DE2724875C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Selektivschutzvorrich­ tung mit Strombegrenzerschaltern mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Das Grundprinzip der Selektivstaffelung ist beispielsweise in der DE-Zeitschrift "AEG-Mitteilungen" 56 (1966) 2, S. 133-138 beschrieben. Bei der entsprechend vorbekannten Vorrichtung werden die Schalterkontakte durch Ansteuerung eines den Schaltern zugeordneten Relais geschlossen, welche das Wiedereinschaltsignal bereitstellen. Nach einer durch die Selektivstufe vorherbestimmten Anzahl von Öffnungs- und Schließzyklen werden die Schaltkontakte offengehalten. Offensichtlich kommen der jeweiligen Selektivstufe angepaßt verschiedene Schaltertypen zum Einsatz, die jeweils ange­ paßt an die Selektivstufe nach einer festen Anzahl von Öffnungs- und Schließfolgen offengehalten werden.

Es ist weiterhin bereits eine solche Schutzeinrichtung in DE-OS 25 25 192 vorgeschlagen worden, in welchem die Zahl der Öffnungs- und Schließzyklen der Kontakte infolge Feh­ lerstroms gezählt und mittels eines mechanischen Ratschen­ system durch Verschiebung Zahn um Zahn integriert wird.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges System der Zählung fortzuentwickeln und zwar insbesondere für den Fall, daß es sich nur um eine be­ grenzte Anzahl von Schritten im Zählwerk handelt. Hiermit soll ganz allgemein zur Weiterentwicklung solcher Hoch­ leistungs-Schutzschalter beigetragen werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gegeben und besteht bei einer selektiven Schutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art unter anderem darin, daß die Zähleinrichtung in aktive bzw. passive Positionen verbringbare Anker beinhaltet und daß die Anzahl der Anker der Anzahl der Zähl-Schritte ent­ spricht, daß ferner jeder einem Zähl-Schritt zugeordnete Anker beim entsprechenden Öffnungs- bzw. Schließ-Zyklus aktiv wird und daß schließlich durch den dem letzten Schritt zugeordneten Anker die Auslöse-Einrichtung des Schutzschalters in die aktive Stellung verbringbar ist.

Bei jedem Stromstoß, der einem "Offen"-"Geschlossen"-Zyklus der Kontakt entspricht, wird die Zähleinrichtung um einen Schritt unter Inbewegungsetzen des nachfolgenden entrie­ gelten Ankers vorgestellt. Die Entriegelung muß während einer zum Ansprechen und zum Zählen des folgenden Strom­ stoßes ausreichenden Zeitdauer zufolge ein und derselben Störung andauern. Die genannte Zeitdauer muß nichtsdestowe­ niger hinreichend kurz sein, um die Rückstellung des Zähl­ werkes vor dem Auftreten einer weiteren Störung zu ermögli­ chen. Die Entriegelungs-Zeitdauer ist in vorteilhafter Weise durch einen Schwinghebel geregelt, der auf die Verschie­ bung des Ankers anspricht und der die Verriegelungseinrich­ tung des nachfolgenden Ankers in Bewegung setzt. Beim ersten (Strom-)Stoß wird allein der erste Anker entriegelt und verstellt sich derart, daß der zugehörige Schwinghebel sich vorwärts bewegt. Der Schwinghebel entriegelt den zweiten Anker innerhalb einer durch die Schwingungsdauer des Schwinghebels vorbestimmten Zeitdauer; im Falle des Schlie­ ßens der Kontakte aufgrund eines Fehlers und nach Auftreten eines weiteren Stromstoßes verschiebt sich der zweite ent­ riegelte Anker und bewegt den zweiten Schwinghebel der­ art, daß der dritte Anker entriegelt wird und so fort. Das Auslösen erfolgt während der Bewegung der ersten Platte, d. h. nach einer Anzahl aufeinanderfolgender Stromstöße ent­ sprechend der Anzahl der Anker der Zähleinrichtung.

Die Bewegung der Anker kann von der Bewegung der Kontakte des Schutzschalters abgeleitet sein; sie kann auch auf dem Stromstoß beruhen, der sich aus dem Fließen des Kurzschluß­ stromes ergibt, ferner auf dem Schließen der Fehlerstrom­ kontakte. Die Einrichtung ist besonders einfach im Falle eines Zweischritt-Zählwerkes, wobei die beiden mit zueinander­ weisenden Flächen angeordneten Anker mit einem zwischen den Ankern vorgesehenen Solenoiden zusammenwirken, welcher die beiden Anker aufeinander zu bewegt. Hierbei kann sich der zweite Anker erst nach Entriegelung zufolge der Schwingbewegung des durch den ersten Anker bewegten Schwing­ hebels verschieben.

