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SELEKTIVSCHUTZVORRI CHTUNG Die Erfirdung bezieht sich auf eine Selektivschutzvorrichtung
mit Strombegrezerschaltern, die in mehreren Stufen eines elektrischen Leistungsstromkreises
reihenmässig angeordnet sind, wobei jeder Schalter eine Auslösesteuerung und eine
schnelle Offnurlgsvorrinhtung der Kontakte bei Fehlerauftritt aufweist, wobei letztere
Vorrichtung so beschaffen ist, dass sie schnell die von dem Fehlerstrom durchflossenen
Schalterkontakte auf den verschiedenen Stufen öffnet.
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Eine Selektivschutzvorrichtung dieser Art wird in der deutschen OS
P 23 47 123 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung ermöglicht ein schnelles Offnen
der Kontakte, unabhängig von der Auslösesteuerung des Schalters, damit sofort bei
Fehlerauftritt eine Lichtbogenreihe eingefUgt werden kann, welche den Strom betrachtlich
begrenzt. Nach der Stromabschaltung schliessen sich die Schalterkonbakte automatisch
wieder, wenn kein Auslösebefehl an ihre jeweiligen Auslöser uebertragen worden ist.
Die Vorrichturg besitzt einen Verbindungsstromkreis, der dem direkt
oberhalb
des Fehlers liegenden Schalter und nur diesem einen Auslösebefehl überträgt, so
dass der Schalter in geöffneter Stellung bleibt, während sich die andere Schalter
automatisch wieder schliessen, um die von dem Fehler nicht betroffenen Teile des
Netzes mit Strom zu versorgen.
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Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass sie eine Verbindung
der Schalter durch Steuerleiter benötigt, was ihre Verwendungsmöglichkeiten auf
neue Einrichtungen beschränkt, deren gesamte zum Selektivschutz gehörenden Schalter
in derselben Zone untergebracht sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden
und eine Selektivschutzvorrichtung zu schaffen mit Strombegrenzerschaltern, welche
mit einer eigenen Selektivauslösesteuerung ausgerüstet sind.
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Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die schnelle Öffnungsvorrichtung so beschaffen ist, dass sie eine schnelle Wiedereinschaltung
der Kontakte ermbglicht, wenn der Stromwert unter einen vorherbestimmten Wert sinkt,
und dass die Auslösesteuerung einen Zähler aufweist, der die aufeinanderfolgenden
Öffnung und Schliessfolgen der Kontakte zählt, und der nach einer vorherbestimmten
Anzahl voi; Folgen die Auslösung hervorrufen kann, so um die Kontakte des entsprechenden
Schalters nach der vorherbestimmten Anzahl von Folgen geöffnet zu halten.
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Das Öffnen der von dem Fehlerstrom durchflossenen Schalterkontakte
ist "spontan" und die Kontakte werden geöffnet gehalten, solange der Fehlerstrom
nicht abgeschaltet ist. Dieses Öffnen ist unabhängig von der Auslösevorrichtung,
die von dem mit jedem Schalter verbunden Zähler gesteuert wird. Die Kontakte schliessen
sich automatisch, wenn der Fehler verschwindet und wenn der Zähler keinen Auslösebefehl
übermittelt hat.
