Überstromschutzvorrichtung für Stromversorgungsanlagen von Wohn- und Betriebsgebäuden und dergleichen gebäuden Overcurrent protection device for power supply systems of residential and commercial buildings and the like
Die Erfindung betrifft eine Überotromschutzvorrichtung für Stromversorgungsanlasen von Wohn-und Betriebsgebäuden und dergleichen Gebäuden , insbesondere für Stromversorgungsje anlagen von Wohnhäusern mit einem Überstromcchutzαrgan zum Schutz der Stromlettungen im Bereich der Hauseinfuhrung die mit dem Verteilungsnetz durch von dessen Phasonleitern abzweigende Hausanschlußleitunge-Stromleiter verbunden sind .The invention relates to an over-current protection device for power supply systems of residential and commercial buildings and similar buildings, in particular for power supply systems in residential buildings with an over-current protection device for protecting the power lines in the area of house introduction, which are connected to the distribution network by means of house connection line power lines branching off from its phason conductors.
Pur das Errichten von sogenannten Hauαeinführungen ala Teil von Starkstrosanlegen mit Hennspannungen bis 1 000 Volt wird Teil 732/03.83 der als VDE-Bestimnung gekennzeichneten Deutschen Norm , Reihe DIN 57 100 VDE 0100 angewendet , in Verbindung mit den entsprechenden anderen Normen dieser jie Reihe . Dergemäß umfaßt eine Hauseinführung hauseinführungsein leitung oder hauseinführungskabel , beide im folgenden als Leitungen bezeichnet , die ander Eintrittsttolle ins Gebäude beginnen , und den zugehörigen Hausancchlußkssten , welcher die Übergabestelle zur Verbraucheranlage bildet . Jede Hauseinführung enthält in dem Hausanschlußkasten die erforderlichen Überstromschutsorgane , zumeist atreifenförmige Schmelzsicherungsstücke , Der Rindestquerschnitt für Stromleiter der Hauseinführungaleitung ist entsprechend dem Mennstrom der Überstromschutzorgane bemessen , und die Haus einführungsloitung ist so verlegt , daß bei einem Lichtbogenkurzschluß das Leitungsctück ohne Gefahr einer ßrandausweitung auf das Gebäude ausbrennen kann . Geht auch demit der eigentlich für die Verbrauchersulage bezweckte Leitungsschutz suf die Hauseinführungsleitung und gegebenenfalls derüberhinsus auf die Hausanschlußleitung ,
so kann er doch nur bei Kurzschluß oder bei Verursachung eines Überstromes in der Verbraucheranlage wirksam werden .Part 732 / 03.83 of the German standard, identified as VDE regulation, series DIN 57 100 VDE 0100, is used in connection with the corresponding other standards of this series for the establishment of so-called housings as part of high voltage systems with electrical voltages up to 1,000 volts. Accordingly, a house entry includes house entry line or house entry cable, both referred to below as lines that start at the entrance tunnel into the building, and the associated house terminal, which forms the transfer point to the consumer system. Each house entry contains in the house junction box the necessary overcurrent protection elements, mostly tire-shaped fuse pieces, the bare cross-section for current conductors of the house entry line is dimensioned according to the nominal current of the overcurrent protection elements, and the house entry solution is laid so that in the event of an arcing short the line leakage without risk of building expansion can. Does this also go with the line protection that is actually intended for the consumer bankruptcy on the house entry line and, if applicable, on the house connection line, it can only be effective if there is a short circuit or if an overcurrent is caused in the consumer system.
Bei der Erschließung von ftebauungsflachen für Neubesiedlung an der Peripherie der großen Städte und Gemeinden sowie bei der Erbauung neuer Stadt- und Ortsteile ist das elektrische Verteilungsnetz für die Stromversorgung in entsprechendem Umfang teils weiter ausgebaut , teils neu errichtet worden . Derzeit ist in den größeren Gemeinden , die über ein örtliches Elektrizitätswerk verfügen , nicht nur das Verteilungsnetz mit gräßer gewordener Anzahl von Netzhauptleitungen erweitert worden , die mit zum Teil unterschiedlichen Nennspannungen zu verschiedenen Gruppen von Verbraucheranlagen führen , auch die Anzahl der von diesen Netzhauptleitungen zu den einzelnen Gebäuden abzweigenden Hausanschlußleitungen ist schon , besonders in Vohnsiedlungen , beträchtlich groß . Hier liegen die an einer Netzhauptleitung parallelgeschalteten Hausanschlußleitungen mit geringen Abständen nebeneinander , ähnlich wie in den Straßenzügen der Städte . In Anbetracht des beim Ausbau der Verteilungsnetze für die Stromversorgung von Gebäuden in gewachsener großer Anzahl erreichten Entwicklungsstandes kann die Möglichkeit nicht mehr ausgeschlossen werden , daß zum Beispiel die als Erdkabel verlegten Hausanschlußleitungen gefährdet sind . Beim Einsatz von Schaufelbaggern für Ausschachtarbeiten sowie auch durch andere Tiefbauwerkzeuge , die bei immer wieder und häufig notwendigen Instandsetzungen von Rohrieitungen in. der Erde oder bei der Zabelverlegung eingesetzt werden , kann der Mantel eines Hausanschlußkabels beschädigt oder durchgeschlagen werden , so daß Stromleiter kurzgeschlossen werden . Wenn dann infolge eines Kabelbrandes oder bei Lichtbogenkurzschluß nicht ausbrennen kann , ist die Netzhauptleitung kurzgeschlossen und die Stromversorgung der an sie angeschlossenen Häuser wird unterbrochen . Nicht ausgeschlosser ist auch die Möglichkeit einer Gefährdung von Hausanschluß Ieitungen in Freileitungsnetzen , zum Beispiel durch Blitz einschlag , durch Sturmeinwirkung auf die Dachstander an Gebäuden sowie durch Hitze bei einem Gebäudebrand . Als aussergewöhnliche
Ursache einer Gefährdung oder Zerstörung insbesondere von Hausanschlußleitungen , sei noch die Anwendung von Gewalt auf Gbäude , Straßen und Wege angeführt .When developing development areas for new settlements on the periphery of large cities and municipalities as well as when building new urban and urban districts, the electrical distribution network for the power supply has been expanded to an appropriate extent, in some cases newly built. At present, in the larger municipalities that have a local power plant, not only has the distribution network been expanded with an increased number of main mains lines, which lead to different groups of consumer systems with partly different nominal voltages, but also the number of these main mains lines to the individual ones Building connection lines branching off from buildings is already considerably large, especially in residential areas. Here, the house connection lines, which are connected in parallel on a main network line, are located close to each other, similar to those in the streets of cities. In view of the development level that has been achieved in large numbers when the distribution networks for the power supply of buildings have grown, the possibility can no longer be excluded that, for example, the house connection lines laid as underground cables are at risk. When using shovel excavators for excavation work as well as other civil engineering tools, which are used for repairs to pipelines in the ground, which are frequently and frequently necessary, or when laying cables, the sheath of a house connection cable can be damaged or broken through, so that the electrical conductors are short-circuited. If, as a result of a cable fire or arcing short circuit, the main power line is short-circuited and the power supply to the houses connected to it is interrupted. The possibility of endangering house connections in overhead line networks, for example due to lightning strikes, storms on the roof stands on buildings and heat from a building fire, is also not excluded. As exceptional The cause of a risk or destruction, particularly of house connection lines, is the use of force on buildings, streets and paths.
Durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindung wird eine Überstromschutzeinrichtung der eingangs angegebenen Art für Stromversorgungsanlagen , insbesondere von Woh Wohngebäuden , geschaffen , mit der ein Leitungsschütz für Hausanschlußleitungen und darüber hinaus auch für Netzhaupt leitungen erreicht wird ,der bei einem im Bereich zwischen dem Verteilungsnetz und den Uberstromschutzorganen der Hauseiführungen verursachten Überstrom oder Kurzschluß schnell zur Wirkung kommt .By the invention characterized in the claims, an overcurrent protection device of the type specified for power supply systems, in particular residential buildings, is created with which a line contactor for house connection lines and also for main network lines is achieved, which is in the area between the distribution network and the Overcurrent protection devices of the house guides caused overcurrent or short circuit to come into effect quickly.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin , daß zusätzlich ein Überstromschutzorgan in jedem Stromleiter einer Haus anschlußleitung vorgesehen ist , und zwar kurz hinter der Abzweigung der Hauseinführungsleitung vom Verteilungsnetz, welches Schutzorgan enthält einen Leitungsschutzschalter eine diesen Schutzschalter betätigende Steuereinheit , die einen Signalverstärker aufweisen kann , der mit Strom aus dem Verteilungsnetz versorgt wird , einen Überstromdetektor ,von welchen der Steuereinheit ein die AbschAlTUNG DES Stromes (Verbraucherstrom) mittels des Leitungsschutzschalters steuerndes Signal zugeleitet wird , wenn in dem betreffenden Stromleiter der Hausanschlußleitung ein Überstrom entsteht , und ein Überwachungsorgan , von welchem der Steuereinheit ein die Wiedereinschaltung des Stromes steuerndes Signal zugeleitet wrd , wen n die Ursache des Überstromes beseitigt ist .The invention consists essentially in the fact that an overcurrent protection element is additionally provided in each current conductor of a house connection line, and that shortly after the branching of the house entry line from the distribution network, which protection element contains a line circuit breaker which actuates this circuit breaker control unit, which can have a signal amplifier that can be used with Power is supplied from the distribution network, an overcurrent detector, from which the control unit receives a signal that controls the switch-off of the current (consumer current) by means of the circuit breaker if an overcurrent occurs in the relevant current conductor of the house connection line, and a monitoring device, from which the control unit receives a signal the signal controlling the reclosure of the current is supplied if the cause of the overcurrent has been eliminated.
Damit ist eine Überstromschutzvorrichtung nit schaltbaren Schutzorganen geschaffen , die durch Überstrom gesteuert werden und Überströme , Kurzschlüsse in der Hausanschlußleitung
oder auch in dar Hauseinführungsleitung schnell abschalten. Eine kurzgeschlossene Leltung wird somit rechtzeitig geschützt vor Gefährdung durch hohe Strombelastung und zugleich wird die Stromversorgung der über kurzschlußfreie Leitungen an das Verteilungsnetz angeschlossenen Verbraucheranlagen unterbrechungsfrei aufrechterhalten . Ebenso wird die stromversorgende Netzhauptleitung rechtzeitig vor Überlastung geschützt , so daß eine Notabschaltung des betroffenen Netzsektors vermieden wird . Zur Anwendung bei Leitungen in Freileitungsnetzen wie auch bei Leitungen in Kabelnetzen sind jeweils die überutroaschutzorgane sämtlicher Stromleiter einer Hausanschlußleitung in einem gemeinsamen Schutzgehäuse untergebracht . Dasselbe ist stoß- und schlagfest ausgebildet , ist hermetisch dicht verschließbar und weist für jeden Stromleiter sowie für den Nulleiter der Hausanschlußleitung eine Eingangs- und eine Ausgangsklemme auf . In bestimmten Anwendungsfällen kann es zweckmäßig sein , ein gemeinsames Schutzgehäuse für die Überstromschutzorgane von zwei oder sogar mehr Kausanschluß Ieitungen vorzugehen .This creates an overcurrent protection device with switchable protective devices that are controlled by overcurrent and overcurrents, short circuits in the house connection line or quickly switch off in the house entry line. A short-circuited ventilation system is thus protected in good time against the risk of high current loads and at the same time the power supply to the consumer systems connected to the distribution network via short-circuit-free lines is maintained without interruption. Likewise, the main power supply line is protected against overload in good time, so that an emergency shutdown of the affected network sector is avoided. For use in lines in overhead line networks as well as in lines in cable networks, the superutro protection devices of all current conductors of a house connection line are housed in a common protective housing. The same is designed to be shock and impact resistant, hermetically sealed and has an input and an output terminal for each current conductor and for the neutral conductor of the house connection line. In certain applications it may be appropriate to use a common protective housing for the overcurrent protection devices of two or even more chewing lines.
