DE1202890B

DE1202890B - Trigger device for electrical switchgear

Info

Publication number: DE1202890B
Application number: DEL32004A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Wegmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-12-17
Filing date: 1958-12-17
Publication date: 1965-10-14

Description

Auslöseeinrichtung für elektrische Schaltgeräte Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinrichtung für elektrische Schaltgeräte, deren Schaltmechanismus durch chemische Reaktionen, insbesondere Sprengladungen, ausgelöst oder betätigt wird und deren zur Zündung der Sprengladungen notwendige elektrische Energie von dem zu unterbrechenden Strom selbst erzeugt wird.Trip device for electrical switching devices The invention relates to a tripping device for electrical switching devices, whose switching mechanism is through chemical reactions, especially explosive charges, are triggered or activated and their electrical energy required to ignite the explosive charges from the current to be interrupted is generated by itself.

Es ist bekannt, die zur Ausführung von Schalthandlungen in Schaltgeräten benötigte Kraft durch chemische Reaktionen zu erzeugen. So sind Schaltgeräte bekanntgeworden, bei denen der den Strom führende Leiter durch Detonation einer Sprengkapsel aufgesprengt und damit, manchmal unter Zuhilfenahme parallelgeschalteter Löscheinrichtungen, der Strom unterbrochen wird. Die Einleitung bzw. Auslösung der notwendigen chemischen Reaktion erfolgt durch elektrische Zündung. Es werden z. B. elektrische Leiter durch einen Auslösestrom erwärmt oder zerschmolzen und dadurch eine chemische Reaktion eingeleitet. Die notwendige elektrische Energie wird Stromquellen, die nicht direkt mit dem aufzutrennenden Stromkreis, in dem das Schaltgerät liegt, im Zusammenhang stehen, z. B. aufgeladenen Kondensatoren, Batterien u. ä., entnommen. Diese Auslöseeinrichtungen sind, besonders wenn sehr kurze Auslösezeiten erreicht werden sollen, sehr kompliziert und daher auch relativ leicht störanfällig.It is known to carry out switching operations in switching devices to generate the required force through chemical reactions. Switching devices have become known, in which the conductor carrying the current is blown open by detonation of a detonator and thus, sometimes with the help of extinguishing devices connected in parallel, the power is interrupted. The initiation or triggering of the necessary chemical The reaction takes place through electrical ignition. There are z. B. electrical conductors through a tripping current is heated or melted and thereby a chemical reaction initiated. The necessary electrical energy is power sources that are not direct in connection with the circuit to be disconnected in which the switching device is located stand, e.g. B. charged capacitors, batteries and the like., Removed. These trip devices are very complicated, especially when very short tripping times are to be achieved and therefore also relatively easily susceptible to failure.

Viel weniger aufwendig sind dagegen Auslöseeinrichtungen, die ohne eine Fremdspannungsquelle im Zündkreis arbeiten, bei denen also die zur Zündung der Sprengladung notwendige elektrische Energie von dem zu unterbrechenden Strom selbst erzeugt wird. So wird bei einer bekannten Auslöseeinrichtung dieser Art der Zündimpuls von einer von dem zu unterbrechenden Strom durchflossenen Spule über ein Schnellrelais bei erhöhtem Strom abgenommen und einem in einem Hilfsstromrelais liegenden Sprengsatz zugeführt. Diese Einrichtung kann auch so abgeändert werden, daß in der Spule selbst oder in einer mit ihr verketteten Hilfsspule bei plötzlichen Stromstößen eine erhöhte Spannung erzeugt wird, die unmittelbar zur Zündung des Sprengsatzes dient.On the other hand, release mechanisms without an external voltage source work in the ignition circuit, i.e. those for ignition The electrical energy required by the explosive charge from the current to be interrupted is self-generated. So is in a known release device of this type Ignition pulse from a coil through which the current to be interrupted flows one high-speed relay removed at increased current and one in an auxiliary current relay lying explosive device supplied. This facility can also be modified to that in the coil itself or in an auxiliary coil linked to it in the event of sudden Current surges generate an increased voltage, which immediately leads to the ignition of the Explosive device is used.

