DE3900606A1 - Protection of electrical cables (leads, lines) against excessive heating - Google Patents
Protection of electrical cables (leads, lines) against excessive heatingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz elektri scher Leitungen vor zu hoher Erwärmung infolge Strom durchfluß sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die ein elektrisches Schaltgerät mit einem magnetischen Schnellauslöser, mit einem Schaltwerk sowie mit einem Kontaktapparat aufweist.The invention relates to a method for protecting electri lines against excessive heating due to electricity flow and a device for performing the Process that an electrical switching device with a magnetic quick release, with a rear derailleur as well with a contact apparatus.
Elektrische Leitungen, die in der Elektroinstallation verwendet werden, sind je nach ihrem Verwendungszweck mit Isolationen unterschiedlicher Güte versehen. Hierbei ist zu beachten, daß die Isolation, die im allgemeinen aus thermoplastischem Kunststoff besteht, eine bestimmte Dauertemperatur im Betrieb verträgt, die nur kurzzeitig überschritten werden darf, wenn sie nicht übermäßig al tern (verspröden) soll. Electrical lines used in electrical installation are used depending on their intended use provided with different quality insulation. Here it should be noted that the isolation, which in general consists of thermoplastic, a certain Constant temperature in operation tolerates that only for a short time may be exceeded if it is not excessively al tern (embrittlement).
Unter zu hoher Erwärmung wird demgemäß die längerfristi ge Erwärmung auf eine solche Temperatur verstanden, bei der der Alterungsprozeß des Isoliermaterials verstärkt wird.If the temperature is too high, the longer-term understood ge heating to such a temperature at which increases the aging process of the insulating material becomes.
Zum Schutz von Leitungen vor zu hoher Erwärmung ist es bekannt, Schutzschalter einzusetzen, die auf Überlast ströme ansprechen und meist unter Benutzung von Thermo bimetallen den Stromfluß nach einer bestimmten Strom/ Zeit-Charakteristik abschalten. Dieses weit verbreitete in Leitungs- und Motorschutzschaltern zur Anwendung gelan gende Überwachungsprinzip ist mit dem Nachteil behaftet, daß nur der Strom überwacht wird, nicht aber die Tempe ratur der Leiterisolation, deren Alterung hierdurch maß geblich bestimmt ist.It is to protect lines from excessive heating known to use circuit breakers on overload address currents and mostly using thermo bimetallic current flow after a certain current / Switch off the time characteristic. This widely used in Line and motor protection switches for use This monitoring principle has the disadvantage that that only the current is monitored, but not the temp rature of the conductor insulation, the aging of which was thereby measured is determined in vain.
Nachteilig ist auch, daß das Bimetall im Schutzschalter zunächst eine Verlustleistung verursacht, die zu einer bestimmten Temperaturerhöhung im Schaltgerät und damit auch in der Verteilung, in der das Schaltgerät angeord net ist, führt. Durch die gegenseitige Beeinflussung wird die Stromtragfähigkeit der Schutzschalter beein trächtigt, da durch den Wärmestau eine Temperaturerhö hung vom Schutzschalter erfaßt wird, die nicht der tat sächlichen Temperaturerhöhung in der zu schützenden Lei tung entspricht. Zur Anpassung an die tatsächliche Lei tertemperatur wäre demgemäß eine Temperaturkompensation erforderlich.Another disadvantage is that the bimetal in the circuit breaker initially causes a power loss that leads to a certain temperature increase in the switching device and thus also in the distribution in which the switching device is arranged net is leads. Through mutual influence the current carrying capacity of the circuit breakers is affected pregnant because the heat build-up increases the temperature Hung is detected by the circuit breaker that did not neuter temperature increase in the lei to be protected tung corresponds. To adapt to the actual lei The corresponding temperature would be temperature compensation required.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Schutz schalter nur auf den Strom und die vom Strom im Schalter verursachte Erwärmung reagiert, nicht aber auf die Lei tertemperatur, die von der Strombelastung der Art der Verlegung, z. B. einzeln oder in Bündeln, und von der Umgebungstemperatur abhängig ist. Aufgrund dieser Unzu länglichkeit wird bei dem derzeitigen Überlastschutz die zulässige Leitertemperatur häufig überschritten, wodurch sich die Lebensdauer der Leitung verringert.Another disadvantage is that protection switch only on the current and that of the current in the switch caused warming reacts, but not to the lei temperature, which depends on the current load of the type of Laying, e.g. B. individually or in bundles, and of Ambient temperature is dependent. Because of this elongation is the current overload protection permissible conductor temperature often exceeded, whereby the service life of the cable is reduced.