Ausführungsarten der Erfindung sind durch unterschiedliche Ausführungöformen des schaltbaren Uberstromocnutzorganes gem. der Erfindung gekennzeichnet , die in der Beschreibung unten an Beispielen erläutert sind und wie folgt skizziert sind . 1 Ein elektromechanisches Schaltschaltschütz dient als Leitungsschutzschalter des Überrstromschutzorganes . Die zugehörige Steuereinheit enthält zwei an das Verteilungsnetz als Stromquelle angeschlossene Relaisstroakreise für elektromagnetische Betätigung , davon einen für die Trennung und einen für die Schließung der Schaltschützkontakte , mit je einom Halbleiterschaltglied und je einer Erregerspule in Reihen schaltung . Das Halbleiterschaltglied des Relainstrom kreises für die Trennung der Schsltachützkontakte wird durch ein Signal des Überstromdetektors und/oder dursb ein bei
Kurzschluß in der Hausanschlußleitung erzeugtes Signal angesteuert , um denErregerstrom einzuschalten . Das Halbleiterschaltglied des Relaisstromkreises für die Schließung der Schaltschützkontakte zur Wiedereinschaltung des Verbraucherstromes wird , um den Erregerstrom einzuschalten , durch ein Signal des Überwachungsorganes angesteuert , nämlich durch das nach Beseitigung der Ursache des Überstromes bzw. des Kurzschlußes wiederkehrende SignalEmbodiments of the invention are characterized by different versions of the switchable Uberstromocnutzorganes. characterized in the invention, which are explained in the description below using examples and are outlined as follows. 1 An electromechanical contactor serves as a circuit breaker for the overcurrent protection device. The associated control unit contains two relay current circuits connected to the distribution network as a current source for electromagnetic actuation, one for the separation and one for the closing of the contactor contacts, each with a semiconductor switching element and an excitation coil in series connection. The semiconductor switching element of the relay circuit for the separation of the Schsltachützkontakte is by a signal from the overcurrent detector and / or a Short circuit signal generated in the house connection line driven to switch on the excitation current. The semiconductor switching element of the relay circuit for closing the contactor contacts for reclosing the consumer current is activated by a signal from the monitoring element in order to switch on the excitation current, namely by the signal recurring after the cause of the overcurrent or the short circuit has been eliminated
Für die elektromagnetische Betätigung mit Erregergleichstrom sind die Relaisstromkreise über einen Netzgleichricnter an das Verteilungsnetz angeschlossen . Um die Schaltschützkontakte bei der Abschaltung des Stromes mit kürzeren Betätigungszeiten trennen zu können , ist der dafür vorgesenene Relaisstromkreis in bekannter Weise an eine Stromquelle mit einer Gleichspannung angeschlossen , die größer ist als die Netzgleichrichterspannung . Die gleicne Maßnahme kann für den Relaisstromkreis für die Schließung der Schaltschütz kontakte durchgeführt werden , um dieselben ebenfalls mit kürzeren Betätigungszeiten als ohne diese Maßnahme bei der Einschaltung des Stromes schließen zu können . 2For electromagnetic actuation with excitation direct current, the relay circuits are connected to the distribution network via a mains rectifier. In order to be able to separate the contactor contacts with shorter actuation times when the current is switched off, the relay circuit provided for this purpose is connected in a known manner to a current source with a DC voltage which is greater than the mains rectifier voltage. The same measure can be carried out for the relay circuit for the closing of the contactor contacts, in order to be able to close the same also with shorter actuation times than without this measure when the current is switched on. 2nd
Ein Halbleiter-Schaltschütz mit zwei gegensinnig parallelgeschalteten Netzthyristoren dient als Leitungsschuczschalter. Die zugehörige Steuereinheit enthalt einen Steuerimpuisgeber mit einem für beide Hetzthyristoren gemeinsamen Ausgang , welchem ein Halbleiterschalter parallelliegt . Der Steuerimpusgeber ist an das Verteilungsnetz als Stromquelle zur Bildung von Steuerimpulsen angeschlossen , durch welche die Netzthyristoren des Leitungsschutzschalters stromleitend für Durchlaß des Wechselstromes (Verbraucherstrom) gesteuert werden . Bei Überstrom oder Kurzschluß in der Hausanschlußleitung wird zur Abschaltung des Verbraucherstromes durch Selbstlöschung jeweils eines der beiden Netzthyristoren der erwähnte Halbleiterschalter durch ein Signal des überstromdetektors bzw. durch ein Signal eines Kurzschlußdetektors stromleitend gemacht und dadurch der Steuerausgang so lange kurzgeschlossen gehalten , bis ein Signal des überwachungsorganes
zur Wiedereinschaltung des Verbrauchestromes abgegeben wird, wodurch das Signal des Uberstromdetektors beendet wird .A semiconductor contactor with two line thyristors connected in parallel in opposite directions serves as a line protection switch. The associated control unit contains a control pulse generator with an output common to both hetzthyristors, to which a semiconductor switch is connected in parallel. The control pulse generator is connected to the distribution network as a current source for the formation of control pulses, by means of which the network thyristors of the circuit breaker are controlled in a current-conducting manner for passage of the alternating current (consumer current). In the event of an overcurrent or short circuit in the house connection line, one of the two network thyristors causes the semiconductor switch mentioned to be turned off by a signal from the overcurrent detector or by a signal from a short-circuit detector, and the control output is thus kept short-circuited until a signal from the monitoring element is present, in order to switch off the consumer current by self-extinguishing is released to restart the consumption current, whereby the signal of the overcurrent detector is terminated.
3 Bei dieser Ausführungsform des schaltbaren Überstromschutzorganes besteht der Leitungsschutzschalter darin , daß der Reihenschaltung eines elektromechanisehen Schaltschützes und einer Drossel ein Halbleiter-Schaltschütz mit zwei gegen sinnig parallelen Netzthyristoren parallelgeschaltet ist . Das Halbleiter-Schaltschütz dient hier als Hilfsschaltmittel für insbesondere ein strom-und schaltlichtbogenfroies Trennen der Schaltschützkontakte voneinander beim Abschalten des Stromes . An der Drossel der erwähnten Reihenschaltung bildst sich durch den Stromanstieg beim Entstehem eines Überströmes eine impulsförmige Spannung , die am Halbleiter-Schaltschütz anliegt und die Zündung eines Netzthyristors ermöglicht , so daß derselbe durch das Signal des Überstromdetektors uno/oder durch ein Signal eines Kurzschlußdetektors , vorzugsweise des als ein soloner verwendeten Überwachungsorganes , stromleitend aufgesteuert wird . Dasselbe der Steuereinheit des Halbleiter-Schaltschützes zugeleitete Signal wird gleichzeitig der Steuereinheit des elektroiuechanisehen Schalftschützes zugeleitet , um das Halbleiterschaltglied des Reiaisstromkreises für die Trennung der Schaltscnützkontakte anzusteuern und den Erregersrrom dafür einzuschalten . Den Steuereinheiten der Melbleirey-Schaltschütze. muß dieses Sigual, zwecks fortwährender Austeuerung der Netzthyristoren, länger andauernd als die Abschaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes zugeführt werden , damit die Ketzthyristorea für den durch sie eingeschalteten Strom stromleitend bleiben und dadurch die arm Schaltschützkontakte bis zu ihrer Trennung stromfysi gehalten werden . Das nach Beseitigung der Ursache eines über-- stromes oder Kurzschlußes abgegebene Signal des überwachungsorganes wird der Steuereinheit des elektromechanischen Bchaltschützes zugeleitet , um das Halbleiterschaltglied des Relaisstrotskreices für die Schließung der Schaltschutzkontakte anzusteuern und den Erregerstrom dafür einzuschalten .
Dasselbe Signal kann gleichzeitig der Steuereinheit des Halbleiter-Schaltschützes zugeleitet werden , wenn die Schaltkontakte des elektromechanisehen Schaltschützes auch lichtbogenfrei geschlossen werden sollen . Hierfür müssen die Netzthyristoren des Halbleiter-Schaltschützes durch das3 In this embodiment of the switchable overcurrent protection device, the circuit breaker consists in the fact that the series connection of an electromechanical contactor and a choke is connected in parallel with a semiconductor contactor with two sensibly parallel line thyristors. The semiconductor contactor is used here as auxiliary switching means for, in particular, disconnecting the contactor contacts from one another when the current is switched off and is free from arcing. At the choke of the series connection mentioned, a pulse-shaped voltage is formed by the current rise when an overflow arises, which is applied to the semiconductor contactor and enables the ignition of a line thyristor, so that it is uno / or by a signal from a short-circuit detector, preferably of the monitoring body used as a soloner is turned on in a current-conducting manner. The same signal fed to the control unit of the semiconductor contactor is simultaneously fed to the control unit of the electro-mechanical contactor in order to control the semiconductor switching element of the rice circuit for the separation of the switching contactor contacts and to switch on the excitation current therefor. The control units of the Melbleirey contactors. This sigual must, in order to continuously control the line thyristors, be supplied for longer than the switch-off time of the electromechanical contactor, so that the line thyristors remain conductive for the current they are switched on and the arm contactor contacts are kept current physically until they are separated. The signal of the monitoring device that is emitted after the cause of an overcurrent or short circuit has been eliminated is fed to the control unit of the electromechanical contactor in order to control the semiconductor switching element of the relay current circuit for closing the switch protection contacts and to switch on the excitation current for this. The same signal can be fed to the control unit of the semiconductor contactor at the same time if the switch contacts of the electromechanical contactor are also to be closed without arcing. For this, the line thyristors of the semiconductor contactor must pass through the
Signal länger als die Einschaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes stromleitend gehalten werden .Signal is kept conductive for longer than the switch-on time of the electromechanical contactor.
Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert , woraus je eine Ausführung des Überstromdetektors und des Uberwachungsorganes ersichtlich ist . Es zeigtThe invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments with reference to the drawing, from which one version of the overcurrent detector and one of the monitoring elements can be seen. It shows
Figur 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Überstromschutzorgan für eine nach VDE 0100 Teil 732/03-83 errichtete Starkstromanlage Figur 2 das Blockschaltbild eines Überstromschutzorganes gemäß der Erfindung entsprechend der oben skizzierten Ausführungsform 1 und1 shows a schematic representation of an overcurrent protection device according to the invention for a high-voltage system constructed in accordance with VDE 0100 Part 732 / 03-83. FIG. 2 shows the block diagram of an overcurrent protection device according to the invention in accordance with embodiment 1 and
Figur 3 das Blockschaltbild eines Überstromschutzorganes gemäß der Erfindung entsprechend der oben skizzierten Ausführungsform 2 und3 shows the block diagram of an overcurrent protection device according to the invention in accordance with the embodiment 2 and
Figur 4 das Blockschaltbild eines Überstromschutzorganes gemäß der Erfindung entsprechend der oben skizzierten Ausführungsform 3 In den Figuren 2 bis 4 ist je eine Überstromschutzorgan gemäß der Erfindung für lediglich einen Phasenstromleiter einer4 shows the block diagram of an overcurrent protection device according to the invention corresponding to embodiment 3 outlined above. In FIGS
Dreiphasenleitung dargestellt . Gleiche Elemente und Bestandteile der verschiedenen Ausführungen des Überstromschutzsind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen .Three-phase line shown. Identical elements and components of the different versions of the overcurrent protection are provided with the same reference symbols in the figures.
