EP0012451B1

EP0012451B1 - Selektivschutzeinrichtung

Info

Publication number: EP0012451B1
Application number: EP79105258A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Greefe; Lutz Dr. Niemeyer
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1979-12-18
Publication date: 1983-03-30
Also published as: DE2854616A1; EP0012451A1; ATE2917T1; DE2854616C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Selektivschutzeinrichtung zur selektiven Abschaltung von Verbrauchern mit mindestens einem Hauptleitungsschutzschalter mit einer ersten Auslösekennlinie, sowie mit mindestens einem einer Verbrauchergruppe zugeordneten Leitungsschutzschalter mit einer zweiten Auslösekennkinie, die unterhalb der ersten Auslösekennlinie liegt, wobei der Hauptleitungsschutzschalter in seinem Strompfad eine Trennstelle besitzt, die von einem Schlaganker bei Auftreten eines Über- oder Kurzschlußstromes geöffnet wird und bei Absinken des Stromes unter einen bestimmten Wert schnell automatisch wieder eingeschaltet werden kann, wobei eine summierende Auslösevorrichtung vorgegeben ist, die in Abhängigkeit des Kurzschlußstromes oder in Abhängigkeit von den Öffnungs-und Schließvorgängen des Hauptleitungsschutzschalters bei Erreichen eines vorgegebenen Summenwertes auf das Schaltschloß einwirkt, das die Trennstelle endgültig öffnet, unter Verwendung von thermischen und magnetischen Auslösern.
Für die Überstrom- und Kurzschlußabsicherung benutzt man neben Schmelzsicherungen in letzter Zeit immer häufiger Leitungsschutzschalter, welche zur Auslösung bei einem Überstrom einen thermischen Auslöser und zur Auslösung bei einem Kurzschlußstrom einen magnetischen Auslöser besitzen. Als thermischer Auslöser wird meistens ein Bimetall eingesetzt, welches sich bei Auftreten eines überstromes verbiegt, dadurch den Schaltmechanismus entklinkt und damit den Kontakthebel bzw. das bewegliche Kontaktstück vom festen Kontaktstück trennt. Dieser thermische Auslöser ist ein sogenannter verzögerter Auslöser, da er auf einen Überstrom aufgrund der Aufheizung erst nach einer gewissen Zeit anspricht. Als magnetischer Auslöser ist bekanntlich ein Magnetankersystem vorgesehen, welches praktisch unverzögert anspricht und unverzögert die Kontaktstelle öffnet bzw. das Schaltschloß entklinkt.
Für einen derartigen Selbstschalter bestehen im allgemeinen mehrere Einsatzmöglichkeiten.
In einem ersten Einsatzfall kann der Leitungsschutzschalter einer Vorsicherung nachgeschaltet sein, wobei seine Auslösung bei einem Kurzschluß vor dem Verbraucher so erfolgen muß, daß weder im Überstrombereich noch im Kurzschlußstrombereich die Vorsicherung anspricht. Mit den derzeit üblichen Auslösern kann man im allgemeinen erreichen, daß ein Automat gegen eine Sicherung « selektiv » ist, deren Nennstrom zwei Stufen höher ist als der des Leitungsschutzschalters.
Es besteht auch die Möglichkeit (vergl. Fig. 2), den Selbstschalter bzw. den Leitungsschutzschalter als Hauptleitungsschutzschalter zwischen die Vorsicherung und eine Gruppe von nachgeordneten Leitungsschutzschaltern als Gruppenschutz, Zählersicherungsautomat oder ähnliches einzusetzen. Dann ergeben sich für diesen Schalter grundsätzliche Schwierigkeiten für eine selektive Auslösung, da er nämlich schon bei Überströmen auslösen muß, die etwa dem Zehnfachen des Nennstromes entsprechen, um den ihn nachgeordneten Leitungsabschnitt im Überstrombereich zu schützen, jedoch bei Kurzschlüssen im Bereich der Verbraucher nicht auslösen darf, damit die Selektivität der den Verbrauchern vorgeschalteten Schaltern gegenüber dem der Vorsicherung nachgeschalteten Schalter gewahrt bleibt.
Um dieses zu erreichen, ist bekanntgeworden (DE-OS 2 525 192), jedem Schalter eine Auslösesteuerung und eine schnelle Öffnungsvorrichtung der Kontakte zuzuordnen, wobei die Öffnungsvorrichtung so beschaffen ist, daß sie schnell die von dem Überstrom durchflossenen Schalterkontakte auf den verschiedenen Stufen öffnet. Sie ist weiterhin so beschaffen, daß sie eine schnelle Wiedereinschaltung der Kontakte ermöglicht, wenn der Stromwert unter einen vorbestimmten Wert sinkt. Zwecks Selektivität besitzt die Auslösesteuerung einen Zähler, der die aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schließfolgen der Kontakte zählt und der nach einer vorbestimmten Anzahl von Folgen die Auslösung hervorrufen kann, um so die Kontakte des entsprechenden Schalters nach der vorbestimmten Anzahl von Folgen geöffnet zu halten. Dies bedeutet, daß der Schalter, der direkt dem Verbraucher zugeordnet ist, nach einer einmaligen Öffnung öffnet; der übergeordnete Schalter bleibt nach zweimaligem Öffnen offen und der darüber geordnete Schalter nach dreimaligem Öffnen und so fort.
Dabei besteht das Problem, daß für die Realisierung eine rückstellbare Zählvorrichtung erforderlich ist, was bedeutet, daß man eine mechanische oder komplizierte elektronische Zählvorrichtung mit netzunabhängigem, mechanischem oder elektronischem Energiespeicher entwickeln und vorsehen muß.
Dieser Aufwand wird insbesondere dann problematisch, wenn die Schalter sehr billig und in großen Stückzahlen eingesetzt werden sollen. Darüberhinaus ist die in der DE-OS beschriebene Vorrichtung zunächst nur für sicherungsfreie Installationen vorgesehen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Selektivschutzeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Hauptleitungsschutzschalter bei wesentlich vereinfachtem und verbilligtem Aufbau den nachgeordneten Leitungsschutzschalter strombegrenzend optimal unterstützt, in dem ein Schlaganker bei Auftreten eines Über- oder Kurzschlußstromes eine Trennstelle öffnet, und selbst auslöst, wenn ein bestimmtes Ji2 dt erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die summierende Auslösevorrichtung aus der Reihenschaltung oder Parallelschaltung oder Reihen- und Parallelschaltung eines aus dem Leitungsstrom ∫ i² dt bildenden Zweiges und einer Auslösespule besteht, die in einem Parallelzweig zum Strompfad des Hauptleitungsschutzschalters liegt, in den bei Auftreten eines Kurzschlußstromes eine im Strompfad angeordnete Umschaltvorrichtung den Strom zumindest teilsweise kommutiert.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung geht dahin, daß der Umschaltvorgang der Umschaltvorrichtung von der Öffnungsbewegung der Trennstelle gesteuert ist. Dabei kann die Umschaltvorrichtung eine Hilfstrennstelle aufweisen, welche bei Öffnen der Trennstelle von dieser angesteuert mechanisch und/oder elektrisch geöffnet wird und den Strom auf den Parallelzweig zumindest teilweise kommutiert, wobei der Parallelzweig parallel zur Hilfstrennstelle geschaltet ist. Die Hilfstrennstelle kann dabei mit der Trennstelle in Reihe liegen oder eine weitere Hilfstrennstelle kann im Parallelzweig parallel zur Hilfstrennstelle geschaltet werden, wobei bei Öffnen der Trennstelle geschaltet werden, wobei bei Öffnen der Trennstelle die weitere Hilfstrennstelle schließt und bei einer Auslösung über ein Hebelgestänge sowohl die Trennstelle als auch die Hilfstrennstellen in Ausschaltstellung bewegbar sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß der aus dem Leitungsstrom ,f i²dt bildende Zweig einen NTC-Widerstand enthält, der in Reihe zur Spule geschaltet ist.
Es besteht auch die Möglichkeit, in Reihe zur Spule und zum NTC-Widerstand einen PTC-Widerstand zu schalten.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß der aus dem Leitungsstrom ,f i² dt bildende Zweig durch ein Thermobimetall gebildet ist, das einen Stromweg parallel zur Hilfstrennstelle bildet, wobei am sich ausbiegenden Ende des Thermobimetalls ein Kontakt angebracht ist, der zusammen mit dem Ende der Spule eine Kontaktstelle bildet, die in stromlosen Zustand geöffnet und bei Durchfliessen eines Überstromes geschlossen ist, so daß zumindest ein Teil des Stromes dann durch die Spule zur Auslösung des Schaltschlosses fließt.
Zur Verzögerung der Öffnungsbewegung des Thermobimetalls kann an diesem eine Verzögerungsmasse angebracht sein. Diese Verzögerungsmasse kann zur Beschleunigung des Auslösevorganges bei sehr hohen Kurzschlußströmen aus Weicheisen hergestellt und im Anziehungsbereich eines vom Strom des Hauptstrompfades durchflossenen Eisenjoches angeordnet sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß zwei Leitungsschutzschalter nebeneinander angeordnet sind, welche jeweils einen Magnetauslöser aufweisen und deren Trennstellen miteinander in Reihe liegen, wobei parallel zu der Spule des ersten Leitungsschutzschalters ein Thermobimetall geschaltet ist, und daß ein Zwischenteil vorgesehen ist, das den parallel zur Trennstelle des ersten Leitungsschutzschalters leigenden aus dem Leitungsstrom J i² dt bildenden Zweig aufweist.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Insbesondere soll anhand der Zeichnung die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt

Figur 1 ein Durchlaßdiagramm für eine erfindungsgemäße Anordnung,
Figur 2 die Anordnung eines Selbstschalterkaskaden-Netzes,
Figur 3 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Ausgestaltung,
Figuren 4a bis 4d verschiedene Varianten eines Bauteiles der Anordnung nach Fig. 3,
Figuren 5a, 5b und c weitere Varianten verschiedener Ausgestaltungen,
Figur die elektrische Schaltung in einem Hauptleitungsschutzschalter gemäß der Erfindung, Erfindung,
Figur 7 ein Detail in vergrößerter und herausgezogener Darstellung und
Figur eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.
Es sei zunächst Bezug genommen auf die Figur 2.

Man erkennt einen Netztransformator 10, dem eine Vorsicherung 12 sowie ein Hauptleitungsschutzschalter 14 nachgeschaltet sind. Die elektrische Leitung, in der sich die drei Bauelemente befinden und die mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet ist, verzweigt sich am Punkt 18 zur Strom- : kreisverteilung in einen ersten Zweig 20 und einen zweiten Zweig 22, wobei dem ersten Zweig 20 ein Leitungsschutzschalter 26 und ein Verbraucher 28 und im zweiten Zweig 22 ein Leitungsschutzschalter 30 und ein Verbraucher 32 angeordnet sind. Wenn man als Hauptleitungsschutzschalter eine Ausführung nach der Erfindung verwendet, dann erhält man eine Durchlaßkennlinie, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist. Man erkennt in der Figur 1 folgende Kurven :
Mit K₁₂ ist die Kennlinie der Sicherung 12, mit K₁₄ die Kennlinie des Hauptleitungsschutzschalters 14 und mit K₂₆ die des Leitungschutzschalters 26 bezeichnet, wobei die Kennlinie des Leitungsschutzschalters 30 der Linie K₂₆ gleicht. Die Kennlinie K₂₆ des Leitungsschutzschalters 26 für sich betrachtet, der ein Thermobimetall und einen magnetischen Auslöser besitzt, setzt sich zusammen aus der Kennlinie des Thermobimetalles K₂ä_T und der Kennlinie des magnetischen Auslösers K_26MA. Im Bereich zwischen 1= O und I = I_MA26 spricht ausschließlich das Thermobimetall an, da hier lediglich ein Überstrom auftritt ; bei einem Strom größer als I_MA26 am Leitungsschutzschalter 26 spricht der magnetische Auslöser an. Die Kennlinie K₁₄, die vorläufig nur für sich betrachtet wird, setzt sich zusammen aus einem dem Thermobimetall des Hauptleitungsschutzschalters 14 zugeordneten Bereich K_14T und einem Bereich K_14MA, der dem Magnetauslöser bzw. dem magnetischen Auslöser des Hauptleitungsschutzschalters zugeordnet ist. Im Bereich von I = O bis I = I_MA14 wirkt der thermische Auslöser des Leitungsschutzschalters 14 und im Bereich I größer als I_MA14 der magnetische Auslöser, der allerdings erst wirksam wird, wenn Q = ∫ i² dt = Q₁₄ überschritten worden ist. Der Bereich K_MA14 verläuft annähernd horizontal, wohingegen der weitere Bereich, wie weiter unten näher erläutert wird, ähnlich wie der Bereich K_MA26 einem gekrümmten Verlauf folgt.
Soweit zum prinzipiellen Verständnis der drei Kurven. Es sei nun wieder Bezug genommen auf die Figur. 2. Es sollen nun folgende drei Fälle betrachtet werden :

1. Im Bereich A tritt ein Kurzschluß auf. Dann fließt der Strom durch den Transformator 10, die Vorsicherung 12, den Leitungsschutzschalter 14 und den Leitungsschutzschalter 26. Ist der Strom kleiner noch als I_MA26, dann spricht lediglich das Thermobimetall des Leitungsschutzschalters 26 an und löst aus ohne daß die Sicherung 12 anspricht und ohne daß der Leitungsschutzschalter 14 auslöst. Liegt der Strom zwischen den Werten I_MA26 und I_MA14, so spricht der Magnetauslöser des Leitungsschutzschalters 26 an und löst aus, ohne daß die Sicherung 12 und der Leitungsschutzschalter 14 ansprechen. Liegt der Strom oberhalb I_MA14, so spricht ebenfalls der Magnetauslöser des Leitungsschutzschalters 26 an und löst diesen aus. Der Leitungsschutzschalter 14 öffnet zwar kurzzeitig unter der Einwirkung des Kurzschlußstromes, fällt aber nach Abschalten des Stromes durch den Leitungsschutzschalter 26 wieder in den geschlossenen Zustand zurück. Dabei wird die strombegrenzende Wirkung des Leitungsschutzschalters 26 durch die in dem Leitungsschutzschalter 14 aufgebaute Bogenspannung unterstützt, so daß sich eine Durchlaßkennlinie ergibt, die doppelt gezeichnet mit K₂₆ + K₁₄ bezeichnet ist.
2. Sowie ein Kurzschluß am Punkt B auftritt, fließt der Strom lediglich durch die Vorsicherung 12 und den Leitungsschutzschalter 14 hindurch. Im Bereich zwischen I = 0 und I = I_MA14 löst das Bimetall des Leitungsschutzschalter 14 aus, im Bereich darüber kann dagegen der magnetische Auslöser gemäß der Durchlaßkennlinie K14 erst auslösen, nachdem ein Stromquadratintegral durch den Schalter hindurchgeflossen ist, welches größer ist als Q₁₄. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung kann nämlich der Leitungsschutzschalter 14 kurzunterbrechend öffnen und wegen der besonderen Ausgestaltung wieder auf Kurzschluß schließen, und dieses Spiel solange wiederholen, bis das Stromquadratintegral Q₁₄ überschritten ist. Erst dann kann erfindungsgemäß der Auslöser des Leitungsschutzschalters 14 ansprechen und diesen Schalter endgültig unterbrechen.
3. Befindet sich der Kurzschluß bei Punkt C, also zwischen der Vorsicherung und dem Hauptleitungsschutzschalter 14, dann löst ausschließlich die Sicherung 12 aus.

