DE2928786A1 - Leitungsschutzschalter - Google Patents

Description

BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT

Mannheim 13. Juli 1979

Mp.Nr. 594/79 ZFE/P4-Ft/Hr

Leitungsschutzschalter

Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter mit zwei Auslösern, wobei die Funktion des einen Auslösers von der Wärmewirkung des Stromes (thermischer Auslöser) und die des . anderen Auslösers von der Wirkung des Stromes in einer Magnetspule abhängig ist. Beide Auslöser bewirken die Öffnung eines Schaltschloßes einer Kontaktstelle.

Zum Überstromschutz von Leitungen und anderen vom Strom durchflossenen Einrichtungen wird bei Selbstschaltern oder auch Leitungsschutzschaltern die Überstromschutzfunktion im Überlastbereich durch einen thermischen Auslöser und im Kurzsehlußbereich durch einen elektromagnetischen Auslöser erreicht. Im allgemeinen werden als thermische Auslöser Bimetalle verwendet, wogegen als magnetische Auslöser Klapp- oder Tauch-

030066/0157

ORIGINAL INSPECTED

'594/79 ~~^~* 13.7.79

-3-

■ anker-Äuslöser Verwendung finden. Im allgemeinen werden die einzelnen Auslöser und dabei insbesondere der Thermoauslöser und die Spule des Magnetauslösers in Reihe geschaltet. Es sind auch Lösungen bekanntgeworden, bei denen zur Erhöhung der Nennstromstärke der Thermoauslös^r die Spule und Teile der Stromwege zueinander parallelgeschaltet werden. Ferner ist bekanntgeworden, das für die Überlastauslösung verwendete Bimetall durch Widerstandsmaterialien mit positiven Temperaturkoeffizienten zu ersetzen, in dem der Magnetauslösespule ein Nickeleisen-Draht parallelgeschaltet wird.

Selbstschalter sind für einen breiten Kennstrombereich notwendig. Üblich ist ein Nennstrombereich von 0,2 bis 100 A. Die Vielzahl der Nennstromstärken erfordert dabei viele Fertigungsvarianten, so daß man anstrebt, für eine rationellere Fertigung ein einziges Grundmuster für einen bestimmten"Basisnennstrom zu entwickeln und die Anpassung auf die anderen Nennströme mittels Shuntelementen zu erreichen. Dabei wird parallel zu den Auslöseelementen ein ,Shunt geschaltet, wodurch die Auslöseelemente für kleine Nennstromstärken ausgelegt sein können; und mittels des Shuntes bzw. unterschiedlicher Shunte werden höhere Nennstromstärken erreicht (vergl. DE-OS 21 01 45G). Dadurch kann man Installationsgeräte bzw. Selbstschalter für kleine Nennstromstärken auslegen und in hohen Stückzahlen produzieren. Allerdings besteht darin das Problem, daß bei Ausführungen, bei denen die Anpassung auf bestimmte Nennstromstärken mit Shuntung erfolgt, eine höhere Verlustleistung als bei von vornherein angepaßt ausgelegten Ausführungen in Kauf genommen werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der das beim Stand der Technik"vorhandene Problem vermieden v/ird, d.h. bei der eine sogenannte "Verstellung" des Stromes für den magnetischen Auslöser bezogen auf den Nennstrom vermieden wird. Mit anderen Worten: es soll ein

Q30066/0157

594/79 -JT- 13.7.79

Leitungsschutzschalter geschaffen werden, bei dem einerseits der Innenwiderstand relativ gering ist, wobei dennoch eine hoho Ansprechempfindlichkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Heizdraht für die Erhitzung des Thermoauslösers ein Widerstandsdraht mit positivem Temperaturkoeffizienten Verwendung findet. Der die Shuntung bewirkende Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten ist parallel zu dem thermischen und dem magnetischen Auslöser geschaltet.

Die Vorteile, die hiermit erreicht werden, bestehen im wesentlichen in der Reduzierung des Selbstschalterwiderstandes sowie in der Reduzierung der Verlustleistung. Insbesondere die Verringerung des Innenwiderstandes ist sehr wesentlich für Steuerungsanlagen wegen des notwendigen geringen Spannungsabfalles. Darüberhinaus ist die Reduzierung der Verlustleistung ebenfalls wichtig, da bei zu hoher Verlustleistung eine zu große Erwärmung im Gerät und darüberhinaus in der Verteilung bewirkt wird, was selbst wiederum zu erhöhten Aufwendungen bei der Erzielung einer ausreichenden Kühlung bzw. Luftzirkulation führen würde.