In der Figur 1 ist lediglich der mit Bezugszeichen E versehene Teil , nämlich die Hauseinführung , einer Starkstromanlage für die Stromversorgung ein.es Wohngebäudes dargestellt Sie umfasst die beim Eintritt in das Gebäude H beginnende Hauseinführungsleitung 1 und den Hausanschlußkasten HK , der Überstromschutzorgane Ü enthält , welche streifenförmige Sicherungen Si sind . Der Anlagenteil in Figur 1 rechts neben der Verzweigung V der Hauseinführungsleitung zu den einzelnen Verbrauchergruppen heißt Verbraucheranlage , sie ist dureli das Bezugszeichen A angedeutet
In die Hausanschlußleitung 1' , durch welche die Haus - einführungsleitung 1 mit einer Netzhauptleitung des Verteilungsnetzes N verbunden ist , sind zusätzlich Überscromschutzorgane Ü' eingesetzt , die im Unterschied zu den Sehutzorganen Ü der Eauseinführung achaltbar sind . Nach Figur 1 sind die Überstromschutzorgane Ü' unmittelbar hinter der Abzweigung AN der Leitung 1' von der Hetshauptleitung eingesetzt , und zwar ein übörstromschutzorgan Ü' in jedem Stromleiter 1R' , 1S', 1T' der Hausanschlußleitung 1 ' , die ebenso wie die Uetzhauptleitung des Verteilungsnetzes N und die Hauseinführungsleitung 1 dreiphasig ist , das heißt drei Fnasenstromleiter neben einem Hulleiter MP enthält . Abzweigungen AN weiterer dreiphasiger Hausanschlußleitungen 1' von derselben ßetzhauptleitung sind in der Figur 1 rechts eingezeichnet . Eine jede dieser Leitungen führt in ein anderes Gebäude und enthält gleiche schaltbare überstrotmschutzorgane Ü' .In FIG. 1, only the part provided with reference symbol E, namely the house entry, a high-voltage system for the power supply of a residential building is shown.It comprises the house entry line 1 starting at the entrance to the building H and the house junction box HK, which contains overcurrent protection elements Ü, which strip-shaped fuses are Si. The part of the installation in FIG. 1 to the right of the branch V of the house entry line to the individual consumer groups is called the consumer installation, it is indicated by the reference symbol A. In the house connection line 1 ', through which the house entry line 1 is connected to a main network of the distribution network N, additional cross-protection devices U' are inserted, which, in contrast to the visual protection devices U, can be activated. According to Figure 1, the overcurrent protection devices Ü 'are used immediately behind the branch line A N of the line 1' from the main main line, namely an over-current protection device Ü 'in each conductor 1 R ', 1 S ', 1 T ' of the house connection line 1 ', which also how the main network line of the distribution network N and the house entry line 1 is three-phase, that is to say contains three phase current conductors in addition to a phase conductor MP. Branches A N of further three-phase house connection lines 1 'from the same main line are shown in FIG. 1 on the right. Each of these lines leads to a different building and contains the same switchable overcurrent protection devices Ü '.
Schaltbar ist ein Überstromschutzorgan gemäß der Erfindung durch Verwendung einen Leitungsschutzschalters L als Eestandteil , der mittels einer Steuereinheit St , die gegebenenfalls Signalverstärker enthält , geöffnet wird und dadurch den Stroit in dem Stromleiter abschaltet , in welchen das Überstromschutzorgan eingesetzt ist , sobald dieser Stromleiter überstrom führt 1 und der Leitungaschutzschalter geschlossen wird und dadurch den Strom in dem Stromleiter wieder einschaltet , sobald die Ursache des Überstromes beseitigt ist . Oberstrcm wird durch einen übers tromdetektcr D mit einem Stromsenaor Wst erfaßt und an einenAn overcurrent protection device according to the invention can be switched by using a circuit breaker L as a component, which is opened by means of a control unit St, which may contain signal amplifiers, and thereby switches off the Stroit in the current conductor in which the overcurrent protection device is inserted as soon as this current conductor leads to overcurrent 1 and the line circuit breaker is closed and thereby switches the current in the conductor back on as soon as the cause of the overcurrent has been eliminated. Upper current is detected by a current detector D with a current sensor W st and sent to one
Eingang I der Steuereinheit St signalisiert . Durch ein überwschungsorgan Ö wird ein Signal als Kriterium für die Beseitigung der überstromursache gebildet , welches einem Eingang II der Steuereinheit zugeleitet wird . Der Leitungs schutzschalter wird jeweils durch Wirkungsverbindung mit dem Steuerausgang III von St in dem entsprechenden Sinne betätigt .Input I of the control unit St signals. A signal is formed by a monitoring device Ö as a criterion for eliminating the cause of the overcurrent, which is fed to an input II of the control unit. The circuit breaker is actuated in each case by means of an operative connection with the control output III from St in the corresponding sense.
Die genannten Bestandteile L , St , O und D mit wst bilden zusammen je ein schaltborer Überstromschutzorgan .
Die drei schaltbaren überstromschutzorgane in den Strom - lsitern 1R', 1S' , 1T' der dreiphasigen Hausanschlußleitung 1' sind in ein gezaeinsataes Schutzcrehäuse 0 , dessen Houptmerkmale oben angegeben sind , eingeschlossen , wie es aus den Figuren 2 bis 4 zu ersehen ist , wo jedesmal ein Überstromschutzorgan Ü von drei gleichen solcher Schutzorgane dar - gestellt ist .The constituents L, St, O and D mentioned with w st each form a switchable overcurrent protection device. The three switchable overcurrent protection devices in the current sensors 1 R ', 1 S ', 1 T 'of the three-phase house connection line 1' are enclosed in a protective protective housing 0, the main features of which are given above, as can be seen from FIGS. 2 to 4 is where an overcurrent protection device Ü of three identical protection devices is shown each time.
Das in der Figur 2 dargestellte Überstrorfmschutzorgan SR 'anthält ein elektrotmechanisches Schaltschütz Sch als Leitungsschutzschalter mit einem in der Schliaßsteilung gezeigten Schaltkontaktpaar K,K , bestehend aus eines, feststehenden und einem schwenkbaren Schaltkontakt . Die zugehörige Steuerung St besteht aus zwei Relaisstromkreisen für elektromagnetische Betätigung mit je einer Erregerspule e1 bzw. e2 und je einom kontaktlosen Relaisschaltglied , und zwar Thyristoren T1 bzw. T2 , in fieihenschaltung , die am Ausgang eines sie einspeisenden Netzgleichrichters G1 parallelge schaltet sind . Dieser ist über einem Netztransformator Tr an die Netzphase (hier R) angeschlossen , von welcher der zu schützende Stromleiter (hier 1R' ) abzweigt .The overcurrent protection device S R ' shown in FIG. 2 contains an electromechanical contactor Sch as a line circuit breaker with a switch contact pair K, K shown in the closing division, consisting of a fixed and a pivotable switch contact. The associated controller St consists of two relay circuits for electromagnetic actuation, each with an excitation coil e 1 or e 2 and one contactless relay switching element, namely thyristors T1 and T2, in series connection, which are connected in parallel at the output of a mains rectifier G1 feeding them. This is connected via a network transformer Tr to the network phase (here R), from which the current conductor to be protected (here 1 R ') branches off.
Die Erregeropulen sind Zjündorwicklungen mit je eines in und längs der Hpulenachse bewegbaren , stabföreisen Betätisungsoagnet m1 bzw. m2 , welcher mechanisch gekoppelt mit eines auf den schwenkbaren Gcholtkontakt K schlagenden Stößel nach Art eines Schlagankers ausgebildet ist . In der ϊ'ig. 2 ist der Stößel durch je eine gegen K gerichtete Pfeilspitze und die mechanische Kopplung durch je eine Wirkungslinie veranschaulicht . Durch ein der Steucrelektrode des Thyristors T1 , die den Eingang I von St bildet , zugeleitetes Zündaignel des unten näher beschriebenen Uberstromdetektors wird der Erregerstrom in der Spule e1 eingeschaltet und dadurch der Betätigungsvorganc zur Trennung der Schaltkoutakte K mittels des zugeordneten Stößels ausgelöst . Durch ein der Steuerelektrode des Thyristors T2 , die den Eingang II von St bildet , zugeleitetes Zündsignal des unben näher beschriebenen Uberwachungsorganes O wird in dar Spule e2
der Erregerstrom eingeschaltet , wodurch der Betätigubgsvorgang zur Schließung der Schaltscjützkontakte K mittels des zuordneten Stößels ausgelöst wird . Die erwähnten Wirkungslinien bilden jeweils einzeln einen mit III be- zeichneten Betätigungsausgang der St&αiereiheit St. Nach • Figur 2 bilden die zwei Relaisstromkreise mit den Thyrist. T1 ,T2 eine Gegentaktschaltung , die jedesmal durch ein Signal des Überstromdetektors mit der Einschaltung des Erregerstromes in der Spule e1 in Betrieb gesetzt , alsdann durch ein Signal des Überwachungsorganes 0 der Erregerstrom in der Spule e2 eingeschaltet wird , mit dessen Verschwinden die Gegentaktschaltung ausser Betrieb gesetzt wird Enthält sie, iie in Figur 2 einen Löschkondensator CL und Liefert der Netzgleichrichter G1 eine lückenfreie Gleichspannung oder wird das Signal des Detektors D verlängert bis zur Abgabe des Signals des Organs 0, dann fließt der mittels des Thyristors T1 eingeschaltete Erregerstrom bis zur Einschaltung des .Erregerstromes mittels des Thyristors T2 , wodurch T1 zwangsweise gelöscht wird , und dieser Erregerstrom fließt bis zur Einschaltung des Erregerstromes mittels des Thyristors T1 , wodurch wiederum T2 zwangsweise gelöscht wird , und so fort . Dadurch besteht der Vorteil, daß die SchaltSchutzkontakte K,K durch die oben erwähnten Betätigungsmittel jeweils in der eigenommenen Schaltstellung unabhängig von vorhandenen oder nicht vorhandenen gleich wirkenden Mitteln , welche bei den mechanischen Schalt schützen üblich sind , gesichert festgehalten werden und überdies jede Umschaltung in die jeweils andere Schalt stellung durch die dabei sich gegenseitig unterstützenden Betätigungsmittel beschleunigt wird .The excitation poles are ignition windings, each with a rod-shaped actuating magnet m1 or m2 that can be moved in and along the coil axis, which is mechanically coupled with a plunger that strikes the pivotable gold contact K in the manner of an impact anchor. In the ϊ'ig. 2, the plunger is illustrated by an arrow head directed against K and the mechanical coupling by an action line. The excitation current in the coil e1 is switched on by an ignition current of the overcurrent detector described in more detail below, which is supplied to the control electrode of the thyristor T1, which forms the input I of St, and thereby triggers the actuation process for separating the switching contacts K by means of the associated plunger. An ignition signal of the monitoring device O described in more detail above is supplied to the control electrode of the thyristor T2, which forms the input II of St, in the coil e2 the excitation current is switched on, which triggers the actuation process for closing the switching contact contacts K by means of the assigned plunger. The lines of action mentioned each individually form an actuation output, designated III, of the St. unit St. According to FIG. 2, the two relay circuits with the thyrist. T1, T2 a push-pull circuit which is activated each time by a signal from the overcurrent detector when the excitation current is switched on in the coil e1, and then by a signal from the monitoring device 0 the excitation current in the coil e2 is switched on, with the disappearance of which the push-pull circuit is deactivated If it contains a quenching capacitor C L in FIG. 2 and if the line rectifier G1 supplies a gap-free DC voltage or if the signal of the detector D is extended until the signal of the organ 0 is emitted, then the excitation current switched on by means of the thyristor T1 flows until the switch on .Excitation current by means of the thyristor T2, whereby T1 is forcibly extinguished, and this excitation current flows until the excitation current is switched on by means of the thyristor T1, which in turn forcibly extinguishes T2, and so on. This has the advantage that the switch protection contacts K, K are securely held by the above-mentioned actuating means, each in their own switching position, regardless of existing or non-existent means which are common in mechanical switching, and also switch over to each other switching position is accelerated by the mutually supportive actuating means.
Dieselben Vorteile ergeben sich , wenn die Thyristoren T1, und T2 durch Schalttransistoren als Halbleiterschaltglieder ersetzt sind und die Signale von D und O zur Ansteuerung jeweils verlängert sind bis zur Abgabe des nächstfolgenden (von 0 bzw. D) , auch bei nicht lückenfreier Gleichspannung des die Relaisstromkreise einspeiseneden Netzgleichrichters.