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Die Zähler der verschiedenen Schalter sind voreingestellt, so um einen
Auslösebefehl bei Anfang der ersten Öffnungs- und Schliessfolge der Kontakte auf
den Schalter zu übertragen, der in der Nähe der Versorgungslast angebracht ist,
während die Zähler der unmittelbar oberhalb liegenden Stufe für ein Auslösen bei
Beginn der zweiten Folge voreingestellt sind usw., jede Stufe einer Erhöhung um
eine Einstelleinheit des Zählers entsprechend. Ein Fehler auf der Versorgungslast-Stufe
bewirkt das Öffnen der gesamten die Last versorgenden Schalter, und der Zähler des
in der Nähe der Last gelegenen Schalters Uberträgt unverzüglich einen Auslösebefehl
an diesen Schalter,um die Kontakte geöffnet zu halten. Sofort nach Stromabschaltung
schliessen sich die Kontakte der oberhalb gelegenen Schalter automatisch und bleiben
in geschlossener Stellung, da kein Fehlerstrom sie durchfliesst. Ein solcher Fehler
wird also bei der ersten Folge oder dem ersten Auslöseimpuls ausgeschaltet. Im Falle
eines Fehlers auf einer höheren Stufe einer Einheit öffnen sich nur die Schalter
dieser und der höheren Stufe bei Fehlerauftritt. Alle Kontakte schliessen sich automatisch
wieder ein erstes Mal, da kein Zähler einen Ausldsebefehlübermittelt
hat.
Sofort nach Beginn der durch das Weiterbestehen des Fehlers hervorgerufenen zweiten
Öffnungsfolge überträgt der auf Stufe 2 voreingestellte Zähler einen Auslösebefehl
auf diesen Schalter, um die Kontakte in geöffneter Stellung zu halten. Sofort nach
Stromabschaltung schliessen sich die Kontakte der oberhalb liegenden Schalter wieder
und werden in der geschlossenen Stellung zur Stromversorgung des unbeschädigten
Netzteiles gehalten. Man erkennt, dass ein Fehler erst nach einer Folge von Offnungs-
und Schliessfolgen endgültig ausgeschaltet ist, welche Kontaktschwingungen entsprechen,
deren Anzahl desto grösser ist, je weiter der Fehler von der Last entfernt ist.
Die aufeinanderfolgenden begrenzten Stromwellen, die den verschiedenen Offnungs-
und Schliessfolgen der Kontakte entsprechen, sind in den üblichen Einrichtungen
annehmbar und bedeutend weniger schädlich als das Bestehen eines nicht begrenzten
Fehlerstroms während einer bedeutend höheren Dauer, was bei üblichem Schutz mit
verzögerter Auslösung unvermeidlich ist.
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Man kennt eine Schutzvorrichtung chronometrischer Art, die die Verwendung
von Begrenzerschaltern mit schneller Kontaktöffnung erlaubt. Das Selbstöffnen und
-schliessen der Schalterkontakte geschieht unabhängig von den Auslösesteuerungen,
deren Verzögerungen von 10 ms auf 10 ms gestaffelt sind. Dieser Abstand von 10 ms
müsste für eine gute Arbeitsweise des Systems der Schwingungsperiode aller auf dem
Netz verwendeten Schalter entsprechen, was natürlich unmöglich zu erreichen ist,
da diese Periode von den Apparatetypen abhängt und je nach der Fehlerart verschieden
ist.
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Daraus geht hervor, dass bei einer Periode, die länger als 10 ms dauert,
eine Auslösung vorzeitig eintreten kann und die Selektivität nicht beachtet wird.
Wenn die Periode im Gegenteil weniger als 10 ms dauert, so könnte ein oberhalb gelegener
Schalter dazu gebracht werden, mehr Schwingungen auszuführen als es seine Lage verlangt,
was einen grösseren Verschleiss seiner Kontakte und eine unnötig lange Störung des
Netzes bewirkt.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass sie keine für jede Stufe
abgestimmten Schalter benötigt, denn die Einstellung geschieht bei der Montage durch
einfache Regelung des Zählers.
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Eine schon vorhandene Einrichtung kann durch einfaches Auswechseln
der Schalter umgewandelt werden, durch standardisierte Schnellbegrenzerschalter,
denen der Zähler in irgendeiner Weise zugefügt wird.
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Der Zähler der Kontakt schwingungen kann mechanischer oder elektrischer
bekannter Art sein und er ist mit einer Rückstellvorrichtung ausgerüstet, die bei
einer Unterbrechung der Schwingungen einsetzt.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in den Figuren dargestellt.