Für den Fall Punkt 2 sind noch folgende Bedingungen zu beachten, die durch die erfindungsgemäße Anordnung realisiert werden. Der bis zur Auslösung des Leitungsschutzschalters 14 durchgelassene f i² dt - Wert = Q₁₄ darf nicht zum Ansprechen der Vorsicherung 12 führen, was dadurch erreicht wird, daß der Wert Q14 unterhalb der Kennlinie der Sicherung liegt. Weiterhin darf der Leitungsschutzschalter auch durch die mehrfache Wiedereinschaltung nicht überlastet und beschädigt werden.
Die Figur zeigt den Hauptstrompfad 16, in dem sich eine Umschalteinrichtung 40 sowie die Haupttrennstelle42 des Leitungsschutzschalters 14 befindet. An die Umschaltvorrichtung 40 ist ein Parallelzweig 44 angeschlossen, der zwischen der Umschaltvorrichtung 40 und der Trennstelle in den Hauptstrompfad einmündet. In diesem Parallelzweig ist ein Vorwiderstand 46 sowie eine Auslöseeinrichtung 48 eingeschaltet, welche auf ein Schaltschloß 50 einwirkt, das die Öffnung der Trennstelle42 über die Wirkungslinie 52 bewirkt. Die Auslöseeinrichtung 48 ist in der Figur 4a, 4b, c und d dargestellt. Sie besteht aus einer üblichen Auslösespule 54 mit einem nicht dargestellten Auslösestift, der auf das Schaltschloß 50 einwirkt sowie in Reihe zu ihr einem NTC-Widerstand 56. Man kann parallel zur Spule 54 auch einen PTC-Widerstand 58 (vergl. Fig.4b) schalten oder man kann parallel zur Spule 54 einen PTC-Widerstand und in Reihe mit der Spule einen NTC-Widerstand 56 schalten (vergl. Fig.4c).
Die Öffnungsbewegung der Trennstelle42 steuert über die Wirkungslinie60 die Umschaltung der Umschaltvorrichtung derart, daß zumindest ein Teil des Stromes auf den Parallelzweig 44 geschaltet wird, wenn die Trennstelle 42 öffnet. Die Umschaltvorrichtung 40 wird also bei Auftreten eines Kurzschlußstromes und damit bei Öffnen der Trennstelle42 den Strom auf die Auslöseeinrichtung 48 kommutieren, wobei wegen der Wirkung der Widerstände 56 bzw. 58 Fig.4a, b und c erst nach Durchgang eines bestimmten f i²dt - Wertes aufgrund der Widerstandsänderungen der Strom durch die Auslösespule 54 soweit erhöht wird, daß eine Auslösung möglich ist. Mit anderen Worten : Durch Vorsehen der einzelnen stromveränderlichen Widerstände 56, 58 erzielt man eine Veränderung der Auslösekennlinie K₁₄ dahin, daß der untere spitze Bereich (...-gezeichnet) abgeschnitten und durch den horizontalen Bereich K_14MA ersetzt wird. In diesem Bereich kann der magnetische Auslöser erst dann auslösen, wenn ein bestimmter Wert Q₁₄ = i2 dt durch den jeweiligen Widerstand hindurchgeflossen ist und diesen soweit erwärmt hat, daß sich sein Widerstandwert in geeigneter Weise ändert und den Strom ausreichend stark auf die zugehörige Spule kommutiert. Dann erst löst der magnetische Auslöser aus.
Im Falle der Fig. 4a erfolgt die Stromerhöhung der Auslösespule 54 dadurch, daß der NTC-Widerstand 56 aufgrund einer Aufheizung genügend niederohmig wird und dadurch der Stromfluss durch die Spule erhöht wird. Im Falle der Fig.4b erfolgt sie dadurch, daß der PTC-Widerstand 56 durch Aufheizen genügend hochohmig wird und damit den Strom in die Spule kommutiert. Im Falle Fig. 4c werden beide Effekte miteinander kombiniert. Die widerstandändernde Wirkung der PTC- bzw. NTC-Widerstände lässt sich nach Fig.4d auch durch ein Bimetall 53 erreichen, an dessen einem, freiem Ende ein Kontakt 55 angebracht ist, der mit einem Festkontakt 57 zusammenwirkt. Im Falle der Fig. 4d biegt sich das Bimetall 53 aus und öffnet die Kontaktstelle bei 55 und 57 ; man kann die Schaltung auch so ausbilden, daß sich das Bimetall 53 ausbiegt und eine Kontaktstelle schließt (nicht dargestellt).
