DE4110335C2 - Einrichtung zum Kurzschlußschutz - Google Patents
Einrichtung zum KurzschlußschutzInfo
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- H02H3/021—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order
- H02H3/023—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order by short-circuiting
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kurz
schlußschutz eines Abzweiges in einer elektrischen Nieder
spannungsverteilung, wobei der Abzweig einen Leitungs
schutzschalter enthält, der mit wenigstens einem Verbrau
cher in Reihe geschaltet ist.
Niederspannungsabzweige können gegen Überströme und Kurz
schlußströme durch Abzweigschalter, sogenannte Leitungs
schutzschalter, geschützt werden. Diese Leitungsschutz
schalter bieten zwar einen zuverlässigen Kurzschlußschutz
für den nachfolgenden Leitungszug, sie sind jedoch nicht
in der Lage, empfindliche elektrische Geräte, wie bei
spielsweise Halbleiterschalter oder Stoßstromrelais, vor
Kurzschlußschäden zu schützen.
Aus der US-PS 4 725 911 ist eine Einrichtung zum Kurz
schlußschutz eines Abzweiges für einen Verbraucher be
kannt, die eine Reihenschaltung eines Leitungsschutzschal
ters für ferngesteuerte Verbraucher mit einem Halbleiter
schalter enthält, dem die Kontakte eines Schaltschützes
parallelgeschaltet sind. Eine Steuereinrichtung, die an
eine Stromerfassungseinrichtung angeschlossen ist, steuert
den Halbleiterschalter und das Schaltschütz, das bei Nenn
strom und geringen Überströmen den Verbraucher schaltet.
Den Kurzschlußschutz übernimmt ein Leitungsschutzschalter,
dessen mechanische Kontakte beim Öffnen einen Lichtbogen
ziehen, der einen Überbrückungsstromkreis mit einer Licht
bogenlöscheinrichtung einschaltet und den Halbleiterschal
ter entlastet. Durch Lichtbogenrückzündungen innerhalb der
Schaltkammer können jedoch Stromkommutierungen mit hoher
Stromsteilheit zwischen dem Halbleiterstromzweig und dem
Löschkammerstromzweig auftreten.
Weiterhin ist aus der EP-OS 0 205 369 eine Einrichtung zum
Kurzschlußschutz eines Abzweiges in einer elektrischen
Niederspannungsverteilung bekannt, bei dem ein Leitungs
schutzschalter mit wehigstens einem Verbraucher in Reihe
geschaltet ist. Dabei kann auch bereits ein Überbrückungs
stromzweig vorhanden sein. Im zweiten Anschlußzweig für
den Verbraucher befindet sich ein weiterer Leitungsschutz
schalter.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die bekannte
Einrichtung zum Kurzschlußschutz von Niederspannungsab
zweigen zu verbessern. Insbesondere soll damit der Kurz
schlußstrom auf für einen empfindlichen Verbraucher unge
fährliche Werte begrenzt werden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß der
Verbraucher mit einem zusätzlichen, zum Aufbau einer
Bogenspannung geeigneten Leitungsschutzschalter in Reihe
geschaltet ist und daß diese Reihenschaltung von einem
Überbrückungsstromzweig überbrückt wird, wobei der Über
brückungsstromzweig einen Überbrückungsschalter enthält,
dessen Kontakten ein Magnetantrieb zugeordnet ist, der vom
Kurzschlußstrom durchflossen wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein vom Kurz
schlußstrom durchflossener Magnetantrieb einen Über
brückungsstromkreis in sehr kurzer Zeit einschalten kann.
Im Kurzschlußfall wird noch während des Stromanstieges der
empfindliche Verbraucher und gegebenenfalls auch ein Halb
leiterschalter überbrückt. Im Überbrückungsstromzweig er
hält man eine Überlagerung des netzseitigen Kurzschluß
stromes mit dem entgegengerichteten Strom über die Kurz
schlußteile, welcher durch die Bogenspannung des zusätz
lichen Leitungsschutzschalters begrenzt wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Unteran
sprüchen, die jeweils auf spezifische Schaltungskonfigu
rationen abgestellt sind. Es zeigen
Fig. 1 das Schaltbild einer Einrichtung zum Kurzschluß
schutz,
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der
Einrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine besondere Ausführungsform einer Schalter
kombination,
Fig. 4 eine einphasige Schaltung,
Fig. 5 eine dreiphasige Schaltung und
Fig. 6 eine solche Ausführungsform eines Überbrückungs
schalters, der mit zwei Leitungsschutzschaltern
eine Einrichtung zum Kurzschlußschutz bildet.
