DE2854616C2

DE2854616C2 - Selektivschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE2854616C2
Application number: DE2854616A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 6901 Wilhelmsfeld Greefe; Lutz Dr. Baden Niemeyer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1984-03-22
Also published as: EP0012451B1; ATE2917T1; DE2854616A1; EP0012451A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Selektivschutzeinrichtung zur selektiven Abschaltung von Verbrauchern, denen jeweils ein Leitungsschutzschalter zugeordnet ist. mit einem den Leitungsschutzschaltern vorgeordneten Hauptleitungsschutzschalter mit einem magnetischen Auslöser, der auf ein Schaltschloß einwirkt das die Trennstelle des Hauptleitungsschutzschalters endgültig öffnet, mit einem thermischen Auslöser und mit einem Schlagankersystem zur schnellen» strombegrenzenden Öffnung der Trennstelle.

Für die Überstrom- und Kurzschlußabsicheriing benutzt man neben Schmelzsicherungen in letzter Zeit immer häufiger Leitungsschutzschalter, welche zur Auslösung bei einem Überstrom einen thermischen Auslöser und zur Auslösung bei einem Kur/.schlußstrom einen magnetischen Auslöser besitzen. Als thermischer Auslöser wird meistens ein Bimetall eingesetzt, welches

sich bei Auftreten eines Überstromes verbiegt, dadurch den Schaltmechanismus entklinkt und damit den Kontakthebel bzw. das bewegliche Kontaktstück vom festen Kontaktstück trennt. Dieser thermische Auslöser ist ein sogenannter verzögerter Auslöser, da er auf einen Oberstrom aufgrund der Aufheizung erst nach einer gewissen Zeit anspricht Als magnetischer Auslöser ist bekanntlich ein Magnetankersystem vorgesehen, welches praktisch un-'erzögert anspricht und unversögert die Kontaktstelle öffnet bzw. das Schaltschloß entklinkt.

Für einen derartigen Selbstschalter bestehen im allgemeinen mehrere Einsatzmöglichkeiten.

In einem ersten Einsatzfall kann der Leitungsschutzschalter einer Vorsicherung nachgeschaltet sein, wobei seine Auslösung bei einem Kurzschluß yor dem Verbraucher so erfolgen muß, daß weder im Überstrombereich noch im Kurzschlußstrombereich die Versicherung anspricht. Mit den derzeit üblichen Auslösern kann man im allgemeinen erreichen, daß ein Leitungsschutzschalter gegen eine Sicherung »selektiv« ist, deren Nennstrom zwei Stufen höher ist als der des Leitungsschutzschalters.

Es besteht auch die Möglichkeit (vergl. F i g. ?). den Selbstschalter bzw. den Leitungsschutzschalter als Hauptleitungsschutzschalter zwischen die Vorsicherung und eine Gruppe von nachgeordneten Leitungsschutzschaltern als Gruppenschutz. Zählersicherungsautomat oder ähnliches einzusetzen. Dann ergeben sich für diesen Schalter grundsätzliche Schwierigkeiten für eine selektive Auslösung, da er nämlich schon bei Überströmen auslösen muß, die etwa dem Zehnfachen des Nennstromes entsprechen, um den ihn nachgeordneten Leitungsabschnitt im Überstrombereich zu schützen, jedoch bei Kurzschlüssen im Bereich der Verbraucher nicht auslösen darf, damit die Selektivität der den Verbrauchern vorgeschalteten Schaltern gegenüber dem der Vorsicherung nachgeschalteten Schalter gewahrt bleibt.

Um dieses zu erreichen, ist bekanntgeworden (DE-OS 25 25 192). jedem Schalter eine Auslösesteuerung und eine schnelle öffnungsvorrichtung der Kontakte zuzuordnen, wobei die Öffnungsvorrichtung so beschaffen ist. daß sie schnell die von dem Überstrom durchflossenen Schalterkoniakte auf den verschiedenen Stufen öffnet. Sie ist weiterhin so beschaffen, daß sie eine schnelle Wiedereinschaltung der Kontakte ermöglicht, wenn der Stromwert unter einen vorbestimmten Wert sinkt, zwecks Selektivität besitzt die Auslösesteuerung einen Zähler, der die aufeinanderfolgenden Öffnungsund Schließfolgen der Kontakte zählt und der nach einer vorbestimmten Anzahl von Folgen die Auslösung hervorrufen kann, um so die Kontakte des entsprechenden Schalters nach der vorbestimmten Anzahl von Folgen geöffnet zu halten. Dies bedeutet, daß der Schalter, der direkt dem Verbraucher zugeordnet ist. nach einer einmaligen Öffnung öffnet; der übergeordnete Schalter bleibt nach zweimaligem Öffnen offen und der darüber geordnete Schalter nach dreimaligem Öffnen und so fort.

