DE2854623C2

DE2854623C2 - Selektiver Hauptsicherungsautomat

Info

Publication number: DE2854623C2
Application number: DE19782854623
Authority: DE
Inventors: Rolf Ing.(Grad.) 6906 Leimen Goehle; Klaus Dipl.-Ing. 6901 Wilhelmsfeld Greefe; Lutz Dr. Baden Niemeyer; Hermann 6803 Edingen-Neckarhausen Schmitt
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2854623A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Hauptsicherungsautomat gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Leilungsschutzschalter 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 Hauptsicherungsautomat vorgeschaltet ist, dem selbst wiederum eine Schmelzsicherung vorgeschaltet sein kann. Die Charakteristiken der einzelnen Sicherungseinrichtungen sind so zu wählen, daß beispielsweise ein Kurzschluß vor einem Verbraucher oder im Verbraueher selbst lediglich die Auslösung des ihm zugeordneten Leiturigsschiitzschalters bewirkt, woge* gen der Häuptsicherungsautomat, der mehreren Vef* brauchern Vorgeschaltet ist, den dem Verbraucher zugeordneten Leitungsschutzschalter strombegrenzend Unterstützen soll, aber nicht auslösen darf. Andererseits soll ein Kurzschluß zwischen dem HäUptsicherungsäutömat und den den Verbrauchern zugeordneten Leitungsschwtzschaltern von diesem Haup'tsicherungsautomat und nicht von der vorgeschalteten Sicherung abgeschaltet werden.

Ein selektiver Hauptsicherungsautomat der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 7 37 514 bekanntgeworden. Bei diesem Hauptsicherungsautomat fließt im Falle eines Kurzschlusses hinter dem dem Verbraucher zugeordneten Leitungsschutzschalter der Kurzschlußstrom durch eine Überstromauslösemagneispule, einen beweglichen Kontakt, einen festen Kontakt ui;d durch

ίο den Leitungsschutzschalter selbst. Dabei wird über eine Art Umschaltvorrichtung, die durch die Kontaktstelle im Hauptsicherungsautomat gebildet wird, der Strom zu einem Begrenzungswiderstand kommutiert, so daß der nachgeordnete Leitungsschutzschalter mit begrenztem

's Strom beaufschlagt wird, den er ohne weiteres abschalten kann. Wenn der Leitungsschutzschalter defekt ist oder wenn zwischen dem Hauptsicherungsautomat und der den einzelnen Verbrauchern zugeordneten Leitungsschutzschaltern ein Kurzschluß besteht, dann wird der Hauptsicherungsautomat durch Betätigung seines eigenen Schaltschlosses ausgeschaltet

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hauptsicherungsautomat der eingangs genannten Art zu schaffen, deren thermisches Element als »flinkes« Element ausgebildet ist, ohne daß das Schaltschloß an dieses flinke thermische Element angepaßt werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Das thermische Element wird also nicht unmittelbar als Auslöser für das Schaltschloß verwendet, sondern dient der Steuerung des Zwischenhebels, der dann vom Schlaganker — das Schaltschloß auslösend — betätigt wird. In den Installationseinrichtungen werden heute überwiegend stark, strombegrenzende Schaltgeräte eingesetzt, so daß das thermische Element auf kleine J Pdf-Werte flink ansprechen muß. Derartige Bimetalle besitzen aber nur eine geringe Auslösekraft, die in der Praxis wegen der Rüttel- und Schockfestigkeit der Schaltschlösser zwangsläufig gcinger ist als die

ίο notwendige Auslösekraft für das Schaltschloß. Aus diesem Grunde wird die thertnsche Auslösung im Kurzschlußfalle durch das Vorsehen des Zwischenhebels praktisch verstärkt.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann als thermisches Element ein Thermobimetall verwendet werden; gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Umschaltbewegung durch die Bewegung des Kontakthebels angesteuert werden. Dabei wird die Umschaltvorrichtung zweckmäßigerweise durch die Trennstelle gebildet. Diese Merkmale der Unteransprüche 2 bis 4 sind aus der DE-PS 7 37 514 an sich bekannt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Vorteile der Erfindung und ihre Wirkungsweise sollen anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt

F ι g. 1 eine Schaltungsanordnung mehrerer Leitungsschutzschalter, eines Hauptsicherungsautomaten und einer Vorsicherung in einem Verbrauchernetz,

Fig.2 die Durchlaßkennlinie der einzelnen Leilungs* schutzschalter Und der Sicherung,

Fig.3 eine prinzipielle Schaltungsanordnung nach der Erfindung zum Einsatz in einen Hauptsicherungs·" automaten nach der FI g. 1,

F i g. 4 eine schematisierte Darstellung eines nach der Erfindung ausgeführten Hauptsicherungsautomaten ntchclerFig, 1,

Fig,5 das elektrische Ersatzschaltbild des Schalters gemäß F i g. 4,

F i g. 6a und 6b zwei Varianten von Schaltungsanordnungen zur Unterstützung des Thermobimetalls in der Anordnung nach F i g. 4.

