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Selektivschutzvorrichtung für einen strombegrenzenden
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Schalter Die Erfindung betrifft eine Selektivschutzvorrichtung für
einen strombegrenzenden Schalter mit einem Schlaganker, welcher von einer vom Strom
durchflossenen Spule betätigt wird und direkt oder über ein Schaltschloß ein bewegliches
Kontaktstück in Ausschaltstellung bewegt.
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Leitungsschutzschalter sowie Sicherungen dienen bekanntlich dazu,
Zuführungsleitungen zu einem Verbraucher sowie den Verbraucher selbst vor Überströmen
oder Kurzschlußströmen zu schützen. In einem mehrgeschossigen Wohnhaus beispielsweise
werden die einzelnen Verbraucherleitungen von Leitungsschutzschaltern abgesichert,
denen gegebenenfalls ein Hauptleitungsschutzschalter vorgeschaltet ist, dem selbst
wiederum eine Schmelzsicherung vorgeschaltet sein kann.
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Die Charakteristiken der einzelnen Sicherungseinrichtungen sind so
zu wählen, daß beispielsweise ein Kurzschluß vor einem Verbraucher oder im Verbraucher
selbst lediglich die Öffnung des ihm zugeordneten Leitungsschutzschalters bewirkt,
während der Hauptleitungsschutzschalter, der mehreren Verbrauchern vorgeschaltet
ist, nicht ansprechen darf.
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Andererseits soll ein Kurzschluß hinter dem Hauptleitungsschutzschalter
von diesem selbst und nicht von der vorgeschalteten Sicherung abgeschaltet werden.
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Es sind Anordnungen bekanntgeworden (vergl. DE-OS 2 525 192), bei
denen die einzelnen Schalter einander unter- bzw. übergeordnet sind, welche ein-,
zwei- bzw. dreimal kurzunterbrechen, wobei der Schalter, der dem Verbraucher am
nächsten liegt, sofort bei einem einmaligen Öffnen geöffnet bleibt, während der
übergeordnete Schalter erst nach der zweiten Kurzunterbrechung geöffnet bleibt,
der dritte Schalter erst nach der dritten Kurzunterbrechung geöffnet bleibt etc.
Dazu sind den einzelnen Leitungsschutzschaltern Zähler zugeordnet, die die Anzahl
der Kurzunterbrechung zählen um bei Erreichen der entsprechenden Anzahl den Schalter
geöffnet zu halten.
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In der DE-OS 2 347 123 ist eine Schutzvorrichtung bekanntgeworden,
bei der den festen Kontakten ein Dauermagnet zugeordnet ist, der mit einem bewegbaren
Magnetanker zusammenwirkt, derart, daß die beweglichen Kontakte beim Auftreten eines
Kurzschlußes unabhängig vorder Schaltschloßauslösung eine kurzunterbrecnende strombegrenzende
Trennung von den festen Kontakten ausführen und nach Unterbrechung des Kurzschlußstromes
wieder in ihre Einschaltlage zurückgehen. Die selektive Auslösung des Schalters
ist, ähnlich, wie bei der Anordnung gemäß der DE-OS 2 525 192 so, daß Kurzunterbrechung
der Schalter umso häufiger wiederholt wird, je dichter der betreffende
Schalter
in der Verteilungshierarchie an der Leistungseinspeisestelle liegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Selektivschutzvorrichtung der eingang
genannten Art weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anker einer
von einer Permanentmagnetanordnung erzeugten magnetischen Anzugskraft dauernd entgegen
der Auslöserichtung unterworfen ist, daß eine Hebelanordnung vorgesehen ist, die
von dem Anker aus einer ersten Stellung, in der sie auch bei einem Auslösevorgang
außer Eingriff mit dem Anker bleibt, in eine zweite Stellung, in der sie von dem
Anker bei einem Auslösevorgang so betätigt wird, daß sie auf das Schaltschloß und/oder
auf einen Kontakthebel zu dessen Öffnung einwirkt, verschiebbar ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung geht dahin, daß die
Hebelanordnung U-förmig aus einem L-förmigen Hebel und einer lediglich in Richtung
Öffnen des U drehbar mit dem Hebel verbundenen Stange, deren Länge kürzer ist als