Ausgehend vom vorstehend genannten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem auf einfache Weise die tatsächliche Leitungstem peratur als Kenngröße für ihren Schutz vor unzulässiger Erwärmung genutzt werden kann.Starting from the prior art mentioned above it is therefore an object of the invention, a method and a Specify device of the type mentioned, with which is simply the actual management system temperature as a parameter for your protection against inadmissible Warming can be used.
Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch ge kennzeichnet, daß die Temperatur einer zu schützenden Leitung örtlich erfaßt wird, daß hierbei eine Meßgröße gebildet wird, die in ein Auslösesignal umgewandelt wird und bei Erreichen eines festgelegten Schwellwertes zur Beaufschlagung einer in der Leitung angeordneten Unter brechungsstelle benutzt wird, und daß hierauf der Über laststrom in der Leitung unterbrochen wird.The solution to the problem is thus ge indicates that the temperature of a protected Line is recorded locally that this is a measured variable is formed, which is converted into a trigger signal and when a defined threshold is reached Actuation of a sub arranged in the line break point is used, and that then the over load current in the line is interrupted.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Tempera tursensor ein Signal abgibt, dessen Größe temperaturab hängig ist, daß der Temperatursensor mit dem elektri schen Schaltgerät verbunden ist und bei Erreichen eines festgelegten Schwellwertes dessen Auslösung hervorruft, um den Stromdurchfluß in der Leitung zu unterbrechen.The inventive device for performing the The method is characterized in that a tempera sensor emits a signal, the size of which depends on the temperature pending that the temperature sensor with the electri switchgear is connected and when a specified threshold value triggers its triggering, to interrupt the current flow in the line.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese hen, daß die Temperaturerfassung an der zu schützenden Leitung direkt erfolgt. Hierzu kann es je nach den ört lichen Gegebenheiten zweckmäßig sein, den Temperatursen sor unmittelbar neben dem elektrischen Schaltgerät oder aber räumlich von diesem getrennt anzuordnen, beispiels weise am Eingang in die Verteilung. In an expedient embodiment of the invention, it is provided hen that the temperature detection on the to be protected Line is direct. Depending on the location Lichen conditions be appropriate, the Temperatursen sor right next to the electrical switching device or but to be spatially separated from it, for example wise at the entrance to the distribution.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsge mäßen Vorrichtung ist ein blockartiger Temperatursensor mit einer Durchführung für die zu schützende Leitung vorgesehen, in welcher ein Thermofühler angeordnet ist und hierbei die zu schützende Leitung umgreift, so daß deren Temperatur nahezu verlustfrei erfaßt wird. Der blockartige Temperatursensor kann dabei für eine belie bige, der erforderlichen Anzahl der zu schützenden Lei tung entsprechende Zahl von Leitungen ausgestaltet sein, wobei jeder einzelnen Durchführung ein separater Thermo fühler zugeordnet ist, so daß Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Leitungen jeweils separat erfaßt und dem zugehörigen elektrischen Schaltgerät zugeleitet werden.According to a preferred embodiment of the fiction The device is a block-like temperature sensor with a bushing for the line to be protected provided, in which a thermal sensor is arranged and thereby encompasses the line to be protected, so that whose temperature is recorded almost without loss. The block-like temperature sensor can be used for a belie bige, the required number of Lei to be protected appropriate number of lines must be designed, with each individual implementation a separate thermo sensor is assigned so that temperature differences recorded separately between the individual lines and the associated electrical switching device will.