Die Umschaltvorrichtung 40 ist nun vom Prinzip her so ausgebildet, wie in den Fig. 5a, b, c dargestellt. Bei den Fig. 5a und b dient als Umschaltvorrichtung eine Hilfskontaktstelle 61, wobei bei 5a die Auslösevorrichtung 48 der Hilfskontaktstelle 61 parallel geschaltet ist und bei der Ausführung nach Fig. 5b eine schließende Hilfskontaktstelle 62 (im folgenden werden die Hilfkontaktstellen als auch Hilfstrennstellen bezeichnet), die in Reihe zur Auslöseeinrichtung 48 geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung aus Auslösevorrichtung bzw. Auslöseeinrichtung 48 und Hilfstrennstelle 62 der Hilfstrennstelle 61 parallel geschaltet ist. Die Wirkverbindung zwischen der Haupttrennstelle 42 und der Hilfstrennstelle 62 kann mechanisch, in geeigneter hier nicht weiter darzustellender Weise erfolgen. Sowie die Haupttrennstelle durch einfaches Öffnen mittels eines Schlagankers geöffnet wird, schließt sich gleichzeitig auch die Hilfstrennstelle 62, wodurch ein Teil des Stromes auf die Auslöseeinrichtung 48 kommutiert wird (Fig. 5b). Die mechanische Verkoppelung der Haupttrennstelle 42 und der Hilfstrennstelle 62 ist so beschaffen, daß nach Auslösung des Schaltschloßes 50 sowohl die Haupttrennstelie42 als auch die Hilfstrennstelle 62 geöffnet werden. Dies kann beispielsweise mit einer zusätzlichen Hebeleinrichtung bewirkt werden (nicht weiter dargestellt), auf die das Schaltschloß einwirkt.
In der Fig. 5c wird die Umschaltvorrichtung 40 praktisch dadurch realisiert, daß man eines der Löschbleche des Lichtbogenlöschblechpaketes 64, welches der Trennstelle 42 zugeordnet ist, anzapft und beim Ausschalten den Lichtbogenstrom ausnutzt. Nachdem die Trennstelle 42 geöffnet worden ist, kommutiert der Lichtbogenstrom zumindest teilweise auf die Auslöseeinrichtung 48 ; sowie nach zwei- oder eventuell auch mehrmaligem Auslösen bzw. Öffnen des Kontaktes und Stromfluß durch die Auslöseeinrichtung der Durchlaßwert Q₁₄ (f i² · dt) erreicht wird, löst die Auslöseeinrichtung 48 das Schaltschloß50 endgültig aus und die Trennstellen bleiben offen.
Weitere spezielle Schaltungsanordnungen, die sich aus den bisher dargestellten Elementen aufbauen lassen, sind in den Fig. 6 bis 8 dargestellt.
Man erkennt in der Fig. die Haupttrennstelle 42, die über die Wirklinie 60 mit der die Umschaltvorrichtung 40 der Fig. 3 bildenden Hilfstrennstelle 61 verbunden ist. Die.Haupttrennstelle 42 und die Hilfstrennstelle 61 werden von einem Schlagankersystem 70 geöffnet, von dem lediglich die Spule eingezeichnet ist. Parallel zur Hilfstrennstelle 61 ist der Parallelzweig 44 geschaltet, in dem sich der Vorwiderstand 46 befindet, der in der Ausgestaltung nach der Fig. 6 als PTC-Widerstand ausgebildet ist. Die Auslöseeinrichtung 48 besitzt eine Auslösespule 72 und parallel zur Auslösespule ein Thermobimetall 76. Das Thermobimetall ist am Punkt 78 ortsfest eingespannt und kann sich unter der Wirkung eines Stromes in Pfeilrichtung F verbiegen. Das freie Ende des Thermobimetalls 76 ist als Kontaktstelle 79 ausgebildet, welches mit dem ebenfalls als Kontaktstelle 80 ausgebildeten freien Ende 82 der Spule 72 zusammenwirken kann (vergl. die strichlierte Linie 84 in der Fig. 6).
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende : Aufgrund eines Kurzschlußstromes im Bereich A öffnet die Trennstelle 42 zusammen mit der Trennstelle 61 und dem Leitungsschutzschalter 14 um letzteren strombegrenzend zu unterstützen. Sowie der Leitungsschutzschalter 26 ausgeschaltet hat, steht am Leitungsschutzschalter 16 (Anordnung nach Fig. 6) kein Strom mehr an und nachdem die Trennstellen 42 und 61 wieder geschlossen haben, wird kein Kurzschlußstrom mehr registriert und der Schalter 14, d. h. die Trennstellen 42 und 61 bleiben geschlossen. Während der Öffnungszeit ist schon ein gewisser Teil des Stromes über den Hauptstrompfad auf den Nebenstrompfad 44 kommutiert worden. Dieser hat das Bimetall 76 erwärmt, aber noch nicht soweit, daß es den Kontakt 80 berührt und die Auslösespule72 einschalten kann. Wenn bei einem Kurzschluß im Bereich B der Kurzschlußstrom noch ansteht, schalten die Trennstellen 42 und 61 nach einer ersten Öffnung auf den Kurzschlußstrom wieder auf und die Trennstellen 42 und 61 werden nochmals geöffnet, so daß der Strom zumindest teilweise wiederum über das Bimetall.76 fließen muß. Das noch warme bzw. erwärmte Bimetall erwärmt und verbiegt sich weiter bis es die Kontakte 79 und 80 schließt. Ein Teil des Stromes im Neben- bzw. Parallelzweig fließt jetzt über die Auslösespule 72, so daß hierdurch das Schaltschloß 50 entklinkt wird und die endgültige Öffnung der Trennstelle42 bewirkt. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, daß sich dieser Vorgang erst nach mehrmaligem Öffnen der Trennstellen 42 und 61 ergibt. Es kommt nur darauf an, daß das Bimetall 76, das auf einen bestimmten Durchlaßwert ausgelegt ist, bei Erreichen dieses Durchlaßwertes die Auslösespule 72 in den Nebenschlußkreis 44 einschaltet. Der Vorwiderstand 46, der hier vorteilhafterweise als PTC-Widerstand ausgelegt ist, dient der Strombegrenzung im Parallelzweig 44 und dem Schutz des empfindlichen Bimetalles 76 vor Überlastung, da der Vorwiderstand 46 aufgrund des Einflusses der Stromwärme seinen Widerstandwert erhöht.
Um gegebenenfalls das Ausbiegen des Thermobimetalles 76 bei kleinen Kurzschlußströmen zu verzögern, kann eine Verzögerungsmasse 86 vorgesehen sein (vergl. Fig. 7). Um das Ausbiegen bei hohen Kurzschlußströmen zu beschleunigen, kann diese Masse im Falle der Ausgestaltung nach Fig. 7 aus Weicheisen bestehen. Dann ist in den Hauptstrompfad, der mit 18 bezeichnet ist, ein Weicheisenjoch 88 eingeschaltet, das bei sehr hohen Kurzschlußströmen die Umschaltung bzw. thermische Verbiegung des Bimetalles und damit des Schließen der Kontakte 78 und 90 magnetisch beschleunigt, so daß bereits nach einem einmaligen Öffnungsvorgang der Trennstellen42 und 61 das Schaltschloß 50 entklinkt wird.
Eine weitere Ausgestaltung ist in der Fig.8 dargestellt. Man erkennt wieder den Hauptstrompfad 18, in den zwei in Reihe geschaltete Trennstellen 90 und 92 eingeschaltet sind. Weiterhin befinden sich im Hauptstrompfad 18 eine erste Spule 94 und eine zweite Spule 96, die über je einen als Wirklinie 98 bzw. 100 eingezeichneten Schlaganker jeweils auf die Kontaktstellen bzw. Trennstellen 90 bzw. 92 einwirken. Parallel zur Trennstelle 92 ist wieder die Auslöseeinrichtung 48 geschaltet, die in der Form ausgebildet ist, die der Ausführung nach Fig. ähnlich ist. Zusätzlich ist parallel zu der Spule 96 ein auf den Nennstrom abgestimmtes Thermobimetall102 geschaltet, das auch in Reihe zur Spule 94 geschaltet sein kann (hier allerdings nicht), welches auf ein erstes Schaltschloß 104 einwirkt. Auf dieses erste Schaltschloß wirkt gleichzeitig auch die Spule 72 einer Anordnung nach der Fig. 4b ein. Im Vergleich zur Darstellung nach der Fig. 4b ist der PTC-Widerstand in der Fig. 8, der parallel zur Spule 72 liegt, wieder mit der Bezugsziffer 74 bezeichnet, um die Ähnlichkeiten darzustellen. Ein in Reihe mit der Spule liegender PTC-Widerstand besitzt die Bezugsziffer 46 und der Nebenzweig die Bezugsziffer44.
Die Schaltungsanordnung nach der Fig. 8 besitzt ein weiteres Schaltschloß 106, welches mit dem Schaltschloß 104 mechanisch gekoppelt ist und auf die Trennstelle 90 (über die Wirklinie 108) und 92 (über die Wirklinie110 bzw. 112) einwirken kann. Im kalten Zustand ist der PTC-Widerstand 74 niederohmig gegenüber der Spule 72, so daß er den überwiegenden Teil des Gesamtnebenschlußstromes IN führt, wenn der Kontakt bzw. die Trennstelle92 geöffnet hat. Sobald der Widerstand 74 ausreichend aufgeheizt ist (gegebenenfalls nach mehrmaligem Wiedereinschalten der Trennstellen 92 und ggf. auch 90), wird er hochohmig, so daß ein ausreichender Strom über die Spule 72 fließen kann, so daß diese anspricht, die Schaltschlösser 104 und 106 auslöst und eine weitere Aufheizung des Widerstandes 74 vermeidet. Man erkennt die beiden Trennstellen 90 und 92. Während die Trennstelle 92 praktisch als Umschaltvorrichtung wirkt, hat die Trennstelle 90 die Aufgabe, stromunterbrechend und - besonders wichtig - strombegrenzend zu öffnen. Im Falle einer Auslösung muß die Trennstelle mitöffnen und, ausgelöst durch das Schaltschloß 106, offenbleiben, um den Strom, der bei offener Trennstelle92 noch über die Spule 72 fließt, abzuschalten.
Ganz allgemein ist die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 8 die folgende :