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 16,18,20, 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 Hauptsicherungsautomat 24 geschaltet und vor dem Hauptsicherungsautomat befindet sich nahe der Einspeisung 26 eine Vorsicherung 28.

Die Auslösekennlinie der einzelnen Leitungsschutzschalter 16,18 und 20 sowie 24 und der Vorsicherung 28 sind in den in F i g. 2 gezeigten Diagramm eingetragen, wobei auf der Abszisse der Logarithmus des prospektiven Kurzschlußstromes Ik und auf der Ordinate der Logarithmus des Durchlasses P ■ dt eingetragen sind. Die Auslösekennlinien sind gemäß den beigefügten Indizes den einzelnen Leitungsschutzschaltern in folgender Weise zugeordnet, wobei die Abkürzung AK für Auslösekennlinie steht:

15

20

25

■40

AK2S = Auslösekennlinie der Sicherung 28 AKn — Auslösekennlinie des Hauptsicherungs-

automaten 24
A/C16. ie. 20 = Auslösekennlinie der Leitur.gsschuizschal-

ter 16,18 und 20.

Ferner ist die symmetrische Sinushalbwelle SH eingetragen.
Es seien nun folgende Fälle angenommen: «

1. Es besteht ein Kurzschluß zwischen dem Leitungsschutzschalter 16 und dem Verbraucher 10. In diesem Falle muß der Leitungsschutzschalter 16 ansprechen, ohne daß der Hauptsicherungsautomat 24 auslöst bzw. die Sicherung 28 anspricht. Der Hauptsicherungsautomat 24 darf (braucht aber nicht) jedoch einen Strombegrenzungsvorgang möglichst kurzunterbrechend unterstützen, so daß auf diese Weise unter anderem eine verbesserte DurchlaSkennlinie VK als Sumn.e der Durchlaßkennlinien AKu + -4^16.18.20 entsteht. Auf diese Weise wird auch ein höheres Schaltvermögen eizielt.

2. Sofern der Kurzschlu? zwischen dem Hauptsiche- ^w rungsautomat 24 und dem Knotenpunkt 30, von dem die einzelnen Leitungen zu den Verbrauchern abgehen, auftritt, dann muß der Hauptsicherungsautomat 24 nicht nur strombegrenzend öffnen, sondern auch auslösen. Nun kann der Hauptsicherungsautomat 24 beim ersten Schaltvorgang zunächst nicht unterscheiden, ob der ihn durchfließende Kurzschlußstrom auf einen Kurzschluß am Orte zwischen dem Leitungsschutzsciialter 16 und seinem Verbraucher 10 oder am Orte zwischen sich ^eo 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. Wa? der Kurzschluß zwischen dem Leitungsschutzschalter 16 und dem Verbraucher 10, so hat der LeitungsscVitzschalter 16 ausgelöst und der Kurzschluß besteht nicht mehr. In diesem Falle

darf der Hauptsicherungsautomat 24 nicht auslösen, damit die benachbarten gesunden Einspeisungen zu den Verbrauchern 12 und 14 nicht stromlos werden. Anderenfalls öffnet der Hauptsicherungsautomat 24 aufs neue strombegrenzend, wobei er in diesem Falle auslösen muß.

Befindet sich ein Kurzschluß zwischen dam Hauptsicherungsautomat 24 und der Sicherung 28, so muß die Sicherung 28 ansprechen.