Die erwähnten Kaßnahmen , womit ein beschleunigtes Umschalten der Schaltschützkontakte erreicht wird , sind bei dem uberstromschutsorgan nach Figur 2 dadurch noch ergänzt , daß unter Verwendung der links neben der Figur dargestellten Ladeschaltung mit gesteuertecα Ladeschalter SL für einen Kondensator C die Schaltschützkontakte jeweils mit einer kürzeren Betätigungszeit als ohne Ladeschaltung voneinander getrennt werden , so daß auch eine entsprechend geringere Ansprechverzögerung der Betätigungsmittel des zugeordneten Helaisstromkreises erreicht wird . Die Ladeschaltung ist durch einen Gleichrichter mit einer zusätzlichen Sekundärwicklung wz des Hetztransforαators Tr verbunden , die für eine mehrfach höhere Spannung als die dem Hetzgleichrichter Gl zugeführte Spannung ausgelegt ist . Ein erhöhtes Leistungsgewicht des Transformators ist dafür nicht erforderlich . Der Kondensator C wird auf eine entsprechend hohe Gleichspannung über einen Widerstand und den Ladeschalter SL aufgeladen , die für eine gewünschte kurze Betätigungszeit , zum Beispiel 10 bis 20 Millisekunden , bemessen wird. Beide Eelaisctromkreise sind an der mit a bezeichneten Stelle an die hohe Gleichspannung am Ausgang a der Ladeschaltung angeschlossen .The same advantages result if the thyristors T1 and T2 are replaced by switching transistors as semiconductor switching elements and the signals from D and O are extended for actuation until the next one (from 0 and D) is emitted, even if the DC voltage is not gap-free Relay circuits feeding the mains rectifier. The measures mentioned, with which an accelerated switching of the contactor contacts is achieved, are supplemented in the overcurrent protection device according to FIG. 2 by using the charging circuit shown on the left next to the figure with a controlled charging switch S L for a capacitor C, the contactor contacts each with a shorter actuation time than be separated from each other without a charging circuit, so that a correspondingly lower response delay of the actuating means of the associated Helais circuit is achieved. The charging circuit is connected by a rectifier to an additional secondary winding wz of the Hetztransforαators Tr, which is designed for a voltage which is several times higher than the voltage supplied to the Hetz rectifier Gl. An increased power-to-weight ratio of the transformer is not necessary for this. The capacitor C is charged to a correspondingly high DC voltage via a resistor and the charging switch S L , which is dimensioned for a desired short actuation time, for example 10 to 20 milliseconds. Both electric circuits are connected to the high DC voltage at output a of the charging circuit at the point labeled a.
Der vorerwähnte υberstromdetektor D und , gleichfalls vorerwähnt , das überwachungsorgen O bilden die übrigen Bestsndteile auch des in der Figur 2 dargestellten Überstromschutzorganes Ö' . Bei diesem dient , wie ersichtlich , das kurze Leitungs- oder Kabelstück des Stromleiters 1R' zwischen Schaltschützkontaktpaar K,K und Ausgangsklemme KlA desselben als Stromsensor wst zur Erfassung von im Stromleiter 1R' auftretenden überströmen . An deca Leitungsstück sind zweiThe above-mentioned overcurrent detector D and, likewise, the monitoring device O also form the other main parts of the overcurrent protection element O 'shown in FIG. In this, as can be seen, the short line or cable section of the current conductor 1 R 'between the contactor contact pair K, K and the output terminal Kl A of the same serves as a current sensor w st for detecting overflows occurring in the current conductor 1 R '. There are two on the deca line section
Fühlleitungen f angeschlossen , die über eine Diskriainatoroder Filterschaltung F mit dem Eingang einer Gleichrichterbrücke Gr nach Graetz verbunden sind . Am Ausgang von Gr ist eine Schvellwertstufe st angeschlossen , welche einer Kippstufe k mit Verstäeker vorgeordnet ist . Die Bestandteile F , Gr , st , k bilden zusammen mit Wst den überstromdetektor D . Seinen Ausgang bildet der Ausgang von k , der
durch Signalleitungen einmal mit dem Steuereingang I von St, das heißt mit der S teuerel ektrod e des Thyristors T1 , und einmal mit dem Steuereingang b der erwähnten Ladeschaltung verbunden ist . Die Filterschaltung F ist eigens für Durchlaß der induktiven Komponente der am Leitungsstück von 1R' abgegriffenen Spannung ausgebildet und der Schwellwert der Stufe st ist so hoch bemessen , daß er nicht grösser ist als der Spannungswert der induktiven Komponente , welcher dem Anstieg di/dt des Stromes in der Hausanschlußleitung 1R' Dei einem Kurzschluß entspricht . Lamit wird nur im Fall eines Kurzschlußes ein Signal der Schwellwertstufe abgegeben wird und dadurch am Ausgang der Kippstufe k das Zündsignal für die Auslösung des Betätigungsvorganges zur Trennung der Schaltkontakte von Sch und für die Einschaltung des Ladestromes in der Ladeschaltung für den Kondensator C erzeugt . Das Zündsignal wird bereits bei der Entstenung eines Kurzschlußes erzeugt, so daß während des dadurch ausgelösten Betätigungsvorgarges der Kurzschlußstrom vorerst noch ansteigt und durch die Trennung der Schaltkontakte abgeschaltet wird , bevor er so groß wird , daß die Spannung des Verteilungsnetzes bei der Abzweigung der kurzgeschlossenen Hausanschlußleitung unzulässig weit absinkt . Ein Überstromdetektor D , wie vorangehend beschrieben , ist zusätzlich für die Erfassung von überströmen , die nicht infolge eines Kurzschlußes auftreten , einrichtet , zum Beispiel mit einer zusätzlichen Schwellwertstufe , welche eingangsseitig über eine zusätzliche Gleichrichterbrücke mit Fühlleitungen verbunden eind , die vor der Filterschaltung F von den Leitungen f abzweigen , Ausgangsseitig ist dieseSensor lines f connected, which are connected via a discriminator or filter circuit F to the input of a rectifier bridge Gr according to Graetz. At the output of Gr a threshold level st is connected, which is arranged upstream of a flip-flop k with an amplifier. The components F, Gr, st, k together with W st form the overcurrent detector D. Its output is the output of k, the is connected by signal lines once to the control input I of St, that is, to the control element e of the thyristor T1, and once to the control input b of the charging circuit mentioned. The filter circuit F is specially designed for passage of the inductive component of the voltage tapped at the line section of 1 R 'and the threshold value of the stage st is dimensioned so high that it is not greater than the voltage value of the inductive component, which corresponds to the increase di / dt of Current in the house connection line 1 R 'Dei corresponds to a short circuit. Lamit is only given a signal of the threshold level in the event of a short circuit, thereby generating the ignition signal at the output of the trigger circuit k for triggering the actuation process for separating the switching contacts from Sch and for switching on the charging current in the charging circuit for the capacitor C. The ignition signal is generated when a short circuit is cleared, so that the short-circuit current rises during the actuation process triggered thereby and is switched off by the separation of the switch contacts before it becomes so great that the voltage of the distribution network is inadmissible when the short-circuited house connection line is branched off sinks far. An overcurrent detector D, as described above, is additionally set up for the detection of overcurrents which do not occur as a result of a short circuit, for example with an additional threshold value stage, which is connected on the input side via an additional rectifier bridge to sensing lines which are connected to the filter circuit F by the Branch lines f, this is on the output side
Schwellwertstufe mit dem Eingang der Kippstufe k verbunden . Ihr Schwellwert ist so bemessen , daß ein Zündsignal erst erst erzeugt wird , wenn ein Überstreu, einen vorgegebenen Wert erreicht . Das Überwachungsorgan O des Überstromschutzorganes nach Fig .2
esteht in wesentlichen aus einem Spannungsteiler , der von den zwei in Reine gescheiteten Frimärwicklungen w1 , 2 zweier Sparnungswandler W1 , W2 gebildet wird . Dieser Spannungsteiler verbindet innernalt des Schutzgehäuces G von UR' die Eingangs-Anschlußklemme KlE dun Süroßleiters 1R' mit der Ausgangs-Anschlußklemme KlA des Nulleiters MP , er ist somit an die zwischen dem Netzphamenleiter K und Mi bestehende Ihasenspannung (Sternspannung) angeschlossen . Sein durch die Verbindung der Primärwicklungen w1 , w2 gebildeter Spanuungsteilungspunkt ist mit der Ausgangs-Anschlußklemme des Stromleiters 1R' verbunden . An der sekundärwicklung ws des spannungöwandlers W2 , über dessen Primärwicklung w2 die Stromleiter 1R' und MF an den Ausgangs-Anschlußklemmen KlA verbunden sind , ist ein Signalumformer angeschlossen . Dieser enthält an Eingang eine Glelonrichterbrücke Gr und nachgeordnet eine Umformerstufe U , deren Ausgang mit dem Steuereingang Il der Steuereinheit St , das heißt mi t der Steuerelektrode des THYRISTORS I2 verbunden ist . wänrend der stromversorgung den Hausanschlußes (schalt ohütz Sch ist geschlossen) beisteht an der Sekundärwicklung ws eine Wechsclspennung mit einem durch das uberse tzungsvernältnis
von W2 bestimmten , für die Signaibildung geeigneten kleinen Amplitudenwert als Teil des Amplitudenwertes der Netzphanenspannung . An der Sekundärwicklung wa verschwindet die Wechselspanng , wenn Kurzschluß in der Hausanschlußleitung 1R' auftritt , und sie besteht ao lange nicht oder ist zu klein für die Signalbildung , als die Hausanschlußleitung kurzgeschlossen bzw. niederohmig überbrückt ist . Die Wöchselspennung an ws kehrt wieder , sobald der Kurzschluß bzw. die Ursache einesUberstromes beseitigt ist . Durch die erwähnten Bestandteile Gr und U des Signalumformers wird diese Wechselspannung in ein rechteckföraiges Steuersignal für den Thyristor T2 der Steuereinheit St umgeformt , durch daa der Erregeretrom in der Erregerspule e2 eingeschaltet wird und der Betätiguagsvorgang zur Schließung der Schaltschützkontakte für die Wiedereinschaltung des Stromes ausgelost wird . Sie Länge des Steuersignales kann zweckmäßig auf eine Zeitdauer , beginnend bei Wiederkehr der Wechaelapannung an ws , begrenze sein , die nicht kürzer als die Betätigungszeit für die Schließung der
Schaltkottakte K , K ist , damit nach Schließung derselben der Erregerstrom abgeschaltet wird . Steuersignale mit begrenzter Zeitdauer , gebildet durch ein Überwachungsorgan , wie vorangehend beschrieben , sowie auch durch einen Überstromdetektor D gebildete Steuersignale mit begrenzter Zeitdauer erfüllen den erwähnten Zweck , wenn damit Transistoren als Halbleiterschaltglieder T1 und T2 anstatt Thyristoren angesteuert werden oder wenn abschaltbare Thyristoren oder Thyristorenmit Einzellöschung in einer dazu angepassten Steuereinheit St verwendet werden .Threshold stage connected to the input of flip-flop k. Their threshold value is dimensioned such that an ignition signal is only generated when an over-litter reaches a predetermined value. The monitoring device O of the overcurrent protection device according to FIG. 2 consists essentially of a voltage divider, which is formed by the two primary windings w1, 2 of two savings converters W1, W2 that have failed. This voltage divider connects inside the protective housing G of U R 'the input terminal Kl E dun Süroßleiters 1 R ' with the output terminal Kl A of the neutral conductor MP, it is thus connected to the existing phase voltage between the phase conductor K and Mi (star voltage) . Its voltage division point formed by the connection of the primary windings w1, w2 is connected to the output terminal of the current conductor 1 R '. A signal converter is connected to the secondary winding w s of the voltage converter W2, via the primary winding w2 of which the current conductors 1 R 'and MF are connected to the output connecting terminals Kl A. This contains at the input a Glelonrichterbrücke Gr and downstream a converter stage U, the output of which is connected to the control input II of the control unit St, that is to say the control electrode of the THYRISTOR I2. During the power supply to the house connection (switch ohütz Sch is closed), there is an alternating voltage on the secondary winding w s with an excess ratio due to the excess W2 determined small amplitude value suitable for signal formation as part of the amplitude value of the line phase voltage. At the secondary winding w a , the AC voltage disappears when a short circuit occurs in the house connection line 1 R ', and it does not exist for a long time or is too small for signal generation when the house connection line is short-circuited or bridged with low resistance. The alternating voltage at w s returns as soon as the short circuit or the cause of an overcurrent has been eliminated. Due to the components Gr and U of the signal converter mentioned, this alternating voltage is converted into a rectangular control signal for the thyristor T2 of the control unit St, by which the excitation current in the excitation coil e2 is switched on and the actuation process for closing the contactor contacts for reactivating the current is triggered. The length of the control signal can expediently be limited to a period of time, starting when the alternating voltage returns to w s , that is not shorter than the actuation time for the closing of the Switching contact K, K is so that the excitation current is switched off after the same. Control signals with a limited period of time, formed by a monitoring device, as described above, as well as control signals with a limited period of time, formed by an overcurrent detector D, serve the purpose mentioned if transistors as semiconductor switching elements T1 and T2 are actuated instead of thyristors or if thyristors or thyristors with individual quenching that can be switched off are switched off an adapted control unit St can be used.