In der Ausführungsform einer Einrichtung zum Kurzschluß
schutz gemäß Fig. 1 enthält ein Abzweig einer elektri
schen Nieder
spannungsverteilung eine Reihenschaltung eines Leitungsschutz
schalters 2 mit einem weiteren Leitungsschutzschalter 3 sowie
beispielsweise noch einem Halbleiterschalter 6 und einem Ver
braucher oder mehreren Verbrauchern, von denen in der Figur
zur Vereinfachung nur einer dargestellt und mit 8 bezeichnet
ist. Ein Überbrückungsstromzweig 10, der den zusätzlichen
Leitungsschutzschalter 3 sowie den Verbraucher 8 und vorzugs
weise auch den Halbleiterschalter 6 überbrückt, enthält einen
Überbrückungsschalter 12, der mit einem Magnetantrieb 14 ver
sehen ist, der im Abzweig in Reihe mit dem Leitungsschutz
schalter 2 angeordnet ist. Die ohmschen Verluste auf der Netz
seite sind als Widerstand R₁ und die induktiven Verluste als
Induktivität L₁ angedeutet. Die ohmschen Verluste auf der Ver
braucherseite sind mit R₂ und die induktiven Verluste mit L₂
bezeichnet. Der Strom auf der Netzseite ist mit I₁ bezeichnet
und der Strom auf der Verbraucherseite mit I₂.
Im Nennbetrieb des Verbrauchers 8 spricht der Magnetantrieb 14
des Überbrückungsschalters 12 nicht an und dieser bleibt ge
öffnet. Im Nennbetrieb verhält sich somit die Einrichtung ge
mäß Fig. 1 wie zwei gewöhnliche, elektrisch in Reihe geschal
tete Leitungsschutzschalter. Im Falle eines Kurzschlusses am
Verbraucher 8, der in der Figur lediglich durch einen Strom
pfeil angedeutet ist, werden die beiden Leitungsschutzschalter
2 und 3 durch ihre Magnetauslöser ausgelöst. Zugleich wird der
Überbrückungsschalter 12 durch seinen vom Kurzschlußstrom
durchflossenen Magnetantrieb 14 geschlossen. Beim sogenannten
satten Kurzschluß betragen die Auslösezeiten der Leitungs
schutzschalter 2 und 3 und die Schließzeit des Überbrückungs
schalters 12 etwa 1 ms. Durch die Überbrückung des Phasenlei
ters L und des Nulleiters N erhöht sich der prospektive Kurz
schlußstrom auf den Wert an der Einbaustelle der Leitungs
schutzschalter 2 und 3. Da bei den handelsüblichen Leitungs
schutzschaltern 2 und 3 etwa 2 ms nach Kurzschlußbeginn eine
strombegrenzende Bogenspannung aufgebaut ist, kann ein erhöh
ter Stromanstieg durch Stromkreisüberbrückung höchstens 1 ms
lang erfolgen, so daß der Durchlaßstrom der dargestellten Ein
richtung etwa in der Mitte zwischen den Durchlaßstromwerten
des auslösenden Kurzschlusses am Verbraucher 8 und des Kurz
schlusses an der Einbaustelle der Leitungsschutzschalter 2 und
3 liegt. Die Bogenspannung des nicht überbrückten Leitungs
schutzschalters 2 dient in dieser Einrichtung zur Begrenzung
des transformatorseitigen Kurzschlußstromes I₁, während die
Bogenspannung des überbrückten Leitungsschutzschalters 3 eine
schnelle Abnahme des verbraucherseitigen Kurzschlußstromes I₂
bewirkt.
Dieser Stromverlauf ist im Diagramm der Fig. 2 veranschau
licht, in dem der verbraucherseitige Kurzschlußstrom I₂ in
Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen ist. Zur Zeit t₀ soll
am Verbraucher 8 ein Kurzschluß auftreten und der Kurzschluß
strom I₂ steigt im Verbraucherkreis an, bis zur Zeit t₁ der
Überbrückungsschalter 12 geschlossen wird und im Leitungs
schutzschalter 3 eine Gegen-Bogenspannung UB aufgebaut wird.
Dementsprechend nimmt der Kurzschlußstrom ab und wird zur Zeit
t₂ Null.
Für einen idealisierten rein induktiven Kurzschlußstromkreis
erhält man bei gleichzeitiger Überbrückung und Aufbau der Ge
gen-Bogenspannung UB den in Fig. 2 dargestellten Stromverlauf
I₂, mit
Darin sind I₂ der Kurzschlußstrom im Verbraucherkreis mit dem
zugehörigen prospektiven Scheitelwert I₀ und Î₂ die Amplitude
des Kurzschlußstromes I₂ und T = 20 ms die Schwingungsdauer
der Netzspannung bei 50 Hz und UN die Amplitude der Netzspan
nung und UB die Gegen-Bogenspannung.