die des kurzen Schenkels des L-förmigen Hebels, aufgebaut und im Bereich des Hebels
ortsfest drehbar gelagert ist, und daß der Spulenkörper mit Wicklung und dem Schlaganker
so zwischen dem kurzen Schenkel des Hebels und der Stange angeordnet ist, daß lediglich
der kurze Schenkel den Schlaganker übergreift, derart, daß der Schlaganker nach
einem ersten Auslöseimpuls bei seiner Rückbewegung unter der Wirkung der Permanentmagnetanordnung
den Hebel mit der Stange verdreht und die Stange in den Bereich des Schlagankers
bringt und bei einem zweiten Auslöseimpuls der Schlaganker die Stange zur Auslösung
des Schalters verdreht.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der
Schlaganker mit einem zweiten Fortsatz
versehen ist, dessen Stirnfläche
im nicht erregten Zustand gegen die Permanentmagnetanordnung anliegtound der mit
einem ersten Fortsatz an dem der Stirnfläche gegenüberliegenden Ende des Schlagankers
versehen ist, der durch den feststehenden Magnetkern hindurch nach außen herausragt
und mit dem die Stange in Eingriff gelangt, dabei kann die Permanentmagnetanordnung
einen Permanentmagneten aufweisen, der in ein Topfelement eingesetzt ist, welches
einen pilzartigen Fortsatz aufweist, der auf den kurzen Schenkel des Hebels eInwirkt,
um diesen aus der ersten in die zweite Stellung zu verbringen.
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Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung und insbesondere mit der
Hebelanordnung und dem Permanentmagneten wird eine Selektivschutzvorrichtung geschaffen,
die im wesentlichen in einen Hauptleitungsschutzschalter einsetzbar ist, der in
der Hierarchie an zweiter Stelle vor dem Verbraucher liegt. Besondere Maßnahmen
zum Zählen der Auslöseimpulse etc. sind nicht mehr erforderlich; vielmehr ist lediglich
die Anordnung von Permanentmagnet und Hebelmechanismus bzw. Hebelanordnung erforderlich.
Damit wird eine einfache und günstig herzustellende Lösung angegeben.
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Die Wirkungsweise der Selektivschutzvorrichtung ist folgende: Bei
einem ersten Auslöseimpuls, also im Ruhezustand der Vorrichtung, wird der Schlaganker
von dem Magnetsystem in die Spule hineingezogen, wobei der an der Spule angeordnete
Fortsatz nach außen auf der entgegengesetzten Seite heraustritt. Da die Stange noch
nicht im Bereich des Fortsatzes liegt, erfolgt ein Auslösen nicht. Unter dem Druck
der zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern befindlichen Feder und ins-
.besondere
unter der Einwirkung der Magnetkraft des Permanentmagneten wird der Schlaganker
nach dem Auslöseim-Puls zum Permanentmagneten hingetrieben, trifft dort auf und
schlägt den Permanentmagneten nach außen, wo er auf den kurzen Schenkel des L-förmigen
Hebels der Hebelanordnung auftrifft. Dabei verdreht sich die Hebelanordnung um den
Drehpunkt, so daß die Stange vor den Fortsatz am Schlaganker geschoben wird. Wenn-kein
weiterer Auslöseimpuls auftritt, d.h., wenn ein nachgeordneter Schalter schon ausgelöst
hat, wird der Schlaganker nicht mehr betätigt und die Hebelanordnung gelangt unter
der Wirkung einer Rückstellfeder in den Ausgangszustand. In dem Falle aber, wenn
ein zweiter Auslöseimpuls auftritt, weil der Kurzschluß hinter dem Hauptleitungsschutzschalter
mit der erfindungsgemäßen Selektivschutzvorrichtung aufgetreten ist, gelangt der
Schlaganker mit seinem Fortsatz mit der Stange in Eingriff und verdreht diese Stange
welche dann auf einen Hebel zur Entklinkung eines Schaltschloßes einwirkt. Zu diesem
Zwecke ist die Stange nur in eine Richtung drehbar am langen Schenkel des Hebels
engelenkt; sie wird in ihrer Lage zu dem langen Schenkel unter dem Druck einer Feder
gehalten, der die Stange gegen einen Ansatz am langen Schenkel bzw. umgekehrt den
langen Schenkel gegen einen Ansatz an der Stange drückt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren
Unteransprüchen zu entnehmen.