Weitere Vorteile und Merkmale des Gegenstandes der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie aus der schema­ tischen Zeichnung hervor; in dieser zeigt

Fig. 1 die Zweischritt-Zähleinrichtung einer selektiven Schutzeinrichtung in Ansicht, teilweise geschnitten,

Fig. 2 die Zähleinrichtung gemäß Fig. 1, jedoch in Ansicht von links,

Fig. 3 und 4 die Zähleinrichtung entsprechend Fig. 1 mit Darstellung unterschiedlicher Schaltstellungen und

Fig. 5 in zwei Beispielen die Abstufung der Ansprech­ schwellen.

Gemäß der Zeichnung ist eine Zweischritt-Zähleinrichtung (Zähler 10), die beispielsweise zum Einbau in die zweite Stufe eines an sich bekannten Höchststrom-Trennschalters (DE-OS 25 25 192) für eine elektrische Starkstromanlage bestimmt ist, mit zwei in einem gewissen Abstand voneinander befindlichen, unten über Gelenkmittel 18, 20 gelenkig an einem Tragmittel, z. B. Tragscheibe 16 angeschlossenen Ankern 12, 14 versehen. Eine an den Ankern 12, 14 verankerte Zugfeder 22 hält die Anker in geöffneter Stellung, welche durch mit der Tragscheibe 16 verbundene Anschläge 24, 26 bestimmt ist (siehe Fig. 1). Jede der beiden Anker 14, 12 trägt je einen Weicheisenkern 28, 30, deren jeder als tauchender Kern zum gegenüberliegenden hinweist und mit einem Solenoid 32 zusammenwirkt, welcher im Zwischeraum zwischen den beiden Ankern 12, 14 vorge­ sehen ist. In der geöffneten Stellung der Anker 12, 14, welche aus Fig. 1 ersichtlich ist, bestimmen die tauchenden Weicheisenkerne 28, 30 einen Luftspalt innerhalb des Solenoids 32. Hierbei bilden die Kerne 28 und 30, die Anker 12 und 14 sowie die Tragscheibe 16 aus ferromagnetischem Material Bestandteile eines Magnetfeldkreises. Sobald die Höhe des den Solenoiden 32 erregenden Stromes eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, werden die Kerne 28, 30 sowie die zugehörigen Anker 12, 14 entgegen der Rückstellkraft der Feder 22 in Richtung Verkleinerung des gegenseitigen Ab­ standes gezogen.

Ein Schwinghebel 34 in Form eines Pendel-Gewichtes, das um eine feste Achse 36 verschwenkbar ist, wird durch eine Fe­ der 40 in Ruhestellung auf einem festen Anschlag 38 ge­ halten. Der Anker 12 wirkt über einen zwischengeschal­ teten Federanschlag 42 auf den Schwinghebel 34. Hierzu ist der Federanschlag 42 mittels einer Anschlagfeder 44 nach­ giebig auf einem Tragteil 46 angebracht, welches derart formschlüssig mit dem Anker 12 verbunden ist, daß der Fe­ deranschlag nach einem Spiel a des Ankers 12 gegen den Schwinghebel 34 schlägt, der seinerseits eine Schwingbe­ wegung ausführt.

Der Anker 14 ist mit einem Fenster 48 versehen, dessen Unterkante 50 mit dem Ende eines Verriegelungshebels 52 (Verriegelungseinrichtung) ein Gesperre bildet. Der Ver­ riegelungshebel 52 ist drehbar auf einer Achse 36 gelagert. Eine zwischen den Schwinghebel 34 und den Verriegelungshe­ bel 52 zwischengeschaltete Druckfeder 54 versucht den Ver­ riegelungshebel 52 zur Auflage auf einen Anschlag 56 zu drücken, der dem Schwinghebel 34 zugehört. Der Weg der Re­ lativbewegung b zwischen dem Schwinghebel 34 und dem Ver­ riegelungshebel 52 ist einerseits durch den Anschlag 56 und andererseits durch einen weiteren Anschlag 58 begrenzt, der vom Hebel 52 getragen wird. Das obere Ende 60 des Ankers 14 nimmt, nach einem freien Weg c, einen Finger 62 einer Auslösestange 64 des Trennschalters derart mit, daß das Auslösen und das endgültige Öffnen des Trennschalters er­ folgt.