Dabei besteht das Problem, daß für die Realisierung eine rückstellbare Zählvorrichtung erforderlich ist, was bedeutet, daß man eine mechanische oder komplizierte elektronische Zählvorrichtung mit netzunabhängigem, mechanischem oder elektronischem Energiespeicher entwickeln und vorsehen muß.

Dieser Aufwand wird insbesondere dann problematisch, wenn die Schalter !.ehr billig und in großen Stückzahlen eingesetzt werden sollen. Darüber hinaus

ist die in der DE-OS beschriebene Vorrichtung zunächst nur für sicherungsfreie Installationen vorgesehen.

Eine Selektivschutzeinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 23 47 123 bekanntgeworden. Zur Erzielung einer Selektivität sind den einzelnen Schaltern Auslosesteuerungen zugeordnet, die mittels Verbindungsleitungen untereinander verbunden sind, so daß das Auslösen des sich direkt oberhalb des Fehlers befindlichen Schalters und nur dieses Schalters, dessen Kontakte offengehalten werden, gewährleistet wird, wogegen sich die anderen Schalter schließen, wenn der Strom unter den genannten Wert sinkt. Eine deiartige Ausgestaltung einer Selektivitätseinrichtung ist aufgrund der zusätzlichen Stronidetektoren und Verbindungsleitungen sehr aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Selektivitätsschutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der zusätzliche Melde- oder Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Schaltern in einer Kaskade vermieden werden, so daP mit geringem Aufwand eine Unabhängigkeit des H?uptlcitungsschutzschalters von nachgeordneten Leitungsschutzschaltern erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches I.

Aus der DE-PS 7 37 514 ist bekanntgeworden, parallel zu der Kontaktstelle eines Schalters einen Nebenzweig zu schalten, in dem ein Begrenzungswiderstand angeordnet ist. Bei Öffnen der TVennstelle des Schalters wird der Strom auf den Parallel- oder Nebenzweig kommutiert und durch den dort angeordneten Widerstand begrenzt. Der begrenzte Reststrom wird dann von einem Thermobimetall abgeschaltet. Nicht bekannt ist aus der DE-PS 7 37 514, den gesamten Kurzschlußstrom auf den Parallelzweig umzuschalten und eine Auslösung erst nach Erreichen eines vorgegebenen, durch den Kurzschlußstrom bedingten J P dt-Wertes zu bewirken. Darüber hinaus befindet sich auch im Parallelkreis ein Magnetausiöser nicht.

Aus der DE-OS 25 53 546 ist eine Einrichtung bekanntgeworden, mit der der Strom durch eine Spule ein« magnetischen Auslösesystems erhöht werden kann. Der in der DE-OS 25 53 546 beschriebene, diese Einrichtung enthaltende Schalter allerdings ist ein Gleichstromschalter, nicht aber ein strombegrenzender Hauptleitungsschutzschalter, der in einer Selektivitätseinrichtung verwendet werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung geht dahin, daß der Umschaltvorgang der Umschaltvorrichtung von der Öffnungsbewegung der Trennstelle gesteuert ist. Dabei kann die Umschaltvorrichtung eine in Reihe mit der Trennstelle liegende Hilfstref 'i:;telle aufweisen, die beim Öffnen der Trennstelle von dieser angesteuert mechanisch und/oder elektrisch geöffnet wird und den Strom auf den parallel zur Hilfstrennstelle geschalteten Parallelzweig zumindest teilweise kommutiert. In diesem Parallelzweig kann auch eine weitere Hilfstrennstelle angeordnet sein, die sich bei Öffnen der Hiitstrennstelle schließt.

Als Einrichtung zur Erhöhung des Stromes in der Spule des Magnetauslösers kann im Parallelzweig in Reihe zur Spule ein NTC-Widerstand oder parallel zur Spule des Magnetauslösers und ggf. zum NTC-Widerstand ein PTC-Widerstand geschaltet sein.

Zwei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 zu entnehmen. Bei der einen Anordnung wird das Thermobimetall. das im stromlosen

Zustand geschlossen ist, bei Durchfließen eines Überstromes geöffnet, so daß der Strom in seiner Gesamtheit auf die Spule kommuliert wird. Im anderen Falle wird das im stromlosen Zustand geöffnete Thermobimetall geschlossen, so daß der Strom auch die Spule durchfließen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche IO und It. Dadurch wird erreicht, daß die bewegung des Thermobimetalls unterstützt wird.

Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 12 werden die beiden Trennstellen in je einen Leitungsschutzschalter eingesetzt; der Parallelzweig befindet sich dann in einem dritten Gehäuse bzw. dritten Modul. Dadurch kann ein Hauptleitungsschutzschalter auf einfache Weise aus mehreren einzelnen Bauelementen bzw. Komponenten zusammengesetzt werden, die auf der Basis von allgemein erhältlichen Leitungsschutzschallern aufgebaut sind.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Insbesondere soll anhand der Zeichnung die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 ein Durchlaßdiagramm für eine erfindungsgemäße Anordnung.

