DE2734395A1

DE2734395A1 - Einrichtung zur strombegrenzung

Info

Publication number: DE2734395A1
Application number: DE19772734395
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Hazemeijer BV
Current assignee: Hazemeijer BV
Priority date: 1976-07-30
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1978-02-02
Also published as: FR2360202B1; US4562320A; JPS6034767B2; SE434200B; DE2734395C3; NL7608512A; DE2734395B2; NL163662B; SE7708732L; IT1083037B; GB1568766A; JPS5317974A; FR2360202A1; NL163662C

Description

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-3-Einrichtung zur Stroinbegrenzung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Begrenzen eines in einem Stromkreis fließenden Stromes, mit einem beweglichen Kontaktstück und zwei durch dieses überbrückbaren stationären Kontaktstücken, welche Anschlüsse für den Stromkreis aufweisen und mit Leiterteilen versehen sind, an denen Fufipunkte eines Lichtbogens entlanglaufen, der entsteht, wenn das bewegliche Kontaktstück unter Strom von den festen Kontaktstücken abhebt, und der durch die vom Strom erzeugten Magnetkräfte den Leiterteilen entlang bewegt wird.

Eine solche Einrichtung ist aus der NL-OS 75.03925 bekannt. Bei der bekannten Einrichtung sind die freien Enden der Leiterteile, die sich von den stationären Kontaktstücken weg erstrecken, jeweils mit einer ringförmigen Elektrode versehen und diese Elektroden sind ebenso wie die Leiterteile voneinander getrennt. Wenn bei der bekannten Einrichtung das bewegliche Kontaktstück von den stationären Kontaktstücken abgehoben wird und ein dabei entstehender Lichtbogen mit seinen Fuöpunkten die an den Kontaktstücken angebrachten Leiterteile entlang läuft, wird durch den wandernden Lichtbogen allmählich eine immer größere Impedanz in den Stromkreis eingeführt, mit dem die Einrichtung zur Strombegrenzung in Reihe geschaltet ist, so daß der im Stromkreis fließende Strom sowie die im Bogen umgesetzte Energie allmählich abnehmen und der Bogen schließlich erlischt. Bei der bekannten Einrichtung sind die allmähliche Einführung einer zusätzlichen Impedanz in den elektrischen Stromkreis und die anschließende Unterbrechung des stromes im Stromkreis unlöslich miteinander verbunden. Dies hat jedoch gewisse Nachteile, wie im folgenden noch erläutert werden wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Stroinbegrenzung anzugeben, bei der auf die allmähliche Erhöhung des Widerstandes bzw. der Impedanz nicht automa-

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tisch eine Unterbrechung des die Einrichtung durchfließenden Stromes folgt.

Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß das bewegliche Kontaktstück durch einen elektromagnetischen Auslösemechanismus gesteuert ist, welcher auf einen so hohen Wert des die Einrichtung durchfließenden Stromes voreingestellt ist, daß die nach einem Trennen des beweglichen Kontaktstückes von den stationären Kontaktstücken verbleibende Spannung zur Bildung eines Lichtbogens ausreicht, und daß die von den stationären Kontaktstücken abgewandten Enden der Leiterteile mit einem Endelement verbunden sind, das die von den stationären Kontaktstücken abgewandten Enden der Leiterteile während der Bildung eines Lichtbogens und dessen anschließender Bewegung längs der Leiterteile elektrisch miteinander verbindet.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der die Einrichtung durchfließende Strom nach dem Löschen des Lichtbogens noch nicht unterbrochen ist, da der Strom, welcher durch die in den Stromkreis eingeführte zusätzliche Impedanz verringert worden war, durch das Endelement aufrechterhalten wird, das die von den stationären Kontaktstücken abgewandten Enden der Leiterteile miteinander verbindet. Der Strom kann dann zu irgend einem gewünschten Zeitpunkt nach dem Erlöschen des Bogens durch einen Schalter unterbrochen werden, der der Einrichtung gemäß der Erfindung in Reihe geschaltet ist. Wenn die Einrichtung gemäß der Erfindung in einem Stromverteilersystem verwendet wird, welches mehrere in Reihe geschaltete Schalter enthält, die jeweils einen überstrom nach einer voreinstellbaren Verzögerungszeit unabhängig unterbrechen können, und in welchem nach dem sogenannten Selektivitätsprinzip die Verzögerungszeiten der jeweiligen Schalter in bezug aufeinander so eingestellt werden, daß derjenige Schalter den überstrom unterbricht, welcher von der Stromquelle aus gesehen dem den überstrom verursachenden Verbraucher am nächsten ist, während die anderen Schalter ge-