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Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher
erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigt Fig. 1 eine kaskadenartige Anordnung mehrerer Leitungsschutzschalter,
Fig.
2 Auslösekennlinien der einzelnen Leitungsschutzschalter bzw. der Vorsicherung der
Fig. 1, Fig. 3 die Auslbsevorrichtung für einen Hauptleitungs-~schutzschalter, der
einer Vorsicherung in Reihe und hinter dieser liegt.
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Ein Verteilungsnetz für die Hausinstallation besitzt mehrere Verbraucher
10, 12 und 14, denen jeweils ein Leitungsschutzschalter 16, 18 und 20 zugeordnet
ist. Vor den Leitungsschutzschaltern 16, 18 und 20, deren Eingänge gemeinsam auf
eine Hauptleitung 22 geschaltet sind, derart, daß die Leitungsschutzschalter 16,
18 und 20 mit ihren Verbrauchern 10, 12 und 14 zueinander parallel liegen, ist ein
Hauptleitungsschutzschalter 24 eingeschaltet und vor dem Hauptleitungsschutzschalter
befindet sich nahe der Einspeisung 26 eine als Schmelzsicherung ausgebildete Vorsicherung
28.
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Die Auslösekennlinien der einzelnen Leitungsschutzschalter 16,18 und
20 sowie 24 und der Vorsicherung 28 sind in dem in Fig. 2 gezeigten Diagramm eingetragen,
wobei auf der Abszisse der Logarithmus des prospektiven Kurzschlußstromes IK und
auf der Ordinate der Durchlaß fi2 dt eingetragen sind. Die Auslösekennlinien sind
gemäß den beigefügten Indizes den einzelnen Leitungsschutzschaltern in folgender
Weise zugeordnet, wobei die Abkürzung AK für Auslösekennlinie steht: AK28 = Auslösekennlinie
der Sicherung 28, AK24 = Auslösekennlinle des Hauptleitungsschutzschalters 24, AK
16, 18, 20 = Auslösekennlinle der Leitungsschutzschalter 16, 18 und 20.
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Ferner ist die symmetrische Sinushalbwelle SH eingetragen.
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Es seien nun folgende Fälle angenommen: 1. Es bestehe ein Kurzschluß
zwischen dem Leitungsschutzschalter 16 und dem Verbraucher 10. In diesem Falle muß
der Leitungsschutzschalter 16 ansprechen, ohne daß der
Leitungsschutzschalter
24 auslöst bzw. die Sicherung 28 anspricht. Der Leitungsschutzschalter 24 darf (braucht
aber nicht) jedoch einen Strombegrenzungsvorgang möglichst kurzunterbrechend unterstützen,
so daß auf diese Weise unter anderem eine verbesserte Durchlaßkennlinie VK als Summe
der Durchlaßkennlinien AK 24 und AK 16, 18, 20 entsteht. Auf diese Weise wird auch
ein höheres Schaltvermögen erzielt.
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2.
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Sofern der Kurzschluß zwischen dem Hauptleitungsschutzschalter 24
und dem Knotenpunkt 30, von dem die einzelnen Leitungen zu den Verbrauchern abgehen,
auftritt, dann muß der Hauptleitungsschutzschalter 24 nicht nur strombegrenzend
öffnen, sondern auch auslösen. Nun kann der Selbstschalter beim ersten Schaltvorgang
zunächst nicht unterscheiden, ob der ihn durchfließende Kurzschlußstrom auf einen
Kurzschluß am Orte zwischen dem Leitungsschutzschalter 16 und seinem Verbraucher
10 oder am Orte zwischen sich und dem Knotenpunkt 30 zurückzuführen ist. Er kann
dies erst dann feststellen, wenn er nach der Unterbrechung des ersten Stromimpulses
ohne zunächst die Auslösung zu betätigen wieder einschaltet. War der Kurzschluß
zwischen dem Leitungsschutzschalter 16 und dem Verbraucher 10, so hat der Leitungsschutzschalter
16 ausgelöst und der Kurzschluß besteht nicht mehr. In diesem Falle darf der Leitungsschutzschalter
24 nicht auslösen, damit die benachbarten gesunden Einspeisungen zu den Verbrauchern
12 und 14 nicht stromlos werden. Anderenfalls öffnet der Leitungsschutzschalter
24 aufs neue strombegrenzend, wobei er jetzt auslösen muß.