Im Falle eines normalen Überstromes im Bereich I = 0 bis I = I_MA14 (vergl. Fig. 1) löst das thermische Auslöseelement, d. h. das Thermobimetall 102 aus. Sowie ein Kurzschlußstrom im Bereich B auftritt, der größer ist als I_MA14, läuft der Auslösevorgang in der Weise ab, wie oben beschrieben. Die Trennstelle 92 öffnet (gegebenenfalls mehrmals) und kommutiert den Strom auf den Nebenzweig 44. Sowie nach ein- oder mehrmaligem Öffnen der Widerstand 74 (ein PTC-Widerstand gleich dem Widerstand 58 der Fig. 4b) und auch der Widerstand 46 (ein NTC-Widerstand gleich dem Widerstand 58 der Fig. 4a) infolge Erreichen eines Wertes Q₁₄ = ∫ i² dt ausreichend heiß sind und damit ihren Widerstandwert entsprechend geändert haben, spricht der Auslöser (Spule 72) an und wirkt auf das Schaltschloß 104 zur endgültigen Öffnung der Trennstelle 92 und damit auf das Schaltschloß 106 zur endgültigen Öffnung der Trennstelle 90. Dieser Vorgang läuft dann ab, wenn der Kurzschlußstrom in dem Bereich liegt, der durch die horizontale Linie K_14MA begrenzt wird. Bei höheren Kurzschlußströmen lösen die Auslöser 96 und 94 praktisch sofort.