Die Anwendung eines Relais, selbst wenn es ein Schnellrelais ist, führt jedoch nicht zu kürzesten Auslösezeiten, denn die Ansprechzeit eines Schnellrelais beträgt immer noch einige Millisekunden. Diese Zeit ist aber im Vergleich zu der Auslösezeit von 20 bis 100 [ts, die für die bekannten Stromunterbrecher mit detonierenden Sprengladungen benötigt wird, zu hoch. Auf sehr viel kürzere Auslösezeiten würde man dagegen mit der anderen bekannten Auslösung mit einem durch erhöhte Spannung in einer Spule erzeugten Strom kommen. Doch läßt sich diese Auslöseeinrichtung nicht im praktischen Betrieb verwenden, weil mit ihr bei jeder plötzlichen überspannung von nur wenigen Mikrosekunden Dauer eine unerwünschte Auslösung des Schaltgerätes erfolgen könnte.The use of a relay, even if it is a high-speed relay, does not lead to extremely short tripping times, because the response time of a high-speed relay is still a few milliseconds. However, this time is too long compared to the triggering time of 20 to 100 [ts which is required for the known circuit breakers with detonating explosive charges. On the other hand, much shorter tripping times would be achieved with the other known tripping with a current generated by an increased voltage in a coil. However, this triggering device cannot be used in practical operation because it could trigger an undesired triggering of the switching device with any sudden overvoltage lasting only a few microseconds.

Derartige Mängel können bei der Auslöseeinrichtung nach den Ansprüchen nicht auftreten, da bei dieser erfindungsgemäß in den zu unterbrechenden Stromkreis ein Widerstand eingeschaltet ist, daß er bei Überstrom schmilzt und dadurch einen Lichtbogen einleitet, dessen Spannung einen hohen Strom über einen Zünder treibt. Die Erfindung macht sich die bekannte Tatsache zunutze, daß an durchschmelzenden Drähten wegen der großen Widerstandserhöhung sehr hohe Spannungen entstehen, die erheblich über dem Spannungsabfall liegen, der bei normaler Strombelastung vorhanden ist. Mit diesen Spannungen ist es ohne weiteres möglich, Ströme von mindestens 100 bis 150 A durch eine Sprengkapsel zu treiben und somit zu Auslösezeiten von 100 bis 120 [ts zu gelangen.Such deficiencies can occur in the release device according to the claims does not occur, since according to the invention in this in the circuit to be interrupted a resistor is switched on so that it melts in the event of an overcurrent and thereby a Initiates an arc, the voltage of which drives a high current through an igniter. The invention makes use of the known fact that at melting through Because of the large increase in resistance, wires develop very high voltages are considerably higher than the voltage drop that occurs with normal current load is. With these voltages it is easily possible to generate currents of at least 100 to drive up to 150 A through a detonator and thus to trigger times of 100 to get to 120 [ts.

Damit erreicht die Auslöseeinrichtung nach den Ansprüchen praktisch die gleichen kurzen Auslösezeiten wie die bekannten Stromunterbrecher mit detonierenden Sprengladungen, aber ohne daß sie deren höheren technischen Aufwand benötigt. Andererseits kann ein Widerstand nicht bei nur kurzzeitig auftretenden Spannungsstößen schmelzen, so daß keine unerwünschte Auslösung des Schaltgerätes erfolgt.The release device thus achieves practically according to the claims the same short tripping times as the well-known circuit breakers with detonating Explosive charges, but without requiring their higher technical complexity. on the other hand a resistor cannot melt in the event of short-term voltage surges, so that no undesired tripping of the switching device occurs.

