DE741044C - Elektrische Schaltanordnung - Google Patents

Description

• Elektrische Schaltanordnung

  Der Wunsch nach einer vollständigen

  Automatisierung elektrischer Installationen,

  und zwar sowohl solcher in Wohnungs- als

  auch Industrienetzen, also nach einer. völligen

  Beseitigung der Schmelzdrahtsicherungen,

  kommt in den letzten Jahren immer stärker

  zum Ausdruck. Der Zweck dieser Automati-

  sierung von Installationen ist nicht allein Dieb

  Beseitigung der Schmelzdrahtsicherungen des-

  halb, weil diese eine gewisse Vergeudung vofi

  Material, wie z. B. von, Silberdrähten, bedeu-

  ten, die als Sicherungseinsatz moderner Siche-

  rangen Verwendung flÜden. Der hauptsäch-

  liche Zweck ist vielmehr die Erzielung einer

  selektiven Abschaltung beim Auftreten von

  Kurzschlüssen.

  Es ist bekannt, daß hintereinanderliegende

  Schmelzdrahtsicherungen nur bei verhältnis-

  mäßig niedrigen Überlastungen selektiv wir-

  ken, was* zur Folge hat, daß beirn Auftreten

  höherer Kurzschlußströme in der Regel ineh-

  rere hintereinandergeschaltete Sicherungen

  durchgehen, selbst wenn ihre Nennströrne ver-

  hältnismäßig weit gestaffelt sind. Aber auch

  Kleinselbstschalter wirken nicht selektiv, da

  sie in der Regel mit einer elektrolnagnetisch&i

  Schnellauslösung ausgestattet sind, die bei

  jeder größeren Überlastung unverzögert aus-

  schalten.

  Eine Notlösung dieses Problems für die

  vollständige Automatisierung von Haus-

  anschlüssen wurde durch die Verwendung

  eines sogenannten Hausanschlußselbstschal-

  ters gefunden, das ist ein Kleinselbstschalter,

  der an Stelle der Hatisanschlußsicherungen

  angeordnet wird und dessen elektrornagneti-

  sehe Auslösung auf einen so hohen Ansprech-

  wert eingestellt wird, daß größere-Überlastun-

  gen, die in den. einzelnenWohnungen auftre-

  ten, durch den Selbstschalter der betreffenden

  Wohnung ausgeschaltet werden, ohne daß der

  Hausanschlußsel-bstschalter anspricht. (Siehe

  .beispielsweise VDE-Berichte 1939, S, 135 bis

  139.) Angesichts dessen, daß der magnetische

  Pfad der elektromagnetischen Auslösung eines

  Kleinselbstschalters bereits beim --o- bis 25-

  fachen Wert seines Nennstromes magnetisch

  gesättigt ist, kann über diesem Werte

  keine selektive Schaltung von Kleinselbst-

  schaltern erzielt werden, da dann vor- und

  nachgeschalteter Automat gleichzeitig, an-

  sprechen.

  Weiter ist zu beachten, daß die Montage

  von Kleinselbstschaltern meistens Installateu-

  ren anvertraut wird, denen die Höhe der im

  Netze möglichen Kurzschlußströme nicht be-

  kannt ist. Aus diesem Grunde wurde die

  Schaltleistung für Kleinselbstschalter durch

  die geltenden Vorschriften verhältnismäßig

  hoch angesetzt, und zwar mit i:2oo bis i5oo

  Amp. Obwohl diese Schaltleistung für die

  meisten. in Betracht kommenden Netze ge-

  nügt, besteht dennoch keine Gewähr, daß ein

  derartiger Kleinselbstschalter nicht in einem

  Netze bedeutend höherer Kurzschlußleistung

  angeordnet wird.

  Andererseits ist jedoch auch zu beachten,

  daß in den Hausanschlüssen von vielen städti-

  schen und den meisten Netzen auf dem

  Lande die möglichen Kurzschlußströme kaum

  5oo Amp. übersteigen. Die Vorschriften set-

  zen jedoch eine S chaltleistung von i2oo bis

  15oo Arnp. fest, welcher Wert nur durch eine

  robuste Konstruktion des Schalters, Anbrin-

  ,ung von speziellenLöscheinrichtungen (meist

  e

  elektromagnetischer Blasung) und Anord-

  nung eines ausreichenden freien Raumes zur

  Löschung des Lichtbogens erzielbar ist. Diese

  verhältnismäßig hohe vorgeschriebene Schalt-

  leistung hat also einen erhöhten Materialauf-

  wand und einen erhöhten Preis zur Folge.

