DE3147173A1

DE3147173A1 - Vorrichtung zum unterbrechen eines elektrischen energiestroms

Info

Publication number: DE3147173A1
Application number: DE19813147173
Authority: DE
Inventors: Sadaaki Nagoya Aichi Baba
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1981-11-27
Publication date: 1982-09-09
Also published as: US4439803A; FR2495852B1; GB2090488A; JPS5797320U; BR8107869A; NL8105404A; FR2495852A1; GB2090488B

Description

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MITSUBISHI DENKI K.K.
Tokyo / JAPAN

Vorrichtung zum Unterbrechen, eines elektrischen Energie stroms

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an einer Stromunterbrechungsvorrichtung von der Art, die einen Hauptunterbrecher, d.h. Leistungs- oder Lastschalter, aufweist, der einerseits mit der Energiequelle und andererseits mit Abzweigunterbrechern verbunden ist, die jedoch mit dem Hauptunterbrecher über einen Strombegrenzungskreis in Verbindung sind, in dem eine Permanentsicherung und ein Parallelwiderstand enthalten sind.

Eine herkömmliche Vorrichtung zum Unterbrechen eines elektrischen Energiestroms dieser Art ist in der Fig. T skizziert. Dabei ist der Widerstandswert des Parallelwiderstandes R so gewählt, daß nur sehr kleine Ströme durch diesen Widerstand R fließen. Im Normalbetrieb fließt der Strom durch einen Hauptschalter M, zum überwiegenden Teil durch eine Permanentsicherung PF und durch die jeweiligen Abzweigschalter Fl, F2, ... Fn zu den einzelnen Verbrauchern. Wenn nun im Kreis eines der Abzweigschalter ein Kurzschluß auftritt, nimmt die Permanentsicherung PF, die einen Teil der Strombegrenzungsschaltung darstellt, aufgrund des hohen Ausnahmestroms Ipros einen außerordentlich hohen Widerstandswert an, wodurch es zu einer Strombegrenzung kommt. Als Folge davon wird der Wert des Ausnahmestroms durch die Permanentsicherung PF begrenzt auf einen Grenzstromscheitelwert Ipfc, wie in Fig. 3 gezeigt. Da in

diesem Fall der Strom weiterfließt, nimmt der Widerstandswert der Permanentsicherung PF einen größeren Wert als der parallel liegende Widerstand R an. Der Ausnahmestrom fließt dann sowohl durch den Parallelwiderstand R als auch durch die Permanentsicherung PF, so daß ein Strom Ipfr sich als Dauerkurzschlußstrom einstellt. Wenn der Strom Ipfr, der in der Strombegrenzungsschaltung fließt, auf 10 bis 20 kA eingestellt ist, können ein Hauptschalter M und Abzweigschalter F. mit einer Abschaltleistung verwendet werden, die etwas kleiner als der Grenzstrom von 10 bis 20 kA ist, um effektiv eine Abschaltleistung von 200 kA zu schalten, wie in Fig. 2 angedeutet. Da die Auslösezeit des Hauptschalters M etwas verzögert ist, läßt sich eine selektive Abschaltung durchführen, und diese selektive Abschaltung kann für große Ströme vorgenommen werden.

Bei einer herkömmlichen Vorrichtung muß die Gesamtabschaltzeit des Hauptschalters M langer als die der Abzweigschal-· ter Fn und kürzer als die zulässige Stromflußzeit der Strombegrenzungsschaltung (oder der Permanentsicherung PF und des Parallelwiderstandes R) sein. Die Zeit für die vollständige Abschaltung eines gewöhnlichen Installationsschalters ist sehr kurz, bietet jedoch nicht ausreichend Zeit für eine selektive Abschaltung. Damit ein solcher Unterbrecher als Hauptschalter in der Vorrichtung verwendet werden kann, muß er so modifiziert werden, daß die Zeit für die vollkommene Unterbrechung größer wird. Wegen dieser Schwierigkeit muß ein spezieller Unterbrecher verwendet werden.

Wird dagegen ein gewöhnlicher Luftschalter verwendet, dann ist ausreichend Zeit für eine selektive Unterbrechung durch die Abzweigschalter Fn vorhanden, da die Zeit für eine vollständige Unterbrechung durch den Luftschalter länger ist.

Da jedoch die Zeit für die vollständige Unterbrechung des Luftschalters länger als die zulässige Stromflußzeit der Strombegrenzungsschaltung ist, muß wiederum der Luftschalter so modifiziert werden, daß seine Zeit für die vollständige Unterbrechung kürzer wird. Es ist also erforderlich, in diesem Fall einen speziellen Luftschalter einzusetzen.