Befindet sich der Temperatursensor räumlich getrennt von der Unterbrechungsstelle in der Leitung, d. h. vom elek trichen Schaltgerät, so ist er mittels einer Signallei tung mit diesem verbunden. Dabei ist es gemäß der Erfin dung zweckmäßig, den Temperatursensor, der ggf. eine Verstärkerschaltung besitzt, mit dem Schnellauslöser im elektrischen Schaltgerät zu verbinden. Hierdurch wird eine unverzügliche Unterbrechung des Stromflusses in der überlasteten Leitung herbeigeführt, auch wenn die in dem elektrischen Schaltgerät vorgesehenen Überlast-Schutz einrichtungen noch nicht angesprochen haben.The temperature sensor is physically separate from the line break point, d. H. from elec dashed switchgear, it is by means of a signal line connected with this. It is according to the Erfin expedient, the temperature sensor, possibly a Has amplifier circuit, with the quick release in to connect electrical switching device. This will an immediate interruption in the flow of electricity in the caused overloaded line, even if the in the electrical switchgear provided overload protection facilities have not yet addressed.
Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung kann Anwendung finden bei Leitungsschutzschaltern, Motorschutzschaltern und Hauptsicherungsautomaten mit konventioneller und mit elektronischer Auslösung, bei denen die bisher übliche Überlast-Absicherung mittels Bimetall durch den Tempera tursensor ersetzt werden kann. The protective device according to the invention can be used can be found in circuit breakers, motor circuit breakers and main circuit breakers with conventional and with electronic release, in which the previously usual Overload protection by means of bimetal through the tempera door sensor can be replaced.
Bei Verwendung in Selbstschaltern mit elektronischer Auslösung ist vorgesehen, daß die vom Temperatursensor kommenden temperaturabhängigen Signale auf den Diffe renzstromsensor einwirken und diesen dann zur Auslösung bringen.When used in automatic switches with electronic Tripping is provided for by the temperature sensor coming temperature-dependent signals on the diffe influence current sensor and then this to trigger bring.
Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Thermorelais-Ersatz an Schützen geeignet.Furthermore, the device according to the invention is also as Thermal relay replacement suitable for contactors.
Die Vorteile die sich mit der Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrich tung verbinden sind evident. So wird beispielsweise der Strom bei der Überlast abgeschaltet, bei der die Grenz temperatur am Leiter überschritten wird unabhängig von dem zu schützenden Leiterquerschnitt. Hierdurch wird letztlich die Leiterausnutzung verbessert. Außerdem wer den erheblich geringere Verlustleistungen in dem zur Absicherung vorgesehenen Schaltgeräten erzeugt, was zu deutlich geringeren Temperaturen in Verteilern führt.The advantages of using the invention according to the method and the Vorrich invention connecting are evident. For example, the Current cut off at the overload at which the limit temperature at the conductor is exceeded regardless of the conductor cross-section to be protected. This will ultimately improved conductor utilization. Besides, who the considerably lower power losses in the Fuse provided switchgear produces what too significantly lower temperatures in distributors.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben.This and other advantageous embodiments of the Er invention are specified in the subclaims.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispieles sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestal tungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.Based on an execution shown in the drawing example, the invention, advantageous Ausgestal tions and improvements of the invention and others Advantages are explained and described in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Eine schematische Schaltungsskizze eines elek trischen Schaltgerätes mit direkt angeschlos senem Temperatursensor, Fig. 1 is a schematic circuit diagram showing an elec trical switching device with directly Schlos senem temperature sensor,
Fig. 2 eine elektrische Schaltungsskizze mit einem vom elektrischen Schaltgerät getrennt angeord neten Temperatursensor, Fig. 2 is an electric circuit diagram showing an angeord Neten disconnected from the electrical switching device temperature sensor,
Fig. 3 eine Frontansicht eines Temperatursensors für vier Leiter, Fig. 3 is a front view of a temperature sensor for four conductors,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3. Fig. 4 is a plan view of the arrangement of FIG. 3.
In Fig. 1 ist ein elektrisches Schaltgerät 10 schema tisch in Seitenansicht dargestellt, das ein ein Schalt schloß aufweisendes Schaltwerk 12, eine Meß- und Aus werteeinheit 14, einen elektromagnetischen Schnellauslö ser 16 sowie einen Kontaktapparat 18 aufweist.In Fig. 1, an electrical switching device 10 is schematically shown in side view, which has a switching lock having switching mechanism 12 , a measurement and evaluation unit 14 , an electromagnetic Schnellauslö water 16 and a contact apparatus 18 .