Der Signalumformer des Überwachungsorganes kann schließlich eine Kippstufe für die Signalbildung und eine vorgeordnete Schwellwertstufe anstatt einer Umformerstufe U enthalten , damit durch Einteilung eines genügend hohen Schwellwertes die Abgabe eines Steuersignales und somit Schließung der Schaltschütz kontakte K , E entsprechend sicher verhindert wird , wenn ein Kurzschluß oder Ursache eines Überstromes nicht vollständig beseitigt ist . Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform eines Über stromschutzorganes ÜR' ist , wie oben Seite 5 unter Punkt 2beschrieben und in den Grundzügen weiter erläutert , ein Halbleiter-Schaltschütz mit zwei gegensinnig parallelgeschalteten Netzthyristoren Th1 , Th2 als Leitungsschutzschalter L anstelle eines elektromechanischen Schaltschützes verwendet . Nach Fig.3 enthält die zugehörige Steuereinheit St einen Steuerimpulsgeber , welcher über den Spannungswandler W2 des Überwachungsorganes 0 an das als Stromquelle zur Bildung von Steuerimpulsen dienende Verteilungsnetz N angeschlossen ist . Hierfür ist der Spannungswandler zur Übertragung der benötigten Leistung an den Steuerimpulsgeber wie ein Netztransformator ausgeführt mit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis
Jnabhängig von der Ausführung des Spannungswandlers W2 , wird das Überwachungsorgan O in seiner ihm zugedachten eigentlichen Funktion und gleichzeitig als Kurzschlußdetektor verwendet . Ein Überstromdetektor D ist daher bei der hier beschriebenen
Ausführung eines Überstromschutzorganes zusätzlich nur dann vorgesehen , wenn der Verbraucherstrom bereits beim Erreichen eines festgelegten Überstromwertes abgeschaltet werden soll. In Figur 3 ist dieser Uberstromdetektor mit seinen Bestand- teilen f , Gr , st , k der Vollständigkeit halber gezeichnet , allerdings ohne Anschluß an einen Strommesser wst mittels der Fühlleitungen f . Durch ein Signal dieses Überstromdetektors D beim Auftreten eines Überstromes im Phasenleiter 1R' der Hausanschlußleitung wird der dem Ausgang III der Steuereinheit St parallel liegende Halbleiterschalter Tk , hier ein Schalttransistor, stromleitend gesteuert und dadurch der Steuerausgang III kurzgeschlossen . Den Netzthyristoren Th1 , Th2 des Leitungsschutzschalters L werden dann keine Steuerimpulse mehr zugeführt , so daß deren Stromleitung durch Selbstlöschung beendet wird und der Verbraucherstrom abgeschaltet wird . Der Schalttransistor Tk kann auch durch ein Signal eines Kurzschlußdetektors stromleitend gesteuert werden . Das Signal des Überwachungsorgans O zur Viedereinschaltung des Verbraucherstromes wird über eine Signalleitung r an den Rucksetzeingang der Kippstufe k von D abgezweigt , wodurch Tk gesperrt wird , so daß dann die Steuerimpulse den Netzthyristoren des Leitungsschutzschlter Schalters L wieder zugeführt werden . Es werden steuerfähige Steuerimpulse durch Gleichrichtung und Umformung der auf die Sekundärwicklung w des Spannungswandlers W2 übertragenen , herunterübersetzten Phasenwechselspannung uR , welche voll am Verbraucher liegt , erzeugt mittels der Gleichrichterbrücke Gr und der Umformerstufe U . Diese bilden den Steuerimpulsgeber und sind wie bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform eines Überstromschutzorganes nachgeordnete Bestandteile des Überwachungsorganes 0. Ohne weitere Mittel und Maßnahmen ist das Überwachungsorgan mit dem als Netztransformator des Steuerimpulsgebers aus geführten Spannungswandler V2 zugleich als Kurzschlußdetektor ausgebildet . Tritt ein Kurzschluß in der Hausanschluß
leitung 1' auf , so verschwindet die am Spannungswandler W2 liegende Phasenweσhselspannung uR , so daß keine Steuerimpulse mehr erzeugt werden . Die Netzthyristoren des Leitungsschutzschalters werden jeweils bei einem Nulldurchgang des Verbraucherstromes selbsttätig gelöscht und der Verbraucherstrom abgeschaltet . Schon während der Verbraucherstrom in den zeitlichen Stromverlauf bei Kurzschluß übergeht , wird die Amplitude der am Spannungswandler W2 liegenden Phasenwechselspannung so klein , daß keine steuerfähigen Steuerimpulse gebildet werden .The signal converter of the monitoring device can finally contain a flip-flop for signal generation and an upstream threshold value stage instead of a converter stage U, so that by submitting a sufficiently high threshold value, the delivery of a control signal and thus closure of the contactor contacts K, E is correspondingly prevented if a short circuit or Cause of an overcurrent has not been completely eliminated. In the embodiment of an overcurrent protection element R 'shown in FIG. 3, a semiconductor contactor with two line thyristors Th1, Th2 connected in parallel in opposite directions is used as line circuit breaker L instead of an electromechanical contactor, as described above on page 5 under point 2 and further explained. According to FIG. 3, the associated control unit St contains a control pulse generator, which is connected via the voltage converter W2 of the monitoring element 0 to the distribution network N, which serves as a current source for forming control pulses. For this purpose, the voltage converter for transferring the required power to the control pulse generator is designed like a mains transformer with a corresponding transmission ratio Depending on the design of the voltage converter W2, the monitoring device O is used in its intended function and at the same time as a short-circuit detector. An overcurrent detector D is therefore the one described here An overcurrent protection device is only provided if the consumer current is to be switched off when a specified overcurrent value is reached. FIG. 3 shows this overcurrent detector with its components f, Gr, st, k for the sake of completeness, but without connection to an ammeter w st by means of the sensing lines f. A signal from this overcurrent detector D when an overcurrent occurs in the phase conductor 1 R 'of the house connection line, the semiconductor switch T k , which is parallel to the output III of the control unit St, here a switching transistor, is controlled in a current-conducting manner and the control output III is thereby short-circuited. The line thyristors Th1, Th2 of the line circuit breaker L are then no longer supplied with control pulses, so that their current conduction is ended by self-extinguishing and the consumer current is switched off. The switching transistor T k can also be controlled in a current-conducting manner by a signal from a short-circuit detector. The signal from the monitoring device O for switching the consumer current on is branched off from D via a signal line r to the reset input of the multivibrator k, whereby T k is blocked, so that the control pulses are then fed back to the line thyristors of the circuit breaker switch L. Controllable control pulses are generated by rectification and conversion of the down-converted phase alternating voltage u R , which is transmitted to the secondary winding w of the voltage converter W2 and is fully connected to the consumer, generated by means of the rectifier bridge Gr and the converter stage U. These form the control pulse generator and, like in the embodiment of an overcurrent protection device shown in FIG. 2, are subordinate components of the monitoring device 0. Without further means and measures, the monitoring device is also designed as a short-circuit detector with the voltage converter V2 implemented as the mains transformer of the control pulse generator. A short circuit occurs in the house connection Line 1 'on, the phase change voltage u R at the voltage converter W2 disappears, so that no more control pulses are generated. The line thyristors of the circuit breaker are automatically extinguished when the consumer current crosses zero and the consumer current is switched off. Even while the consumer current changes into the temporal current curve in the event of a short circuit, the amplitude of the phase alternating voltage across the voltage converter W2 becomes so small that no controllable control pulses are formed.
Nach der Abschaltung des Verbraucb;erstromes liegt die volle Phasenv/echselspannung uR am Spannungswandler W1 des Uberwachungsorganes 0 , solange der Kurzschluß fortbesteht . Nach Beseitigung des Kurzschlußes liegt sie vorübergehend so lange an der einen Spannungsteiler bildenden Reihenschaltung der Spannungswandler- Primärwicklungen w1 und w2 , als die Netzthyristoren des Leitungsschutzschalters L nicht stromleitend sind . Das WindungszahlVerhältnis w2/e1 der Spannunssv.'andler-Primärwicklungen ist so gewählt , daß der Spannungsanteil von uR an der Primärwicklung w2 unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses w2/ws, des Wandlers W2 hinreichend groß ist für die Erzeugung zündfähiger Steuerimpulse . Sind' schließlich die Netzthyristoren Th1 Th2 stromleitend , dann liegt die volle Phasenwechselspannung uR wieder an der Primärwicklung des Wandlers V2 .After the consumer current has been switched off, the full phase alternating voltage u R is applied to the voltage converter W1 of the monitoring device 0, as long as the short circuit persists. After the short circuit has been eliminated, it is temporarily on the series circuit of the voltage transformer primary windings w1 and w2 which forms a voltage divider as long as the line thyristors of the circuit breaker L are not current-conducting. The number of turns ratio w2 / e1 of the voltage transformer primary windings is chosen so that the voltage component of u R on the primary winding w2, taking into account the transmission ratio w2 / w s , of the converter W2 is sufficiently large for the generation of ignitable control pulses. Finally, if the line thyristors Th1 Th2 conduct current, then the full phase AC voltage u R is again on the primary winding of the converter V2.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines überstromschutzorganes UR' gemäß der Erfindung , dargestellt in der Figur 4 und oben Seite 6 unter Punkt 3 beschrieben und in den Grundzügen näher erläutert , besteht der Leitungsschutz≤chalter L in der Kombination eines Halbleiter-≤chaltschützes nachIn a further embodiment of an overcurrent protection element U R 'according to the invention, shown in FIG. 4 and above, page 6, described under item 3 and explained in more detail, the line circuit breaker L consists in the combination of a semiconductor contactor
Figur 3 und eines elektromechanisehen Schaltschützes nachFigure 3 and an electromechanical contactor after
Figur 2 in Reihe geschaltet mit einer Drossel (ReihendrosselFigure 2 connected in series with a choke (series choke
Dr) , die zueinander parallelgeschaltet sind . Bei dieser Auaführungsform wird der Verbraucherstrom über das für Normalstromversorgung dauernd geschlossen gehaltene elektro
Schaltschützmzugeführt . Das Halbleiter-Schaltschütz dient als Hilfsschaltmittel , damit im Falle eines Kurzschlußes oder eines Überstromes in der Hausanschlußleitung die Schaltschützkontakte K,K bei möglichst geringer Strombelastung oder sogar lichtbogenfrei voneinander getrennt werden .Dr), which are connected in parallel to each other. In this embodiment, the consumer current is kept permanently closed via the electro which is kept closed for normal power supply Contactor supplied. The semiconductor contactor serves as auxiliary switching means so that in the event of a short circuit or an overcurrent in the house connection line, the contactor contacts K, K are separated from one another with the lowest possible current load or even without arcing.