  Zieht man weiter in Betracht, daß direkte

  Kurzschlüsse, zumal solche über 6oo Amp., in

  üblichen Installation-en höchst selten vorkom-

  men und mit ihrem Auftreten höchstens ein-

  mal im Jahr im Durchschnitt zu rechnen ist,

  gelangt man zur Überzeugung, daß die durch

  die Vorschriften bestimmte Leistung, die

  einen Mehraufwand an Material und insbe-

  sondere Kupfer zur Folge hat, nicht völlig

  gerechtfertigt erscheint.

  Eine Einrichtung, die imstande wäre, die

  Kurzschlußströme in jeder beliebigen Instal-

  lation auf einen bestimmten niedrigen Wert,

  z. B. auf 100 bis 3oo Amp., zu begrenzen,

  würde die Verwendung von Kleinselbstschal-

  tern gestatten, die weder eine elektroinagne-

  tische noch eine sonstige Löscheinrichtung,

  noch auch eine elektromagnetische Schnell-

  auslösung zu besitzen brauchten. Diese Ap-

  parate wären entsprechend klein und könnten

  preislich so niedrig gehalten werden, daß es.

  möglich wäre, einen Volksselbstschalter zu

  schaffen, ohne daß der Sicherheitsgrad des

  Netzes leiden würde.

  Müßte dieAbschaltung großerKurzschluß-

  ströme nicht in Betracht gezogen werden, so

  könnte auchbei selbsttätigem Schaltzeug, wie

  dieses in der Industrie verwendet wird, zu-

  mal bei gekapseltem, große Ersparnisse er-

  zielt werden, da der freie Raum, der zur Aus-

  bildung des Lichtbogens im Schaltergehäuse

  gewählt -,verden muß, häufig. den Rauminhalt

  des eigentlichen Schalters um ein Mehrfaches

  übertrifft.

  Es ist bereits eine voll selbsttätige Anord-

  nung von Selbstschaltern unter Vermeidung

  von Schmelzdrahtsicherungen bekanntgewor-

  den, die aus einem Hauptselbstschalter be-

  steht, welcher durch einen Schaltelektro-

  . magneten fern-esteuert wird. Dieser Selbst-

  schalter schützt eine Reihe angeschlossener,

  langsam ausschaltender Selbstschalter vor

  der Unterbrechung unzulässig hoher Kurz-

  schlußströme auf die Weise, daß der

  Hauptselbstschalter, der durch einen Stroni-

  begrenzungswiderstand überbrückt ist, früher

  auslöst als die angeschlossenen Selbst-

  schalter, diese jedoch durch einen Hilfskon-

  takt den Hauptselbstschalter wiederum ein-

  schalten, sobald sie ausgeschaltet haben. Diese

  Anordnung erfordert also zwei Leitungs-

  adern von jedenf angeschlossenen Selbst-

  schalter zu dem vorgeschalteten Hauptselbst-

  schalter. Außer dem Mehraufwand an Lei-

  tungsmaterial hat diese Anordnung den Man-

  gel einer gewissen Unzuverlässigkeit, da der

  Hauptselbstschalter im Augenblick des Aus-

  schaltens der angeschlossenen Selbstschalter

  unabhängig davpn wieder eingeschaltet wird,

  ob der Lichtbogen in den angeschlossenen

  Selbstschaltern bereits unterbrochen wurde.

  Aus der Praxis ist jedoch bekannt, daß die

  Beschädigung zu schwach bemessener Selbst-

  schalter durch den Lichtbogen in der Regel

  .erst nach der Öffnung ihrer Kontakte auftritt.