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schlossen bleiben, ergibt sich der Vorteil, daß wenn die Verzögerungs- oder Ansprachezeit der Einrichtung zumindest so groß gewählt ist, daß der Bogen erloschen ist, bevor der nach dem Selektivitätsprinzip den Überstrom unterbrechende Schalter anspricht, der Überstrom durch den von der Einrichtung gemäß der Erfindung zusätzlich in den Stromkreis eingeführten Widerstand herabgesetzt ist und das Abschaltvermögen jedes der Schalter daher kleiner sein kann als im Falle daß die Einrichtung gemäß der Erfindung den Schaltern nicht in Reihe liegt. Die Schalter können daher kompakter und weniger kostspielig sein. Man braucht also nur eine Einrichtung gemäß der Erfindung, um das Abschaltoder Unterbrechungsvermögen aller Schalter herabsetzen zu können, welche auf der der Stromquelle abgewandten Seite der Einrichtung mit dieser in Reihe geschaltet sind.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Endelement eine stationäre elektrische Verbindung. Wie erwähnt, wird der die Einrichtung durchfließende Strom durch einen ihr in Reihe geschalteten Schalter unterbrochen, nachdem der in der Einrichtung gebildete Lichtbogen erloschen ist und ein zusätzlicher Widerstand in den elektrischen Stromkreis eingeführt wurde und den Strom verringert hat.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Endelement ein Unterbrecher. Wenn das bewegliche Kontaktstück der vorliegenden Einrichtung die beiden stationären Kontakte elektrisch miteinander verbindet, fließt der Strom in erster Linie durch die von den beiden stationären Kontaktstücken und das bewegliche Kontaktstück gebildete Verbindung und nur zu einem unwesentlichen Teil durch die Leiterteile und das deren Enden elektrisch verbindende Endelement, d.h. den Unterbrecher.

Der Unterbrecher braucht daher nicht für eine dauernde Belastung mit dem Nennstrom der Einrichtung ausgelegt zu sein, da dieser über die stationären Kontaktstücke und das bewegliche Kontaktstück fließt.

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Bei einar Abwandlung dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Unterbrecher ein elektrischer Schalter, während bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung der Unterbrecher eine elektrische Sicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung ist.

Wenn ein elektrischer Schalter als Unterbrecher verwendet wird, kann das Element eine verhältnismäßig einfache Konstruktion aufweisen, da es den Nennstrom nicht dauernd zu führen braucht, es soll lediglich den verringerten überstrom für eine sehr kurze Zeitspanne führen und anschließend unterbrechen können.

Wenn eine elektrische Sicherung als Unterbrecher verwendet wird, kann für diese eine Type verwendet werden, die lediglich einen herabgesetzten überstrom zu unterbrechen vermag, nachdem sie diesen für eine kurze Zeitspanne geführt hat; die Sicherung braucht also nicht für eine kontinuierliche Belastung mit dem Nennstrom ausgelegt zu sein.

Im folgenden werden zwei in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält ein Kontaktsystem aus zwei stationären Kontaktstücken 1 und 2, die mit Anschlüssen 5 bzw. 6 versehen sind, und aus einem dritten, beweglichen Kontaktstück 3 besteht, das durch einen nicht dargestellten Mechanismus mittels einer Betätigungsstange 4 in Berührung mit den stationären Kontaktstücken gebracht bzw. von diesen entfernt werden kann. Das bewegliche Kontaktstück 3 kann also die beiden stationären Kontaktstücke 1 und 2 elektrisch miteinander verbinden oder trennen. Von den stationären Kontaktstücken 1 und 2 springen Leiterteile 7 bzw. 8 vor, deren von den Kontaktstücken 1 und 2 abgewandte Enden 9 bzw. 10 elektrisch miteinander durch eine Verbindungsvorrichtung oder ein Endelement 11 verbunden sind. Die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann

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z.B. in einem Stromverteilersystem eingeschaltet sein, welche einen mit einer Leiterschiene 13 verbundenen Hauptschalter 12 und eine Gruppe von an die Leiterschiene 13 angeschlossene Schalter 14 enthält. Der Hauptschalter 12 und die Schalter 14 sind mit überstromrelais oder Unterbrechern versehen, so daß sie den Strom selbst zu unterbrechen vermögen, wenn er infolge einer überlastung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Die Ansprechdauer oder Verzögerungszeit der Schalter 12 und 14 ist so eingestellt, daß beim Auftreten einer überlastung in einer der abgehenden Gruppen und eines Überstromes im entsprechenden Schalter 14 und dem Hauptschalter 12, der Schalter 14 eher anspricht als der Hauptschalter 12.

Der Schalter 14 in der überlasteten Leitung unterbricht daher den überstrom,während der Hauptschalter 12 geschlossen bleibt und die übrigen Verbraucher mit der Stromquelle über den Hauptschalter 12 und die übrigen Schalter 14 verbunden bleiben.