Im Vergleich der I²t-Werte erhält man für
- a) eine Stromhalbschwingung des prospektiven Kurzschlußstro mes I₀ mit T = 20 ms
- b) die Abschaltung mit handelsüblichen Leitungsschutzschal tern 2 und 3, Durchlaßstromamplitude ÎD ≈ 1/2 * I₀ und 5 ms Stromflußdauer
- c) die Überbrückung mit den Daten
In der Ausführungsform einer Einrichtung zum Kurzschlußschutz
gemäß Fig. 3 ist der Überbrückungsstromkreis 10 in einer ab
geänderten Ausführungsform eines zweipoligen Leistungsschal
ters 4 integriert, der die beiden Schaltkontakte 2 und 3 ent
hält, von denen einer in der Phase L und der andere im Nullei
ter N angeordnet ist, die im Kurzschlußfall von den beiden
Magnetantrieben 14 und 15 unverzögert geöffnet werden. Außer
dem wirken die beiden Magnetantriebe 14 und 15 sowie ein in
der Phase L angeordneter Bimetallauslöser 16 auf das Schalt
schloß 18 des Leistungsschalters 4. Der Magnetantrieb 14 wirkt
zusätzlich auf den Überbrückungsschalter 12. Die beiden
Schaltkontakte des Leistungsschalters 4 können vorzugsweise
jeweils mit Löschblechen versehen sein, die in der Figur mit
22 bzw. 23 bezeichnet sind.
Im Falle eines Kurzschlusses am nicht dargestellten Verbrau
cher wird die Reihenschaltung des Verbrauchers mit dem Halb
leiterschalter und dem Schaltkontakt 3 im Nulleiter N sowie
seinem Magnetantrieb 15 durch den Überbrückungsstromzweig 10
überbrückt, indem der Magnetantrieb 14 den Überbrückungsschal
ter 12 schließt. Gleichzeitig werden die Schaltkontakte 2 und
3 durch die Magnetantriebe 14 bzw. 15 geöffnet und der Ver
braucherstromkreis wird vom Kurzschlußstrom entlastet.
In einer Ausführungsform der Einrichtung gemäß Fig. 4 mit
einem einphasigen Verbraucher 8 im Abzweig mit dem Phasenlei
ter L und dem Nulleiter N sind die beiden Leitungsschutzschal
ter 2 und 3 im Phasenleiter L mit dem Magnetauslöser 14 in
Reihe geschaltet. Auch in dieser Ausführungsform kann der
Überbrückungsstromkreis 10 mit seinem Überbrückungsschalter 12
und dem zugeordneten Magnetantrieb 14 sowie den beiden Lei
tungsschutzschaltern 2 und 3 in einem gemeinsamen Gerät inte
griert sein, wie es in der Figur durch eine strichpunktierte
Umrandung angedeutet ist.
In einer Einrichtung gemäß Fig. 5 für einen dreiphasigen Ver
braucher 8 enthält ebenfalls jeder der Phasenleiter L₁, L₂ und
L₃ eine Reihenschaltung der beiden Leitungsschutzschalter 2
und 3 mit ihrem Magnetantrieb 14, der auf den Überbrückungs
schalter 12 einwirkt, der den Verbindungsleiter zwischen dem
Magnetantrieb 14 und dem Leitungsschutzschalter 3 mit dem
Nulleiter N verbindet und dadurch die Reihenschaltung des
Leitungsschutzschalters 3 mit dem Verbraucher M überbrückt.
In dieser Ausführungsform können die Leitungsschutzschalter 2
und 3 mit ihren Magnetantrieben 14 vorzugsweise in einer vier
poligen Einrichtung mit einem gemeinsamen Gehäuse 20 mit den
Anschlußklemmen L1, L2, L3 und N integriert sein.
Ferner kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform der
Einrichtung in einer dreipoligen Ausführung ohne Nulleiter N
auch nur die gemeinsame Leitungsverbindung 11 im Gehäuse 20
angeordnet sein.
Der Aufbau eines Überbrückungsschalters 12 mit seinem Magnet
antrieb 14 und seiner Anordnung im Phasenleiter L in Reihe mit
dem Leitungsschutzschalter 2 ist in Fig. 6 schematisch veran
schaulicht. Der Überbrückungsstromzweig 10 überbrückt die Rei
henschaltung des Verbrauchers 8 mit dem zusätzlichen Leitungs
schutzschalter 3. Eine Magnetspule 24 des Magnetantriebs 14
umgibt einen Magnetkern 26 aus ferromagnetischem Material und
einen Stößel 28 aus elektrisch isolierendem Material, auf dem
ein Anker 30 mit einem Kontaktkranz 32 in Achsrichtung des
Stößels 28 beweglich gelagert ist und von einer Isolierhülse
34 in einem Joch 36 aus elektrisch leitendem Material, insbe
sondere ferromagnetischem Material, geführt wird. Zwischen der
Magnetspule 24 und dem Joch 36 kann vorzugsweise eine elektri
sche Verbindung 38 vorgesehen sein. In der offenen Schalter
stellung wird zwischen dem Anker 30 und dem Kern 26 ein Luft
spalt mit einer Breite von beispielsweise s = 2 mm gebildet.