  Nach der Erfindun werden insbesondere

  die obenerwähnten Mangel dadurch beseitigt,

  daß in die Installationshauptleitung, an deren

  Abzweigungen Kleinselbstschalter oder

  Schütze angeschlossen sind, ein Kurzschluß-

  stromschnellschütz eingeschaltet wird, das

  beim Auftreten eines Kurzschlußstronics

  einen für eine kurz`Zeitige Strombelastung

  ausgelegten Strombegrenzungswiderstand

  el

  kurzzeitig vorschaltet, welcher den Kurz-

  schlußstrom so herabsetzt, daß ihn die Klein-

  selbstschalter oder Schütze verläßlich abschal-

  t,en können. Schaltet der Kleinselbstschalter

  auch den herabgesetzten Kurzschlußstrom

  nicht ab, dann spricht ein Überstromschutz

  für den Strombegrenzungswiderstand an, der

  bewirkt, daß in dem den Strombegrenzungs-

  widerstand enthaltenen Parallelstromkreis der

  Strom weiter begrenzt bzw. abgeschaltet

  wird und gleichzeitig der Schaltkontakt des

  Schützes in der Ausschaltstellung verriegelt

  wird. Da ein einziges derartiges Kurzschluß-

  stromschnellschütz einer großen Anzahl von

  Kleinselbstschaltern bzw. Schützen zugeord-

  net ist, können diese Apparate entsprechend

  bemessen und erprobt werden, so daß sie in

  jeder Hinsicht verläßlich arbeiten.

  Die Verwendung schützenartiger Schalter

  zur Kurzschlußfortschaltung ist an sich be-

  kannt.

  Abb. i zeigt das Schema der Schaltung

  einer Installation mit einem Kurzschluß-

  stromschnellschütz und Kleinselbstschaltern

  bzw. Schützen gemäß der Erfindung in ein-

  phasiger Anordnung mit einer Sch'melzdraht-

  sicherung als Überstrom für den Strom-

  begrenzungswiderstand. Äbb. 2 zeigt dieselbe

  Anordnung, wobei jedoch die Schmelzdraht-

  sicherung durch einen Selbstschalter ersetzt

  ist.

  An eine SammelschieneX, X sind parallel

  KleinselbstschalterA, A, mit den, elektro-

  magnetischen Überstromauslösern IIJ" Ild, und

  den Wärmeauslösern T, T, usw. angeschlos-

  sen. Diese Kleinselbstschalter müssen nach

  den geltenden Vorschriften einen gewissen

  Mindestkurzschlußstrom 1,4 in einer zulässi-

  gen Maximalz#eit t_4 ' verläßlich abschalten,

  z. B. innerhalb von o,03 Sek. In der Zuleitung

  zu der Hauptscliiene, X, X liegt das Kurz-

  schlußstromschnellschütz, das aus einem

  Überstromelektromagneten mit einer W * ick-

  lung i und einem Magnetkern 2, besteht und

  das klinkenlos eine bewegliche Kontakt-

  brücke 5 betätigt. Diese liegt auf den festen

  Kontakten 3, 4 auf, welche durch einen Wi-

  derstand R überbrückt werden. Der Wider-

  stand R kann zum Teil oder ganz die Wick-

  lung eines Haltemagneten bilden, dessen

  Kern 7 ebenfalls mii der beweglichen Kon-

  taktbrücke, 5 fest verbunden ist.

  Der Kern 2 uhd der Kern 7 sind an einer

  gemeinsamen Schu#bstange 8 befestigt, die

  unter der Wirkung einer Feder 9 steht und

  mittels einer Scheibe io die unter Wirkung

  einer Feder i i stehende Kontaktbrücke -5 mit-

  nimmt. In den Stromkreis des Nebenschluß-

  widerstand-es R, der ganz oder teilweise die

  Wicklung 6 des Haltemagneten bilden kann,

  ist eine Schmelzdrahtsicherung 12 eingeschal-

  tet, die so bemessen ist, daß sie anspricht,

  falls die Belastung des Widerstandes durch

  den begrenzten Kurzschlußstroni l_4 länger

  dauert, als die Zeit beträgt, die als längste

  Abschaltzeit der Kleinselbstschalter A, A2

  usw. vorausgesetzt wird. Der Widerstand R

  bzw. 6 kann daher nur für kurzzeitige Strom-

  belastung ausgelegt -werden.

  Parallel zu der Schmelzdrahtsicherung und

  daher in Reihe mit dem Widerstand, R bzw. 6

  liegt ein empfindlicher Elektromagnet mit

  einer Widerstandsspule 13 und einem Kern

  1.4. Die Zugstange 8 und damit die Kontakt-

  brücke 5 werden in der ausgeschalteten Lage

  durch diesen Elektromagneten mittels einer

  am Magnetanker14 sitzenden Nasei5 ver-

  riegelt. Statt des Elektromagneten kann zum

  Festhalten selbstverständlich auch die mecha-

  nische Wirkung des Sicherungsschmelzdrah-

  tes 12 herangezogen werden, der beim Durch-

  schmelzen eine Klinke freigibt, die ähnlich

  wirkt wie die Klinke 15, die unter eine Nase

  16 der Stange 8 greift.