Wenn die Einrichtung gemäß der Erfindung dem Hauptschalter 12, wie dargestellt, in Reihe geschaltet ist, tritt beim Auftreten eines Überstromes folgendes ein:

Sobald der überstrom auftritt, wird das bewegliche Kontaktstück 3 mittels der Betätigungsstange 4 durch einen mit einem überstromrelais oder überstromabsehälter vorgesehenen Mechanismus schnell zurückgezogen, so daß sich zwei Lichtbögen zwischen den stationären Kontaktstücken 1 und 2 einerseits und dem beweglichen Kontaktstück 3 andererseits bilden. Diese Lichtbögen bewegen sich unter dem Einfluß des Magnetfeldes, das von dem der Reihe nach durch die Elemente 5, 1, 3, 2 und 6 fließenden Strom erzeugt wird, in Richtung auf die Leiterteile 7 und 8 und vereinigen sich dann rasch zu einem einzigen Lichtbogen, dessen Fußpunkte V sich unter dem Einfluß des die Leiterteile 7 und durchfließenden Stromes von den stationären Kontaktstücken 1 und 2 weg entlang den Leiterteilen 7 und 8 auf deren Enden 9 und 10 bewegen.

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Der Bogen ist immer elektrisch mit der Parallelimpedanz der Reihenschaltung belastet, welche aus dem Abschnitt des Leiterteils 7, der sich zwischen dem Lichtbogenfußpunkt V und dem Ende 9 befindet, dem verbindenden Endelement 11, und dem Abschnitt des Leiterteils 8, der sich zwischen dem Ende 10 und dem anderen Lichtbogenfußpunkt V befindet, besteht.

Neben der Impedanz des elektrischen Verteilersystems sind die folgenden Teile dem Lichtbogen in Reihe geschaltet: Die Impedanz sukzessive des Anschlußteils 5, des stationären Kontakt-Stücks 1 und insbesondere des Abschnittes des Leiterteils 7, das zwischen dem stationären Kontakt 1 und dem Fußpunkt V des Bogens liegt, sowie nacheinander die Impedanz des Anschlußteils 6, des stationären Kontaktstücks 2 und insbesondere des Abschnittes des Leiterteils 8 zwischen dem Bogenfußpunkt V und dem stationären Kontaktstück 2.

Während sich der Lichtbogen zu den Enden 9 und 10 der Leiterteile 7 und 8 hin bewegt, wird die mit dem Lichtbogen in Reihe liegende Impedanz größer und damit nimmt auch die Gesamtimpedanz des ganzen Stromkreises zu und der den Stromkreis durchfließende Strom wird dadurch herabgesetzt, gleichzeitig nimmt die dem Lichtbogen parallelgeschaltete Impedanz (in Fig. 1 rechte vom Lichtbogen) ab. Da der den Stromkreis durchfließende Strom ebenso abnimmt wie die Energie des Lichtbogens, während die Be lastung der Spannung am Bogen als Folge der Abnahme der erwähnten, dem Bogen parallelliegenden Impedanz zunimmt, wird der Bogen zum Erlöschen gebracht, bevor er die Enden 9 und 10 erreicht.

Auf die beschriebene Weise wird also durch den wandernden Bogen eine Impedanz de« Stromkreis eingeführt und der den Stromkreis durchfließende Strom dadurch herabgesetzt, worauf der Strom durch einen der der vorliegenden Einrichtung in Reihe liegenden Schalter 12 oder 14 unterbrochen werden kann, welcher nur ein begrenztes Unterbrechungβvermögen zu haben braucht.

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Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 nur darin, daß die Verbindungsvorrichtung oder das Endelement 11 nicht vorhanden ist und die Enden 9 und 10 der Leiterteile 7 und 8 stattdessen durch eine in Fig. 2 nur schematisch dargestellte Schalt- oder Unterbrechungsvorrichtung verbunden sind. Die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel arbeitet ähnlich wie die gemäß Fig. 1. Ein Unterschied besteht darin, daß der Strom, nachdem der Bogen zum Erlöschen gebracht worden ist, durch die Schalt- oder Unterbrechungsvorrichtung 15 unterbrochen werden kann, welche im Gegensatz zu den Schaltern 12 (Fig. 1) und 14 nicht für eine Dauerbelastung mit dem Nennstrom des Stromkreises ausgelegt zu sein brauchen, sondern nur denjenigen Teil des Stromes auszuhalten braucht, der während des Vorhandenseins des nach dem Zurückziehen des beweglichen Kontaktstücks 3 erzeugten Lichtbogens und der während der kurzen Zeitspanne zwischen dem Erlöschen des Bogens und dem anschließenden endgültigen Unterbrechen des herabgesetzten Stromes fließt. Die Schalt- oder Unterbrechungsvorrichtung kann deshalb einfach konstruiert sein. Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ein Schalter als Schalt- oder Unterbrechungsvorrichtung 15 verwendet wird, kann der in Fig. 1 dargestellte Schalter 12 entfallen und der Schalter 15 kann in Verbindung mit dem Kontaktsystem 1, 2, 3 dessen Aufgabe übernehmen.