In beiden Fällen wird durch das Signal des Überstromdetektors D und/oder des Überwachungsorganes O das Halbleiter-Schaltschütz stromleitend gemacht , wobei der Netzthyristor , der durch den beim Anstieg des Eurzschlußstromes ik an der Drossel Dr bestehenden Spannungsimpuls in der Vorwärtsrichtung bean sprucht ist , ,gezündet und stromleitend aufgesteuertjwird . Hierdurch wird für den Kurzschlußstrom einjαiederohmiger Nebenschluß der Drossel bei noch geschlossenem Schaltschütz Seh eingeschaltet , so daß über diesen Nebenstromzweig und die mit dem Nulleiter MP und die HausansSchlußleitung (kurzgeschlossen) 1R' der grösste Anteil des ansteigenden Kurzsc&lußstromes fließt während der Stromzweig mit Sch und Dr mit einem entsprechend kleinen Anteiljbelastet ist , der auch viel langsamer ansteigt. Das Signal des Überstromdetektors und/oder des überwachunggsorganes wird gleichzeitig der Steuereinheit St des elektromechanischen Schaltschützes zugeleitet , um den Erregerstrom des Relaisstromkreises für die Trennung der Schaltschützkontakte einzuschalten . Werden am Ende der Abschaltzeit des Schaltschützes Seh dessen Kontakte voneinander getrennt und der kleine Anteil von ik abgeschaltet , dann fließt. der auf den Nebenstromzweig kommutierte Anteil von ik weiterhin und wird durch Selbstlöschung des stromführenden Netzthyristor im nächstfolgenden Strom-Nulldurchgang ausgeschaltet .In both cases, the semiconductor contactor is made conductive by the signal from the overcurrent detector D and / or the monitoring element O, the line thyristor being stressed in the forward direction by the voltage pulse existing at the inductor Dr when the Eurcurrent current i k increases, is ignited and turned on to conduct electricity. Thereby, the choke is turned on is still closed contactor vision for the short-circuit current einjαiederohmiger shunt, so that on this side current branch and the (short-circuited) to the neutral conductor MP and the HausansSchlußleitung 1 R 'of the largest portion of the rising Kurzsc & lußstromes flows during the current branch with Sch and Dr is burdened with a correspondingly small proportion, which also rises much more slowly. The signal from the overcurrent detector and / or the monitoring member is simultaneously fed to the control unit St of the electromechanical contactor in order to switch on the excitation current of the relay circuit for the separation of the contactor contacts. If at the end of the switch-off time of the contactor Seh its contacts are separated from each other and the small part of i k is switched off, then flows. the portion of i k commutated on the bypass branch continues and is switched off by self-extinguishing of the current-carrying network thyristor in the next current zero crossing.
Anschließend an die nähere Beschreibung des Überstromschutzorganes nach Figur 4 ,wie folgt , werden Bemessungsregeln für eine funktionsgerechte Ausführung aus der Parallel schaltung des Stromzweiges mit Seh und Drossel Dr und des Stromzwsiges mit dem Halbleiter-Schaltschütz bestehenden Leitungsschutzschalters L in Verbindung mit einem Beispiel ( Stromversorgungsanlage ) erläutert .
Bei dem Überstromschutzorgan mit dem Leitungsschutzschalter L nach Figur 4 ist die Steuereinheit St des elektromechanischen Schaltschützes Seh wie die nach Figur 2 ausgebildet, und zwar mit Thyristoren T1 und T2 als Halbleiterschaltzr glieder der 2 Relaiskreise in Gegentaktschaltung . Der Steuereinheit kann zwecks zusätzlicher Verminderung der Abschaltzeit des Schaltschützes auf 10 msek und kürzer erforder lichenfalls eine Ladeschaltung ,wie links in der Figur 2 da gestellt, zugeordnet sein . Die Steuereinheit für die Netz thyristoren Th1 ,Th2 des Halbleiter-Schaltschützes ist ein Signalverstärker mit einem Signaleingang I , dem von der Um formerstufe U des Überwachungsorganes 0 abgeleitete Signale zugeführt werden , und einem Steuerausgang III zu den Netzthyristoren , die in der gleichen Weise wie bei der entspre chenden Steuereinheit nach Figur 3 angesteuert werden . Die Die Steuereinheit St nach Figur 4 wird jedoch aus dem Netzgleichrichter G1 über die Verbindung der 2 Relaisstromkreis mit Strom versorgt . Ein Überstromschutzorgan nach Figur 4kann bedarfsweise einen Uberstromdetektor und ein Überwachungsorgan enthalten , welche dann beiden Schaltschützen Sch und Th2,Th2 gemeinsam zugeordnet sind . Das in Figur 4 dargestellte Überstromschutzorgan hingegen enthält nur das Überwachungsorgan 0 und gemeinsam zugeordnet , das zugleich als Kurzschlußdetektor verwendet wird . Hierfür ist die Steuerfunktion der Umformerstufe U etsprechend ausgebildet , zumFollowing the detailed description of the overcurrent protection device according to FIG. 4, as follows, dimensioning rules for a functionally correct design are made from the parallel connection of the current branch with sight and choke Dr and the current branch with the semiconductor contactor existing circuit breaker L in connection with an example (power supply system) explained. In the overcurrent protection device with the line circuit breaker L according to FIG. 4, the control unit St of the electromechanical contactor Seh is designed like that according to FIG. 2, specifically with thyristors T1 and T2 as semiconductor switching elements of the 2 relay circuits in push-pull circuit. The control unit can be assigned a charging circuit, as shown on the left in FIG. 2, for the purpose of additionally reducing the switch-off time of the contactor to 10 msec and shorter if necessary. The control unit for the network thyristors Th1, Th2 of the semiconductor contactor is a signal amplifier with a signal input I, to which signals derived from converter stage U of the monitoring element 0 are supplied, and a control output III to the network thyristors, which are in the same manner as in the corresponding control unit according to Figure 3 can be controlled. The control unit St according to FIG. 4, however, is supplied with current from the mains rectifier G1 via the connection of the 2 relay circuits. An overcurrent protection device according to FIG. 4 can, if necessary, contain an overcurrent detector and a monitoring device, which are then assigned to both contactors Sch and Th2, Th2 together. The overcurrent protection device shown in FIG. 4, on the other hand, contains only the monitoring device 0 and assigned together, which is also used as a short-circuit detector. For this purpose, the control function of the converter stage U is designed accordingly
Beispiel mit einem Signalausgang , welcher über eine negier ende Kippstufe h , die eine vorgegebene Zeitkonstante aufweist, mit dem Eingang I der Steuereinheit St für das Halbleiter-Schaltschütz verbunden ist , und einem Steuerausgang für die Thyristoren T1,T2 der Steuereinheit St des Schaltschützes Sch . An dem Steuerausgang von U besteht bei an der Sekundärwicklung ws des Spannungswandlers W2 ein steuerfähiger Dauerimpuls , rechteckförmig mit einer stufenförmig hinteren Flanke, wenn die Wechselspannung einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Der Steuerausgang ist einmal direkt mit dem Steuereingang II von St (Steuerelektrode von T2) und einmal über eine signalumkehrende Kippstufe ku mit dem
Steuereigang I (-Steuerelektrode von T1 ) verbunden . Bei Kurzschluß in der Hausanschlußleitung 1R' verschwin det die Wechselspannung an der Sekundärwicklung ws , so daß am Steuerausgang von U der steuerfähige Dauerimpuls und am Sig- nalausgang das Signal der Umformerstufe abbrechen . Dadurch wird der Steuerelektrode von T1 ein steuerfähiger Dauerimpuls zugeführt und der Erregerstrom für die Trennung der Schalt- schützkontakte eingeschaltet . Gleichzeitig wird der Steuereinheit des Halbleiter-Schaltschützes ein Steuersignal für 4ie Aufsteuerung des jeweils zündfähigen Netzthyristors mit einer Zeitdauer zugeleitet , die länger als die Abschaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes ist . Nach Beendigung des Steuersignales wird der mittels des Halbleiter- Schaltschützes eingeschaltete Kommutierungs ström durch Selbstlöschung des stromführenden Netzthyristors im nächstfolgenden Nulldurchgang ausgeschaltet , seine Wiedereinschaltung in Gegenpolarität mittels des zweiten Netzthyristors geschieht nicht. Durch Beseitigung des Kurzschlußes wird die Primärwicklung des Spannungswandlers W2 (Bestandteil des Induktiven Spannungs teilers W1 ,W2) spannungsführend und die Wechselspannung an der Sekundärwicklung kehrt wieder . Am Steuerausgang der Stufe U entsteht dadurch ,wie oben beschrieben, der für das. Halbleiter schaltglied T2 der Steuereinheit Sjz steuerfähige Steuerimpulse , und gleichzeitig verschwindet der Dauerimpuls , der das Halbleiterschaltglied T1 stromleitend erhält , während die Schaltschützkontakte voneinander getrennt sind , falls der Netzgleichrichter Gl eine lückende Gleichspannung liefert .Example with a signal output, which is connected via a negating flip-flop h, which has a predetermined time constant, to the input I of the control unit St for the semiconductor contactor, and a control output for the thyristors T1, T2 of the control unit St of the contactor Sch. At the control output of U there is a controllable continuous pulse on the secondary winding w s of the voltage converter W2, rectangular with a step-like rear flank when the AC voltage falls below a predetermined value. The control output is once directly with the control input II of St (control electrode of T2) and once via a flip-flop k u with the Control input I (control electrode of T1) connected. In case of short circuit in the service line 1 R 'disappearance, the AC voltage at the secondary winding det f s, so that at the control output of the control U capable pulse duration and the Sig- nalausgang the signal of the converter stage to cancel. As a result, a controllable continuous pulse is fed to the control electrode of T1 and the excitation current is switched on for the separation of the contactor contacts. At the same time, the control unit of the semiconductor contactor is supplied with a control signal for opening the respective ignitable network thyristor for a period of time which is longer than the switch-off time of the electromechanical contactor. After the control signal has ended, the commutation current switched on by means of the semiconductor contactor is switched off by self-extinguishing of the current-carrying line thyristor in the next zero crossing; its re-activation in opposite polarity by means of the second line thyristor does not occur. By eliminating the short circuit, the primary winding of the voltage converter W2 (part of the inductive voltage divider W1, W2) becomes live and the AC voltage on the secondary winding returns. At the control output of stage U, as described above, this results in the control pulses which are controllable for the semiconductor switching element T2 of the control unit Sjz, and at the same time the permanent pulse which receives the semiconductor switching element T1 in a current-conducting manner disappears, while the contactor contacts are separated from one another if the rectifier Gl is one supplying DC voltage.
Durch den Steuerimpuls , der nun der Steuerelektrode des Halbleiterschaltgliede Ts2zugeführt wird , wird der Erregerstrom für die Schließung der Schaltachützkontakte eingeschaltet ,The excitation current for closing the switching contactor contacts is switched on by the control pulse, which is now fed to the control electrode of the semiconductor switching element Ts2.
