DE19500125A1 - Strombegrenzer - Google Patents
StrombegrenzerInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/026—Current limitation using PTC resistors, i.e. resistors with a large positive temperature coefficient
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Strombegrenzer der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Schutzschalter, insbesondere Leistungsschalter müssen auf Über
ströme ansprechen bzw. Überströme abschalten, die als Kurzschluß
ströme bzw. Überlastströme auftreten.
Diese Leistungsschalter benötigen für die Abschaltung hoher
Kurzschlußströme, bedingt durch die Masse der durch dynamische
Kräfte zu bewegenden Kontakte, Abschaltzeiten von mehreren ms und
haben als Folge hiervon relativ hohe Durchlaßströme und Durchlaß
signale. Die Belastung der Leistungsschalter selbst, aber auch der
zu schützenden Anlagenteile oder Geräte ist trotz zum Teil guter
Strombegrenzung immer noch relativ hoch und erfordert oft eine
Überdimensionierung.
Bekannte Schutzschalter besitzen zur Abschaltung der Überlast ein
Thermobimetall, welches direkt oder indirekt beheizt ist und sich
bei einer Aufheizung durch einen Überlaststrom ausbiegt, wodurch
eine Verklinkungsstelle in einem Schaltschloß und eine Kontakt
stelle geöffnet werden.
Weiterhin ist es bekannt, zur Begrenzung von Kurzschlußströmen
einen PTC-Widerstand einzusetzen. Mit PTC-Widerstand oder, wie
dieser auch genannt wird, PTC-Thermistor, wird ein gewöhnlicher
aus einem Halbleitermaterial bestehender Widerstand mit einem
positiven Temperaturkoeffizienten bezeichnet, dessen Widerstand
bei niedrigen Temperaturen niedrig ist, während er bei höheren
Temperaturen um mehrere Zehnerpotenzen steil ansteigt. Diese
Eigenschaft eines PTC-Widerstandes macht ihn geeignet zur
Verwendung als strombegrenzendes Organ in verschiedenen Arten von
elektrischen Stromkreisen, um beispielsweise einen Kurzschlußstrom
so zu begrenzen, daß kein unzulässig hoher Strom auftreten kann.
Mit einem neuartigen Strombegrenzerelement ist es gelungen, die
Strombegrenzung erheblich zu verbessern. Wichtigstes Element
dieses CLD (Current Limiting Device) ist ein leitfähiges
Polymer, das den Bemessungsbetriebsstrom auch bei erhöhten Umge
bungstemperaturen beliebig lange und betriebsmäßig auftretende
Überströme, wie z. B. Motoranlaufströme, zuverlässig führen kann.
Bei Auftreten von Kurzschlußströmen ändert sich das Materialgefüge
in sehr kurzer Zeit und es tritt eine nennenswerte Verringerung
des Leitwertes des Leitpolymers ein. Anstelle von einigen ms setzt
die Strombegrenzung bereits je nach Größe des Kurzschlußstromes
nach 0,1 bis 1 ms ein. Der Durchlaßstrom wird auf so niedrige
Werte begrenzt, daß die Abschaltung des Stromkreises durch einen
Leistungsschalter mit niedrigem Schaltvermögen erfolgen kann. Die
Abschaltzeit des durch den Strombegrenzer begrenzten Kurzschluß
stromes wird von dem hierfür eingesetzten Schalter bestimmt und
beträgt ca. fünf bis zehn Millisekunden. Um einerseits das
empfindliche Strombegrenzerelement durch die bei der
Strombegrenzung auftretenden hohen Spannungen zu entlasten, aber
auch um den zum Auslösen des Leistungsschalters erforderlichen
Strom zu erhalten, muß dem Polymerelement ein Widerstand parallel
geschaltet werden. Nach einer erfolgten Kurzschlußabschaltung wird
das Polymerelement nach einer kurzen Abkühlzeit wieder leitend,
wobei das Materialgefüge in seinen Ausgangszustand zurückkehrt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strombegrenzer der
eingangs genannten Art zu schaffen, der noch einfacher und kosten
günstiger zu fertigen ist und eine kompakte Bauweise ermöglicht.
Hierbei soll der Strom nach der Kurzschlußstrombegrenzung
möglichst schnell auf den Widerstand kommutieren. Diese Aufgabe
wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung
gelöst.