Fig. 2 die Anordnung eines Selbstschalterkaskadennetzes,

F i g. 3 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Ausgestaltung.

F i g. 4a bis 4d verschiedene Varianten eines Bauteiles der Anordnung nach F i g. 3,

F i g. 5a, 5b und 5c weitere Varianten verschiedener Ausgestaltungen.

Fig.6 die elektrische Schaltung in einem Hauptleitungsschutzschalter gemäß der Erfindung,

Fig. 7 ein Detail in vergrößerter und herausgezogener Darstellung und

F i g. 8 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.

Es sei zunächst Bezug genommen auf die F i g. 2. Man erkennt einen Netztransformator 10. dem eine Vorsicherung 12 sowie ein Hauptleitungsschutzschalter 14 nachgeschaltet sind. Die elektrische Leitung, in der sich die drei Bauelemente befinden und die als Strompfad des Hauptleitungsschutzschalters mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet ist, verzweigt sich am Punkt 118 zur Stromkreisverteilung in einen ersten Zweig 20 und einen zweiten Zw"ig 22. wobei dem ersten Zweig 20 ein Leitungsschutzschalter 26 und ein Verbraucher 28 und im zweiten Zweig 22 ein Leitungsschutzschalter 30 und ein Verbraucher 32 angeordnet sind. Wenn man als Hauptleitungsschutzschalter eine Ausführung nach der Erfindung verwendet, dann erhält man eine Durchlaßkennlinie, wie sie in der F i g. 1 dargestellt ist Man erkennt in der F i g. t folgende Kurven:

Mit Ku ist die Kennlinie der Sicherung 12, mit Ku die Kennlinie des Hauptleitungsschutzschalters 14 und mit Κ* die des Leitungsschutzschalters 26 bezeichnet, wobei die Kennlinie des Leitungsschutzschalters 30 der Linie K₂* gleicht. Die Kennlinie K*, des Leitungsschutzschalters 26 für sich betrachtet, der ein Thermobimetali und einen magnetischen Auslöser besitzt, setzt sich zusammen aus der Kennlinie des Thermobimetalles und der Kennlinie des magnetischen Auslösers - Im Bereich zwischen /=0 und Ι=Ίμλ» spricht ausschließlich das Thermobimetall an, da hier lediglich ein Überstrom auftritt; bei einem Strom größer als /am» am Leitungsschutzschalter 26 spricht der magnetische Auslöser an. Die Kennlinie Ku, die vorläufig nur für sich betrachtet wird, setzt sich zusammen aus einem dem Thermobimetall des Hauptleitungsschutzschalters l-i zugeordneten Bereich Κ\*τ und einem Bereich Kuma, der dem Magnetauslöser bzw. dem magnetischen Auslöser des Hauptleitungsschutzschalters zugeordnet ist. Im Bereich von /=o bis /—/ami« wirkt der

ίο thermische Auslöser des Hauptleitungsschutzschalters und im Bereich / größer als /amu der magnetische Auslöser, der allerdings erst wirksam wird, wenn

überschritten worden ist. Der Bereich Kwiu verläuft annähernd horizontal, wohingegen der weitere Bereich, wie weiter unten näher erläutert wird, ähnlich wie der Bereich Κμλλ, einem gekrümmten Verlauf folgt.

Soweit zum prinzipiellen Verständnis der drei Kurven. Es sei nun wieder Bezug genommen auf die Fig. 2. Es sollen nun folgende drei Fälle betrachtet werden:

1. Im Bereich A tritt ein Kurzschluß auf. Dann fließt der Strom durch den Netztransformator 10. die Versicherung 12, den Hauptleitungsschutzschalter 14 und den Leitungsschutzschalter 26. Ist der Strom kleiner noch als /am λ, dann spricht lediglich das Thermobimetall des Leitungsschutzschalters 26 an

jo und löst aus. ohne daß die Vorsicherung 12 anspricht und ohne daß der rlauptleitungsschutzschalter 14 auslöst. Liegt der Strom zwischen den Werten Am 2* und Amh. so spricht der Magnetauslöser des Leitungsschulzschalters 26 an und löst aus, ohne daß die Vorsicherung 12 und der Hauptleitungsschutzschalter 14 ansprechen. Liegt der Strom oberhalb /amh. so spricht ebenfalls der Magnetauslöser des Leitungsschutzschalters 26 an und löst diesen aus. Der Hauptleitungsschutzschal-

■»0 ter 14 öffnet zwar kurzzeitig unter der Einwirkung

des Kurzschlußstromes, fällt aber nach Abschalten des Stromes durch den Leitungsschutzschalter 26 wieder in den geschlossenen Zustand zurück. Dabei wird die strombegrenzende Wirkung des Leitungsschutzschalters 26 durch die in dem Hauptleitungsschutzschalter 14 aufgebaute Bogenspannung unterstützt, so daß sich eine Durchlaßkennlinie ergibt, die doppelt gezeichnet mit K&,+ Ku bezeichnet ist.

