DE1763158C3 - Schutzschalteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschalteran-Ordnung mit einem ersten Isoliergehäuse, in dem ein ein- oder mehrpoliger Selbstschalter mit einem thermischen Überstromauslöser und einem Unterspannungsauslöser angeordnet ist, mit einem an dem ersten Isoliergehäuse befestigten zweiten Isoliergehäuse, das eine Leistungseinspeisung mit einem Gleichrichter mit einer angeschlossenen ersten RC-Reihenschaltung zur Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung beim Auftreten einer Unterspannung und einen jedem Schalterpol zugeordneten elektromagnetischen Auslöser enthält, durch den ein Hilfsschalter betätigbar ist. Eine derartige Schutzschalteranordnung ist aus der Zeitschrift »Conti Elektro-Berichte«, Heft 3, Juli/September 1962, Seiten 117- 128, bekannt.

In Stromnetzen ist es üblich, beim Auftreten von hohen Kurzschlußströmen oder Unterspannungen einzelne Schaltungszweige selektiv gestaffelt abzuschalten (s. auch Sonderdruck der Firma Siemens aus »Elektro-Welt«, Ausgabe B 5, Seite 97, vom Mai 1960 und Ausgabe B 7, Seite 164, vom Juli 1960). Hierbei bedeutet eine selektive Staffelung eine derartige Anordnung der Schalter, daß die die äußersten Zweige bzw. Verbraucherstellen schützenden Schalter in Richtung auf die Verbraucher möglichst rasch (augenblicklich) abschalten, wogegen in Richtung auf die Energiequelle ^hl) um stufenweise größer werdende Zeiten verzögert abgeschaltet wird. Auf diese Weise erhält ein verzögerter Schalter nur dann einen Öffnungsbefehl, wenn dip Zeit verflossen ist, die für einen nachgeschalteten, dem Fehlerort näher liegenden Schalter erforderlich ist, um ■■"> den diesen Schaher durchfließenden Strom zu unterbrechet!. Somit erzielt man den Vorteil, daß nur ein möglichst kleiner Teil der fehlerhaften Anlage stromlos geschaltet wird.

Die Kunststoffgehäuse-Schalter werden im allgemeinen in industriellen Wechselstrom- oder Gleichstrom-Niederspannungsanlagen verwendet und können als ein-, zwei-, drei-, oder vierpolige Schalter ausgebildet sein. Die besonderen Eigenschaften dieser Schalter sollten sein: einfacher Aufbau, Betriebssicherheit, kleinster Platzbedarf, niedriger Preis und hohes Schaltvermögen. In der Ausführung mit Öffnungssteuerung durch rasche Maximalstrom-Auslöser sind diese Schalter auBerordentlich rasch bei der Abschaltung des Fehlerstroms, so daß Geräte und Maschinen wirkungsvoll vor den Schäden geschützt werden, die dieser Fehlerstrom verursachen könnte.

Die Kunststoffgehäuse-Schalter üblicher Ausführung (US-PS 32 56 407) sind handbetätigt, mit einem thermischen Auslöser (Übet !astungsauslöser) und einem flinken elektromagnetischen Auslöser (Maximalstromauslöser) je Pol versehen. Die Auslöser der verschiedenen Pole wirken auf eine gemeinsame Welle, die, wenn sie betätigt wird, eine Klinke des Kontaktschaltgestänges auslöst; diese Wirkungsweise gewährleistet eine sehr rasche Öffnung der Kontaktstücke. Normalerweise sind die thermischen und magnetischen Auslöser und die gemeiniame Auslösewelle in einer einzigen selbsttragenden auswechselbaren Baueinheit zusammengefaßt. Auf Verlangen können die Kunststoffgehäuse-Schalter mit Unterspannungsauslösern oder mit auf Stromstoß ansprechenden Auslösern zur Öffnung des Schalters mittels elektrischer Steuerung versehen werden, wobei diese Auslöser auch auf die Auslösewelle wirken; insbesondere verhindert der Unterspannungsauslöser die Schließung und verursacht die Öffnung des Schalters, wenn dessen Spule durch eine zu kleine Spannung erregt bzw. gar nicht erregt wird, z. B. wenn der zugehörige Steuerkreis geöffnet wird. Dagegen wird der auf Stromstoß ansprechende Auslöser dann wirksam, wenn seine Spule erregt wird, weil der zugehörige Stromkreis geschlossen wird.