Mit dem Spannungsteiler W1 ,W2 in Reihe liegt , wie aus Figur 4 und der Figur 2 zu ersehen ist , ein Schaltmittel q , zum Beispiel ein elektromagnetisch fernbetätigter Ruhekontakt , welcher normalerweise durch einen Erregerstrom in der SchließStellunS g gehalten wird , jedoch
durch die sich infolge eines Kurzschlusses voneinander trennenden Schaltschützkontakte kovalent betätigt in die Offenstellung gebracht wird , wo der Kontakt von q so lange verbleibt, als der Erregerstrom unterbrochen ist . Zu diesem Zweck ist der Erregerstromkreis von q ausgehend in Form einer Leitungsschleife durch die Klemme KlA aus dem Schutzgehäuse herausgeführt und zusammen mit der Hausanschlußleitung II bis zur Hauseinführung E (s.Figur 1) verlegt . Damit wird es , beaonders bei einer mit Netz-und Hausanschlußleitungskabel im Erdboden befindlichen Überstromschtitzvorrichtung, ermög- licht, daß nach Instandsetzung eines durch Kurzschluß zerstörten Hausanschlußkabels der Kontakt des Schaltmittels q durch Wiederherstellung der bei der Zerstörung des Hausanschlußkabels unterbrochenen Leitungsschleife ,ohne Gefährdung durch die Netz Spannung,fernbetätigt in die Schließstellung gebracht werden kann . Der Spannungsteiler W1 ,W2 wird somit an die Netzspannung angeschlossen und die Wiederschließung der Schaltschützkontakte eingeleitet. Das fernbetätigte Schaltmittel kann auch als Halbleiterrelais ausgeführt sein ,es kann ferner bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform verwendet werden .With the voltage divider W1, W2, as can be seen from FIG. 4 and FIG. 2, there is a switching means q, for example an electromagnetically remotely operated normally closed contact, which is normally held in the closed position by an excitation current by the contactor contacts, which separate from each other as a result of a short circuit, is brought into the open position, where the contact of q remains as long as the excitation current is interrupted. For this purpose, the excitation circuit is led from q in the form of a cable loop through terminal Kl A out of the protective housing and laid together with the house connection line II to the house entrance E (see figure 1). This makes it possible, particularly in the case of an overcurrent protection device located in the ground with a mains and house connection line cable, that after repairing a house connection cable destroyed by a short circuit, the contact of the switching means q is restored by restoring the line loop interrupted when the house connection cable is destroyed, without endangering the network Voltage that can be brought into the closed position remotely. The voltage divider W1, W2 is thus connected to the mains voltage and the reclosure of the contactor contacts is initiated. The remote-controlled switching means can also be designed as a semiconductor relay, it can also be used in the embodiment shown in FIG. 3.
Als Beispiel einer Stromversorgungsanlage sei die für eine Ortsrandsiedlug mit 10 Hausanschlüssen betrachtet, die durch eine 0,5 km lange Netzhauptleitung des Verteilungsnetzes, ein Niederspannungskabel VPK , mit Strom versorgt wird . Von der Hauptleitung zweigen in der .Wohnsiedlung 10 parallelgeschaltete verkabelte Bausanschlußleitungen ab ,die zu einzelenen Mehrwohnungs-und zu Gruppsn von Einwohnungshäusern führen . Jede Hausanschlußleitung sei für eine Nennstromaufnahme der angeschlossenen Verbraucher von 100 A bei 220 V Anschlußspg. ausgelegt, und jede enthält 3 Phasenanschlußleitungen 1R', 1S', 1T' sowie den Nulleiter MP . Unter Berücksichtigung , daß auch Kurzschlüsse einer Phasenanschlußleitung allein und des MP verursacht werden können ,muß eine jede Phasenanschlußleitung der Hausanschlußleitung ein Überstromschutzorgan Ü' aufweisen. In dem wahrscheinlichen Fall ,daß durch gewaltsame Einwirkung alle drei Phasenanschlußleiter und der Nulleiter MP einer der zehn
verkabelten Hausanschlußleitungen werden ,gehen die Phasen ströme iR, is, iT in den Leitungen 1R' ,1s' ,1T' in Phasenkurzschlußströme ik)R, ik)s, ik)T über ,die im Seitpunkt des Kurzschlußes mit der jeweiligen Polarität der Phasenströme anzusteigen beginnen . Je früher während einer Halbschwingung eines Phasenstromes der Zeitpunkt des Kurzschlußes liegt,desto höher kann während derselben Halbschwingung der betreffende Phasenkurzschlußstrom innerhalb seiner durch die Zeitkonstante des Kurzschlußstromkreises gegebenen Anstiegeseit werden
Es bedeuten: RM ohmscher Leitungswiderstand einer Phasenleitung ph des Verteilungsnetzes N , L, die Leitungsinduktivität von ph (ph = R , S , T ) , 1s die Induktivität der Drossel Dr . Bildet sich bei einem Kurzschluß der drei Phasenanschlußleitungen der Kurzschlußstrom in einer dieser Leitungen nicht mehr aus , weil sich der Kurzschluß in einem Zeitpunkt mit zu kleinem Zeitabstand , beispielsweise 30 el , vor dem Ende de betreffenden Halbschwingung des Phasenstromes ereignet , so kann er sich in mindestens einer der anderen Phasenanschlußleitungen voll ausbilden . Sein zeitlicher Verlauf ik(t) lässt sich mit guter Näherung unter der vereinfachenden Einschränkung , daß während der Anstiegszeit des Kurzschlußstromes die Generatorspannung Eph der Phase ph des Verteilungsnetzes konstentbleibend den Effektivwert Eph aufweist . Sie sei so groß bemessen , daß auch der Effektivwert jeder Phasenanschlußspann uph für die Verbraucher bei Nennbelastung des 3-Phasennetses beträft . Die BeziehungAn example of a power supply system is that for a local outskirts with 10 house connections, which is supplied with power by a 0.5 km long main line of the distribution network, a low-voltage cable VPK. In the housing estate, 10 parallel wired building connection lines branch off from the main line and lead to individual apartment blocks and groups of apartment houses. Each house connection line is for a nominal current consumption of the connected consumers of 100 A with 220 V connection voltage. designed, and each contains 3 phase connection lines 1 R ', 1 S ', 1 T 'and the neutral conductor MP. Taking into account that short circuits of a phase connection line alone and of the MP can also be caused, each phase connection line of the house connection line must have an overcurrent protection element U '. In the likely case that all three phase connection conductors and the neutral conductor MP become one of the ten by force Wired house connection lines, the phase currents i R , i s , i T in the lines 1 R ', 1 s ', 1 T ' in phase short-circuit currents i k) R , i k) s , i k) T , which in Since the point of the short circuit, start to rise with the respective polarity of the phase currents. The earlier the time of the short-circuit lies during a half-oscillation of a phase current, the higher the phase short-circuit current in question can become during its same half-oscillation within its rise given by the time constant of the short-circuit circuit This means: R M ohmic line resistance of a phase line ph of the distribution network N, L, the line inductance of ph (ph = R, S, T), 1 s the inductance of the inductor Dr. If the short-circuit current in one of these lines no longer forms in the event of a short-circuit of the three phase connection lines, because the short-circuit occurs at a point in time too short, for example 30 el, before the end of the relevant half-oscillation of the phase current, it can occur in at least fully form one of the other phase connection lines. Its time profile i k (t) can be approximated with the simplifying restriction that during the rise time of the short-circuit current the generator voltage E ph of the phase ph of the distribution network has the effective value E ph constant. It is so large that the effective value of each phase connection voltage affects u ph for the consumer at the nominal load of the 3-phase network. The relationship
g
ibt den zeitlichen Verlauf des Kurzschlußstromes in der betreffenden Phasenanschlußleitung 1p'h und in der Leitung der Netzphase wieder ( iph(O) ist der Stromwert 100 A des Phasen stromes im Zeitpunkt t = 0 ) .G The time course of the short-circuit current in the relevant phase connection line 1 p ' h and in the line of the mains phase again (i ph (O) is the current value 100 A of the phase current at time t = 0).
In der Beziehung (1) ist der Einfluß kapazitiver Ströme und der Ableitungsströme der dreiphasigen Netzleitung (R 3 T MP) sowie der vernachlässigbar kleine Ohmsche Widerstand r des Abschnittes der Phasenanschlußleitung zwischen Einganyskiemme KlE und Ausgangsklemme KLA (Figur 4) nicht berücksichtigt .
Zu berücksichtigen ist jedoch daß der zeitliche Verlauf des Kurzschlußstromes nach Beziehung (1) während seiner Anstiegszeit durch die Induktivität der Drossel Dr beeinflußt wird , welche in den Phasenanschlußleitungen 1p'h der neun anderen von den zehn von der dreiphasigeh Netzhauptleitung abzweigenden , parall elgeschalteten Hausanschlußleitungen 1 ' , in denen beispielsgemäß keine Kurzschlüsse aufgetreten sind, mit den liegen . Der hierdurch veränderte Verlauf lasst sich DatenIn the relationship (1) the influence of capacitive currents and the leakage currents of the three-phase power line (R 3 T MP) as well as the negligibly small ohmic resistance r of the section of the phase connection line between Einanyskiemme Kl E and output terminal KL A (Figure 4) is not taken into account. However, it must be taken into account that the time course of the short-circuit current according to relationship (1) during its rise time is influenced by the inductance of the inductor Dr, which in the phase connection lines 1 p ' h of the nine other house lines connected in parallel from the ten branching from the three-phase mains main line 1 'in which, for example, no short circuits have occurred, with the. The course changed as a result can be data
RM=0 , 12 Ω , LM=0 , 125 mH eines 0 , 5 km langen Niederspannungskabeis für die dreiphasige Netzhauptleitung N und mit 1s=R M = 0, 12 Ω, L M = 0, 125 mH of a 0.5 km long low-voltage cable for the three-phase main line N and with 1 s =
0,05 mH als partikulare Lösung für ik(0) = 100 A. darstellen durch (2) ik(t) = (-9, 7Eph+ 95,1)exp-0,654tRepresent 0.05 mH as a particular solution for i k (0) = 100 A. by (2) i k (t) = (-9, 7E ph + 95.1) exp-0.654t
+ (0,84Eph+ 4,9)exp-6,19t + 8,33Eph A Aus Beziehung (2) bestimmt sich die Stromanstiegsgeschwindigkeit im Zeitpunkt des Kurzschlusses dik/dt(O) = 0,77Eph-92,5*+ (0.84E ph + 4.9) exp-6.19t + 8.33E ph A From relationship (2) the rate of current rise at the time of the short circuit is determined di k / dt (O) = 0.77E ph -92, 5 *
Mithin ergibt sich , daß im Zeitpunkt des Kurzs chlusses ein Spannungsimpuls mit der Höhe di, /dt (0)1 an der Drossel Dr gebildet wird . Mit den Daten des vorliegenden Beispiels Eph= 34-0 V und 1s= 0,05 mH beträgt die Impulshöhe 8,5 V . Durch den Spannungsimpuls v.άrd der in Durchlaßrichtung vorgespannte Netzthyristor des Halbleiter-Schaltschützes , welches im Nebenstromzweig des elektromechanischen Schaltschützes und der Drossel Dr der kurzgeschlossenen Phasenanschlußleitung 1 R' liegt , für die Einschaltung des Kurz schlußstromes in diesem Nebenstromzweig aufsteuerungsbereit gehalten . Gleichzeitig wird das Zündsignal des Kurzschlußdetektors 0 den Netzthyristoren des Halbleiter-Schaltschützes zugeleitet. Die Induktivität der Drossel Dr ist nach dem Wert dik/dt(0) der aus Beziehung (2) bestimmten Anstiegsgeschwindigkeit von ik bemessen , so daß der Spannungsimpmls die zur Aufsteuerung des gezündeten Netzthyristors erforderliche Impulshöhe hat . Ausserdem ist die Drossel so ausgeführt , daß der Spannungsimpuls ungrfähr 0,1 mrek lang mit unveränderter Impulshöhe bestehen bleibt,damit auch hemmungsbedingt verzögerte Auf Steuerungen mit Einschaltzeiten möglich sind , die länger als die bei Thyristoren erreichten Einschaltzeiten von zum Beispiel 15μsek sind . Eine dafür geeignete Drossel, die aufgrund der Wechsel -It follows that a voltage pulse with the height di, / dt (0) 1 is formed at the inductor Dr at the time of the short circuit. With the data of the present example E ph = 34-0 V and 1 s = 0.05 mH, the pulse height is 8.5 V. By the voltage pulse v.άrd biased in the forward direction of the thyristor of the semiconductor contactor, which is in the bypass branch of the electromechanical contactor and the inductor Dr of the short-circuited phase connection line 1 R ', kept ready for activation of the short-circuit current in this bypass branch. At the same time, the ignition signal of the short-circuit detector 0 is fed to the network thyristors of the semiconductor contactor. The inductance of the inductor Dr is dimensioned according to the value di k / dt (0) of the slew rate of i k determined from relation (2), so that the voltage pulse has the pulse height required to open the fired line thyristor. In addition, the choke is designed so that the voltage pulse remains approximately 0.1 mrek long with the pulse height unchanged, so that delayed delays due to inhibition are possible with control times that are longer than the switch-on times of thyristors of 15μsec, for example. A suitable choke, which due to the change -