Durch Verwendung einer Impedanz als Schmelzwiderstand oder als zusätzlich zum Schmelzwiderstand in Reihe liegend bzw. durch Verwendung eines Widerstandes mit einem größeren positiven Temperaturkoeffizienten läßt sich eine weitere Erhöhung der Spannung im Zündstromkreis und damit des Zündstromes beim Schmelzen des Widerstandes erreichen. Damit die Zündung der Sprengladung nur nach Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes des Zündstromes erfolgt, können in an sich bekannter Weise zwischen Zündspannungsquelle, also dem Schmelzwiderstand, und Zünder spannungsabhängige Widerstände oder Impedanzen geschaltet sein. Als solche spannungsabhängige Widerstände können Trockengleichrichter dienen, die einen ausgeprägten Knick in der Strom-Spannungs-Kennlinie haben und bei erhöhten Spannungen ihren Widerstand verringern. Eine ähnliche Wirkung läßt sich durch Drosseln mit Schaltdrosseleisen oder magnetische Übertrager mit nichtlinearer Kennlinie erreichen.By using an impedance as a fusing resistor or as an additional one Lying in series with the fusing resistor or by using a resistor with a larger positive temperature coefficient, a further increase can be achieved the voltage in the ignition circuit and thus the ignition current when the resistor melts reach. So that the detonation of the explosive charge only after being exceeded a certain threshold value of the ignition current takes place, can be known per se Way between ignition voltage source, i.e. the fusible resistor, and igniter voltage-dependent Resistances or impedances be switched. As such, voltage-dependent resistances Dry rectifiers can be used, which have a pronounced kink in the current-voltage characteristic and reduce their resistance in the event of increased voltages. A similar effect can be controlled by chokes with switching choke iron or magnetic transformers achieve a non-linear characteristic.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, den Schmelzleiter einer Sicherung durch eine Sprengladung in kürzester Zeit zu zerstören, wobei diese Sprengladung durch das Schmelzen eines Hilfsschmelzleiters ausgelöst wird, sobald bei einem Kurzschlußstrom an dem Hauptschmelzleiter ein größerer Spannungsabfall auftritt, der die Schwellspannung eines mit dem Hilfsschmelzleiter in Reihe liegenden Trockengleichrichters überschreitet und dadurch einen stärkeren Strom in diesem Kreis hervorruft. Einer solchen Einrichtung ist jedoch der Gegenstand der Erfindung nicht gleichzusetzen, da für die Bemessung von Sicherungen, deren Aufgabe es ist, Ströme unter Lichtbogenlöschung zu unterbrechen, und deren Schmelzleiter zur Erzeugung eines Spannungsabfalls für einen Auslösekreis mit einem Sprengsatz dient, andere Gesichtspunkte gelten als für eine mit Sprengladungen arbeitende Auslöseeinrichtung von Schaltgeräten, bei der beim Schmelzen eines Leiters zwar ebenfalls ein Lichtbogen entsteht, der aber nicht gelöscht zu werden braucht, weil die Stromunterbrechung selbst in dem Schaltgerät vorgenommen wird.Although it has already been proposed, the fusible link one Destroy fuse with an explosive charge in the shortest possible time, with this explosive charge is triggered by the melting of an auxiliary fusible conductor as soon as a short-circuit current occurs a larger voltage drop occurs at the main fusible link, which is the threshold voltage of a dry rectifier lying in series with the auxiliary fusible conductor and thereby creates a stronger current in this circle. Such a facility However, the subject matter of the invention is not to be equated, as for the dimensioning of fuses, the task of which is to interrupt currents by extinguishing arcing, and their fusible link to generate a voltage drop for a trip circuit with an explosive device, other considerations apply than for one with explosive charges working tripping device for switching devices when a conductor melts an arc also occurs, but does not need to be extinguished, because the power interruption is carried out in the switching device itself.

Die Auslöseeinrichtung nach den Ansprüchen wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.The release device according to the claims is based on a few exemplary embodiments explained in more detail.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Leiter des durch das Schaltgerät 2 zu schützenden Stromkreises bezeichnet, in dem ein Schmelzwiderstand 3 liegt, an dem die zur Zündung der Auslöseeinrichtung 4 notwendige Spannung abfällt. Die Gleichrichter in Antiparallelschaltung 5 stellen einen spannungsabhängigen Widerstand dar, so daß beim Anwachsen des Spannungsabfalls am Schmelzwiderstand von einem gewissen Schwellwert ab der Widerstand der Gleichrichter sehr viel kleiner wird und damit der Strom im Zünder 6 plötzlich anwächst. In F i g. 2 ist die Stromspannungskennlinie eines Trockengleichrichters (Kupferoxydul-Gleichrichter) dargestellt.In Fig. 1 is with 1 a conductor of the to be protected by the switching device 2 Circuit referred to, in which there is a fusible resistor 3, on which the ignition the triggering device 4 necessary voltage drops. The rectifiers in anti-parallel connection 5 represent a voltage-dependent resistor, so that as the voltage drop increases at the melting resistance of a certain threshold value from the resistance of the rectifier becomes very much smaller and thus the current in the igniter 6 suddenly increases. In F i g. 2 is the voltage characteristic of a dry rectifier (copper oxide rectifier) shown.