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Die Fig. 1 zeigt ein einphasiges Betriebsschema einer Verteileranlage,
gemäss der Erfindung.
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Die Fig. 2 zeigt eine schematische Sicht eines Begrenzerschalters
mit eingebautem mechanischen Zähler, gemäss der Erfindung.
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Die Fig. 3 zeigt ein synoptisches Schema eines elektronischen Zählers
gemäss einer Ausführungsvariante der Erfindung.
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Die Fig. 1 zeigt einen von einer Stromquelle (schematisch durch den
Wandler 10 abgebildet) gespeisten maschenförmigen Leistungsstromkreis 11, der in
drei Abschnitte oder Stufen A, B, C unterteilt ist, welche jeweils verschiedene
Zweige aufweisen : einen Zweig 12 im Abschnitt A, zwei Zweige 14, 16 im Abschnitt
B und vier Zweige 18, 20, 22, 24 im Abschnitt C, die verschiedene Lasten 26, 28,
30, 32 direkt speisen. In jeden Zweig 12 bis 24 ist ein Schalter eingefügt, bzw.
34 für den Abschnitt A; 36, 38 für den Abschnitt B; 40, 42, 44, 46 für den Abschnitt
C. Die Schalter 34 bis 46 der Abschnitte A, B, C sind von der Art zur schnellen
Öffnung der Kontakte, die nachstehend näher mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wird.
Sie können mit einer Hand- oder Fernsteuerung (nicht abgebildet) ausgerüstet sein,
sowie mit üblichen Auslöser, z.B. thermischen, die nicht beschrieben werden, da
sie die vorliegende Erfindung nicht betreffen. Jeder Schalter 34 bis 46 ist mit
einem Auslöser ausgerüstet, bzw. 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, der die endgültige
Öffnung der Kontakte des Schalters hervorruft. Jeder Schalter besitzt ausserdem
einen Zähler 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74 für die aufeinanderfolgenden Öffnung und
Schliessfolgen der Schalterkontakte, welcher nach einer vorherbestimmten Anzahl
dieser Folgen einen Ausldsebefehl an den entsprechenden Auslöser 48 bis 60 überträgt.
Die Zähler 68 bis 74 des Abschnitts C sind so eingestellt, dass sie sofort nach
Beginn der ersten Öffnung der Schalterkontakte 40 bis 46 eine Auslösung bewirken,
um jegliches
Wiederschliessen der Kontakte zu verhindern. Sie übertragen
also einen Auslösebefehl sofort nach der ersten Schwingung der Schalterkontakte.
Die Schalter 36, 38 haben ihre Zähler 64, 66 auf ein Niveau 2 eingestellt, um eine
Auslösung sofort nach dem zweiten Impuls, d.h. nach dem Beginn der zweiten Kontaktöffnungs-
und -schliessfolge der Schalter 36, 38 hervorzurufen. In ähnlicher Weise wird der
Schalter 34 durch einen Befehl des Zählers 62 sofort nach der dritten Öffnung seiner
Kontakte ausgelöst.
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Die Schalter 34 bis 46 sind alle von der gleichen Art und nur einer
der Pole eines solchen Schalters ist näher mit Bezug auf die Fig. 2 beschrieben.
Eine bewegliche Kontaktbrücke 140 arbeitet mit festen Kontakten 144, 146 zusammen,
die sich am Ende der Zu- und Ableitungen 148, 150 des Schalters befinden.
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Ein fester magnetischer Kreis 152 umgibt die Leiter 148, 150 und arbeitet
mit einem beweglichen Anker 154 zusammen, der bei geschlossener Stellung der Kontaktbrücke
140 von dem magnetischen Kreis 152 durch einen Luftspalt 156 getrennt ist. Der Anker
154 wird durch die Feder 145 in eine vom magnetischen Kreis 152 entfernte Stellung
gerufen und trägt eine Steuerstange 141, die nach einem dem Spielraum 147 entsprechenden
Leerlauf mit der Kontaktbrücke 140 zusammenarbeiten kann, um die Öffnung der Kontaktbrücke
140 hervorzurufen.