In jedem Fall ist es technisch und wirtschaftlich schwierig, derartige spezielle Abschalter zu entwickeln und zu bekommen .

Im Hinblick auf die vorangehenden Ausführungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abschält- oder Unterbrechungsvorrichtung-#är-—einen Energiestrom zu schaffen, die die Strombegrenzung und eine selektive Abschaltung vornehmen kann, dazu jedoch an der Stelle des Hauptunterbrechers keinen SpezialSchalter benötigt.

Kurz gesagt, wird die Lösung vorstehender Aufgabe dadurch erreicht, daß ein Stromwandler mit der Strombegrenzungsschaltung in Reihe geschaltet wird, und der durch den Stromwandler fließende Strom mit einem Stromfühlerrelais abgetastet wird. Das Relais steuert eine Triggerschaltung, die gegebenenfalls für die Abschaltung des Hauptschalters sorgt. Die Aktivierungszeit des Relais ist länger als die der Abzweigschalter, jedoch kürzer als die maximal zulässige Stromfiußzeit der Strombegrenzungsschaltung, so daß der Hauptschalter im richtigen Augenblick ausgelöst wird, ohne daß dazu ein speziell modifizierter Schalter erforderlich ist.

Im einzelnen zeigt die Zeichnung folgendes:

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Fig. 1 eine herkömmliche Energiestromabschalt-

vorrichtung in Form eines Schaltbildes;

Fig. 2 eine Graphik des Betriebsverhaltens der

herkömmlichen Vorrichtung nach Fig. 1 ;

Fig. 3 ein Diagramm, das den in einer Strombegrenzungsschaltung fließenden Ausnahmestrom zeigt;
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Fig. 4 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels

der Energiestrombegrenzungsvorrichtung
gemäß der Erfindung; und

Fig. 5 eine Graphik des Betriebsverhaltens der

Vorrichtung nach Fig. 4.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Figuren 4 und 5 näher erläutert. Fig. 4 zeigt folgend bezeichnete Einzelheiten: einen Hauptschalter oder Hauptunterbrecher M; die Auslöseeinheit T des Hauptschalters M;
eine Permanentsicherung PF; einen Parallelwiderstand R;
einen Stromwandler CT; ein Relais C zum Abtasten des Stroms vom Stromwandler CT, um die Auslöseeinheit (Spule) T zu

betätigen; F1, F2, ... Fn Abzweigschalter. Folgende Bezeichnungen gelten für Fig. 5: F¹ Betriebscharakteristik
der Abzweigschalter F1 bis Fn; M¹ Betriebscharakteristik
des Hauptschalters M; C Betriebscharakteristik des Relais C.

In der nach der Fig. 4 aufgebauten Vorrichtung mit den
Eigenschaften gemäß Fig. 5 fließt bei Normalbetrieb Strom durch den Hauptschalter M und die Permanentsicherung PF
und durch Abzweigschalter F1 bis Fn zu jeweils anhängenden

Verbrauchern. Wenn im Kreis beispielsweise des Abzweigschalters F1 ein Kurzschluß auftritt, ändert sich der Phasenzustand eines inneren Elementes (z. B. Natrium), das die PermanentSicherung bildet, vom festen Zustand über die flüssige Phase bis zur gasförmigen Phase aufgrund des durch den Kurzschluß ansteigenden Ausnahmestroms Ipros. Daraus folgt nun, daß die Permanentsicherung PF, die dadurch einen sehr hohen Widerstandswert annimmt, den Strom zu begrenzen beginnt. Der Widerstand der Permanentsicherung PF wird höher als der des Parallelwiderstandes R, so daß der Ausnahmestrom durch die beiden Parallelzweige aus Widerstand R und Permanentsicherung PF fließt. Es ergibt sich schließlich ein Dauerkurzschlußstrom Ipfr. Dieser Strom wird vom Abzweigschalter F1 abgeschaltet, wobei der Hauptschalter M nicht aktiviert wird. Der Leistungsstrom wird also nicht dauernd unterbrochen, und über die anderen Abzweigschalter F2 bis Fn fließt weiter Strom zu ihren Verbrauchern, so daß diese richtig arbeiten. Es hat also eine selektive Abschaltung stattgefunden.

Die Betriebscharakteristik des Hauptschalters M ist so, wie in Fig. 5 gezeigt. Der Hauptschalter M besitzt danach langwährende Zeitbegrenzungscharakteristik und auch einen kurzzeitigen Grenzbetätigungsstrom M", der größer als der minimale Betätigungsstrom C" des Stromdetektorrelais C ist, sowie eine Zeit für vollständige Unterbrechung, die länger als die des Stromdetektorrelais C ist. Somit ist der Hauptschalter M so ausgelegt, daß er bei großen Stromwerten nicht schneller als das Stromdetektorrelais C arbeitet.