Findet ein Kurzschluß im Bereich A statt, so wird dieser durch den Leitungsschutzschalter 26 unterbrochen, bevor die Auslösevorrichtung anspricht. Wenn ein Kurzschlußstrom im Bereich B auftritt, der größer ist als I_MA14, läuft der Auslösevorgang in der Weise ab, wie oben beschrieben.
Die Anordnung der Fig. 8 kann praktisch in drei Teile unterteilt werden.
Man erkennt insgesamt drei eingerahmte Elemente, einen strichlierten I, einen strichpunktierten III und einen Teil II .. -- Linierung. Der strichlierte Teil ist mit I bezeichnet und bildet praktisch einen ersten Leitungsschutzschalterautomat mit Thermobimetall, während der -- .. eingerahmte Teil einen zweiten Leitungsschutzschalterautomat ohne Thermobimetall bildet und mit II bezeichnet ist. Der strichpunktierte Teilbereich III ist als Zwischenteil anzusehen, der der Auslöseeinrichtung 48 (vergl. Fig. 3) entspricht.
Nachzutragen ist, daß der horizontale Bereich (Q₁₄ I K14MA) nur im sogenannten idealen Fall so verläuft, ähnlich wie die nach unten weisenden Spitzen bei I_MA26. In der Wirklichkeit verlaufen die Kurven etwas abgerundeter, wobei allerdings bei K₁₄ ein deutlich flacherer Bereich vorhanden ist als bei K₂₆.
Zu Fig.6 ist noch kurz auszuführen, daß das freie Ende des Thermobimetalles 76, also im Bereich des Kontaktes 79, mit der Leitung des Parallelzweiges 44 mittels einer Litze 77 verbunden ist, damit sich das Bimetall 76 ungehindert bewegen kann.