2. Sowie ein Kuntschluß am Punkt B auftritt, fließt der Strom lediglich durch die Vorsicherung 12 un«iden Hauptleitungsschutzschalter 14 hindurch. Im Bereich zwischen /=0 und /=Amu löst das Bimetall des Hauptlettungsschutzschalter 14 aus. im Bereich darüber kann dagegen der magnetische Auslöser gemäß der Durchlaßkennlinie Ku erst auslösen, nachdem ein Stromquadrat-Zeittntegral durch den Schalter hindurchgeflossen ist. welches größer ist als <?i4- Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung kann nämlich der Hauptleitungsschutzschal-

ter 14 kurzunterbrechend öffnen und wegen der besonderen Ausgestaltung wieder auf Kurzschluß schließen, und dieses Spiel so lange wiederholen, bis das Stromquadratintegral Qu überschritten ist. Erst dann kann erfindungsgemäß der Auslöser des Hauptieitungsschuttsehaiters i4 ansprechen und diesen Schalter endgültig unterbrechen.

3. Befindet sich der Kurzschluß bei Punkt C. also zwischen der Vorsicherung und dem Hauptlei-

tungssehutzschalter 14, dann löst ausschließlich die Vorsicherung 12 aus.

Für den Fall Punkt 2 sind noch folgende Bedingungen zu beachten, die durch die erfindungsgemäße Anordnung realisiert werden. Der bis zur Auslösung des Hauptleitungsschutzschalters 14 durchgelassene jPdt-Wert=v% darf nicht zum Ansprechen der Vorsicherung 12 führen, was dadurch erreicht wird, daß der Wert (?h unterhalb der Kennlinie der Sicherung liegt. Weiterhin darf der Leilungsschutzschalter auch durch die mehrfache Wiedereinschaltung nicht überlastet und beschädigt werden.

Die F i g. 3 zeigt den Strompfad 16 des Hauptleitungsschutzschalters 14, in dem sich eine Umschaltvorrichtung 40 sowie die Trennstelle 42 des Hauptleitungsschutzschalters 14 befindet. An die Umschaltvorrichtung 40 ist ein Parallelzweig 44 angeschlossen, der zwischen der umscnaiivorricfuung 40 und der Trerinstelle in den Hauptstrompfad einmündet. In diesem Parallelzweig ist ein Vorwiderstand 46 sowie eine Einrichtung 48 eingeschaltet, welche auf ein Schaltschloß 50 einwirkt, das die öffnung der Trennstelle 42 über die Wirkungslinie 52 bewirkt. Die Einrichtung 48 ist in der F i g. 4a, 4b, c und d dargestellt. Sie besteht aus einer üblichen Spule 54 mit einem nicht dargestellten Auslösestift, der auf das Schaltschloß 50 einwirkt, sowie in Reihe zu ihr einem NTC-Widerstand 56. Man kann parallel zur Spule 54 auch einen PTC-Widerstand 58 (vergl. Fig.4b) schalten oder man kann parallel zur Spule 5-* einen PTC-Widerstand und in Reihe mit der Spule einen NTC-Widerstand 56 schalten (vergl. F ig. 4c).

Die Öffnungsbewegung der Trennstelle 42 steuert über die Wirkungslinie 60 die Umschaltung der Umschaltvorrichtung derart, daß zumindest ein Teil des Stromes auf den Psraüelz-A-eig 44 geschaltet -A-ird. -Α-εηη die Trennstelle 42 öffnet. Die Umschaltvorrichtung 40 wird also bei Auftreten eines Kurzschlußstromes und damit bei öffnen der Trennstelle 42 den Strom auf die Einrichtung 48 kommutieren. wobei wegen der Wirkung der Widerstände 56 bzw. 58 (F i g. 4a, b und c) erst nach Durchgang eines bestimmten J P dt-Wertes aufgrund der Widerstandsänderungen der Strom durch die Spule 54 so weit erhöht wird, daß eine Auslösung möglich ist. Mit anderen Worten: Durch Vorsehen der einzelnen stromveränderlichen Widerstände 56, 58 erzielt man eine Veränderung der Auslösekennlinie Kn dahin, daß der untere spitze Bereich (...-gezeichnet) abgeschnitten und durch den horizontalen Bereich Kuma ersetzt wird. In diesem Bereich kann der magnetische Auslöser erst dann auslösen, wenn ein bestimmter Wert

durch den jeweiligen Widerstand hindurchgeflossen ist und diesen so weit erwärmt hat, daß sich sein Widerstandwert in geeigneter Weise ändert und den Strom ausreichend stark auf die zugehörige Spule kommutiert. Dann erst löst der magnetische Auslöser aus.