Die Zähleinrichtung nach vorliegender Erfindung wirkt in folgender Weise:

In der aus Fig. 1 ersichtlichen Ruhestellung ist es der Zugkraft des durch den normalen Strom des Stromkreises er­ regten Solenoid 32 nicht möglich, der Kraft der Feder 22 entgegenzuwirken. Die Anker 12, 13 bleiben in ihrer durch die Anschläge 24, 26 bestimmten "Offen"-Stellung. Der gegen den Anschlag 38 abgestützte Schwinghebel 34 hält den Ver­ riegelungshebel 52 in Verriegelungsstellung des Ankers 14.

Im Fall einer Störung (z. B. beim Punkt X im Niveau C des Stromkreises nach Fig. 1 der DE-OS 25 25 192) zieht der vom Fehlerstrom erregte Solenoid 32 plötzlich die Anker 12 und 14 an, die sich von ihren Anschlägen 24, 26 weg be­ wegen. Der Verriegelungshebel 52 begrenzt die Verschiebung des Ankers 14; nur der Anker 12 setzt seine Bewegung fort und läßt den Schwinghebel 34 mittels des Federanschlages 42 vorschnellen, weil dieser nach einem freien Weg a auf den Schwinghebel 34 aufschlägt. Die Anschlagfeder 44 speichert kurzzeitig Energie, die in der Folge auf den Schwinghebel 34 übertragen wird.

Der Schwinghebel 34 leitet eine in Fig. 1 durch einen ein­ gezeichneten Pfeil kenntlich gemachte Schwingbewegung ein, deren Periode praktisch von der Aufschlagkraft, d. h. der Amplitude des Fehlerstromes unabhängig ist, vielmehr im we­ sentlichen von der Masse des Schwinghebels 34 und der Feder­ kennung der Feder 40 abhängt. Die Masse des Verriegelungshe­ bels 52 und die Reibkräfte im Gesperre infolge des Anschlagens des Ankers 14 gegen den Hebel 52 machen den Hebel 52 vor­ übergehend unbeweglich (Fig. 3). In weiterer Folge bewegt der Schwinghebel 34 den Verriegelungshebel 52 nach oben und entriegelt somit den Anker 14 (Fig. 4) während der Halb- Periode der Schwingung des Komplexes Schwinghebel 34, He­ bel 52, was durch Rückkehr in die Ausgangslage beim Anschlag 38 endet. Sofern sich ein zweiter Stromstoß während der Halb­ periode des Entriegelns des Ankers 14 ereignet, dreht sich dieser infolge der Kraft des Solenoiden 32 völlig frei und bewegt die Auslösestange 64, was das Auslösen des Trenn­ schalters zur Folge hat. Die damit verbundene Bewegung des Ankers 12 ist ohne praktische Wirkung. Wenn kein zweiter Stromstoß erfolgt, weil die Störung bereits durch den schaltungsmäßig vorgeschalteten Trennschalter eliminiert wurde, werden die Anker 12, 14 durch die Feder 22 in ihre ursprüngliche Anschlagstellung zurückgeführt und zwar von dem Zeitpunkt an, zu dem der Strom abgeschaltet wurde; desgleichen die Schwinghebel-Einrichtung 34, sowie der Hebel 52 durch die Feder 40. Der Zähler 10 wird selbsttätig auf Null zurückgestellt. Die gute Wirkungsweise der Schutz­ einrichtung ist abhängig von einer einwandfreien Aufeinander­ folge der verschiedenen nachstehend betrachteten Betriebs­ abläufe; hierzu wird insbesondere auf Fig. 5 hingewiesen.

Die Schwellen für das Wirksamwerden der Auslöseeinrichtungen, im betrachteten Falle, S _B des Zwei-Impuls-Zählers für den Trennschalter der Ebene B und S _C für einen Ein-Impuls-Zähler, der ein herkömmlicher magnetischer Auslöseschalter sein kann, der Ebene C müssen unter den Schwellen R _B und R _C für das Ab­ fallen der Kontakte des Trennschalters liegen. Es wird nun­ mehr auf Schema 1 nach Fig. 5 Bezug genommen, welches den Fall der Schwellen S _C und R _C erläutert, welche beide unter den Schwellen S _B und R _B liegen. Man, sieht, daß folgende Fälle auftreten können.

Bei einem Kurzschlußstrom, der die Schwelle S _C übersteigt, jedoch geringer ist als R _C , spricht lediglich der magneti­ sche Auslöseschalter des Trennschalters im Niveau C an und löst diesen Trennschalter aus, welcher die Störung beseitigt.