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Die Kontaktbrücke 140 ist durch eine mit einem Anschlag 170 versehene
Stange 142 mit einem Schieber 166 zur Öffnungssteuerung fest verbunden. Eine zwischen
den Schieber 166 und die Kontaktbrücke 140 eingefügte DV»ckfeder 172 bringt die
Kontaktbrücke
140 in die von dem Anschlag 170 begrenzte maximale Abspreizstellung gegenüber dem
Schieber 166. Eine Druckfeder 174, die sich auf einem festen Anschlag 176 abstützt,
bringt den Schieber 166 auf der Fig. 2 nach oben, d.h. in die Offnungsrichtung der
Kontaktbrücke 140. Der Schieber 166 arbeitet mit einem Auslösemechanismus mit Knickstütze
168 zusammen, der sich auf einen festen oder halbfesten Punkt 180 stützt. Die Knickstütze
168 wird in der Verriegelungsstellung des Schiebers 166 gehalten durch Anschlag
einer Nase 182 gegen einen drehbar auf einer Achse 186 gelagerten Auslösehebel 184.
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Ein Schalter dieser Art wird indem vorgenannten Patent beschrieben,
das man für nähere Einzelheiten einsehen sollte.
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Es wird daran erinnert, dass eine schnelle Öffnung der Kontakte durch
Verschiebung der Kontaktbrücke 140 durch Anziehen des Ankers 154 von dem magnetischen
Kreis 152, der von einem durch die Leiter 148, 150 fliessenden Fehlerstrom angeregt
ist, erreicht wird, unabhängig von der Auslösesteuerung mit Knickstütze 168. Wenn
die Auslösesteuerung mit Knickstütze 168 nicht betätigt wird, schliesst sich die
Kontaktbrücke 140 automatisch mittels der Druckfeder 172, nach Verschwinden des
Fehlerstroms und Befreiung des Ankers 154. Im Falle einer Auslösung durch Knicken
der Knickstütze 168 wird der Schieber 166 nach oben versetzt und hält so die Kontaktbrücke
140 in geöffneter Stellung.
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In Fig. 2 ist ein mit dem Bezugszeichen 188 bezeichneter mechanischer
Zähler mit dem Schalter verbunden, um die Öffnungs- und Schliessfolgen der Kontaktbrücke
140 zu zählen
und nach einer vorherbestimmten Anzahl von Folgen
den Auslösehebel 184 zu betätigen, der die Nase 182 befreit und ein Knicken der
Knickstütze 168 erlaubt. Der Zähler 188 besitt zwei Gleitstangen 190, 192, die in
einem Gehäuse 194 angebracht sind. Die Gleitstange 190 ist durch einen Stab 196
fest mit der Kontaktbrücke 140 verbunden und verschiebt sich mit letzterer. Auf
der Stange 190 ist drehbar auf einer Achse 198 eine Klinke 200 gelagert, deren Haken
202 in die Zähne einer Zahnstange 204 eingreifen kann, welche auf der Gleitstange
192 gegenüber der Stange 190 angebracht ist. Die Stangen 192 und 190 liegen parallel
zueinander und die in eine Richtung wirkende Verbindung mit Klinke 200 und Zahnstange
204 ermöglicht eine Einrichtungskupplung in die Verschiebungsrichtung, die dem Offnen
der Kontaktbrücke 140 entspricht. Ein Einklinken der Klinke 200 wird durch einen
Vorsprung 206 und eine elastische Raste 208 eingeführt und bewirkt bei Beginn des
Gleitweges der Stange 190 eine Drehung und eine Einführung der Klinke 200. Während
des weiteren Gleitens schnappt der Vorsprung 206 aus der Raste 208. Die Stange 192
wird in Ruhestellung durch eine sich auf einen Rand 214 stützende Druckfeder 212
gegen einen regelbaren Anschlag 210 gebracht. Die Gleitstange 192 endet in einen
Druckknopf 216, der das Ende des drehbaren Auslösehebels 184 betätigen kann.