10 Der Hauptsicherungsautomat der F i g. 3 besitzt einen Hauptstrompfad 40, in dem sich die Hauptkontaktstelle (Trennstelle 42) befindet. Diese Trennstelle ist in üblicher Weise ausgebildet und besteht aus einem festen Kontaktstück und einem beweglichen Kontaktstück, welches am freien Ende eines drehbar gelagerten Kontakthebels angeordnet ist (vergl. auch Fig.4). In den Hauptstrompfad 40 ist eine Umschaitvurrichtung 44 geschaltet, die bei Aufti eten eines Kurzschlusses und bei Öffnen der Trennstelle 42 von dem beweglichen Kontakthebel zumindest einen Teil .vs Stromes vom Hauptstrompfad 40 auf einen Neben_iromweg 46 kommutiert. Zwischen der Umschaltvorrichtung 44 und der Trennstelle 42 ist elektrisch leitend ein thermisches Element, hier ein Bimetall 94, geschaltet, welches mit dem N;benstromweg 46 über eine Litze 100 in Verbindung steht. An dem Bimetall 94 ist ein Zwischenhebel 52 angelenkt, der in Ruhestellung (dick ausgezogene Linie) außerhalb des Betätigungsweges eines Stößels 54 steht, der mit dem beweglichen Kontaktstück der Trennstelle 42 in Verbindung steht und wie aus der strichlierten Zeichnung ersichtlich ist. relativ zum Bimetall verdreht werden, wie weiter unten näher erläutert werden soll, und dabei ein Schaltschloß 56 zur Auslösung des HRuptleitungsschutzschalters betätigen kann.

Diese Prinzipskizze bzw. prinzipielle Anordnung ist bei einem Sicherungsautomaten realisiert, dessen einzelne Bauelemente in der Fig.4 schemaiisch dargestellt sind. Der Hauptsicherungsautomat besitzt, wie oben erwähnt, eine Trennstelle 42, die gebildet ist von einem festen Kontaktstück 60 und einem bewegbaren Kontaktstück 62, welches an einem in einer Achse 64 drehbar gelagerten Kontakthebel 66 angeformt ist. Das Festkontaktstück 60 steht mit einem nur schematisch dargestellten Klemmenanschluß 68 in Verbindung und setzt sich in ein Lichtbogenleitblech 70 fort. Am Kontakthebel 66 ist eine Litze 72 angebracht, die mit einem weiteren Lichtbogenleitblech 74 in Verbindung steht, wobei zwischen dem Lichtbogenleitblech 70 und dem Lichtbogenleitbiech 74 eine aus mehreren Löschblechen 76 bestehende Lichtbogenlöschkammer 7f> angeordnet ist.

Der hauptsicherungsautomat nach Fig.4 besitzt weiterhin einen Schlagankermechanismus 80, der sich zusammensetzt aus einem Joch 82 und einem an diesem befestigten Magnetkern 84, einem bewegbaren Schlaganker 86. einer Wicklung 90 und dem Schlagstift 88. Ein derartiges Magneonkersystem ist an sich bekannt und befindet sich in handelsüblichen Leitungsschutzschaltern. Der Schlagankerstift 88 des Sehlagankers 86 wirkt auf den bewegiichen Kontakthebel 66 ein, während das andere Ende 87 des Schlagankers 86 durch den Magnetkern 84 hindurchgreift und das joch 82 im Bereich des Magnetkernes 84 durchgreift und über diese hinausragt.

Am Punkte 92 ist ein Bimetall 94 ortsfest gelagert, an dessen freiem Ende der Zwischenhebel 52 angelenkt ist

bzw. federnd befestigt ist. Das bei 92 fest angeordnete Ende des Bimetalls 94 ist über eine Leitung 98 mit dem Ltchlbogenleitblech 70 Und das freie Ende des Bimetalles 94 über eine mit einer Litze 100 versehene Leitung 102 mit einem Hilfslrenrischälter 104 und mit der zur anderen Klemme 106 verläufenden Hauptleitung verbunden. Der von der Klemme 106 zum einen Ende der Wicklung 90 und von der Wicklung 90 über eine Litze 108 zum beweglichen Kontakthebel 66 und Üer Trennstelle 42 zum anderen Klemmanschluß 68 verlaufende Strompfad entspricht dem Hauptstrompfad 40 in der Darstellung nach F i g. 3.

Die Umschaltvorrichtung 44 ist durch die Trennstelle 42 selbst realisiert (siehe Fig.5). Der Hauptstrompfad 40 ist nach öffnung der Trennstelle 42 durch den Nebenstromweg 46 überbrückt; deshalb ist der Hilfstrennschalter 104 erforderlich.