Statt der Gleichrichter 5 kann man bei Wechselstromkreisen eine Drosselspule 7, deren Eisenkern aus einem Material mit ausgeprägtem Sättigungsknick besteht, wie es z. B. von Schaltdrosseln in der Kontaktstromrichtertechnik bekannt ist, verwenden. Bei Nennstrom im Hauptkreis ist die Spannung am Zündkreis gerade so groß, daß das Drosselspuleisen noch nicht in der Sättigung ist, die Impedanz also sehr groß ist und nur ein geringer Strom fließt. Bei Überschreiten des Nennstromes kommt das Drosselspuleisen in die Sättigung, die Impedanz wird klein, der Strom so groß, daß er zur Zündung ausreicht.Instead of the rectifier 5, a choke coil can be used in AC circuits 7, the iron core of which consists of a material with a pronounced saturation kink, how it z. B. of switching chokes in contact converter technology is known to use. With the rated current in the main circuit, the voltage on the ignition circuit is just high enough that the Choke coil iron is not yet saturated, so the impedance is very high and only a small current flows. When the rated current is exceeded, the inductor iron comes out in saturation, the impedance becomes small, the current so large that it leads to ignition sufficient.

In F i g. 3 ist ein Beispiel für die Auslösung der Zündung mittels magnetischer Übertrager dargestellt. 1 ist wieder ein Leiter des durch das Schaltgerät 2 zu schützenden Wechselstromkreises. An dem Schmelzwiderstand 3' wird eine Spannung abgenommen und mittels des Gleichrichters 14 gleichgerichtet. Diese Spannung treibt über die Spule 15 des magnetischen Übertragers 16 einen Strom. Der Mittelsteg 17 des magnetischen Übertragers 16 besteht aus einem auswechselbaren Dauermagneten 18, der so gepolt ist, daß sein Fluß dem von der Spule 15 erzeugten Fluß in den unter Umständen mit einem nichtmagnetischen Spalt 19 (z. B. Luftspalt) versehenen Schenkel 20 abdrängt. Wird nun die in der Spule 15 erzeugte magnetische Feldstärke durch einen im Leiter 1 fließenden Überstrom so groß, daß sie die Koerzitivkraft des Dauermagneten 18 überschreitet, so wird der Dauermagnet ummagnetisiert.-- Damit- tritt- im Mittelsteg eine Flußänderung ein, die in der Spule 21 eine Spannung erzeugt und dann einen Strom im Auslösekreis über den Zünder 22 des Auslösegeräts treibt. Das Schaltgerät wird ausgelöst.In Fig. 3 shows an example of triggering the ignition by means of a magnetic transmitter. 1 is again a conductor of the alternating current circuit to be protected by the switching device 2. A voltage is picked up at the melting resistor 3 ′ and rectified by means of the rectifier 14 . This voltage drives a current via the coil 15 of the magnetic transformer 16. The central web 17 of the magnetic transmitter 16 consists of an exchangeable permanent magnet 18, which is polarized so that its flux displaces the flux generated by the coil 15 into the leg 20, which may be provided with a non-magnetic gap 19 (e.g. air gap). If the magnetic field strength generated in the coil 15 by an overcurrent flowing in the conductor 1 is so great that it exceeds the coercive force of the permanent magnet 18, the permanent magnet is remagnetized Coil 21 generates a voltage and then drives a current in the trip circuit via the igniter 22 of the trip device. The switching device is triggered.

Die von der Spule 15 erzeugte und am Magneten 16 anliegende Feldstärke bei Nennstrom im Leiter 1 darf jedoch nur so groß sein, daß die Reversibilität im Dauermagneten 18 erhaltenbleibt. Dadurch wird verhindert, daß der Dauermagnet mit der Zeit entmagnetisiert wird. Bei einem Überstrom, der zwar nicht ausreicht, in der Spule 15 eine Feldstärke von der Größe der Koerzitivkraft des Dauermagneten 18 zu erzeugen, wird dann dennoch nach einer gewissen Zeit eine Ummagnetisierung des Dauermagneten erfolgen, wie an Hand der F i g. 4 erläutert wird.The field strength generated by the coil 15 and applied to the magnet 16 at the rated current in conductor 1, however, it may only be so large that the reversibility in Permanent magnet 18 is retained. This prevents the permanent magnet from having demagnetized over time. In the event of an overcurrent that is not sufficient, in the coil 15 has a field strength of the size of the coercive force of the permanent magnet 18, then after a certain time a reversal of magnetization will occur of the permanent magnet, as shown in FIG. 4 will be explained.

Der Überstrom erzeuge eine Feldstärke -Hl im Strommaximum, der Dauermagnet 18 behält eine Induktion entsprechend Punkt a. Beim Rückgang des Wechselstromes vom Maximum zum Nulldurchgang bewegt sich die Induktion B von Punkt a nach Punkt b, von dort nach Punkt c beim nächsten Strommaximum, um sich dann im nächsten Stromnulldurchgang im Punkt d zu befinden usw., d. h., im Mittelsteg fließt ein Wechselfluß so lange, bis die in der Wicklung 21 erzeugte elektrische Energie den Zünder 22 zum Ansprechen gebracht hat und damit das Schaltgerät 2 zum Ausschalten kommt. Die Anordnung arbeitet grundsätzlich auch dann, wenn ein magnetischer Übertrager 16 (in F i g. 3) ohne den dritten Schenkel 20 verwendet wird.The overcurrent generates a field strength -Hl in the current maximum, the permanent magnet 18 maintains an induction according to point a. When the alternating current decreases from the maximum to the zero crossing, the induction B moves from point a to point b, from there to point c at the next current maximum, in order to then be in the next current zero crossing at point d, etc., i.e. an alternating flux flows in the central web until the electrical energy generated in the winding 21 has caused the igniter 22 to respond and the switching device 2 to switch off. In principle, the arrangement also works when a magnetic transmitter 16 (in FIG. 3) without the third leg 20 is used.

Der Magnet 18 und der Zünder 22 müssen nach jeder Auslösung ausgewechselt werden, konstruktiv können jedoch Zünder und Magnet 18 zu einer auswechselbaren Einheit zusammengefaßt werden.The magnet 18 and the igniter 22 must be replaced after each trip be, structurally, however, the detonator and magnet 18 can be interchangeable Unit can be summarized.

In F i g. 5 ist ein Beispiel für die Auslösung der Zündung in einem Gleichstromkreis dargestellt. 1 ist wieder ein Leiter des durch das Schaltgerät 2 zu schützenden Gleichstromkreises. Parallel zum Schmelzwiderstand 3" liegt die Wicklung 15 des aus F i g. 3 bekannten magnetischen Übertragers 16 mit dem Dauermagneten 18 und der Auslösewicklung 21. Der Auslösevorgang bei Überstrom entspricht dem oben geschilderten.In Fig. 5 is an example of the triggering of the ignition in one DC circuit shown. 1 is again a conductor of the through the switching device 2 DC circuit to be protected. The is parallel to the 3 "fusible link Winding 15 of the FIG. 3 known magnetic transmitter 16 with the permanent magnet 18 and the tripping winding 21. The tripping process in the event of overcurrent corresponds to the above described.

Claims

Claims: 1. tripping device for electrical switching devices, their switching mechanism through chemical reactions, especially explosive charges, is triggered or actuated and their necessary to ignite the explosive charges electrical energy is generated by the current to be interrupted itself, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that there is a resistor in the circuit to be interrupted is on, the is dimensioned so that it melts in the event of an overcurrent and thereby initiates an arc, -whose voltage passes a high current drives a detonator.

2. Release device according to claim 1, characterized in that that as a fusing resistor or in addition to the fusing resistor, an impedance in the circuit is switched.

3. Trigger device according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the resistor has a larger positive temperature coefficient Has.

4. Tripping device according to claim 1 to 3, characterized in that between Ignition voltage source and igniter switched to voltage-dependent resistances or impedances are.

5. tripping device according to claim 4, characterized in that as a voltage-dependent Resistance a semiconductor rectifier is used.

6. Release device according to claim 4, characterized in that a choke is used as the voltage-dependent impedance Switching throttle iron is used.

7. Trip device according to claim 4 and 6, characterized in that a magnetic transmitter with a non-linear characteristic is connected between the ignition voltage source and igniter. B. tripping device according to claim 7, characterized in that a magnetic transducer is provided with a permanent magnet which keeps a magnetic flux generated by an excitation winding (15) up to a certain threshold value from a leg (17) provided with a release winding (21) . Considered publications: German Patent Specifications No. 940 309, 338 062; Swiss patents No. 325 995, 157 449; AEG list Sg N, No. 110 a, February 1951; ETZ-A, Volume 79 of January 11, 1958, pp. 33 to 40. Older patents considered: German patents No. 1064 613, 1060 468.