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Die Gleitstange 192 arbeitet mit einer Hemmvorrichtung 218 zusammen,
durch eine in eine Richtung wirkende Kupplung mit Klinke 220, die in der auf der
Zeichnung 2 durch den Pfeil angegebene Gleitrichtung der Stange 192 tätig ist. Die
Hemmvorrichtung
218 besitzt Ubersetzungsgetriebe 222, 224, die
ein Zahnrad 226 in Rotation versetzen, welches mit einem gleitenden Anker 228 zusammenarbeitet.
Eine solche Hemmvorrichtung ist bekannt und wird z. B. in dem Französischen Patent
1.333.758 näher beschrieben. Die Klinke 220 ermöglicht ein freies Bewegen der Gleitstange
192 in eine gegenüber dem Pfeil entgegengesetzte Richtung zum Auslösehebel 184 hin.
Eine Bewegung in die umgekehrte Richtung wird von der Hemmvorrichtung 218 gebremst.
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Der Zähler 188 arbeitet folgendermassen Eine Öffnungsbewegung der
Kontaktbrücke 140 bewirkt eine Verschiebung der Gleitstange 190 und eine Einführung
der Klinke 202 in die Zähne der Zahnstange 204, wobei die Gleitstange 192 in die
dem Pfeil entgegengesetzte Richtung mitgeführt wird. Die Gleitstange 192 verschiebt
sich also in Richtung des Auslösehebels 184 um einen Abstand der ziemlich dem Öffnungsweg
der Kontakte 140 entspricht. Bei der Schliessbewegung der Kontaktbrücke 140 wird
die Gleitstange 190 in die ursprüngliche Stellung zurückgebracht, wobei die Klinke
202 die Verbindung mit der Gleitstange 192 unterbricht. Letztere versucht, sich
unter Wirkung der Feder 212 in die in der Fig. 2 durch den Pfeil angegebene Richtung
zu verschieben, doch diese Bewegung wird durch die auf Grund der Einführung der
Klinke 220 mitgeführte Hemmvorrichtung 218 beschwert und gebremst. Das Abbremsen
der Bewegung der Gleitstange 192 durch die Hemmvorrichtung 218 ist ausreichend,
um eine beträchtliche Bewegung der Stange 192 zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Bewegungen der Kontaktbrücke 140, die sich wegen eines andauernden Fehlers wieder
öffnet,
zu verhindern. Bei der zweiten Offnung der Kontaktbrücke 140 wird die Gleitstange
192 um einen zweiten Abstand in vorbeschriebener Weise verschoben. Es ist leicht
zu sehen, dass der zwischen dem Druckknopf 216 und dem Auslösehebel 184 vorgesehene
Zwischenraum die Voreinstellung des Zählers 188 bestimmt, um die Auslösung durch
Schwenken des Hebels 184 nach ein, zwei oder mehreren Offnungsfolgen der Kontaktbrücke
140 hervorzurufen. Der anfängliche Abstand des Druckknopfes 216 ist durch Verschieben
des Anschlags 210 regelbar. Die aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schliessfolgen
der Kontaktbrücke 140 werden durch das System mit Klinke und Zahnstange 202, 204
summiert, wobei eine Unterbrechung der Folgen ein Zurückstellen des Zählers 188
bewirkt, durch eine durch die Hemmvorrichtung 218 gebremste Verschiebung.
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Die Selektivschutzvorrichtung gemäss der Erfindung arbeitet in fdgender
Weise Die Zähler 68, 70, 72, 74 der Stufe C sind so eingestellt, dass sie den die
Nase t82 befreienden Auslösehebel 184 sofort nach der ersten Verschiebung in die
ÖffnungssteS,lung der Kontaktbrücke 140 bringen. Die Zähler 64, 66 der Stufe B sind
so eingestellt, dass sie die Auslösung bei der zweiten Öffnungs-und Schliessfolge
der Kontaktbrucke 140 hervorrufen. Der Zähler 62 der Stufe A bewirkt die Auslösung
bei der dritten Folge.