Es ist weiterhin noch ein Übertragungshebel 110 vorgesenen. der an der Achse \\2 drehbar und ortsfest gelagert ist und der über die Wirklinie 114 auf das Schaltschloß 56 einwirkt.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 4 sei im folgenden beschrieben:

In der dick ausgezogenen Darstellung, wenn also der Kontakthebel 66 in der gezeichneten, geschlossenen Stellung ist. fließt ein Strom über den Hauptstrompfad.

Bei Auftreten eines Kurzschlußstromes öffnet der Schlaganker 86 die Trennstelle 42, wobei der Schlaganker 86 gegen den Magnetkern 84 gezogen wird. Durch die öffnung der Trennstelle 42 wird ein Lichtbogen 79 gezogen, welcher in die Lichtbogenlöschkammer 78 hineingetrieben wird: und durch die Wirkung des Lichtbogens fließt ein Teil des Kurzschlußstromes auch über die Leitung 102 zum Bimetall 94 und über die Leitung 98 und dem Lichtbogenleitblech 70 zum festen Kontaktstuck 60. Das Bimetall 94 erwärmt sich hierdurch und wird verformt, wie in der F i g. 4 strichliert dargestellt ist. Dabei schiebt sich der Zwischenhebel 52 hin zum Bewegungsbereich des Endes 87 des Schlagankerstiftes 88, der aber das Schaltschloß noch nicht auslöst. Diese Öffnungsbewegung unterstützt den Leitungsschutzschalter 16 beim Öffnen strombegrenzend, wenn ein Kurzschluß im Bereich zwischen dem Leitungsschutzschalter 16 und dem Verbraucher 10 entsteht. In diesem Falle schaltet der Leiiungsschutzschalter 16 ab und wenn der Kontakthebel 66 wieder schließt, passiert nichts weiter, da der Kurzschluß vom Leitungsschutzschalter 16 abgeschaltet ist. In dem Falle aber, wenn ein Kurzschluß zwischen dem Hauptsicherungsautomat 24 und der Verzweigungssteiie 30 liegt ist der Kurzschluß noch über die Klemmen 106 und 68 wirksam, so daß bei einem Einschalten auf den Kurzschluß eingeschaltet wird und ^der Schlaganker sofort wieder anzieht Der Zwischenhebel 52, der in diesem Falle nicht die Zeit hat, sich wieder zurückzubewegen, weil das Bimetall 94 noch erwärmt und ausgebogen ist, bewegt sich aufgrund der weiteren Ausbiegung des Bimetalls in den Bewegungsbereich des Schlagankers 86, welcher nun mit seinem Ende 87 auf den Zwischenhebel 52 einschlägt und diesen in Pfeilrichtung Fverdreht wodurch der Ubertragungshebel 110 im Uhrzeigersinn verdreht wird. Durch den Übertragungshebel 110 wird das Schaltschloß 56 ausgelöst so daß der Kontakthebel 66 in ausgeschalteter Stellung verbleibt und die Hilfstrennstelle 104 geöffnet wird. Eine Auslösung bei erstmaligem Öffnen des Kontakthebels durch den Schlaganker erfolgt nicht; dementsprechend ist auch das SchaltschloB ausgebildet.

10

20 Das Nebenschlußbimetall ist niederohmig ausgelegt, damit es durch den Schaltlichtbogenspannungsimpuls ausreichend aufgeheizt wird. Andererseits muß es so ausgelegt sein, daß es unter keinen Kurzschlußbedingiingen zerstört werden kann.

Zur Erweiterung des Arbeitsbereiches der Schaltungsanordnung gemäß der Fig.4 können zusätzliche Anordnungen nach F i g, 6 vorgesehen sein, in dem man in Reihe mit dem Bimetall 94 einen PTC-Widerstand 120 vorsieht; bei Aufheizüng der PTG-Widerstandes 120 erhöht sich dessen Widerstand, so daß der Strom durch das Bimetall 94 bzw. 48 begrenzt wird, damit das Bimetall nicht überlastet wird. In der Fig.6b ist eine Anordnung dargestellt, mit der das Bimetall 94 kurzgeschlossen werden kann; zu diesem Zwecke besitzt es ein Kontaktstück 122 am freien Ende, welches bei Ausbiegung mit einem festen Kontaktstück 124 in Verbindung gelangt. Dann fließt der Strom nicht mehr über das ThertTScbime'.aH. sonde"¹ parallel hierzu durch einen Parallelzweig 126, wodurch sich das Thermobimetall 94 selbst vor Überlastung schützt.