  Wird als M-I erstromschutz ein Selbstschal-

  ber mit Verzögerung (Abb. 2) benutzt, der

  den Stromkreis des Strombegrenzungswider-

  standes in einer einstellbaren Zeit, z. B. nach

  o,oi bis o,i Sek., unterbricht, dann wird die

  mechanische Kraft des abschaltenden Kontak-

  tes dieses Selbstschalters zum mechanischen

  Festhalten der Stange 8 verwendet, wie in

  Abb. 2 angedeutet ist. Der bewegliche Kdn-

  takt 2o des Schalters, der unter Wirkung

  einer Feder.2i steht, wird durch einen Über-

  stromniagneten 2:2, der auf einen Kolben:23

  wirkt, welcher beispielsweise in einem Öl-

  katarakt:24 gelagert sein kann, ausgelöst.

  Der Kontaktarm 2o wirkt beim öffnen

  mechanisch auf eine Zugstange 2 5, deren Ende

  26 unter die Nase 16 springt, wodurch die

  Stange 8 festgehalten wird, solange die Kon-

  takte geöffnet sind. Eine Feder 27 bringt die

  Zugstange:25 wieder in ihre ursprüngliche

  Lage zurück. In Abb. i: dienen Signalkon-

  takte- 17 zum Anzeigen des Durchschinelzens

  der Sicherung 1:2. Außerdem ist hier ein mit

  einem Druckknopf iS versehener, drehbar ge-

  lagerter Doppelhebel vorgesehen, dessen den

  Druckknopf nicht tragender Arm entgegen

  der Wirkung einer Feder beim Einfallen der

  Klinke 15 unter die Nase 16 mit seinem f reien

  Ende über eine Nase ig der Klinke 15 hin-

  weggeleitet und hinter dieser einspringt, so

  daß die Verklinkung 15, 16 aufrechterhalten

  bleibt.

  Die unter Federwirkung stehende Kontakt-

  brücke 5 kann selbstverständlich auch inecha-

  nisch durch einen Handgriff in beliebiger

  bekannter Weise betätigt werden, so daß das

  Kurzschlußstrornschnellschütz als normaler

  Installationshauptschalter bedient werden

  kann.

  Die Wirkungsweise ist folgende:

  Entsteht z. B. in der Abzweigung mit dem

  Kleinselbstschalter bzw. dem SchützenA2 an

  der Stelle N ein Kurzschluß, dessen Höhe den

  an dem Kurzschlußstronischnellschütz mittels

  der Feder 9 eingestellten Ansprechwert nicht

  überschreitet, dann bleibt das Kurzschluß-

  stromschnellschütz in Ruhe, und die Abschal-

  tung des, Kurzschlußstromes wird vom Selbst-

  schalter A, übernommen. Ist jedoch der Kurz-

  schlußstrom größer als für den Kleinselbst-

  schalter A2 als zulässig erachtet wurde (durch

  entsprechende Einstellung des Kurzschluß-

  stromschnellschützes), wird der Kern 2 -in die

  Spule i gezogen und unterbricht dadurch un-

  mittelbar und unverzögert dic, Kontakte 3, 4, 5,

  wodurch den Installationskreisen der Wider-

  stand R und die Wicklung 6 vorgeschaltet

  werden. Die stromdurchflossene Wicklung 6

  hält die Kontakte 5 in eingeschalteter Lage,

  solange durch den Widerstand R und die

  V\Ticklung 6 Strom fließt. Durch die Ein-

  schaltung des Widerstandes R wird der Kurz-

  schlußstrom auf einen Wert gesenkt, den der

  Kleinselbstschalter A. verläßlich abschalten

  kann. Sobald der Kleinselbstschalter A. den

  hera:bgesetzten Kurzschlußstrom abgeschaltet

  hat, werden der Widerstand R und die Spule 6

  stromlos, so daß sich die Kontaktbrücke 5

  wieder schließt.

  Schaltet der SchalterA# aus irgendeinem

  Grunde den für ihn als zulässig erachteten,

  herabgesetzten Kurzschlußstrom nicht ab,

  bleiben der Widerstand R und die Wicklung 6

  so lange vom herabgesetzten Kurzschlußstrom

  durchflossen, bis die Schmelzdrahtsicherung

  12 (Abb. i) anspricht bzw. solange der

  Selbstschalter 2o bis :24 ausschaltet (Abb. 2).

  Durch das Abschmelzen der Sicherung 12

  wird bewirkt, daß die Klinke 15 entweder

  mechanisch oder mit Hilfe des Elektroniagne-

  tcn 13, 14 wirksam wird und unter die Nase

  16 springt, so daß die Kontaktbrücke 5 ge-

  öffnet bleibt. Die Sicherung 12 bzw. der

  Selbstschalter 2o bis 24 sind so ausgelegt, daß

  sie ansprechen, bevor der Widerstand R un-

  zulässige Temperaturen annimmt. Die Klinke

  15 kann nicht gelöst werden, solange die

  Sicherung 12 nicht erneuert wurde. Wird an

  Stelle der Sicherung der Selbstschalter ver-

  wendet, verriegelt dessen sich öffnender Kon-

  takt den Schaltkontakt des Schützes me-

  chanisch.

  Aus der Beschreibung der Arbeitsweise

  geht hervor, daß die Schmelzdrahtsicherung

  12 oder der Selbstschalter2o bis 24 nur in

  seltenen Ausnalunefällen ansprechen, und

  zwar nur dann, falls ein Kleinselbstschalter

  die ihm übertragene herabgesetzte Kurz-

  schlußleistung nicht bewältigt oder falls ein

  direkter Kurzschluß an den Sammelschienen

  oder in der Leitung vor den Kleinselbst-

  schaltern eintritt.

  Damit nach entstandenem Kurzschluß die

  Ausschaltbewegung nicht durch den. verhält-

  nismäßig schweren Kern 7 gehemmt wird, ist

  dieser Kern frei auf die Schubstangge 8 auf-

  gesetzt, und zwar so, daß er die Stange nur

  in einer in Abb. 2 durch einen Pfeil ange-

  deuteten Richtung mitnimmt.

  Statt eines gewöhnlichen Ohmschen Par-

  allelwiderstandes kann selbstverständlich eine

  Gleei-net dimensionierte Drosselspule verwen-

  Z, el

  det werden, deren Selbstinduktion durch Ein-

  tauchen des Kernes 7 vergrößert wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrische Schaltanordnung, bei der einer Gruppe von in verschiedenen elek- trischen Leitungen liegenden Installations- selbstschaltern, Schützen oder trägen Sicherungen geringeren Abschaltvermö- ,-ens ein selb#sttäti- wiedereinschaltbarer elektromagnetischer Kurzschlußstrom- schnellschalter höheren Abschaltvermögens vorgeschaltet ist, dessen Unterbrechungs- stelle durch einen Ohmschen induktiven oder hieraus kombinierten Strombegren- zungswiderstand überbrückt ist, gekenn- zeichnet durch die Zusammenfassung (Kombination) folgender Einzelmerkmale: i. Ausbildung des Kurzschlußstrorn- schnellsch,alters als Kurzschlußstrom- schnellschütz, 2. Auslegung des Strombegrenzungs- widerstandes für eine kurzzeitige Strom- belastung, 3. Anordnungeines#überstromschutzes für den Strombegrenzungs#viderstand und 4. Verriegelung des Schaltkontaktes des Schützes in derAusschaltstellungbeim Ansprechen des Überstromschutzes für den Strombegrenzungswiderstand. 2. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Über- strornschutz für den Strombegrenzungs- widerstand aus einer Schmelzdrahtsiche- rung (12) besteht, zu der parallel ein mit seinem Anker die Verriegelung des Schalt- kontaktes des Schützes in der Ausschalt- stellung bewirkenden und einen Signal- stromkreis einschaltenden Sperrmagnet (13, 14) mit einer Widerstandsspule (13) geschaltet ist (Abb. i). 3. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Über- stromschutz' für den Strombegrenzungs- widerstand aus einem durch einen elektro- magnetischen Zeitauslöser betätigten Selbstschalter (2o bis 24) besteht, dessen Schaltkontakt (2o) bei seinem Öffnen einen Sperriegel (25, 26) für den Schalt- kontakt des Schützes betätigt (Abb.:2). Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegen- standes vom Stand der Technik sind im Ertei- lungsverfahren folgende Druckschriften in Be- tracht ge7ogen worden: deutsche Patentschrift Nr. 399 478, 403 788, 426742, 434746, 436073, 514189, ,521379, 547997; österreichische Patentschrift Nr. io9647; französische - 6820-17.