Im Falle der F i g. 4a erfolgt die Stromerhöhung der Auslösespule 54 dadurch, daß der NTC-Widerstand 56 aufgrund einer Aufheizung genügend niederohmig wird und dadurch der Stromfluß durch die Spule erhöht wird, im Falle der Fig.4b erfolgt sie dadurch, daß der PTC-Widerstand 56 durch Aufheizen genügend hochohmig wird und damit den Strom in die Spule kommutiert. Im Falle F i g. 4c werden beide Effekte miteinander kombiniert. Die widerstandändernde Wirkung der PTC- bzw. NTC-Widerstände läßt sich nach F i g. 4d auch durch ein Bimetall 53 erreichen, an dessen einem, freiem Ende ein Kontakt 55 angebracht ist, der mit einem Festkontakt 57 zusammenwirkt. Im Falle der Fig.4d biegt sich das Bimetall 53 aus und öffnet die Kontaktstelle bei 55 und 57; man kann die Schaltung auch so ausbilden, daß sich das Bimetall 53 ausbiegt und eine Kontaktstelle schließt (nicht dargestellt).

ίο Die Umschaltvorrichtung 40 ist nun vom Prinzip her so ausgebildet, wie in den Fig. 5a. b, c dargestellt. Bei den Fig. 5a und b dient als Umschaltvorrichtung eine Hilfstrennstelle 61, wobei in Fig. 5a die Einrichtung 48 der Hilfstrennstelle 61 parallel geschaltet ist und bei der Ausführung nach Fig.5b eine schließende weitere Hilfstrennstelle 62, die in Reihe zur Einrichtung 48 geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung aus Einrichtung 48 und Hilfstrennstelle 62 der Hilfstrennstelle 61 paiaüci gcsCnaiic'i iSi. Die Wiikvcfbiridung Zwischen der Haupttrennsteile 42 und der Hilfstrennstelle 62 kann mechanisch, in geeigneter, hier nicht weiter darzustellender Weise erfolgen. Sowie die Haupttrennstelle durch einfaches öffnen mittels eines Schlagankers geöffnet wird, schließt sich gleichzeitig auch die Hilfstrennstelle 62, wodurch ein Teil des Stromes auf die Einrichtung 48 kommutiert wird (F i g. 5b). Die mechanische Verkopplung der Trennstelle 42 und der Hilfstrennstelle 62 ist so beschaffen, daß nach Auslösung des Schaltschlosses 50 sowohl die Trennstelle 42 als auch die

jo Hilfstrennstelle 62 geöffnet werden. Dies kann beispielsweise mit einer zusätzlichen Hebeleinrichtung bewirkt werden (nicht weiter dargestellt), auf die das Schaltschloß einwirkt.

In der Fig. 5c wird die Umschaltvorrichtung 40 praktisch realisiert, daß man eines der Lichtbogenlöschbleche 64 des Lichtbogenlöschblechpaketes, welches der Trsnnstsüe 42 zugeordnet ist snza^ft und beim Ausschalten den Lichtbogenstrom ausnutzt. Nachdem die Trennstelle 42 geöffnet worden ist. kommutiert der Lichtbogenstrom zumindest teilweise auf die Einrichtung 48: sowie nach zwei- oder eventuell auch mehrmaligem Auslösen bzw. öffnen des Kontaktes und Stromfluß durch die Auslöseeinrichtung der Durchlaßwert Qn (J P ■ dt) erreicht wird, löst die Einrichtung 48

« das Schaltschloß 50 endgültig aus und die Trennstellen bleiben offen.

Weitere spezielle Schaltungsanordnungen, die sich aus den bisher dargestellten Elementen aufbauen lassen, sind in den F i g. 6 bis 8 dargestellt.

Man erkennt in der F i g. 6 die Trennstelle 42. die über die Wirklinie 60 mit der die Umschaltvorrichtung 40 der Fig.3 bildenden Hilfstrennsteile 61 verbunden ist. Die Trensistelle 42 und die Hilfstrennstelle 61 werden von einem Schlagankersystem 70 geöffnet, von dem lediglich die Spule eingezeichnet ist. Parallel zur Hilfstrennstelle 6i ist der Parailelzweig 44 geschaltet, in dem sich der Vorwiderstand 46 befindet, der in der Ausgestaltung nach der Fig.6 als PTC-Widerstand ausgebildet ist Die Einrichtung 48 besitzt eine Spule 72 und parallel zur Spule ein Thermobimetall 76. Das Thermobimetall ist am Punkt 78 ortsfest eingespannt und kann sich unter der Wirkung eines Stromes in Pfeilrichtung F verbiegen. Das freie Ende des Thermobimetalls 76 ist als Kontaktstelle 79 ausgebildet, welches mit dem ebenfalls als Kontaktstelle 80 ausgebildeten freien Ende 82 der Spule 72 zusammenwirken kann (vergl. die strichlierte Linie 84 in der Fig. 6).