In der Fig.5 ist das Ersatzschallbild des Schalters

nach der F i g. 4 dargestellt. Man erkennt das Thermobi-

metall 94. den Schlagankermechanismus 80 und die

Trennstelle 42. Man erkennt ferner in Reihe mit den Thermobimetall 94 die Trennstelle 104.

Der bei öffnung der Trennstelle 42 aufgrund des Lichtbo^ns (vergl. in der Fig.4 Bezugsziffer 79) entstehende Spannungsabfall zuzüglich dem Span· nungsabfall, der in den einzelnen elektrischen Leitungen vorhanden ist, wird mit Ub bezeichnet. Dieser Spannungsabfall Ub erzeugt einen Stromfluß durch das Thermobimetall 94.

Durch die öffnung der Trennstelle 42 wird gewährleistet, daß bei vollständiger Stromkommutation in den Nebenzweig der Schlaganker 86 kraftlos wird, zurückfährt und dadurch den Hauptweg über die geschlossene Trennstelle 42 wieder einschaltet, wodurch der Nebenweg bzw. der Prarallelzweig durch Kurzschließen geschützt ist.

Es ist in der oben genannten Beschreibung dargestellt worden, daß der Hauptsicherungsautomat gemäß der F i g. 4 ein öffnen der Trennstelle, ein Schließen und zur Selektivität ein nochmaliges Öffnen und Auslösen ausführt. Dies wird durch eine geeignete Auslegung des Bimetalles 94 bewirkt Wenn der Hauptsicherungsautomat in der Hierarchie näher an der Einspeisestelle angeordnet ist, wobei zwischen dem Hauptsicherungsautomaten und den einzelnen Verbraucherschalter ein so weiterer vorgeordneter Leitungsschutzschalter vorgesehen ist, dann muß das Bimetall so ausgelegt se^f\ daß erst nach zweimaligem öffnen ein Auslösen erfolgt. Man kann das Bimetall dann so auslegen, daß ein Auslösen des Schaltschlosses 56 und damit des Schalters erst nach mehrmaligen Kurzunterbrechungen erfolgt; dies hängt davon ab, an welcher Stelle dieser Schalter eingesetzt werden soll.

In der DE-OS 28 54 968 ist auch beschrieben worden, wie die Verbindung zwischen dem Thermobimetall 94 und dem Zwischenhebel 52 erfolgen kann. Der Zwischenhebel 52 muß natürlich gegenüber dem Thermobimetall verdrehbar sein, derart daß im Ruhezustand zwischen dem Zwischenhebel und dem Thermobimetall ein rechter Winkel gebildet ist daß aber bei einer Ausbiegung des Bimetalls bei einer Einwirkung des Schlag-ankers auf den Zwischcnhebel eine Verdrehung zwischen dem Thermobimetall und dem Zwischenhebel möglich ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Selektiver Hauptsicherungsautomat
mit einem Schlaganker, der auf einen Kontakthebel zu dessen öffnung direkt einwirkt,
mit einer Umschaltvorrichtung, mit der der Strom bei Auftreten eines Kurzschlusses auf ein parallel zum Hauptstrompfad liegendes thermisches Element zumindest teilweise aufgeschaltet wird,
und mit einem Schaltschloß, das die bleibende Öffnung des Kontakthebels bewirkt,
dadurch gekennzeichnet, daß mit dem thermischen Element (Bimetall 94) ein Zwischenhebel (52) verbunden ist, der von dem thermischen Element so gesteuert ist, daß letzterer sich in den Weg des Schlagankers (86) und in den Bereich des Schaltschlosses (56) bewegt, so daß bei einer Betätigung des Schlagankers in Ausschaltrichtung das Schaltschloß von dem Schlaganker über den Zwischenfaeael ausgelöst wird.
2. Hauptsicherungsautomat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Element ein Bimetall (94) ist.
3. Hauptsicherungsautomat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung dur"h die Bewegung des Kontakthebels angesteuert wird.
4. Hauptsicherungsautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung (44) durch die Trennstelle (42) gebildet ist.
5. Haup. jcherungsautomat nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch "«kennzeichnet, daß in Reihe mit dem thermischen Element ein stromabhängiger PTC-Widerstand (12(V geschaltet ist.
6. Hauptsicherungsautomat nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zwischenhebel (52) und dem Schaltschloß (56) ein Übertragungshebel (110) angeordnet ist.
7. Hauptsicherungsautomat nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenhebel (52) drehbar am Bimetall (^Q4) angebracht ist.