Bei einem Kurzschlußstrom, dessen Wert zwischen R _C und S _B liegt, spricht lediglich der Trennschalter des Niveaus C an, wodurch zufolge einem schnellen Öffnen der Kontakte ein Begrenzungseffekt eintritt.

Sofern der Kurzschlußstrom zwischen S _B und R _B liegt, arbeitet der Trennschalter C in der gleichen Weise; die Anker 12, 14 des Zweiimpuls-Auslösers im Niveau B werden nur ein einziges­ mal angezogen. Da sie keinen zweiten Impuls erhalten und die Störung inzwischen durch den Trennschalter C eliminiert wurde, löst der Trennschalter im Niveau B nicht aus.

Bei einem Kurzschluß mit einem Wert größer als R _B öffnen sich die Kontakte der beiden Trennschalter sehr schnell und mit starker Begrenzungswirkung, aber nur der Trennschalter C löst aus.

Das Schema 2 nach Fig. 5 zeigt eine unterschiedliche Ab­ stufung der Wirkschwellen und es ist unschwer ersichtlich, daß ein selektives Auslösen erfolgt, mit dem einzigen Unter­ schied, daß ein Kurzschluß zwischen den Schwellen S _B und R _C liegt. Dieser Kurzschluß wird durch Auslösen des Trenn­ schalters C ohne Abfallen der Kontakte abgeleitet, da der Zweiimpuls-Zähler lediglich einen einzigen Impuls erhält.

Es ist nicht erforderlich, die Wirkungsweise des Trennschal­ ters im Niveau B für den Fall einer Störung auf diesem Ni­ veau bzw. eines Trennschalters auf dem Niveau A zu beschrei­ ben, da sich deren Wirkungsweise unschwer aus Vorstehendem ergibt.

Da die Abfallschwelle der Kontakte nicht erreicht wurde, zählt die Zähleinrichtung auch nicht ein Abfallen von Kon­ takten, sondern nur die Anzahl der Überschreitungen der Aus­ löseschwelle, d. h. die Anzahl der aufeinanderfolgenden Pol­ wechsel des Stromes, dessen Amplitude größer als diese Schwelle ist; derart wird eine chronologische Selektivität sichergestellt.

Eine andere Vorbedingung für eine gute Wirkungsweise der Zwei-Impuls-Zähleinrichtung beruht darauf, daß der Anker 14 während des ersten Impulses in Verriegelungsstellung gehal­ ten wird. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt die Entriegelung nach einer Verschiebung des Ankers 12, dem Vorschnellen des Schwinghebels 34 und dem Spannen der Feder 54 derart, daß eine hinreichende Kraft zum Lösen der Ver­ riegelung zwischen dem Hebel 52 und dem Anker 14 zur Ver­ fügung steht; derart wird auf einfache Weise der vorgenannten Bedingung genügt.

Andererseits muß die Zeitdauer der Entriegelung des Ankers 14 ein Aufnehmen eines zweiten Impulses ermöglichen, der auf der gleichen Störung beruht. Die Anwendung des erfindungs­ gemäßen Schwinghebels erlaubt es, eine genau gleichbleibende sowie eindeutig festgelegte Entriegelungszeitdauer ebenso wie eine selbsttätige Null-Rückstellung sicherzustellen.

Es ist gleichermaßen wichtig, das Auftreten eines zweiten Impulses zu vermeiden, sobald der vorgeschaltete Trennschal­ ter ein Lösekommando erhalten hat. Aus diesem Grunde ist ein Schließen dieses Trennschalters in vorteilhafter Weise verzögert, wobei die Verzögerung größer ist als die Ansprech­ zeit der Auslöseeinrichtung.

Selbstverständlich kann der Zähler für eine größere Anzahl von Schritten ausgelegt sein. Hierbei weist ein Zähler für drei Schritte einen zweiten Schwinghe­ bel auf, der durch den zweiten Anker in Bewegung gesetzt wird. Ein dritter Anker bewirkt in diesem Falle das Bewe­ gen des Auslösehebels.

