese Forderung nicht erfüllen. Das hat seine Ursache darin, daß zwischen dem ersten Anregeimpuls zur Schalteröffnung bis zur Aufhebung des Kontaktschlusses konstruktionsbedingte Verzögerungen durch das Anregesystem und die Sperr- und Auslösemechanismen vorhanden sind.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, Überstromschalter zu schaffen, deren Öffnung unmittelbar durch die elektrodynamische Wirkung des in den Kontaktorganen fließenden Stromes erfolgt.

Bei Schaltern dieser Art bilden die Kontaktorgane, das sind ein fester und ein ihm gegenüber angeordneter Kontaktarm, die beide an den dem Drehpunkt des beweglichen Armes abgewandten Enden Kontaktstücke besitzen, eine Leiterschleife. Ein schwerwiegender Nachteil dieser Anordnung ist jedoch darin zu sehen, daß bei Kurzschlußströmen, die den für die Kontaktabhebung charakteristischen Wert noch nicht erreichen, ein Zustand so niedriger Kontaktkraft auftritt, daß zwar noch keine Abhebung, dafür aber eine zu Schäden führende Überhitzung der Kontaktstelle zu verzeichnen ist. Auch kann der Strom eine bereits zur Abhebung ausreichende Höhe haben, jedoch ist der Abhebeweg so gering, daß der abgehobene Kontakt beim nächsten Stromnulldurchgang wieder am Gegenkontakt zur Anlage kommt und verschweißt. Bei einer weiteren Anordnung ist zum Schutz gegen die Schweißwirkung kontaktabhebender elektrodynamischer Kräfte ein vom Hauptstrom bewegter Magnet vorgesehen, dem Kontaktsperrglieder zugeordnet sind, die, durch das Ansprechen der Magnete bei oder vor Erreichung

Anmelder:

VEB Elektro-Apparate-Werke J.W. Stalin, Berlin-Treptow, Hoffmannstr. 15-26

Dipl.-Ing. Günter Burkhard, Berlin-Baumschulenweg, ist als Erfinder genannt worden

der elektrodynamischen Abhebestromstärke betätigt, die beweglichen Schaltstücke in abgehobener vor der endgütigen Ausschaltstellung gegen Rückgang in die Einschaltlage sperren. Hier wird also die Kontaktabihebung zugelassen, jedoch sorgt eine über eine vom Kurzschlußstrom erregte Magnetordnung mit Sperrglieder dafür, daß der abgehobene Kontakt beim nächsten Stromnulldurchgang nicht wieder am Gegenkontakt zur Anlage kommt und damit verschweißt. Derartige Zwischenglieder vergrößern jedoch den Raumbedarf erheblich. Da weiterhin zur Schalteröffnung ihre Funktion vorerst durch den ansteigenden Strom bewirkt werden muß, ist es unvermeidbar, daß dieser Vorgang, so kurz er auch sein mag, den Ausschaltverzug vergrößert. Außerdem sind auch diese Anordnungen mit dem Nachteil behaftet, daß bei Kurzschlußströmen unterhalb der Abhebegrenze die Kontaktkraft so weit geschwächt wird, daß sich die Kontaktstelle überhitzt.

Eine andere Ausführung besitzt solche Zwischenorgane nicht. Hier greift an den beweglichen Kontaktarm eine die Kontaktschließung und -Öffnung bewirkende Federkraft an, deren kontaktschließende Kraftkomponente sich nach erfolgtem elektrodynamischem Auf schleudern im Sinne der Kontaktöffnung umkehrt. Die Feder arbeitet somit über einen Totpunkt. Mit dieser Anordnung wird zwar eine schnelle Kontaktöffnung erreicht, nicht aber die Minderung des Kontaktandruckes und seine Nachteile bei Überstrom beseitigt.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines elektrischen Überstromselbstschalters, vorzugsweise für Drehstrom, dessen Kontakte beim Auftreten eines Kurzschlußstromes infolge der in einer Leiterschleife wirkenden elektrodynamischen Abstoßung bereits ge-

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trennt werden, bevor der Strom seinen Scheitelwert erreicht hat, und bei dem die den bekannten-Anordnungen anhaftenden Nachteile vermieden werden. ,

Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Strombahn oder ein Teil derselben zwischen Anschlußstück und festem Kontakt .als haarnadelr'örmige, einseitig abgeknickte Leiterschleife ausgebildet ist, deren mit dem Anschlußstück verbundener Zweig starr ist, während der ihm gegenüberliegende Zweig einen an seinen freien Enden beweglich gelagerten Kniehebel bildet, der mindestens mit einer seiner Lagerstellen unter der Wirkung einer Zusatzkraft steht, wobei der Kniehebel bei Überstrom unter der Einwirkung der elektrodynamischen Kräfte aus der Einschaltknicklage in die Ausschaltknicklage überspringt, dabei den beweglichen Kontakt aufschlägt und unter Wirkung der Zusatzkraft geöffnet hält.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles hervor.

Abb. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in der Einschaltstellung. Die Strombahn zwischen Anschlußstück 1 und festem Kontakt 12 ist als haarnadelförmige, einseitig abgeknickte Leiterschleife ausgebildet. Der eine mit dem Anschlußstück 1 verbundene Schleifenzweig 2 ist abgeknickt und starr angeordnet, und der andere ihm gegenüberstehende Zweig ist ein Kniehebel, dessen Schenkel 4, 5 in der Einschaltlage und demzufolge in dieser Knicklage dicht und dabei parallel oder annähernd parallel zum Zweig 2 verlaufen. Die Schenkel 4 und 5 des Kniehebels stützen sich mit ihren freien Enden in einer Schneidenlagerung 7 und 8 ab, die unter der Wirkung zweier vorgespannter Federn 9 und 10 stehen. Der starre Zweig 2 ist mit dem Schenkel 4 des Kniehebels über eine flexible Verbindung 3 und der Schenkel 5 mit dem festen Kontakt 12 über eine flexible Verbindung 11 verbunden. Der bewegliche Kontakt 13 wird mit der sich im Schalthebel 15 abstützenden Kontaktfeder 14 gegen den festen Kontakt 12 gedruckt. Vom beweglichen Kontakt 13 fließt der Strom über das flexible Band 16 zum Anschluß 17. Isolierstücke 6 am starren Schleifenzweig 2 und 6' am beweglichen Kontakt 13 verhindern eine leitende Verbindung des Kniehebels mit dem Zweig 2 in der Einschaltstellung und mit dem beweglichen Kontakt in der Ausschaltstellung.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist aus den Abb. 1 und 2 zu ersehen. Im Falle des Auftretens eines Kurzschlußstromes wirken zwischen dem starren Zweig 2 und dem Kniehebel 4, 5 starke elektrodynamische Kräfte P im Sinne einer Abstoßung. Diese Kraftwirkung tritt gleichzeitig und unverzögert mit dem Strom ein, da das magnetische Feld durch'Luft verläuft und deshalb, mit dem Strom in Phase liegt.

Es bedarf nur einer kleinen Kraft, um den in der Einschaltstellung dicht vor der Strecklage arretierten Kniehebel aus dieser Knicklage über den Totpunkt in die andere Knicklage auszudenken. Nach Überspringen der Totpunktlage wird der Kniehebel mit Unterstützung durch die Federn 9 und 10 mit großer Wucht gegen den beweglichen Kontakt 13 geschleudert, der entgegen der Federkraft 14 geöffnet und in dieser Stellung gehalten wird, bis der ganze Schalter über eine nicht dargestellte übliche Schloßauslösung endgültig geöffnet ist. Die Kontaktöffnung erfolgt außerordentlich rasch, so daß durch den entstehenden Lichtbogen bereits eine Strombegrenzung eintritt, bevor sich der Kurzschlußstrom zu seinem vollen Wert ausgebildet hat. In der Prinzipskizze Abb. 2 ist die Anordnung im eingeschalteten und im ausgelösten Zustand gezeigt. Die entscheidenden Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß es kein Stromgebiet gibt, in dem ihre Arbeitsweise unsicher wird, daß entweder die Stromhöhe ausreicht, um das Kniehebelsystem ansprechen zu lassen, wobei dann in jedem Fall die Auslösung schlagartig erfolgt, oder aber der Strom genügt noch nicht dazu, wobei dann aber die Kontakte von der Auslöseeinrichtung völlig unbeeinflußt bleiben. Ferner sind keinerlei zusätzliche Sperrglieder erforderlich, um den Zustand der Kontaktöffnung auch beim Stromnulldurchgang aufrechtzuerhalten.