* A/msek
feldpermeabilität ihres Magnetkernes bei einer Glejchstromdurchflutung von 100 A eine Induktivität von beispielsweise 0,05 mH aufweist , ist aus praktischen Gründen als sogenannte Einleiterdrossel mib Schnittbandkernen Drk aus einem weich magnetischen Werkstoff in Kreisform oder vorzugsweise in Rechteckform ausgeführt , welche nach Figur 4 über der Phasen anschlußleitung 1'R aneinander gestapelt sind . Eine solche Drossel kann zum Beispiel mit einervkleinen Anzahl Schnittbandkerne aus Silizium-Texturblech hergestellt werden , von denen jeder Kern die Abmessungen 25 cm Eisenweglänge , 4 cm Kernhöhe und 6,8 cm2 Kernquerschnitt aufweist und jeder mittels* A / msec field permeability of its magnetic core with a Glejchstromflutung of 100 A has an inductance of, for example, 0.05 mH, is for practical reasons as a so-called single-core choke mib cut ribbon cores Drk made of a soft magnetic material in a circular or preferably rectangular shape, which according to Figure 4 above the phase connection line 1 ' R are stacked together. Such a choke can be produced, for example, with a small number of cut ribbon cores made of textured silicon sheet, each core having the dimensions 25 cm iron path length, 4 cm core height and 6.8 cm 2 core cross section and each by means of
Spannungsverschlüsse zusammengespannt ist . Dafür werden vier oder zwölf Schnittbandkerne benötigt, je nach dem wie groß ( 0,M mm beziehungsweise 0,1 mm ) die Luftspalte zwischen ihre Trennflächen eingestellt sind . Eine Drossel Dr mit gleicher Wirkung und Eignung für die gewünschte Ausbildung des Spannungsimpulses kann zum Beispiel auch mit einer Anzahl Schnittbandkerne aus einer Kobald-Eisen- Legierung mit etwa 50% Kobald, die entsprechende Abmessungen haben , hergestellt werden . Ferner kommen dafür Kreisringkerne aus einem Ferrit material in Betracht . Von solchenTension locks are tightened. Four or twelve cutting tape cores are required for this, depending on the size (0, M mm or 0.1 mm) of the air gaps between their separating surfaces. A choke Dr with the same effect and suitability for the desired formation of the voltage pulse can also be produced, for example, with a number of cutting tape cores made of a cobalt-iron alloy with approximately 50% cobalt, which have the appropriate dimensions. Furthermore, toroidal cores made of a ferrite material come into consideration. Of such
Ringkernen , die beispielsweise eine mittlere Eisenweglänge von 25 cm , 1,5 cm Kernhöhe und 2,5 cm2 Kernquerschnitt aufweisen , wird zur Herstellung einer Drossel mit der angegebene Eignung zwar die Anzahl 40 benötigt , jedoch müssen solche Ringkerne nicht mit Luftspalte versehen werden , weil sie eine reduzierte Eisenweglänge von einigen 0,01 mm schon aufweisen , und damit ausreichend starke Scherung ihrer Hystereseschleife . Durch die Induktuvität 1s der Drossel und die Gesamtlänge , das ist die Summe der Kernhöhen der aneinander gestapelten Drosselkerne , ist auch der Stromwert im Zeitpunkt der Trennung der Schaltschützkontakte von Sch bestimmt , auf den der Kurzschlußteilstrom i2 in dem Stromzweig , in welchem das Schaltschütz Seh und die Drossel Dr liegen , angestiegen ist, nachdem der große Kurzschlußteilstrom i1 im Nebenstromzweig mit dem Halbleiter-Schaltschütz eingeschaltet worden ist , Der zeitliche Verlauf der Teilströme i1 und i2
ergibt sich als darch den zeitlichen Verlauf ik(t) nach der Beziehung (2) bestimmte partikuläre Lösung . Der zweite Summand in der Beziehung (2) ist schon bei t = 0,5 msek vernachlässigbar klein und kann darin weggelassen werden , so daß die Beziehung (2) , wie auch die Beziehung (1) , nur noch einen Exponentialausdruck mit jeweils gleichem Exponenten enthält , nämlich exp -0,654 t einmal . Damit und speziell mit den obigen Werten für RM , LM und ls = 0,05 mH in der Beziehung (2) ergibt sich für den zeitlichen Verlauf des Stromes ip in der Drossel Dr die Beziehung -
Toroidal cores, which have an average iron path length of 25 cm, 1.5 cm core height and 2.5 cm 2 core cross-section, for example, the number 40 is required to produce a choke with the specified suitability, but such toroidal cores do not have to be provided with air gaps, because they already have a reduced iron path length of a few 0.01 mm, and thus sufficient shear in their hysteresis loop. The inductance 1 s of the inductor and the total length, that is the sum of the core heights of the stacked inductor cores, also determine the current value at the time when the contactor contacts are separated from Sch, to which the short-circuit partial current i 2 in the current branch in which the contactor is located Seh and the inductor Dr lie, has risen after the large short-circuit partial current i 1 in the secondary current branch has been switched on with the semiconductor contactor, the time profile of the partial currents i 1 and i 2 This results in the particular course i k (t) determined according to the relationship (2). The second summand in relation (2) is already negligibly small at t = 0.5 msec and can be omitted therein, so that relation (2), like relation (1), only has an exponential expression with the same exponent contains, namely exp -0.654 t once. Thus, and especially with the above values for R M , L M and l s = 0.05 mH in the relationship (2), the relationship for the time profile of the current ip in the inductor Dr is
Hierin bedeuten: rB Bahnwiderstand eines Netzthyristors Th in mΩ in m Ω r1 ohmscher Widerstand des Nebenstromzweiges , in welchem das Halbleiter-Schaltschütz ist, " r2 ohmscher Widerstand des Stromzweiges , in welchem Seh und Dr liegen, in Volt Us Schleusenspannung eines Netzthyristors Th , " Εph Effektivwert der Generatorspannung derHerein: r B path resistance of a network thyristor Th in mΩ in m Ω r 1 ohmic resistance of the branch circuit in which the semiconductor contactor is located, "r 2 ohmic resistance of the current branch in which Seh and Dr lie, in volt U s lock voltage one Netzthyristor Th, "Ε ph RMS value of the generator voltage
Netzphase ph , t Zeitdauer des Kurzschlußstromes in msek .Line phase ph, t Duration of the short-circuit current in msec.
Der Bahnwiderstand (Ersatzwiderstand) von Netzthyristoren liegt im Bereich 0,16 .... 0,2 mΩ, die Schleusenspannungbei 1,1 Volt . Es seien nun die Wiederstände r1und r2 der beiden Stromzweige , die beispielsweise bandförmige Stromleiter sein können ,so groß bemessen , daß rB + r1= 0 , 3 mΩ und r2 = 0 ,6 mΩ . Dami t; folgt aus der Beziehung (3) , daß der Teilstrom i2 in Dr und den geschloss. Schaltkontakten K,K bei t = 10 msek vom Anfangswert iph(0) = 100 A auf 430 A angestiegen ist . Das ist in diesem Beispiel der grösste Wert des Teilstromes i2 , der nur erreicht wird , wenn der Zeitpunkt des Kurzschlußes ganz früh in einerThe path resistance (equivalent resistance) of network thyristors is in the range 0.16 ... 0.2 mΩ, the lock voltage is 1.1 volts. The resistances r 1 and r 2 of the two current branches, which can be, for example, ribbon-shaped current conductors, are now dimensioned so large that r B + r 1 = 0.3 mΩ and r 2 = 0.6 mΩ. In order to; follows from relationship (3) that the partial flow i 2 in Dr and the closed. Switch contacts K, K at t = 10 msec has risen from the initial value i ph (0) = 100 A to 430 A. In this example, this is the largest value of the partial current i 2 , which is only achieved if the point in time of the short circuit is very early in a
Halbschwingung des Phasenstromes iph liegt . Nur in diesem Fall und wenn die Schaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes Seh nur 10 msek lang ist , werden dessen Schaltkontakte bei größte Strombelastung voneinander getrennt . Im Vergleich hierzu ergibt sich mit den obigen Daten aus der hier nicht wiedergegebenenHalf oscillation of the phase current i ph is. Only in this case and when the switching time of the electromechanical contactor Seh is only 10 msec, its switching contacts are separated from each other with the greatest current load. In comparison, the data above does not result in the data shown here
Beziehung für i1(t), daß der kommuuerte Teilstrom i1 bei t =5msek seinen Höchstwert von 2660 A erreicht und bei t = 10 msek noch 2470 A ist . Generell ergibt sich aufgrund der Beziehung (3), daß der Anstieg des Teilstrcmes i2 über den Anfangswert iph(0)
Zeitpunkt des Kurzschlusses hinaus vermindert wird die Drossel Dr eine grössere Induktivität aufweist , sofern die Summe der Widerstände rB + r1 + r2 kleiner als 0 , 1 m Ω bemessen ist . Mit zum Beispiel 1 = 0,1 mH und mit den sonst unveränderten obigen Daten des Kurzschlußstromkreises ist der Teilstrom i2 bei t= 10msek um 175 A über den Anfangswert iph(O) hinaus angestiegen . Eine andere Möglichkeit zurRelationship for i 1 (t) that the controlled partial current i 1 reaches its maximum value of 2660 A at t = 5 msec and is still 2470 A at t = 10 msec. In general, it follows from the relationship (3) that the increase in the partial current i 2 above the initial value i ph (0) At the time of the short circuit, the inductor Dr is reduced, provided that the sum of the resistances r B + r 1 + r 2 is less than 0.1 mΩ. With, for example, 1 = 0.1 mH and with the otherwise unchanged data of the short-circuit circuit above, the partial current i 2 at t = 10 msec rose by 175 A above the initial value i ph (O). Another way to
Verminderung des Teilstromanstieges wird in der Verwendung von Thyristoren Th mit einer Schleusenspannung kleiner als 1 Volt (V) gesehen . Hierfür bieten sich Thyristoren aufReduction of the partial current increase is seen in the use of thyristors Th with a lock voltage less than 1 volt (V). Thyristors are available for this
Verbindungshalbleiterbasis an . Mit zum Beispiel 1 =0,1mH und Us= 0,6 V und mit sonst unveränderten obigen Daten ist der Teilstrom ip bei 10 msek um 127A über den Anfangswert hinaus angestiegen . Durch Verminderung des Stromanstieges wird erreicht , daß die Schaltkontakte K,K bei geringerem Teilstrom i2 , das heißt stromarm , voneinander getrennt werden können . Zudem wird dabei mit grösserer Wahrscheinlichkeit verhindert , daß sich Schaltlichbögen stabil ausbilden können , oder es Können bei der Kontakttrennung nur Schaltfunken entstehen , die für die Schaltkontakte aber nicht schädlich sind .Compound semiconductor base. With, for example, 1 = 0.1 mH and U s = 0.6 V and with otherwise unchanged data above, the partial current ip has increased by 127 A above the initial value at 10 msec. By reducing the current increase it is achieved that the switch contacts K, K can be separated from one another with a lower partial current i 2 , that is to say with low current. In addition, it is more likely to prevent switching arcs from being able to form stably, or only switching sparks can occur during the contact separation, which are not harmful to the switching contacts.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist eine Schutz vorrichtung gemäß der Erfindung ohne prinzipielle Abänderungen aus anderen als den öffentlichen Wechselstromnetzen anwendbar , beispielsweise aus Betriebsnetzen der Industrie , aus Bordnetzen und dergleichen autonomen Netzen . Für die Stromversorgung aus Gleichstromnetzen sind als Netzthyristoren zwangsgelöschte Thyristoren oder künftig etwa verfügbare abschaltbare Leistungsthyristoren anzuwenden , dene entsprechende Steuermittel zugeordnet sind .
In the described embodiments, a protective device according to the invention can be used without changes in principle from other than the public AC networks, for example from industrial industrial networks, from on-board networks and the like autonomous networks. For the power supply from direct current networks, the thyristors that are to be deleted or the power thyristors that can be switched off in the future, to which appropriate control means are assigned, are to be used as network thyristors.