Der Strombegrenzer zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise mit
einfach herzustellenden Einzelteilen aus. Da der Parallelwider
stand über kurze Verbindungsleitungen mit dem Strombegrenzer
element verbunden ist, wird eine schnelle Kommutierung des Stromes
nach der Kurzschlußstrombegrenzung auf den Widerstand ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild des Strombegrenzers mit einem
Schutzschalter,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Strombegrenzers,
Fig. 3 den Strombegrenzer gemäß Fig. 2 , jedoch um 180 Grad
gedreht und
Fig. 4 Einzelteile des Strombegrenzers in schaubildlicher
Darstellung.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung stellt ein Ersatz
schaltbild eines Strombegrenzers 1 mit einem Schutzschalter 7 dar,
der bei Überstrom, insbesondere bei Kurzschlußstrom anspricht und
ein Strombegrenzerelement 3 in Form eines PTC-Widerstandes sowie
einen zu diesem parallelgeschalteten Parallelwiderstand 5
aufweist. Das Strombegrenzerelement 3 ist ein aus einem
leitfähigen Polymer bestehender Widerstand mit positivem
Temperaturkoeffizienten, dessen Widerstandswert bei niedrigen
Temperaturen niedrig ist, während er bei höheren Temperaturen um
mehrere Zehnerpotenzen ansteigt. Dieses allein läuft in
Bruchteilen von Millisekunden ab. In Reihe zu der Parallel
schaltung von dem Strombegrenzerelement 3 und dem Parallelwider
stand 5 befindet sich der Schutzschalter 7, der z. B. ein
Leistungsschalter sein kann und der nach dem Ansprechen des
Strombegrenzers 1 durch den über den Parallelwiderstand
weiterfließenden Teil des Kurzschlußstromes entklinkt und den
Stromkreis unterbricht. Nach Unterbrechung des Stromkreises durch
den Schalter 7 kehrt die Struktur des Strombegrenzerelementes 3
von selbst in seinen Ausgangszustand zurück, so daß der Betrieb
fortgesetzt werden kann.
Die Fig. 2 und 3 zeigen den Strombegrenzer 1 in schaubildlicher
Darstellung, während die Fig. 4 alle erfindungswesentlichen Teile
darstellt. Das Strombegrenzerelement 3 besteht gemäß Fig. 4 zwar
z. B. aus einer zylindrischen Scheibe, aber es kann auch eine
andere Form gewählt werden. Dieses Strombegrenzerelement 3 wird
über zwei vorzugsweise aus gut elektrisch- und gut wärmeleitenden
Werkstoff gefertigte Elektroden 9, 11 kontaktiert, welche gemäß
Fig. 4 z. B. plattenförmig ausgebildet sind. Diese plattenförmigen
Elektroden 9, 11 weisen an einer Querseite der Plattenebene durch
Abbiegen einstückig angeformte Lappen auf, welche Anschlüsse 13,
15 für den Parallelwiderstand 5 und Kabelanschlüsse 17, 19 bilden.
Der Parallelwiderstand 5 ist als U-förmig geformte Klammer
ausgebildet. Die beiden Seitenschenkel 23, 25 sind seitlich neben
den plattenförmigen Elektroden 9, 11 angeordnet. Zwecks Isolierung
befinden sich Isolierplatten 35, 37 zwischen den Elektroden 9, 11
und den Seitenschenkeln 23, 25 des Parallelwiderstandes 5.
Das Strombegrenzerelement 3, die Elektroden 9, 11, die
Isolationsplatten 35, 37 und der Parallelwiderstand 5 sind in
einem Kunststoffgehäuse 39 zu einer kompakten Baueinheit
angeordnet. Dieses Kunststoffgehäuse 39 hat eine rechteckige Form,
wobei die eine schmale Längsseite 41 zum Einschieben des
Parallelwiderstandes 5 mit den anderen Bauteilen offen ausgebildet
ist. Das Kunststoffgehäuse 39 ist im Inneren an den Stellen, an
denen sich im Parallelwiderstand 5 Schlitze 53 befinden, mit
Rippen 49, 51 versehen. Diese Rippen 49, 51 geben dem
Kunststoffgehäuse 39 zum einen eine größere Festigkeit und
verhindern zum anderen, daß sich die einzelnen Stege der
Seitenschenkel 23, 25 berühren können.