Der Aufwand für eine Einrichtung nach der Erfindung ist verhältnismäßig gering, so daß die Konstruktion mehrpoliger Überstromselbstschalter nach diesem Prinzip keinerlei Schwierigkeiten bereitet und das Gerät nicht größer zu werden braucht als ein Schalter gleicher Nennstromstärke bisheriger Bauart. Auch können bei der Verwirklichung dieses Prinzips die Kontaktkräfte wesentlich niedriger gewählt werden, als das bei den bisher üblichen Schaltern notwendig ist. Dieser Umstand wirkt sich günstig auf die Lebensdauer des Gerätes aus sowie auf die Bemessung von Einschaltkraftantrieben.

Auf einfache Art läßt sich ein bestimmter Wert der Auslösestromstärke, bei der der Kniehebel den Kontakt aufschlagen soll, einstellen, indem man die Vorspannung der Federn 9 und 10 ändert oder den Abstand zwischen dem starren Zweig 2 und dem Kniehebel 4, 5 vergrößert oder verkleinert. Dies gestattet auch, den Schalter neben dieser Schnellstauslösung nach der Erfindung zusätzlich mit einer Schnellauslösung bisher üblicher Bauart auszurüsten, die für die Auslösung des Schalters bei kleineren Kurzschlußströmen sorgt und die auch zur Lösung von Selektivitätsproblemen beliebig verzögert sein kann. Wird jedoch eine bestimmte Kurzschlußstromhöhe überschritten, dann kommt es zur Schnellstauslösung durch die Einrichtung nach der Erfindung, wie es bei schweren Kurzschlüssen auch erwünscht ist. Da zu erkennen ist, ob die Schnell- oder Schnellstauslösung angesprochen hat, besteht auch gleich Klarheit über die Schwere des Kurzschlusses.

Durch den Schalter nach der Erfindung werden sowohl die Höhe des Kurzschlußstromes als auch seine Dauer auf einen Bruchteil der Werte herabgesetzt, die in Anlagen mit Geräten bisher üblicher Bauart auftreten. Sowohl die dynamische wie thermische Beanspruchung aller Anlagenteile, wie Sammelschienen, Stromwandler usw., nehmen in hohem Maße ab, so daß diese Teile gegebenenfalls schwächer ausgebildet werden können. Schalter nach der Erfindung können in Anlagen mit höchsten Kurzschlußströmen zur Verwendung kommen, da die Kurzschlußströme begrenzt werden.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrischer Überstromselbstschalter, vorzugsweise für Drehstrom, dessen Kontakte beim Auftreten eines Kurzschlußstromes infolge der in einer Leiterschleife wirkenden elektrodynamischen Abstoßung bereits getrennt werden, bevor der Strom seinen Scheitelwert erreicht hat,

dadurch gekennzeichnet, daß die Strombahn oder ein Teil derselben zwischen Anschlußstück (1) und festem Kontakt (12) als haarnadelförmige, einseitig abgeknickte Leiterschleife (2, 4, S) ausgebildet ist, deren mit dem Anschlußstück (1) verbundener Zweig (2) starr ist, während der ihm gegenüberstehende Zweig (4, 5) einen an seinen freien Enden beweglich gelagerten Kniehebel bildet, der mindestens mit einer seiner Lagersteilen (7, 8) unter der Wirkung einer Zusatzkraft steht, wobei der Kniehebel (4, 5) bei Überstrom unter der Einwirkung der elektrodynamischen Kräfte aus der Einschaltknicklage in die Ausschaltknicklage überspringt, dabei den beweglichen Kontakt (13) aufschlägt und unter Wirkung der Zusatzkraft geöffnet hält.

2. Elektrischer Uberstromselbstschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld in der Leiterschleife (2, 4, 5) nur durch Luft verläuft.

3. Elektrischer Uberstromselbstschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Ansprechwertes die auf den Kniehebel (4, 5) wirkende Zusatzkraft und bzw. oder der Abstand der zwei Schleifenzweige (2 und 4, 5) einstellbar sind.

4. Elektrischer Uberstromselbstschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich mit einer üblichen elektromagnetischen Schnellauslösung versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1079 176;
schweizerische Patentschrift Nr. 109 564;
britische Patentschrift Nr. 165 563;
USA.-Patentschrift Nr. 2037570.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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