Durch den Strom, der vom Stromwandler CT festgestellt wird, wird das Stromdetektorrelais C betätigt. Das Relais C hat eine kurze Zeitbegrenzungscharakteristik C, so daß bei hohen Stromwerten ein Schalter F vor dem Relais C arbei-

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tet. Das Relais C tritt also nicht in Wirkung, wenn der Ausnahmestrom bereits vom Abzweigschalter F1 unterbrochen worden ist, wird aber wirksam, bevor die zulässige Stromflußdauer des Hauptschalters M, der Permanentsicherung PF und des Parallelwiderstandes R beendet ist, wenn der Ausnahmestrom während einer längeren Dauer bestehen bleibt. Das Relais wirkt dann auf die Auslöseeinheit T des Hauptschalters M, so daß dieser den Ausnahmestrom abschaltet.

Die Beschreibung macht deutlich, daß die Auslöseeinheit des Hauptschalters mit dem Stromdetektorrelais C verbunden ist. Die Auslöseeinheit T kann also durch ein Ausgangssignal des Stromdetektorrelais C betätigt werden. Wenn also ein passend gewähltes Stromdetektorrelais eingesetzt oder ein Relais entsprechend eingestellt wird, kann ein gewöhnlicher Schalter verwendet werden, und es ist nicht nötig, dem Schalter irgendeine SpezialCharakteristik zu geben. Hierdurch lassen sich erheblich Kosten einsparen, denn es ist weniger teuer, ein Relais mit den entsprechenden Eigenschäften einzusetzen als einen Schalter zu modifizieren. Die erfindungsgemäße Energiestromunterbrechungsvorrichtung läßt sich demnach leicht realisieren, ist billig in der Herstellung und sehr zuverlässig.

Claims

35 989 MITSUBISHI DENKI K.K. Tokyo / JAPAN Vorrichtung zum Unterbrechen eines elektrischen Energie- stroms Patentansprüche

1.) Vorrichtung zum Unterbrechen eines elektrischen Energiestroms mit einem Hauptschalter, der zwischen einer Energiequelle und wenigstens einem Abzweigschalter liegt, wobei Haupt- und Abzweigschalter jeweils Maximaldauergrenzen hab'en, bis zu denen sie einen speziellen Strom leiten, bevor sie diesen Strom abschalten, wobei der Zeitgrenzwert des Hauptschalters größer als der des Abzweigschalters ist, gekennzeichnet durch Betätigungsmittel (T) zum Betätigen des Hauptschalters (M) aufgrund eines Steuersignals, wodurch dieser den über ihn fließenden Strom abschaltet, und Fühlermittel (CT, C), die den durch den Hauptschalter (M) fließenden Strom erfassen und das Steuersignal nach einem maximalen Zeitgrenzwert, bis zu dem der Strom in der speziellen Größe festgestellt worden ist, erzeugt, wobei die Zeitgrenze der Fühlermittel (CT, C) länger als die der Abzweigschalter (Fi bis Fn) jedoch kürzer als die des Hauptschalters (M) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Zeitgrenzwert der Fühlermittel (CT, C) für alle

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Stromwerte bis zu einem bestimmten Stromwert zwischen dem des Hauptschalters (M) und dem der Abzweigschalter (F1 bis Fn) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Hauptschalter (M) und den Abzweigschaltern (FI bis Fn) eine Strombe.grenzungsschaltung (PF, R) zur Begrenzung des Maximalstromwertes durch den Hauptschalter (M) im wesentlichen auf den vorbestimmten Stromwert liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strombegrenzungsschaltung (PF, R) eine Stromführungshöchstdauer besitzt, bis zu der sie einen speziellen Strom führen kann, und daß die Stromführungshöchstdauer für jeden Strom bis zu dem vorbestimmten Strom größer als die Zeitgrenze der Fühlermittel (CT, C) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Fühlermittel einen Stromwandler (CT), der mit dem Hauptschalter (M) in Reihe liegt, und ein Stromfühlerrelais (C) zum Abtasten des durch den Stromwandler (CT) fließenden Stroms aufweist.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

einen Stromwandler (CT), der zwischen der Strombegrenzungs-

Schaltung (PF, R) und einem Abzweigschalter (F1 bis Fn) liegt, und ein Stromfühlerrelais (C) zum Abtasten des durch den Stromwandler (CT) fließenden Stroms.

7 ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Abzweigschalter (F1 bis Fn) zueinander parallel und in Reihe mit dem Hauptschalter (M) liegen. 10

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsschaltung aus einer Parallelschaltung eines Widerstandes (R) und einer Permanentsicherung (PF) besteht.