Der in Fig. 2 dargestellte Schalter 15 kann auch durch eine Sicherung ersetzt werden, die selbstverständlich so träge sein soll, daß beim Auftreten einer überlastung auf der der Quelle für den Strom i abgewandten Seite der Schalter 14 der Strom durch den betreffenden Schalter 14 unterbrochen wird, bevor die Sicherung anspricht und ihrerseits den Strom unterbricht.

Es ist einleuchtend, daß man anstelle der Schalter 14 ebenfalls Sicherungen verwenden kann.

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Es sei schließlich noch bemerkt, daß die Einrichtung gemäß der Erfindung auch gut zur Begrenzung der KurzSchlußfestigkeit eines Transformators verwendet werden kann, indem die Einrichtung dem Transformator in Reihe geschaltet wird. Entsprechendes gilt auch für Umsetzer und Wandler, die mit dem Ausgang der Einrichtung verbunden sind, für Gleichrichter und dgl. Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann also eine Drossel ersetzen.

Die Leiterteile 7 und 8 können offen in der atmosphärischen Luft oder in einem Körper aus Isoliermaterial angeordnet sein, wie es in der NL-OS 75.03925 beschrieben ist.

Im folgenden seien beispielsweise einige Parameter einer labormäßig geprüften Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung angegeben. Die Leiterteile, längs denen der Bogen wandert, waren in freier Luft angeordnet.

Länge der Leiterteile oder Bogenleiter 0,650 m

Luftzwischenraum zwischen den Leiterteilen 0,020 m Luftspalt zwischen den stationären Kontaktstücken 0,005 m

Widerstand der Leiterteile 45 Milliohm

pro Leiterteil

Impedanz des Kreises 100 Milliohm A. Spannung 1000 V_e^^ Spitzenwert des Stromes bei geschlossenen Kontakten 10 JtA Spitzenwert des Stromes bei geöffneten Kontakten 8,65 kA B. Spannung 2000 V_ßff Spitzenwert des Stromes bei geschlossenen Kontakten 20 kA Spitzenwert des Stromes bei geöffneten Kontakten 15,55 kA

Im Falle A trat eine Strombegrenzung von 10 kA auf 8,65 kA und im Falle B sogar von 20 kA auf 15,55 kA ein.

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Claims

10155 Dr.v.B/Ba

^{80 547}I _ÄOC40 Dr. Dieter v. Bezold

NL-PA 76.08512 Dipl..Inn F-t-r f^üt

AT: 30. JUIi 1976 D,p,.-,n_g. ^^

β München 86. Postfach 660668

HAZEMEIJER B.V., Tuindorpstraat 61, Hengelo (Niederlande)

Patentansprüche

(D/ Einrichtung zum Begrenzen eines in einem Stromkreis fließenden elektrischen Stromes, mit einem beweglichen Kontaktstück und zwei durch dieses überbrückbaren stationären Kontaktstücken, welche Anschlußteile für den Stromkreis aufweisen und mit Leiterteilen versehen sind, an denen Fußpunkte eines Lichtbogens entlang zu laufen vermögen, der entsteht, wenn das bewegliche Kontaktstück unter Last von dem festen Kontaktstück abhebt, und der durch die vom Strom erzeugten Magnetkräfte den Leiterteilen entlang bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Kontaktstück (3) durch einen elektromagnetischen Auslösemechanismus gesteuert ist, welcher auf einen so hohen Wert des die Einrichtung durchfließenden Stromes voreingestellt ist, daß die nach einem Trennen des beweglichen Kontaktstücks (3) von den stationären Kontaktstücken (1,2) zu verbleibende Spannung zur Bildung eines Lichtbogens (V-V) ausreicht, daß die von din stationären Kontaktstücken (1,2) abgewandten Enden (9,10) der Leiterteile (7,8) mit einem Endelement (11,15) zu versehen sind, das die von den stationären Kontakt-

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ORIGINAL INSPECTED

stücken abgewandten Enden der Leiterteile während der Bildung eines Lichtbogens und dessen Bewegung längs der Leiterteile elektrisch miteinander verbindet.

2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endelement (11) eine stationäre Durchverbindung ist.

3) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endelement (15) eine Unterbrechungsvorrichtung ist.

4) Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungsvorrichtung (15) ein elektrischer Schalter ist.

5) Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungsvorrichtung eine elektrische Sicherung ist.

6) Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung eine Schmelzsicherung ist.

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