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Aufgrund eines Kurzschlußstromes im Bereich A (vgl. F i g. 2) öffnet die Trennstelle 42 zusammen mit der Hilfstrennstelle 61 und dem Leitungsschutzschalter 26, um letzteren strombegrenzend zu unterstützen. Sowie der Leitungsschui-schalter 26 ausgeschaltet hat. steht am Hauptleitungsschutzschalter 16 (Anordnung nach Fig. b) kein Strom mehr an und nachdem die Trennstelle 42 und die Hilfstrennstelle 61 wieder geschlossen haben, wird kein Kurzschlußstrom mehr registriert und der Hauptleitungsschutzschalter 14, d. h. die Trennstelle 42 und die Hilfstrennstelle 61 bleiben geschlossen. Während der Öffnungszeil ist schon ein gewisser Teil des Stromes vom Hauptstrompfad auf den Parallelzweig 44 kommutien worden. Dieser hat das Thermobimetall 76 erwärmt, aber noch nicht so weit, daß sich die Kontaktstellen 79, 80 berühren und die Spule 72 einschalten. Wenn bei einem Kurzschluß im Bereich S der Kurzschlußstrcrr! noch ansieht, schallen die Trennstelle 42 und die Hilfstrennstelle 61 nach einer ersten Öffnung auf den Kurzschlußstrom wieder auf und die Trennstelle 42 und die Hilfstrennstelle 61 werden nochmals geöffnet, so daß der Strom zumindest teilweise wiederum über das Thermobimetall 76 fließen muß. Das noch warme bzw. erwärmte Thermobimetall erwärmt und verbiegt sich weiter, bis es die Kontaktstelöle 79,80 schließt. Ein Teil des Stromes im Neben- bzw. Parallelzweig fließt jetzt auch über die Spule 72, so daß hierdurch das Schaltschloß 50 entklinkt und die endgültige Öffnung der Trennstelle 42 bewirkt wird. Es so besteht natürlich auch die Möglichkeit, daß sich dieser Vorgang erst nach mehrmaligem öffnen der Trennstelle 42 und der Hilfstrennstelle 61 ergibt. Es kommt nur darauf an. daß das Thermobimetall 76, das auf einen bestimmten Durchlaßwert ausgelegt ist, bei Erreichen J5 dieses Durchlaßwertes die Spule 72 in den Parallelzweig 44 einschaltet. Der Vorwiderstand 46. der hier vorteilhafterweise als PTC-Widerstand ausgelegt ist. dient der Strombegrenzung im Parallelzweig 44 und dem Schutz des empfindlichen Thermobimetalles 76 vor *o Überlastung, da der Vorwiderstand 46 aufgrund des Einflusses der Stromwbime seinen Widerstandwert erhöht.

Um gegebenenfalls das Ausbiegen des Thcrmobimetalles 76 bei kleinen Kurzschlußströmen zu verzögern, ⁴> kann eine Ver/ögerungsmasse 86 vorgesehen sein (vergl. Fig. 7). Um das Ausbiegen bei hohen Kurzschlußströmen zu beschleunigen, kann diese Masse im Falle der Ausgestaltung nach F i g. 7 aus Weicheisen bestehen. Dann ist in den Hauptstrompfad, der mit 18 bezeichnet ist. ein Weicheisenjoch 88 eingeschaltet, das bei sehr hohen Kurzschlußströmen die Umschaltung bzw. thermische Verbiegung des Bimetalles und damit des Schließen der Kontakte 78 und 90 magnetisch beschleunigt, so daß bereits nach einem einmaligen Öffnungsvorgang der Trennstelle 42 und der Hilfstrennstelle 61 das Schaltschloß 50 entklinkt wird.

Eine weitere Ausgestaltung ist in der Fig.8 dargestellt. Man erkennt wieder den Hauptstrompfad 18, in den zwei in Reihe geschaltete Trennstellen 90 und 92 eingeschaltet sind. Weiterhin befinden sich im Hauptstrompfad 18 eine erste Spule 94 und eine zweite Spule 96. die über je einen als Wirklinie 98 bzw. 100 eingezeichneten Schlaganker jeweils auf die Trennstellen 90 bzw. 92 einwirken. Parallel zur Trennstelle 92 ist 6-^s wieder die Einrichtung 48 geschaltet, die in <ier Form ausgebildet ist. die der Ausführung nach F i g. 6 ähnlich ist. Zusätzlich ist parallel zu der Spule 96 ein auf den Nennstrom abgestimmtes Thermobimetall 102 geschaltet, das auch in Reiiie zur Spule 94 geschaltet sein kann, welches auf ein erstes Schaltschloß 104 einwirkt. Auf dieses erste Schaltschloß wirkt gleichzeitig auch die Spule 72 einer Anordnung nach der Fig.4b ein. Ein PTC-Widerstand 74 liegt parallel zur Spule 72.

Ein in Reihe mit der Spule liegender PTC-Widerstand besitzt die Bezugsziffer 46 und der Parallelzweig die Bezugsziffer 44.