Darüberhinaus besteht noch ein weiterer Vorteil darin, daß eine rationelle Fertigung aufgrund großer Stückzahlen einer Grundausführung ermöglicht wird und daß die Anpassung auf die gewünschten Nennstromstärken erst durch spätere Shuntung, das heißt durch geeigneten Einbau des entsprechend ausgelegten, parallelgeschalteten PTC-Widerstandes ermöglicht wird.

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt

Figur 1 eine Schaltungsanordnung für einen erfindungsgemäßen Leitungsschutzschalter und

030066/0157

594/79 ~ * ~ · 13.7.79

. Figur 2 eine schematische Darstellung der wesentlichen Elemente eines Leitungsschutzschalters.

Man erkennt in der Figur 1 den Hauptstrompfad 10 mit zwei nach außen führenden Klemmen 12 und 14. Im Hauptstrompfad befindet sich eine Kontaktstelle 16, ein thermischer Auslöser 18 und ein macjnetischer Auslöser 20. Parallel zu dem thermischen Auslöser 18 und dem macjnetischen Auslöser 20 ist ein Widerstand 22 mit positivem Temperaturkoeffizienten geschaltet. Der thermische Auslöser 18, der als Bimetall ausgebildet ist, ist mit einem Heizdraht bewickelt, der ebenfalls als Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten auscjebildet ist. Dies ist in der Figur 1 deutlich gemacht worden durch den PTC-Widerstand 24.

In der Figur 2 erkennt man eine scheiual ische konstruktive Ausgestaltung der Anordnung nach der Figur 1. Man erkennt die Klemiue 12 und die Hauptstromführungsleitung 10 sowie den thermischen Auslöser 18. Ferner ist dc3r elektromagnetische Auslöser 20 ersichtlich, der über einen schematisch strichliert gezeigten Tauchschlaganker 26 die Kontaktstelle 16 öffnet, welche Kontaktstelle durch einen Drehhebel 28 gebildet ist, der um eine Achse 30 drehbar ist. Am freien Ende des Drehhebels 28 befindet sich ein bewegliches Kontaktstück 32 während an einer mit der Klemme 14 verbundenen Leitung, die der Hauptleitung 10 entspricht, ein festes Kontaktstück 24 angebracht ist. An der der Klemme 12 zugeordneten Hauptleitung 10, die hier als L-förmig ausgebildete Schiene gezeichnet ist, ist unter Zwischenschaltung eines Isolier-Stückes 36 ein Thermobimetall 38 befestigt. Um das Thermobimetall ist ein Heizdraht herumgewickelt, der, um die Identität zu zeigen, mit der Bezugsziffer 24 bezeichnet ist und der als PTC-Widerstandsdraht ausgebildet und aus einer Nickel-Eisenlegierung hergestellt ist. Der thermische Auslöser 18 wirkt über die Wirkungslinie 38 auf ein schematisch

030066/0157

94/79 ■ _ ζ, 13.7.79

largestelltes Schaltschloß 40 ein, welches Schaltschloß über ;ine weitere strichliert dargestellte Wirkungslinie 42 den >ewegbaren Kontakthebel 28 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. )er Tauchschlaganker 26, der mit seinem rechten Ende direkt luf den beweglichen Kontakthebel aufschlägt und mit seinem jnken Ende über eine Wirkungslinie 44 auf das 'Schaltschloß \0 einwirkt, ist von einer Spule 48 umgeben, die an ihrem inen Ende über eine Zwischenleitung 46 mit dem Heizleiter !4 und an ihrem anderen Ende über eine Litzenleitung 50 mit :ern beweglichen Kontakthebel 28 verbunden wird. Der Stromluß verläuft im eingeschalteten Zustand, also wenn die Konaktstelle 16 geschlossen ist und die beiden Kontaktstücke 2 und 34 sich berühren, wie folgt: von der Klemme 12 über ie Leitung 10, den Heizdraht 24, die Zwischenleitung 46 zur pule 48 und von dort über dies Litzenleitung 50 zur Kontaktteile 16 und über die Leitung 10 zur Ausgangsklemme .14.'

arallel zu der eben beschriebenen Stromleitung ist der TC-Widerstand 22 geschaltet, der zwischen der Klemme 12 bzw. er Anschlußstelle 25 des Heizdrahtes 24 bei 52 und am Ausang der Spule 48 bei 54 wieder in den Hauptstrompfad einündet.