Unmittelbar neben dem elektrischen Schaltgerät 10 ist ein Temperatursensor 20 angeordnet, der an das elektri sche Schaltgerät 10 anschließt und über eine Signallei tung 22 mit der Meß- und Auswerteeinheit 14 verbunden ist.Immediately next to the electrical switching device 10 , a temperature sensor 20 is arranged, which connects to the electrical switching device 10 and device 22 is connected to the measuring and evaluation unit 14 via a signal line 22 .
Der Temperatursensor 20 besitzt eine hier im Längs schnitt gezeigte zylindrische Durchführung 24, durch welche ein mit einer Isolierung 26 versehener Leiter 28 zum elektrischen Schaltgerät 10 hindurchgeführt ist.The temperature sensor 20 has a cylindrical bushing 24 shown here in longitudinal section, through which a conductor 28 provided with insulation 26 is passed to the electrical switching device 10 .
Die Durchführung 24 ist mit Elementen ausgestattet, die auf Temperaturänderungen infolge Erwärmung reagieren und aktiv, z. B. Thermoelemente, oder passiv, z. B. Heißlei ter oder NTC-Widerstände, ein elektrisches Signal abgibt. The bushing 24 is equipped with elements that react to temperature changes due to heating and are active, e.g. B. thermocouples, or passive, z. B. Heißlei ter or NTC resistors, emits an electrical signal.
Die Eichung der erfindungsgemäßen Anordnung im Hinblick auf die geforderten Auslösebedingungen erfolgt durch Einstellung der Meß- und Auslöseeinheit 14 auf die ge wünschte Auslösekennlinie des elektrischen Schaltgerätes 10.The calibration of the arrangement according to the invention with regard to the required triggering conditions is carried out by setting the measuring and triggering unit 14 to the desired triggering characteristic of the electrical switching device 10 .
In Fig. 2 ist eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt, wobei jedoch der Temperatursensor 20 räum lich getrennt vom elektrischen Schaltgerät 10 angeordnet ist. Zur Übertragung der vom Temperatursensor 20 ausge henden Signale auf in Fig. 2 gezeigte Merkmale sind mit den entsprechenden Bezugsziffern, die aus Fig. 1 bekannt sind, versehen.In Fig. 2 is a similar arrangement as shown in Fig. 1, but the temperature sensor 20 is disposed flush Lich separated from the electrical switching device 10. To transmit the signals emanating from the temperature sensor 20 to the features shown in FIG. 2, the corresponding reference numerals, which are known from FIG. 1, are provided.
Fig. 3 zeigt die Frontansicht eines Temperatursensors 20, der vier nebeneinanderliegende Durchführungen 24 besitzt, von denen eine mit einem elektrischen Leiter 28 bestückt ist. FIG. 3 shows the front view of a temperature sensor 20 , which has four adjacent bushings 24 , one of which is equipped with an electrical conductor 28 .
Der Temperatursensor 20 ist, wie bereits aus den Fig. 1 bzw. 2 ersichtlich, als quaderförmiger Block ausgebil det. Die zylindrischen Durchführungen 24 sind quer zu seiner Längsachse im Abstand zueinander angeordnet, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Zur Ver bindung mit der Meß- und Auswerteeinheit in den zugeord neten elektrischen Schaltgeräten, die in dieser Darstel lung nicht gezeigt sind, dient eine Signalleitung 23, die entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Leiter durchführungen mehrpolig ausgeführt ist.The temperature sensor 20 is, as can already be seen from FIGS. 1 and 2, ausgebil Det as a cuboid block. The cylindrical feedthroughs 24 are arranged at a distance from one another transversely to its longitudinal axis in order to avoid mutual interference. For connection to the measuring and evaluation unit in the assigned electrical switching devices, which are not shown in this illustration, a signal line 23 is used , which is designed to be multipole in accordance with the number of conductor leads provided.
In Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 3 ge zeigte Anordnung wiedergegeben. Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich, daß der quaderförmige Temperatur sensor 20 Haltelaschen 21 besitzt, die zur Befestigung an einer Unterlage dienen. Die weiteren Merkmale sind mit den entsprechenden Bezugsziffern versehen.In FIG. 4 a top view is shown on the ge in Fig. 3 showed assembly. From this illustration it can also be seen that the cuboid temperature sensor 20 has retaining tabs 21 which are used for attachment to a base. The other features are provided with the corresponding reference numbers.
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