Claims

1. Selektivschutzeinrichtung zur selektiven Abschaltung von Verbrauchern mit mindestens einem Hauptleitungsschutzschalter (14) mit einer ersten Auslösekennlinie, sowie mit mindestens einem einer Verbrauchergruppe zugeordneten Leitungsschutzschalter (26) mit einer zweiten Auslösekennlinie, die unterhalb der ersten Auslösekennlinie liegt, wobei der Hauptleitungsschutzschalter (14) in seinem Strompfad eine Trennstelle besitzt, die von einem Schlaganker bei Auftreten eines Über- oder Kurzschlußstromes geöffnet wird und bei Absinken des Stromes unter einen bestimmten Wert schnell automatisch wieder eingeschaltet werden kann, wobei eine summierende Auslösevorrichtung (48) vorgegeben ist, die in Abhängigkeit des Kurzschlußstromes oder in Abhängigkeit von den Öffnungs- und Schließvorgängen des Hauptleitungsschutzschalters (14) bei Erreichen eines vorgegebenen Summenwertes auf das Schaltschloß (50, 104/106) einwirkt, das die Trennstelle endgültig öffnet, unter Verwendung von thermischen und magnetischen Auslösern, dadurch gekennzeichnet, daß die summierende Auslöseeinrichtung (48) aus der Reihenschaltung oder Parallelschaltung oder Reihen- und Parallelschaltung eines aus dem Leitungsstrom ∫ i² dt bildenden Zweiges und einer Auslösespule (54 ; 72) besteht, die in einem Parallelzweig (44) zum Strompfad (16 ; 18) des Hauptleitungsschutzschalters (14) liegt, in den bei Auftreten eines Kurzschlußstromes eine im Strompfad (16 ; 18) angeordnete Umschaltvorrichtung (40) den Strom zumindest teilweise kommutiert.

2. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltvorgang der Umschaltvorrichtung (40) von der Öffnungsbewegung der Trennstelle (42) gesteuert ist.

3. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung (40) eine Hilfstrennstelle (61) aufweist, welche bei Öffnen der Trennstelle (42) von dieser angesteuert mechanisch und/oder elektrisch geöffnet wird und den Strom auf den Parallelzweig zumindest teilweise kommutiert, wobei der Parallelzweig parallel zur Hilfstrennstelle geschaltet ist (Fig. 5a).

4. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfstrennstelle (61) in Reihe mit der Trennstelle (42) liegt.

5. Selektivschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelzweig (44) parallel zur Hilfstrennstelle (61) geschaltet und eine weitere Hilfstrennstelle (62) im Parallelzweig angeordnet ist, wobei bei Öffnen der Hilfstrennstelle die weitere Hilfstrennstelle schließt und bei einer Auslösung über ein Hebelgestänge sowohl die Trennstelle als auch die Hilfstrennstellen in Ausschaltstellung bewegbar sind.

6. Selektivschutzeinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelzweig (44) mit einem Ende an e;nem der Lichtbogenlöschbleche(64) des Haupt- leitungsschutzschalters (14) angeschlossen ist.

7. Selektivschutzeinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Leitungsstrom f i² dt bildende Zweig einen NTC-Widerstand enthält, der in Reihe zur Spule geschaltet ist.

8. Selektivschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Leitungsstrom ∫ i² dt bildende Zweig durch einen parallel zur Spule,(54) des Magnetauslösers und ggf. zum NTC-Widerstand (56) geschalteten PTC-Widerstand (58) gebildet ist.

9. Selektivschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Leitungsstrom f i² dt bildende Zweig durch ein Thermobimetall (53) gebildet ist, das einen Stromweg parallel zur Hilfstrennstelle bildet, wobei am sich ausbiegenden Ende des Thermobimetalls ein Kontakt (55) angebracht ist, der zusammen mit dem Ende der Spule (54) eine Kontaktstelle (55, 57) bildet, die in stromlosen Zustand geöffnet und bei Durchfließen eines Überstromes geschlossen ist, so daß zumindest ein Teil des Stromes dann durch die Spule zur Auslösung des Schaltschlosses fließt.

10. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verzögerung der Öffnungsbewegung des Thermobimetalles (76) an diesem eine Verzögerungsmasse (86) angebracht ist.

11. Selektivschutzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung des Auslösevorganges bei sehr hohen Kurzschlußströmen die Verzögerungsmasse (86) aus Weicheisen hergestellt ist und sich im Anziehungsbereich eines vom Strom des Hauptstrompfades (18) durchflossenen Eisenjoches (88) befindet.

12. Selektivschutzeinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Leitungsschutzschalter (I, 11) nebeneinander angeordnet sind, welche jeweils einen Magnetauslöser aufweisen und deren Trennstellen (92, 90) miteinander in Reihe liegen, wobei parallel zu der Spule (96) des ersten Leitungsschutzschalters ein Thermobimetall (102) geschaltet ist, und daß ein Zwischenteil (111) vorgesehen ist, das den parallel zur Trennstelle des ersten Leitungsschutzschalters (I) liegenden aus dem Leitungsstrom f i² dt bildenden Zweig aufweist.