m Normalfall, also bei geschlossener Kontaktstelle, fließt · sr Hauptanteil des Stromes über den Parallelkreis, das heißt Der den gut leitenden PTC-Widerstand 22. Im Falle eines ausziehend hohen Stromes öffnet der elektromagnetische Auslöser 0 die Kontaktstelle 16, ohne daß eine Änderung des PTC-Widerbandes 22 erfolgen muß, da die Widerstände im Auslösekreis D dimensioniert sind, daß der durch den Heizleiter 24 und Le Spule 48 hindurchfließende Strom dennoch ausreichend hoch st. Würde man den Heizleiter 24 aus normalem Material her- :ellen, dann wäre der über ihn fließende Strom noch geringer, ι der Widerstandsanteil eines Heizleiters aus normalem iterial größer ist.

030066/0157

"Original inspectiD

• 594/79 --£— 13.7.79

Sowie lediglich ein Überstrom ansteht, wird_der PTC-Widerstand 22 warm und erhöht seinen Widerstand, wodurch der größere Teil des Stromes auf den Heiz- bzw. Spulenkreis kommutiert wird. Dadurch erwärmt sich der Heizdraht 24 und biegt das Thermobimetall aus. Da die Temperatur des Thermobimetalls

2
proportional i' χ R ist, a]so proportional dem Quadrat des

durchfließcnde-n Stromes mal dem Widerstandswert, erhöht sich die Temperatur stärker als bei einem normalen Heizdraht rait nahezu konstanten Widerstand, wodurch das Thermobimetall schneller Ί0 erhitzt und damit schneller ausgebogen wird.

Das Grundr.iuster des elektrischen Leitungsschutzschalters ist also der Teil, der den thermischen und den magnetischen Auslöser umfasst; die spätere Shuntung und die damit verbundene

Ig Anpassung dieses Gi undnmsters an unterschiedliche Nennstrorastärken erfolgt mit dem parallel geschalteten PTC-Widerstand 22. Damit kann man den Hauptstromkreis mit dem thermischen und dem magnetischen Auslöser auf relativ wenige "ennstromstärken auslegen und dieses Grundmuster kann durch geeignete

PQ Bemessung des PTC-Widerstandes 22 bzw. eines zusätzlichen Shuntwiderstandes ohne weiteres auf die richtige und erforderliche Nennstromstärke angepasst werden.

In der obigen Beschreibung ist dargestellt, daß der Theriao-P₅ auslöser ein Bimetall aufweist. Es besteht selbstverständlich die Möglichkeit, auch andere Materialien zu verwenden, bei denen durch Erwärmung eine Formänderung erzeugt wird. Beispielsweise können Elemente aus einer sogenannten Formgedächtnislegierung Benutzung finden, die praktisch in ähn-3Q licher Weise wie ein Bimetall bei erhöhter Temperatur seine Form ändert und dadurch ein Schaltschloß auslöst.

Aufgrund des parallelgeschalteten PTC-Widerstandes 22 besteht die Möglichkeit, den Hauptstromkreis mit thermischem und magnetischem Auslöser auf relativ geringe liennstroinstärken aus-

030066/0157

594/79 -τ~ 13.7.79

• zulegen und er kann durch geeignete Bemessung des PTC-Widerstandes 23 bzw. eines zusätzlichen Shunt-Widerstandes ohne weiteres auf die richtige und erforderliche Nennstromstärke angepaßt werden.

030066/0157

Claims (1)

1. Mp.Nr. 594/79 13. Juli 1979

   ZFE/P4-Ft/Hr

   ί> Anspruch ,

   Leitungcschutzschalter mit zwei Auslösern, wobei die Funktion des einen Auslösers unter I-?>!rmewirkung des Stromes (thermischer Auslöser) und die dos anderen Auslösers von der Wirkung des Stromes in einer jMagnetspule (magnetischer Auslöser) abhängicj ist, welche auf ein Schaltschloß zur Öffnung einer Kontaktstelle einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizdraht für die Erhitzung des thermischen Auslösers ein Widerstandsdraht {26) mit positivem Tei'iperaturkoeff izienten Verwendung findet, und daß parallel zu dem thermischen und dem magnetischen Auslöser (18 bzw. 20) wenigstens ein weiterer Widerstand (22) mit positivem Temperaturkoeffizienten zur Erzielung einer Shuntung geschaltet ist.

   030066/0157

   BAD