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3.
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Befindet sich ein Kurzschluß zwischen dem Leitungsschutzschalter
24 und der Sicherung 28, so muß die Sicherung 28 ansprechen.
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Damit der Leitungsschutzschalter 24 beim ersten Auslöseimpuls nicht
öffnet und auch nicht auslöst, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nach der Fig.
3 eingesetzt.
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Diese Vorrichtung besitzt in der Gesamtheit die Bezugsziffer 32.
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Sie setzt sich zusammen aus einem Spulenkörper 34,
um
den herum eine Wicklung 36 gelegt ist; der Spulenkörper 34 und die Wicklung 36 sind
von einem Magnetjoch bzw. einem Rückschlußeisen 38 umgeben. Im Inneren des Spulenkörpers
34 ist ein feststehender Magnetkern 40 vorgesehen, der fest mit dem Joch 38 verbunden
ist. Mit diesem Magnetkern 40 wirkt ein Magnetanker oder Schlaganker 42 zusammen,
wobei zwischen beiden eine Feder 44 angeordnet ist, die den Schlaganker 42 dauernd
in Pfeilrichtung F beaufschlagt. Der Schlaganker 42 besitzt einen ersten Fortsatz
48, der durch eine Bohrung 46 im Magnetkern 40 hindurchragt und der in der Normallage
aus dem Magnetkern 40 mit freiem Ende 50 herausragt. Der Magnetanker bzw. der Schlaganker
ragt durch eine weitere Ausnehmung 52 im Magnetjoch 38 nach außen. Gegenüber der
Stirnfläche 54 des an dem Joch 38 hinausragenden anderen Endes 56, das über eine
Stufung 58 mit dem im Inneren des Spulenkörpers 34 befindlichen Bereich 60 verbunden
ist, befindet sich eine in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 62 bezeichnete
Permanentmagneteinrichtung. Diese besteht aus einem topfartigen Element 64, in dem
ein weiteres Topfelement 66 geführt und unter dem Druck einer Feder 70 in Pfeilrichtung
G beaufschlagt ist, welches einen pilzartigen Fortsatz 68 trägt, mit welchem es
aus einer Öffnung im Boden des topfartigen Elementes 64 nach außen herausragt. Innerhalb
des Topfelementes 66 befindet sich ein Permanentmagnet 72.
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Außerhalb der Spule befindet sich eine Hebelanordnung 73, die über
einen am Joch 38 befestigten Halter 74 bei 76 ortsfest drehbar gelagert ist. Der
Hebelmechanismus oder die Hebelanordnung besitzt einen ersten L-förmigen Hebel 78
mit einem längeren Schenkel 80 und einem kürzeren Schenkel 82. Mit diesem Schenkel
82 ist der Hebelmechanismus bzw. der Hebel 78 an dem Halter 74 angelenkt. Der Schenkel
82 ragt über den
Fortsatz 68 hinaus bzw. überdeckt diesen. Das
freie Ende des längeren Schenkels 78 überragt das Joch, wobei im Ruhezustand der
Schenkel auch das freie Ende 50 des Schlagankers 42 in dessen Längsrichtung überragt.
An dem freien Schenkelende des Schenkels 78 ist eine Stange 84 angelenkt, welche
kürzer ist, als der kurze Schenkel 82 und einen Anschlag 86 besitzt, der die Aufgabe
hat, den Schenkel 78 und die Stange 84 in einem rechten Winkel Zu halten, wenn diese
beiden über Eck von einer Feder 88 zusammengezogen werden.