Das Innenmaß des Kunststoffgehäuses 39 sowie auch das Innenmaß des
U-förmig geformten Parallelwiderstandes 5 sind so ausgebildet, daß
auf das Strombegrenzerelement 3 ein für die Funktion erforder
licher Druck aufgebracht wird. Für die Druckerzeugung ist das
Zusammenwirken von dem Kunststoffgehäuse 39 und dem U-förmigen
Parallelwiderstand 5 sehr wichtig. Der Hauptdruck muß im unteren
Bereich 57 des Kunststoffgehäuses 39 aufgenommen werden, da das
Kunststoffgehäuse 39 an dieser Stelle die größte Festigkeit
besitzt. Der Parallelwiderstand 5 erzeugt durch seine U-Form den
erforderlichen Druck im oberen Bereich, in einem Bereich also in
dem das Kunststoffgehäuse offen ist und dadurch eine geringere
Festigkeit aufweist. Die Seitenschenkel 23, 25 des Parallel
widerstandes 5 (Klammer 21) übertragen die Kraft auf den unteren,
festeren Bereich des Kunststoffgehäuses 39.
Der Parallelwiderstand 5 ist z. B. aus einem Widerstandswerkstoff
mäanderförmig gestanzt und anschließend U-förmig gebogen. Er ist
mit Befestigungselementen 65, 67 und Unterlegscheiben 68, 70
direkt mit den Anschlüssen 13, 15 der Elektroden 9, 11 verbunden.
Damit ist eine kürzestmögliche, induktivitätsarme Verbindung
zwischen dem Strombegrenzerelement 3 und dem Parallelwiderstand 5
hergestellt.
Claims (8)
1. Strombegrenzer mit einem Strombegrenzerelement und einem zu
diesem parallel geschaltetem Parallelwiderstand, dadurch
gekennzeichnet, daß der Parallelwiderstand (5) in Form einer
U-förmigen Klammer (21) ausgebildet ist und daß das Strombe
grenzerelement (3) innerhalb des U-förmigen Parallelwider
standes (5) angeordnet ist.
2. Strombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Parallelwiderstand (5) als mäanderförmiger Widerstand
ausgebildet ist.
3. Strombegrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Elektroden (9, 11) plattenförmig ausge
bildet sind und an einer Seite durch Abbiegen angeformte
Anschlüsse (13, 15) für den Parallelwiderstand (5) und Kabel
anschlüsse (17, 19) besitzt.
4. Strombegrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Enden (31, 33) des Parallelwiderstandes (5)
direkt an den Anschlüssen (13, 15) der Elektroden (9, 11)
befestigt sind.
5. Strombegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Isolationsplatten (35, 37)
zwischen den Elektroden (9, 11) und den Seitenschenkeln
(23, 25) des Parallelwiderstandes (5) angeordnet sind.
6. Strombegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzerelement (3),
die Elektroden (9, 11), die Isolationsplatten (35, 37) und der
Parallelwiderstand (5) in einem Kunststoffgehäuse (39) zu
einer kompakten Einheit angeordnet sind.
7. Strombegrenzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Kunststoffgehäuse (3) an den Innenwänden (45, 47) in
Einsteckrichtung des Parallelwiderstandes (5) verlaufende
Rippen (49, 51) aufweist, welche in die Schlitze (53) des
Parallelwiderstandes (5) formschlüssig eingreifen.
8. Schutzschalter nach einem der vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Parallelwiderstand
(5) und das Kunststoffgehäuse (39) beide zusammen oben und
unten einen gleichmäßigen Druck auf das Strombegrenzer
element (3) erzeugen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995100125 DE19500125A1 (de) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | Strombegrenzer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995100125 DE19500125A1 (de) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | Strombegrenzer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19500125A1 true DE19500125A1 (de) | 1996-07-11 |
Family
ID=7750990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995100125 Withdrawn DE19500125A1 (de) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | Strombegrenzer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19500125A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19736904A1 (de) * | 1997-08-25 | 1999-03-04 | Asea Brown Boveri | Stromrichterschaltungsanordnung |
DE10203443A1 (de) * | 2002-01-30 | 2003-07-31 | Abb Patent Gmbh | Elektrisches Schaltgerät |
-
1995
- 1995-01-04 DE DE1995100125 patent/DE19500125A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19736904A1 (de) * | 1997-08-25 | 1999-03-04 | Asea Brown Boveri | Stromrichterschaltungsanordnung |
US5969959A (en) * | 1997-08-25 | 1999-10-19 | Asea Brown Boveri Ag | Converter circuit arrangement with protection circuit |
DE10203443A1 (de) * | 2002-01-30 | 2003-07-31 | Abb Patent Gmbh | Elektrisches Schaltgerät |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: AEG NIEDERSPANNUNGSTECHNIK GMBH & CO. KG, 24534 NE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |