DE749161C

DE749161C - Overcurrent protection arrangement for three-phase motors and other power consumers with increased starting current underground

Info

Publication number: DE749161C
Application number: DEL102291D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Harry Wenzel
Priority date: 1940-11-06
Filing date: 1940-11-06
Publication date: 1944-11-16

Description

überstromschutzanordnung für Drehstrommotoren und andere Stromverbraucher mit erhöhtem Anlaufstrom unter Tage Drehstrommotoren und, andere Verbraucher mit gegenüber ihrem Nennstrom erhöhtem Anlaufstrom werden an das Netz häufig über Schutzanordnungen gelegt, die aus einem elektromagnetisch betätigten Luftschütz mit Wärmeauslösern und vorgeschalteten Schmelzsicherungen bestehen. Die Wärmeauslöser sollen hierbei den Schutz gegen überlastung, die Schmelzsicherungen den Kurzschlußschutz übernehmen.Overcurrent protection arrangement for three-phase motors and other power consumers with increased starting current underground three-phase motors and, other consumers with Starting currents that are higher than their nominal current are often connected to the network via protective arrangements laid out from an electromagnetically operated air contactor with thermal triggers and upstream fuses exist. The heat triggers should here the protection against overload, the fuses take over the short-circuit protection.

In Bergwerken unter Tage, wo eine wiederholte Schaltung auf einen Kurzschluß unbedingt vermieden werden muß und wo die Kurzschlußstromstärken infolge .der meist sehr langen Kabel besonders geringe Werte annehmen können, müssen nach den Errichtungsvorschriften des VDE die am Anfang 'eines Kabels angeordneten Schmelzsicherungen daher so bemessen sein, daß die bei. sattem zweipoligem. Kurzschluß am -Ende des Kabels sich errechnende Kurzschlußstromstärke mindestens das Dreifache des Nennstromes der vorgeschalteten Schmelzsicherungen beträgt. Hierdurch soll gewährleistet werden, daß diese Sicherungen bei jedem, auch dem kleinstmöglichen Kurzschlußstrom, abschmelzen und durch ihr Abschmelzen sowohl das Bestehen eines Kurzschlusses anzeigen, ,als auch eine Kurzschlußsperre -gegen unmittelbares Wiedereinschalten des ausgeschalteten Schützes liefern, da ja vor dem erneuten Einschalten erst neue Sicherungen eingesetzt werden müssen.In underground mines where there is a repeated circuit on one Short circuit must be avoided and where the short circuit currents as a result . of the mostly very long cables can assume particularly low values, must after the installation regulations of the VDE, the fuses arranged at the beginning of a cable therefore be dimensioned so that the at. full bipolar. Short circuit at the end of the Cable's calculated short-circuit current strength at least three times the nominal current of the upstream fuses. This is to ensure that these fuses melt off with every, even the smallest possible short-circuit current and by their melting they indicate the existence of a short circuit, as well as also a short-circuit lock-against immediate restart of the switched off Supply contactor, since new fuses are inserted before switching on again Need to become.

Nun zeigt aber die Praxis, daß der Nennstrom- dieser Sicherungen mit Rücksicht auf den zwischen dem q.- und 9fachen des Motornennstromes liegenden Anlaufstrom des Motors bei der praktisch auftretenden Anlaufdauer auch dann, wenn mit Rücksicht hierauf nicht die üblichen, flinken Sicherungen, sondern kurzträge Schmelzsicherungen verwendet werden, bis zum 2,jfachen des Nennstrornes der Wärmeauslöser betragen muß, weil andernfalls die Sicherungen bereits beim Anlassen des Motors durchgehen. Da nun die Kurve der Abschmelzzeit einer solchen kurzträgen Sicherung im allgemeinen steiler verläuft als die eines entsprechenden Wärmeauslösers, so ist die Abschmelzzeit beim 3fachen des Sicherungsnennstromes verhältnismäßig lang, jedenfalls länger als die des Wärmeauslösers. Das hat zur Folge, :daß bei kleinen Kurzschlußstromstärken, z. B. vom 3fachen des Sicherungsnennstromes an bis zu einem höheren, unter Umständen dem io- und mehrfachen des Sicherungsnennstromes, die Abschaltung nicht, wie vorgeschrieben, durch Abschmelzen der Sicherung, sondern durch die das Schütz auslösenden Wärmeauslöser bewirkt wird. Hierbei tritt naturgemäß weder eine Kurzschlußanzeige noch eine Kurzschlußsperre ein, da ja die Wärmeauslöser für den Überlastungsschutz bestimmt sind und zur Unterscheidung zwischen Überlastungen und Kurzschlüssen eine Sperre beim Ansprechen der Wärmeauslöser nicht erwünscht ist. Die Verhältnisse liegen in den meisten Fällen noch ungünstiger, weil die Wärmeauslöser vielfach einen beträchtlich kleineren Nennstrom haben als die Sicherungen und außerdem ihre Auslösezeit bei Kurzschluß infolge der Vorbeheizung durch den Betriebsstrom nur einen Bruchteil der Auslösezeit aus kaltem Zustande beträgt, während bei der Sicherung die Vorheizung nur eine untergeordnete Rolle spielt. Dieser Mangel konnte bisher bei der durch die örtlichen Verhältnisse gegebenen Kabellänge nur durch eine Verstärkung der Kabelquerschnitte behoben werden, die eine Erhöhung der Kurzschlußstromstärke bei gegebener Kabellänge und daher ein Abschmelzen der Sicherungen auch bei Kurzschlüssen am Kabelende zur Folge hat. Diese Maßnahme ist aber außerordentlich unwirtschaftlich und bedeutet eine unnötige Verschwendung an Kupfer und Isolierstoff.However, practice shows that the rated current of these fuses with Consideration of the starting current between q and 9 times the rated motor current of the motor with the start-up time that occurs in practice, even if with consideration then not the usual, nimble fuses, but short term Fuses are used up to 2. j times the rated current of the thermal release must be, otherwise the fuses as soon as the engine is started go through. Now there is the curve of the melting time of such a short-term fuse generally steeper than that of a corresponding heat release, see above the melting time is relatively long at 3 times the rated fuse current, at least longer than that of the heat release. This has the consequence: that with small ones Short-circuit currents, e.g. B. from 3 times the rated fuse current up to one higher, possibly io and multiple of the rated fuse current, the shutdown not, as prescribed, by melting the fuse, but by the Contactor tripping thermal release is effected. Naturally, neither one occurs here Short-circuit display still a short-circuit lock, because the heat release for the Overload protection are intended and used to distinguish between overloads and Short circuits, a lock when the thermal release responds is not desired. In most cases the conditions are even more unfavorable because of the heat release often have a considerably smaller rated current than the fuses and also their tripping time in the event of a short circuit as a result of the preheating by the operating current is only a fraction of the release time from a cold state, while the Securing the preheating only plays a subordinate role. This defect could so far with the cable length given by the local conditions only by one Reinforcement of the cable cross-sections must be corrected, which increases the short-circuit current with a given cable length and therefore a melting of the fuses even in the event of short circuits at the end of the cable. However, this measure is extremely uneconomical and means an unnecessary waste of copper and insulating material.

Gemäß der Erfindung wird diesem Mangel auf eine sehr viel wirtschaftlichere Weise abgeholfen, und zwar durch eine geeignete Abstimmung des magnetischen Schnellauslösers und der Schmelzsicherung, derart, daß bei Überstromschutzanordnungen unter Tage einerseits eine zusätzliche Vergrößerung des Kabelquerschnittes entfallen kann und daß zweitens ein Schütz. geringer Schaltleistung und damit hoher Schalthäufigkeit Anwendung findenkann. Erfindungsgemäß werden daherbei Überstromschutzanordnungen für Drehstrom-Z> und andere Stromverbraucher mit erhöhtem Anlaufstrom unter Tage, bestehend aus einem elektromagnetisch betätigten Luftschütz mit Wärme- und magnetischen Schnellauslösern sowie vorgeschalteten, bei Kurzschluß ansprechenden Schmelzsicherungen, unter Anwendung eines Schützes geringer Schaltleistung und damit hoher Schalthäufigkeit die Schnellauslöser zur Erzielung einer Kurzschlußanzeige und Verriegelung des Schützes gegen unmittelbare Wiedereinschaltung auch nach Kurzschlüssen verhältnismäßig geringer Stromstärke so bemessen und eingestellt, daß sie bei allen Kurzschlußstromstärken, die zwischen dem Anlaufstrom des Motors und derjenigen Stromstärke liegen, bei der die Sicherungen die Abschaltung übernehmen, das Schütz auslösen und gegen unmittelbare Wiedereinschaltung verriegeln. Durch diese Maßnahme wird die vorgeschriebene Kurzschlußanzeige und Sperrung mit Mitteln erzielt, die nur einen kleinen Bruchteil der für die Verstärkung der Kabelquerschnitte erforderlichen Kosten betragen. Die Schnellauslöser müssen natürlich in an sich bekannter Weise so eingestellt sein, daß sie erst bei Überschreitung des Anlaufstromes ansprechen. Andererseits soll ihre Auslösestromstärke möglichst wenig über der Anlaufstromstärke liegen, damit sie bei jedem Kurzschluß, dessen Stromstärke die Anlaufstromstärke übersteigt, bis hinauf zu derjenigen Stromstärke, bei der die Sicherungen abschmelzen, das Schütz auslösen und die Kurzschlußanzeige und -sperre liefern. Diese Kurzschlußanzeige und -sperre kann in an sich bekannter Weise dadurch erzielt werden, daß die Anker der Schnellauslöser nach dem Ansprechen auf Kurzschluß in der angezogenen Stellung verklinkt werden und dadurch den Auslösekontakt im Stromkreis der Schaltmagneten so lange offen halten, bis diese Verriegelung durch ein willkürlich betätigtes Organ aufgehoben wird. An sich sind Luftschütze mit Wärme- und magnetischen Schnellauslösern sowie vorgeschalteten, bei Kurzschluß ansprechenden Schmelzsicherungen bekannt. Es ist andererseits auch an sich bekannt, durch bei Kurzschluß ansprechende magnetische Schnellauslöser ein mit Wärmeauslösern versehenes Schütz auszulösen und (z. B. durch eine Verklinkung des Auslösekontaktes o. dgl.) gegen unmittelbare Wiedereinschaltung zu verriegeln. Das Neue des Erfindungsgedankens besteht demgegenüber darin, bei den unter Tage für die Steuerung und den Schutz von Motoren bisher verwendeten Luftschützen mit Wärmeauslösern und Schmelzsicherungen die zusätzlichen magnetischen Schnellauslöser so zu bemessen und einzustellen, daß ohne Ver- stärkung der Kabelquerschnitte die VDE-Vorschriften erfüllt werden, wonach bei jedem Xurzschluß, also auch bei den infolge der großen Kabellängen unter Tage auftretenden kleinen Kurzschlußstromstärken, die unter Umständen den Motoranlaufstrom nur um ein geringes übersteigen, eine Kurzschlußanzeige und Sperre gegen unmittelbare Wiedereinschaltung gefordert wird. Die zusätzlichen Schnellauslöser nach der Erfindung bringen den weiteren Vorteil mit sich, daß- die Dauer des Lichtbogens an der Kurzschlußstelle auf sehr kleine Zeiten in der Größenordnung von wenigen hundertstel, höchstens zehntel Sekunden heruntergedrückt wird, während die Abschmelzdauer der vorgeschalteten Sicherungen, besonders solcher größerer Nennstromstärke, bei kleineren Kurzschlußstromstärken ein Vielfaches hiervon beträgt. Das ist gerade in Anlagen unter Tage von großer Bedeutung.According to the invention, this deficiency is remedied in a much more economical way, namely by a suitable coordination of the magnetic quick release and the fuse, so that with overcurrent protection arrangements underground on the one hand an additional increase in the cable cross-section can be omitted and that, on the other hand, a contactor. low switching capacity and thus high switching frequency can be used. According to the invention, therefore, in overcurrent protection arrangements for three-phase Z> and other power consumers with increased starting current underground, consisting of an electromagnetically operated air contactor with thermal and magnetic quick release and upstream fuses that respond in the event of a short circuit, using a contactor with low switching capacity and thus high switching frequency, the quick release To achieve a short-circuit indication and to lock the contactor against immediate reclosing, even after short-circuits, relatively low currents are dimensioned and set in such a way that they trigger the contactor for all short-circuit currents that lie between the starting current of the motor and the current intensity at which the fuses take over the shutdown and lock against immediate reclosing. By this measure, the prescribed short-circuit indication and blocking is achieved with means that are only a small fraction of the costs required for reinforcing the cable cross-sections. The quick release must of course be set in a manner known per se so that they only respond when the starting current is exceeded. On the other hand, their tripping current should be as little as possible above the starting current so that with every short circuit, the current of which exceeds the starting current, up to the current at which the fuses melt, trigger the contactor and provide the short-circuit display and block. This short circuit display and lock can be achieved in a known manner in that the armature of the quick release are latched after responding to a short circuit in the attracted position and thereby keep the release contact in the circuit of the solenoid open until this lock is arbitrarily actuated organ is canceled. Air contactors with thermal and magnetic quick releases and upstream fuses that respond in the event of a short circuit are known per se. On the other hand, it is also known per se to trigger a contactor provided with thermal releases by means of a short-circuit responding magnetic quick release and to lock it against immediate reclosing (e.g. by latching the release contact or the like). The new concept of the invention contrast thereto, to measure at the used underground for the control and protection of motors previously air contactors with heat triggers and fuses the additional magnetic instantaneous release so and set that are without comparison the cable cross-sections strengthen the VDE regulations met According to which with every short circuit, i.e. also with the small short-circuit currents occurring as a result of the long cable lengths underground, which under certain circumstances only slightly exceed the motor starting current, a short-circuit display and lock against immediate restart is required. The additional quick release according to the invention have the further advantage that the duration of the arc at the short-circuit point is pressed down to very short times in the order of a few hundredths, at most tenths of a second, while the melting time of the upstream fuses, especially those with a larger current rating , with smaller short-circuit currents is a multiple of this. This is particularly important in underground systems.

Ein Ausführungsbeispiel im Schaltbild zeigt die Figur.The figure shows an exemplary embodiment in the circuit diagram.

Das Schütz C wird durch Erregung bzw. Entregung seines Schaltelektromagneten Ein durch Betätigen des Ein- bzw. des Aus-Druckknopfes.E, A ein- bzw. ausgeschaltet. Parallel zur' Ein-Druckknopf E liegt ein Selbsthaltekontakt 3, q.. Das Schütz ist mit drei Bimetallauslösern B versehen, die bei Überlastung den im Stromkreis der Schaltspule Enz liegenden Auslösekontakt r, 2 öffnen und dadurch das Schütz auslösen. Für den Schutz gegen große Kurzschlußströrrie sind kurzträge Schmelzsicherungen Si vorgeschaltet. Außerdem sind elektromagnetische Schnellauslöser S in Reihe mit den Wärmeauslösern vorgesehen, die gemäß der Erfindung so bemessen und eingestellt sind, daß sie den Schutz bei kleineren Kurzschlußsttörnen übernehmen, die größer sind als der Anlaufstrom des Motors, aber kleiner als diejenige Stromstärke, bei der die 'Sicherungen Si abschmelzen. Diese Schnellauslöser sind so ausgebildet, daß nach ihrem Ansprechen der Auslösekontakt i, 2 geöffnet bleibt, so daß das Schütz nicht wieder eingeschaltet werden kann, ehe diese Verriegelung durch ein willkürlich betätigtes Organ aufgehoben ist.The contactor C is energized or de-energized its switching electromagnet On by pressing the on or off pushbutton, E, A switched on or off. Parallel to the 'one push button E is a self-holding contact 3, q .. The contactor is provided with three bimetal releases B, which in the event of overloading in the circuit of the Switch coil Enz open tripping contact r, 2 and thereby trip the contactor. Short-acting fuses are used to protect against large short-circuit currents Si upstream. In addition, electromagnetic quick releases S are in series with the thermal triggers are provided, which are sized and set according to the invention are that they take over the protection in the case of smaller short-circuit faults, the larger are than the starting current of the motor, but smaller than the current strength at which melt the 'fuses Si. These quick releases are designed to that after their response, the trip contact i, 2 remains open, so that the contactor can not be switched on again before this interlock by an arbitrary activated organ is canceled.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Auslösezeit der magnetischen Schnellauslöser durch Vergrößerung ihrer Maße oder besondere an sich bekannte Einrichtungen zu verlängern, insbesondere um zu erreichen, daß die Sicherungen bereits bei einer entsprechend geringeren Kurzschlußstromstärke die Abschattung übernehmen. Das ist besonders dann angezeigt, wenn das Schütz nur eine beschränkte Schaltleistung hat und daher Kurzschlußströme oberhalb einer gewissen Größe nicht mehr abzuschalten vermag. Die Verzögerungszeit wird dann so gewählt, daß bei Kurzschlußstromstärken, die die Schaltleistung des Schützes überschreiten, die magnetischen Auslöser nicht mehr dazu kommen, -das Schütz auszulösen, weil vorher die Sicherungen abschmelzen.Under certain circumstances it can be useful to adjust the tripping time of the magnetic Quick release by increasing their size or special facilities known per se to extend, in particular to achieve that the fuses are already at one take over the shading according to the lower short-circuit current strength. That is especially indicated if the contactor only has a limited switching capacity and therefore short-circuit currents above a certain level can no longer be switched off able. The delay time is then chosen so that with short-circuit currents, which exceed the switching capacity of the contactor, the magnetic releases do not More come to the point of tripping the contactor because the fuses blow beforehand.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Overcurrent protection arrangement for three-phase motors and other power consumers with increased starting current underground, consisting of an electromagnetically actuated air contactor with thermal and magnetic quick release as well as upstream fuses that respond in the event of a short circuit, characterized in that using a contactor low switching capacity and thus high switching frequency to achieve a short circuit indication and Locking of the contactor against immediate reclosing even after short circuits of relatively low amperage, the quick releases are dimensioned and set so that they trigger the contactor at all short-circuit currents that are between the starting current of the motor and the current intensity at which the fuses take over the disconnection and against lock immediate restart.

2. Overcurrent protection arrangement according to claim i, characterized in that the magnetic release with optionally adjustable delay are provided; such that the fuses shutdown take over even with a correspondingly lower short-circuit current strength. To the The subject of the application is differentiated from the state of the art in the granting procedure no pamphlets have been considered.