Zwischen dem Kontaktkranz 32 und dem Joch 36 kann in der offe
nen Schalterstellung beispielsweise ein Kontaktabstand von
etwa 1,5 mm gebildet werden. Wird der Überbrückungsschalter 12
geschlossen, so verbindet der Überbrückungsstromzweig 10 einen
Kontakt 40 mit dem Nulleiter N. In dieser Ausführungsform hat
der Überbrückungskontakt 12 beispielsweise eine Stromtragfä
higkeit im Kurzschlußfall von wenigstens 4,5 kA und entspricht
damit dem Durchlaßstrom eines handelsüblichen Leitungsschutz
schalters für 6 kA prospektiven Kurzschlußstrom.
Claims (5)
1. Einrichtung zum Kurzschlußschutz eines Abzweiges in einer
elektrischen Niederspannungsverteilung, wobei der Abzweig
einen Leitungsschutzschalter (2) enthält, der mit wenigstens
einem Verbraucher (8) in Reihe geschaltet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbraucher (8)
mit einem zusätzlichen, zum Aufbau einer Bogenspannung geeigneten
Leitungsschutzschalter (3) in Reihe
geschaltet ist und daß diese Reihenschaltung von einem Über
brückungsstromzweig (10) überbrückt wird, wobei der Über
brückungsstromzweig (10) einen Überbrückungsschalter (12)
enthält, dessen Kontakten ein Magnetantrieb (14) zugeordnet ist, der vom
Kurzschlußstrom (I₂) durchflossen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 für einen Abzweig, der in Reihe
mit dem Verbraucher (8) einen Halbleiterschalter (6) enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß der Über
brückungsstromzweig (10) auch den Halbleiterschalter (6) über
brückt (Fig. 1).
3. Einrichtung nach Anspruch 1 für einen Verbraucher, der an
einen Phasenleiter und einen Nulleiter angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß als Lei
tungsschutzschalter (2, 3) jeweils ein Schaltkontakt eines
zweipoligen Leistungsschalters (4) vorgesehen sind, von denen
einer in Reihe mit seinem Magnetantrieb (14) im Phasenleiter
(L) und der andere in Reihe mit seinem Magnetantrieb (15) im
Nulleiter (N) angeordnet ist, und daß der Überbrückungsstrom
zweig (10) zwischen dem Magnetantrieb (14), der mit dem zuge
ordneten Schaltkontakt des Leistungsschalters (4) und mit dem
Überbrückungsschalter (12) in Wirkverbindung steht, und einem
thermischen Auslöser (16) angeschlossen ist und den Verbrau
cher (8) sowie den zweiten Schaltkontakt mit dem diesem zuge
ordneten Magnetantrieb (15) überbrückt (Fig. 3).
4. Einrichtung nach Anspruch 1 für einen, Verbraucher, der an
einen Phasenleiter und einen Nulleiter angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Pha
senleiter (L) eine Reihenschaltung der beiden Leitungsschutz
schaltern (2, 3) und den Magnetantrieb (14) für den Über
brückungsschalter (12) enthält und daß der Überbrückungs
stromzweig (10) an den Verbindungsleiter des Magnetantriebs
(14) mit dem zusätzlichen Leitungsschutzschalter (3) ange
schlossen ist und die Reihenschaltung des zusätzlichen Lei
tungsschutzschalters (3) mit dem Verbraucher (8) überbrückt
(Fig. 4).
5. Einrichtung nach Anspruch 1 für einen Abzweig mit drei
Phasenleitern (L₁, L₂, L₃), dadurch gekenn
zeichnet, daß jeder Phasenleiter (L₁, L₂, L₃) die
Reihenschaltung der beiden Leitungsschutzschalter (2, 3) mit
dem Magnetantrieb (14) für den Überbrückungsschalter (12)
enthält und daß die Überbrückungsstromzweige (10) jeweils den
Verbindungsleiter zwischen dem Magnetantrieb (14) und dem
zusätzlichen Leitungsschutzschalter (3) an eine gemeinsame
Leitungsverbindung (11) anschließen (Fig. 5).
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