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Dazu ist der Anschlag 86 gerade soweit von dem freien Ende der Stange
entfernt, daß das freie Ende bündig mit der Außenfläche des schenkels 78 abschließt.
An dieser Stelle ist die gelenkige Verbindung 90 zwischen dem Schenkel 78 und der
Stange 84 angeordnet. Die Hebelanordnung, die aus dem L-förmigen Hebel 78 und aus
der Stange 84 besteht, steht unter der Zugkraft einer Rückstellfeder 92. Auf diese
Weise bildet die Stange 84 zusammen mit dem L-förmigen Hebel 78 ein U, dessen einer
Schenkel, der Schenkel 82 kürzer ist als der andere Schenkel, also die Stange 84,
derart, daß in Normallage, also dann, wenn der lange Schenkel des L-förmigen Hebels
parallel zur Spulenkörper- bzw.
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Schlagankerlängsachse verläuft, das U den Schlaganker zwischen sich
nimmt, wobei der Schenkel 82 den Schlaganker im Bereich des Permanentmagneten, also
auf der der Auslöserichtung entgegengesetzten Seite bzw. an dem entgegengesetzten
Ende des Schlagankers diesen überdeckt, während die Stange nicht in den Bewegungsbereich
des freien Endes 50 des Schlagankers hineingreift Außerhalb des Bereiches, d.h.
außerhalb der Verlängerung des freien Endes 50, befindet sich ein bei 94 ortsfest
drehbar gelagerter Hebel 96, der auf ein Schaltschloß 98 wirkt, welches den beweglichen
Kontakthebel des Leitungsschutzschalters beaufschlagt,
in den die
Einrichtung bzw. die Vorrichtung 32 eingebaut werden soll.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende: Im Anstieg des
ersten Kurzschlußstromimpulses reißt der Schlaganker 42, der von dem Permanentmagneten
72 angezogen ist, von diesem ab und wird nach innen in den Spulenkörper 34 hineingezogen,
wobei das freie Ende 50 nach außen herausgeschoben wird und die strichlierte Lage
bei I einnimmt. Da sowohl die Stange 84 (ausgezogen gezeichnet) als auch der Hebel
96 außerhalb des Bereiches des Fortsatzes 50 liegen, findet eine Auslösung nicht
statt. Der Schlaganker 44 wird nach dem Ende des ersten Stromimpulses von der Feder
44, die auf Druck beaufschlagt ist und unter der Wirkung des Permanentmagneten in
Pfeilrichtung F gedrückt und läuft auf den Magneten~72 auf. Aufgrund der Trägheitskraft
des Schlagankers wird der Magnet 66 ebenfalls in Pfeilrichtung F nach oben geschlagen,
wobei der pilzartige Fortsatz 68 die bei II strichliert eingezeichnete Lage einnimmt.
Dadurch wird der Hebel 78 in Uhrzeigersinn um die Achse 76 verdreht, bis er bei
III die strichliert gezeichnete Lage einnimmt. Gleichzeitig wird die Stange 84 vor
das freie Ende 50 und weiterhin in den Bereich des Hebels 96 verdreht bzw. verschoben.
Wenn nun ein nochmaliger Stromimpuls kommt, dann schlägt das freie Ende 50 auf die
Stange 84 auf und verdreht diese entgegen dem Uhrzeigersinn um das Drehlager bzw.
die Achse der Verbindung 90, wobei das andere Ende den Hebel 96 um die Drehachse
in Uhrzeigersinn verdreht. Auf diese Weise wird eine Selektivität des Leitungsschutzschalters
24 optimal erreicht, in dem der Schalter nicht sofort bei dem ersten Kurzschluß-impuls,
sondern erst beim zweiten ankommenden Impuls auslöst. Beim.ersten Impuls öffnet
der Schalter in der in Fig. 3 gezeichneten
Form nicht, es besteht
aber ohne weiteres die Möglichkeit, den Schlaganker auf den nicht gezeichneten bewegbaren
Kontakt einwirken zu lassen.
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