Die Schaltungsanordnung nach der F i g. 8 besitzt ein weiteres Schaltschloß 106, welches mit dem Schaltschloß 104 mechanisch gekoppelt ist und auf die Trennstelle 90 (über die Wirklinie 108) und 92 (über die Wirklinie 110 bzw. 112) einwirken kann. Im kalten Zustand ist der PTC-Widerstand 74 niederohmig gegenüber der Spule 72, so daß er den überwiegenden Teil des Gesamtnebenschlußstromes /ν führt, wenn die Trennstellle 92 geöffnet hat. Sobald der PTC-Widerstand 74 niisrpirhpncl aufgeheizt ist (gegebenenfalls nach mehrmaligem Wiedereinschalten der Trennsiellen 92 und ggf. auch 90). wird er hochohmig. so daß ein ausreichender Strom über die Spule 72 fließen kann, so daß diese anspricht, die Schaltschlösser 104 und 106 auslöst und eine weitere Aufheizung des PTC-Widerstandes 74 vermeidet. Während die Trennstelle 92 praktisch als Umschaltvorrichtung wirkt, hat die Trennstelle 90 die Aufgabe, stromunterbrechend und — besonders wichtig - strombegrenzend zu öffnen. Im Falle einer Auslosung muß die Trennstelle mitöffnen und, ausgelöst durch das Schaltschloß 106, offenbleiben, um den Strom, der bei offener Trennstelle 92 noch über die Spule 72 fließt, abzuschalten.

Ganz allgemein ist die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 8 die folgende:

Im Falle eines normalen Überstromes im Bereich /=0 bis /=/λ/414 (vcrgl. Fig. 1) löst das thermische Auslöseelement, d. h. das Thermobimetall 102 aus.

Sowie ein Kurzschlußstrom im Bereich B auftritt, der größer ist als /w\u. läuft der Auslösevorgang in der Weise ab. wie oben beschrieben. Die Trennstelle 92 öffnet (gegebenenfalls mehrmals) und kommutiert den Strom auf den Parallelzweig 44.

Sowie nach ein- oder mehrmaligem öffnen der PTC-Widerstand 74 (gleich dem Widerstand 58 der F i g. 4b) und auch der Vorwiderstand 46 (ein NTC-Widerstand gleich dem Widerstand 56 der Fig.4a) infolge Erreichen eines Wertes

Cm= J /-dr

ausreichend heiß sind und damit ihren Widerstandwert entsprechend geändert haben, spricht der Auslöser (Spule 72) an und wirkt auf das Schaltschloß 104 zur endgültigen Öffnung der Trennstelle 92 und damit auf das Schaltschloß 106 zur endgültigen Öffnung der Trennstelle 90. Dieser Vorgang läuft dann ab. wenn der Kurzschlußstrom in dem Bereich liegt, der durch die horizontale Linie Kuma begrenzt wird. Bei höheren Kurzschlußströmen lösen die Spulen % und 94 praktisch sofort aus.

Findet ein Kurzschluß im Bereich A statt, so wird dieser durch den Leitungsschutzschaiter 26 unterbrochen, bevor die Auslösevorrichtung anspricht.

Die Anordnung der Fig.8 kann praktisch in drei Teile unterteilt werden.

Man erkennt insgesamt drei eingerahmte Elemente, einen strichlierten I. einen strichpunktierten III und

einen Teil II .. Linierung. Der strichlierte Teil ist

mit I bezeichnet und bildet praktisch einen ersten

Leitungsschuizschalierautomat mit Thermobimetall,

während der .. eingerahmte Teil einen zweiten

Leiiungssci^itzschalterauiomat ohne Thermobimeiall bildet und mit Il bezeichnet ist. Der strichpunktierte Teilbereich III ist als Zwischenteil anzusehen, der der Einrichtung 48 (vergl. F i g. 3) entspricht.

Nachzutragen ist. daß der horizontale Bereich (Q_lt, i K,i\i\) nur im idealen Fall so verläuft, ähnlich wie die nach unten weisenden Spitzen bei Ima2i>- In der

Wirklichkeit verlaufen die Kurven etwas abgerundeter, wobei allerdings bei Ku ein deutlich flacherer Bereich vorhanden ist als bei K26·

Zu Fig.6 ist noch kurz auszuführen, daß das freie Ende des Thermobimetalles 76, also im Bereich der Kontaktstelle 79, mit der Leitung des Paralleleiges 44 mittel einer Litze 77 verbunden ist, damit sich das Thermobimetall 76 ungehindert bewegen kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Seletctivschutzeinrichtung zur selektiven Abschaltung von Verbrauchern, denen jeweils ein Leitungsschutzschaber zugeordnet ist, mit einem den Leitungsschutzschaltern vorgeordneten Hauptleilungsschutzschalter mit einem magnetischen Auslöser, der auf ein Schaltschloß einwirkt das die Trennstelle des Hauptleitungsschutzschalters endgültig öffnet, mit einem thermischen Auslöser und mit einem Schlagankersystem zur schnellen, strombegrenzenden Öffnung der Trennsteile, dadurch gekennzeichnet, daß im Strompfad (16) des Hauptleitungsschutzschalters (14) eine Umschaltvorrichtung (40) vorgesehen ist, welche bei Auftreten eines Kurzschlußstromes diesen zumindest teilweise auf einen den magnetischen Auslöser (Spule 54, 72) enthaltenden Parallelzweig (44) umschaltet,¹ und daß der Parallelzweig (44) eine Einrichtung (4S) enthält, weiche nach Erreichen eines vorgegebenen, durch den kurzschlußstrombedingten J/² dr-Wertes (Q 14) den Strom durch die Spule (54, 72) des magnetischen Auslösers so weit erhöht, daß dieser auf das Schaltschloß (50, 104) einwirken kann.

2. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltvorgang der Umschaltvorrichtung (40) von der Öffnungsbewegung der Trennstelle (42) gesteuert ist.

3. Selektivsiliutzeinrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichne·, daß ίΐ^:ε Umschaltvorrichtung eine in Reihe mit de·· Trennstelle (42) liegende Hilftrennstelle (61) aufweist, weif Se bei öffnen der Trennstelle (42) von dieser angesteuert mechanisch und/oder elektrisch geöffnet wird und den Strom auf den parallel zur Hilfstrennstelle (61) geschalteten Parallelzweig zumindest teilweise kommutiert (F ig. 5a).

4. Selektivschutzeinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Hilfstrennstelle (62) im Parallelzweig (44) angeordnet ist. wobei bei Öffnen der Hilfstrennstelle (61) die weitere Hilfstrennstelle (62) schließt (Fig. 5b).

5. Selektivschutzeinrichiung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelzweig (44) mit einem Ende an einem der Lichtbogenlöschbleche (154) des Hauptleitungsschutzschalters(14)angeschlossen ist(Fig. 5c).

6. Selektivschutzeinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Erhöhung des Stromes durch die Spule (54) des Magnetauslösers im Parallelzweig (44) in Reihe zur Spule ei;n NTC-Widerstand (56) geschaltet ist(Fig.4a).

7. Selektivschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Erhöhung des Stromes durch die Spule (54) de«; Magnetauslösers im Parallelzweig parallell zur Spule des Magnetauslösers und gegebenenfalls zum NTC-Widerstand (56) ein PTC-Widerstand (58) geschaltet ist (F i g. 4b und 4c).

8. Selektivschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Erhöhung des Stromes durch die Spule (54) des Magnetauslösers parallel zur Spule des Magnetauslösers ein Thermobimetall (53) angeordnet ist, das einen Stromweg parallel zur Hilfstrennstelle bildet, wobei am sich ausbiegenden Ende des Thermobimetalles ein Kontakt (55) angebracht ist, der zusammen mit einem Festkontakt (57) am Ende der Spule (54) eine Kontaktstelle bildet, die in stromlosen Zustand geschlossen und bei Durchfließen eines Überstromes geöffnet ist, so daß zumindest ein Teil des Stromes dann durch die Spule zur Auslösung des Schaltschlosses (50) fließt

ίο (Fig.4d).

9. Selektivschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Erhöhung des Stromes durch die Spule (72) des Magnetauslösers parallel zur Spule des Magnetauslösers ein Thermobimetall (76) angeordnet ist das einen Stromweg parallel zur Hilfstrennstelle bildet, wobei am sich ausbiegenden Ende des Thermobimetalles ein Kontakt angebracht ist, der zusammen mit dem Ende der Spule (72) eine Kontaktstelle (79, 80) bildet, die in stromlosem Zustand geöffnet und bei Durchfließen eines Überstromes geschlossen ist so daß zumindest ein Teil des Stromes dann durch die Spuie zur Auslösung des Schaltschlosses (50) fließt (F i g. 6).

2ί

10. Seiektivschutzeinrichtung nach Anspruch 8

oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verzögerung der Bewegung des Thermobimetalls (76) an diesem eine Verzögerungsmasse (86) angebracht ist.

11. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 10. ίο dadurch gekennzeichnet daß zur Beschleunigung des Auslösevorganges bei sehr hohen Kurzschlußströmen die Verzögerunsmasse (86) aus Weicheisen hergestellt ist und sich im Anziehungsbereich eines vom Strom des Hauptstrompfades (18) durchflossenen Eisenjoches(88)befindet(Fig.7).

12. Selektivschutzeinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Leitungsschutzschalter (!, II) nebeneinander angeordnet sind, welche jeweils e^nen Magnetauslö-

·»" ser aufweisen, und deren Trennstellen (92, 90) miteinander in Reihe liegen, wobei parallel zu der Spule (96) des ersten Leitungsschuizschaltcrs ein Thermobimetall (102) geschaltet ist. und daß ein Zwischenteil vorgesehen ist. das die parallel zur

·*' Trennstelle des ersten Leitungsschutzschalters (I) liegende Einrichtung zur Erhöhung des Ausschaltstromes aufweist (Fig. 8).