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Beim Vorkommen eines Fehlers, z.B. im Punkt X in der Nähe der Last
32, öffnen sich die in Reihe geschalteten und vom Fehler durchflossenen Schalter
34, 38, 46 durch Anziehung mittels
Magnetkreisen 152. Die Einfügung
von drei zwischen den Kontakten dieser Schalter gezogenen Lichtbögen bewirkt eine
bedeutende Strombegrenzung. Der Zähler 74 des Schalters 46 bewirkt gleichzeitig
einen Auslösebefehl durch Schwenkung des Hebels 184 und eine endgültige Öffnung
der Kontaktbrücke 140 durch Verschiebung des Schiebers 166 in oben angegebener Weise.
Der Schalter 46 wird also in geöffneter Stellung gehalten, während sich die Kontakte
der Schalter 34 und 38 sofort nach Verschwinden des Fehlerstroms wieder schliessen.
Die Zähler 66 und 62, die auf zwei bzw. drei Folgen eingestellt sind, haben die
Auslösevorrichtung dieser Schalter 34, 38, die sich wieder schliessen, nicht betätigt.
Wenn der Fehler beseitigt ist, bleiben die Kontakte in geschlossener Stellung und
der Zähler wird allmählich durch Verschiebung der Gleitstange 192, gebremst von
der Hemmvorrichtung 218, in seine ursprüngliche Stellung zurückgebracht. Der Zähler
188 kann in jeglicher Weise ausgeführt sein und indirekt betätigt werden, z.B. elektromagnetisch
durch Stromimpulse der schnellen Offnungs- und Schliessfolgen der Kontakte 140,
144, 146. Nachstehend ist mit Bezugnahme auf Fig. 3 ein elektronischer, von Stromimpulsen
gesteuerter Zähler beschrieben, aber es ist klar, dass dieser Zähler durch die Bewegung
der Kontaktbrücke 140 betätigt werden kann, mit Hilfe eines Stellungsanzeigers.
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Ein Stromumwandler 230, der von einem von dem Leiter 148 durchdrungenen
Ringmagnetkern 148 gebildet wird, trägt zwei Sekundärwicklungen, eine 232 zur Messung
und die andere 234 zur Versorgung des elektronischen Zählers. Die Wicklung 232 ist
mit einem Kippauslöser 236 verbunden, der an einen binären
Zähler
238 einen Impuls sendet, jedesmal wenn der Strom in dem Leiter 148 einen der Öffnung
der Schalterkontakte entsprechenden Wert überschreitet. Der Zähler 238 ist mit einer
Entzifferungsmatrize 240 verbunden, welche von einem Vorauswahlsystem 242 gesteuert
wird, um die Anzahl der Impulse zu wählen und bei Ubereinstimmung einen Steuerbefehl
an einen Kippauslöser 244 zu senden, welcher das Relais des Auslösen 48 bis 60 des
Schalters anspricht.
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Die Zählervorrichtung kann über eine autonome Stromversorgung verfügen
oder von der Wicklung 234 mittels eines Stromversorgungssatzes 246 gespeist werden.
Das Rückstellen des Zählers 238 wird durch Stromabschaltung des Versorgungssatzes
246 ausgeführt, welche durch eine von dem Zähler 238 gesteuerte Verzögerungskippe
248 erreicht wird.
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Es ist unnötig, die Bestandteile des elektronischen Zählersystems
näher zu beschreiben, welche den Spezialisten gut bekannt sind.
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Der obenerwähnte Digital zähler kann ebenfalls durch einen analogischen
Zähler ersetzt werden, wobei das Summieren der Impulse z.B. durch die stufenweise
Ladung einer oder mehrerer Kapazitäten erfolgt.