Die zur selektiven Staffelung erforderliche Verzögerung wird im allgemeinen dadurch erzielt, daß entweder sehr komplizierte Maximalstrom-Auslöser benutzt werden, bei denen die Verzögerung mittels hydrodynamischer bzw. mechanischer Systeme erreicht wird, die zwecks Gewährleistung der erforderlichen kurzen und genauen Verzögerung mit großem Aufwand gebaut werden sollen, oder mittels eines getrennten dreiphasigen Maximalstrom-Relais, das verzöger; ist und durch drei Stromwandler gespeist wird, die am Ausgang jeden Pols des Schalters eingeschaltet sind; außerdem steuert im allgemeinen dieses Relais einen Öffnungsauslöser; wobei es aus einer sicheren getrennten Stromquelle gespeist wird. Diese Lösungen sind jedoch kompliziert und aufwendig und stehen also im Gegensatz zu den vorstehend genannten, gewünschten Eigenschaften derartiger Schalteranordnungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Schutzschalteranordnung mit sehr genauer selektiver Ansprechzeitverzögerung unter Berücksichtigung von insbesondere bei hohen Kurzschlußströmen auftretenden magnetischen Fremdfeldern zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Schutzschalteranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der als Mikroschalter ausgebildete Hilfsschalter mit einem ebenfalls im zweiten lsoliert;ehäuse angeordneten Hillsrelais verbunden ist, dessen Spule /um Verzögern des Abfalls des Hilfsrelais einer zweiten RC-Reihenschaltung parallel geschaltet ist und

dessen Relaiskontakt im Strompfad der Spule des Unterspannungsauslösers liegt und daß das Hilfsrelais durch eine magnetische Abschirmung zwischen den Hauptstromleitern und dem Hilfsrelais derart beeinflußt ist, daß durch das durch einen Kurzschlußstrom s erzeugte Magnetfeld die definierte Zeitverzögerung des Abfalls des Hilfsrelais bei sehr hohen Kurzschlußströmen verkürzt ist

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine räumlich sehr kompakte und im Beirieb sehr genau und sicher arbeitende Schutzschalteranordnung erhalten wird. Die Anordnung weist einen einfachen Aufbau auf und besteht aus elektromechanischen Elementen von erprobter Stabilität und erlaubt gleichzeitig sehr kurze Ausschaltverzögerungen. Die thermodynamische Belastung wird dadurch auf ein Minimum herabgesetzt Die kurzen und genauen Verzögerungszeiten erlauben eine bessere Nutzung der Strombahnen in allen Falten, wo die Grenze der Belastbarkeit durch die thermische Beanspruchung gegeben ist Die Ansprechzeiten des Hilfsrelais lassen sich auch durch die magnetische Abschirmung gemäß der Erfindung in gewünschter Weise einstellen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert

F i g. 1 zeigt einen teilweise schematischen Längsschnitt der Schutzschalteranordrjung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel.

F i g. 2 zeigt das elektrische Schaltbild der Schuizschalteranordnung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel.

In F i g. 1 sind mit 1 ein Selbstschalter in einem ersten Isoliergehäuse und mit 2 ein zusätzliches Isoliergehäuse bezeichnet; insbesondere ist bei 3' eine einzelne selbsttragende Einheit gezeigt, in der die Auslöser angeordnet sind. Der Selbstschalter ist in seiner geschlossenen und eingeschalteten Lage dargestellt. Der oder die Pole enthalten ein Teil 32 einer Lichtbogenkammer mit Löschplatten 31, ein feststehendes Kontaktstück 34, das mit einem an eine Leitungsendklemme 36a angeschlossenen Halter 35 verbunden ist, einen Arm 37 mit einem beweglichen Kontaktstück 37a, eine biegsame Litze 38, die den Strom vom 4^ri beweglichen Kontaktstück zu einem feststehenden Teil 39 des Hauptstromkreises überträgt, drei Hebel 23, 40 und 41, die zu einem Schaltgestänge 24 der beweglichen Kontaktstücke gehören, und einen Hebel 42, der seine Wirkung über eine Feder 43 ausübt. >o

Wie ersichtlich, ist ein Hebelende 23a des Hebels 23 an einem Bolzen 44 eines Hebels 21 eingerastet, so daß, wenn der Hebel 21 sich infolge eines Auslösebefehls verschiebt, der Hebel 23 frei wird und sich um seinen Bolzen 23f> dreht, wodurch die Schnellöffnung rler Kontaktstücke erfolgt. Das Teil 39 ist mit einem Leiter 11a elektrisch verbunden, um den Hauptstromkreis durch die Einheit 3' zu schließen; Mit 45 ist eine Anschlußklemme bezeichnet (eine je Pc!), die das zusätzliche Isoliergehäuse mit seinen Bauteilen elek- «■ trisch (Hauptstromkreis) und mechanisch über einen Leiter 11 b der Einheit 3' und eine Halterung 46 mit dem Selbstschalter verbindet. Mit 3' ist eine selbsttragende [jnheit bezeichnet, die über den Leiter 11a mil der Anschlußklemme 45 und über den Leiter 116 mit einer Anschlußklemme 36b lastseitig verbunden ist

Das zusätzliche Isoliergehäuse weist einen Grundteil 51, einen Deckel 52 und zwei Hauben 53, 54 auf, die mittels Schrauben am Grundteil befestigt sind.

In F i g. 2 sind die vorstehend beschriebenen Bauteile in einem Schaltbild schematisch dargestellt Zum Selbstschalter 1 gehören Kontaktstücke 64, eine Gruppe 65 von thermischen Überlastungsauslösern und ein Unterspannungsauslöser 27. Ferner ist in der F i g. 2 das zusätzliche Isoliergehäuse 2 mit folgenden Bauelementen gezeigt: einem mit Anzapfungen versehenen Spartransformator 57, der eine Spule 56a eines Hilfsrelais 56 über einen Gleichrichter 58 sowie eine Spule 31 des Unterspannungsauslösers 27 über einen Relaiskontakt 56b speist; einer RC-Reihenschaltung mit einem Widerstand 60 und einer Kondensatorgruppe 59. die der Spule 56a des Hilfsrelais 56 unmittelbar parallel geschaltet ist; einem Widerstand 61 und Kondensatoren 62, die dem Stromkreis aus der Spule 31 des Unterspannungsauslösers 27 und dem Relaiskontakt 566 parallel geschaltet sind; und mit einem Mikroschalter 47, der mit dem Parallelkreis aus der Spule 56a und der RC-Reihenschaltung 59, 60 in Serie geschaltet ist und der durch elektromagnetische Relais 15-1,15-2,15-3 betätigt wird. Diese sprechen beim Auftreten eines Überströmet bis zum minimal vorgesehenen Ansprechwert an und öffnen den Mikroschalter 47, und nach der festgelegten Verzögerungszeit öffnet sich der Relaiskontakt 56b des Hilfsrelais 56, das während dieser Zeit durch die RC-Reihenschaltung 59, 60 erregt gehalten wird. Wenn sich der Relaiskontakt 56b öffnet, wird der Stromfluß der Spule 31 unterbrochen und der Öffnungsbefehl des Selbstschalters 1 gegeben. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Erregung des Unterspannungsauslösers 27 über die Leitungsanschlußklemmen des Selbstschalters, und deshalb sind zum Vermeiden eines durch Spannungsabsenkung hervorgerufenen vorzeitigen Abfalls die RC-Reihenschaltung 61, 62 vorgesehen, deren Aufgabe darin besteht, die Erregung des Unterspannungsauslösers 27 für eine ausreichende Zeit aufrechtzuerhalten. Die Öffnungsverzögerung des Selbstschalters 1 hängt im wesentlichen von der Abfallverzögerung des Hilfsrelais 56 ab, und diese Abfallverzögerung wird durch die Anzahl der Kondensatoren der Kondensatorgruppe 59 so geändert, daß die erforderliche Kapazität erreicht wird.

Das Hilfsrelais 56 ist von dem Hauptstromkreis magnetisch abgeschirmt. Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 1 eine Stahlplatte 50 vorgesehen. Es können aber auch gemäß Fig. 2 Wände 68 um das Hilfsrelais 56 herum angeordnet werden. Durch Regulierung des Abslandes zwischen dem Hilfsrelais 56 und dem Hauptstromkreis, der Einstellung des Relais gegenüber dem Hauptstromkreis, der Abmessungen der Wände 68 einschließlich deren Dicke und durch zweckmäßige Wahl des magnetischen Werkstoffes sowie der Form, der Dicke, der Abmessungen, der Lage und des Werkstoffes der in F i g. 1 gezeigten Stahlplatte 50 kann die gewünschte bzw. erforderliche magnetische Abschirmung erzielt werden. Zur Vermeidung von Erschütterungen oder Stoßen kann das Hilfsrelais 56 auch elastisch gehalter; sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Patentanspruch:

Schutzschalteranordnung mit einem ersten Isoliergehäuse, in dem ein ein- oder mehrpoliger Selbstschalter mit einem thermischen Oberstromauslöser und einem Unterspannungsauslöser angeordnet ist, mit einem an dem ersten Isoliergehäuse befestigten zweiten Isoliergehäuse, das eine Leistungseinspeisung mit einem Gleichrichter mit einer angeschlossenen ersten RC-Reihenschaltung zur Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung beim Auftreten einer Unterspannung und einen jedem Schalterpol zugeordneten elektromagnetischen Auslöser enthält, durch den ein Hilfsschalter betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der als Mikroschalter (47) ausgebildete Hilfsschalter mit einem ebenfalls im zweiten Isoliergehäuse angeordneten Hilfsrelais (56) verbunden ist, dessen Spule (56a) zum Verzögern des Abfalls des Hilfsrelais (56) einer zweiten RC-Reihenschaltung (59,60) parallel geschaltet ist und dessen Relaiskontakt (56b) im Strompfad der Spule (31) des Unterspannungsauslösers (27) liegt, und daß das Hilfsrelais (56) durch eine magnetische Abschirmung (50, 68) zwischen den Hauptstromleitern und dem Hilfsrelais derart beeinflußt ist, daß durch das durch einen Kurzschlußstrom erzeugte Magnetfeld die definierte Zeitverzögerung des Abfalls des Hilfsrelais (56) bei sehr hohen Kurzschlußströmen verkürzt ist.