Claims (8)

1. Selektivschutzvorrichtung mit Strombegrenzerschaltern, die in mehreren Stufen eines elektrischen Leistungs­ stromkreises reihenmäßig angeordnet sind, wobei jeder Schalter eine Auslösesteuerung für den Schaltermecha­ nismus und eine schnelle Öffnungsvorrichtung der Kon­ takte bei Fehlerauftritt aufweist, wobei die Öffnungs­ vorrichtung so beschaffen ist, daß sie

• - schnell die von dem Fehlerstrom durchflossenen Schalterkontakte auf den verschiedenen Stufen unabhängig von der Auslösesteuerung öffnet und
• - ein schnelles, eigengesteuertes Wiederschließen der Kontakte ermöglicht, wenn der Stromwert unter einen vorherbestimmten Wert sinkt, wobei
  • - - die Auslösesteuerung einen Zähler aufweist, der die durch die schnelle Öffnungsvorrichtung ge­ steuerten, aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schließzyklen der Kontakte zählt und der nach einer voreinstellbaren Anzahl von Zyklen den Aus­ löser steuert, um die Kontakte des entsprechenden Schalters nach der voreingestellten Anzahl von Zyklen geöffnet zu halten und
  • - - die die Auslösung hervorrufende Anzahl von Öff­ nungs- und Schließzyklen ausgehend von den direkt oberhalb einer Last liegenden Schaltern, die so­ fort bei der ersten Öffnung der Kontakte auslösen, mit jeder Stufe des Stromkreises in Richtung des Schalters in Nähe der Speisung des Stromkreises um eine Einheit anwächst und der Zähler dieses letzten Schalters für die höchste Zahl von Zyklen eingestellt ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Zähler (10) durch mindestens ein Solenoid (32) in aktive Positionen verbringbare Anker (12, 14) bein­ haltet und
• - daß die Anzahl der Anker (12, 14) der Anzahl der Zähl- Schritte entspricht,
• - daß ferner mindestens ein einem Zähl-Schritt zugeord­ neter Anker (12) mit einer Verriegelungseinrichtung (52) des dem folgenden Zähl-Schritt zugeordneten Folge-Ankers (14) derart zusammenwirkt, daß ab Er­ reichen der aktiven Position des einen Ankers (12) der Folge-Anker (14) durch das Solenoid (32) anziehbar ist und
• - daß schließlich durch den dem letzten Zähl-Schritt zugeordneten Anker (14) das Auslösen des Schutz­ schalters erfolgt.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung ein die Verriegelungsein­ richtung (52) während einer Zeitdauer, die größer ist als zwei aufeinanderfolgende Zyklen, in Entriegelungs­ stellung haltendes, nach dieser Zeitdauer aber die Ver­ riegelungseinrichtung in Verriegelungsstellung führendes Zeitglied (z. B. Schwinghebel 34) beinhaltet.

3. Schutzeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen in die aktive Stellung gelangenden Anker (12) ein während seiner Verschiebung die Verriegelungseinrichtung (52) des Folge-Ankers (14) in Bewegung setzender sowie die letztgenannte Verriegelungseinrichtung über einen vorbestimmten Ab­ schnitt seiner Schwingbewegung in Entriegelungsstellung haltender Schwinghebel (34) vorschleuderbar ist.

4. Schutzeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker (12, 14) durch vom Leistungsstrom direkt oder indirekt erregte Solenoide (32) derart steuerbar sind, daß sie bei jedem Öffnungs- und Schließ-Zyklus der Kontakte in die aktive Stellung gedrückt und in die aktive Stellung gelangen, sobald die zugehörige Verriegelungseinrichtung (52) entriegelt ist.

5. Schutzeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anker (12, 14) vorgesehen sind, daß hiervon mittels des ersten Ankers (12) in seiner aktiven Stellung der Schwinghebel (34) zur Entriegelung des zweiten Ankers (14) bewegbar und daß durch den zweiten Anker (14) in seiner aktiven Stellung das Auslösen des Schutzschalters steuerbar ist.

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar mit zueinanderweisenden Flächen kippbar angeordneter Anker (12, 14) durch einen zwischen den Ankern (12, 14) angeordneten Solenoiden (32) steuerbar ist und daß der Solenoid (32) vom Leistungsstrom direkt oder indirekt derart gespeist ist, daß die beiden Anker (12, 14) durch die Zugkraft des Solenoiden (32) gegeneinander bewegbar sind, sobald der Strom eine vorbestimmte Auslöseschwelle überschritten hat.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anker (12) ein nachgiebiges Mittel (z. B. Feder 44) trägt und daß durch dieses nachgiebige Mittel der Schwinghebel (34) beaufschlagbar sowie zur Ent­ riegelung des zweiten Ankers (14) vorschleuderbar ist, während der erste Anker (12) in seine aktive Stellung schwingt.