EP1016112B1 - Device for generating auxiliary energy for a trigger system, and operating mode - Google Patents

Device for generating auxiliary energy for a trigger system, and operating mode Download PDF

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Publication number
EP1016112B1
EP1016112B1 EP98954194A EP98954194A EP1016112B1 EP 1016112 B1 EP1016112 B1 EP 1016112B1 EP 98954194 A EP98954194 A EP 98954194A EP 98954194 A EP98954194 A EP 98954194A EP 1016112 B1 EP1016112 B1 EP 1016112B1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit breaker
generator
low
switch contact
voltage circuit
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98954194A
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German (de)
French (fr)
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EP1016112A1 (en
Inventor
Holger Hochgraef
Ulrich Baumgärtl
Wolfgang Röhl
Jeffery C. Mizener
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1016112B1 publication Critical patent/EP1016112B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/127—Automatic release mechanisms with or without manual release using piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive trip units

Definitions

  • the invention relates to a low-voltage circuit breaker with a tripping system and an arrangement for extracting one Auxiliary energy for the operation of the release system, the low voltage circuit breaker being a spring operable drive device for closing at least one movable switching contact and a detachable latching device to maintain the closed state of the switching contact, and the trigger system Trigger circuit for evaluating one via the switch contact flowing current based on specified parameters and a switching device which can be activated by the trigger circuit Release of the latching device by means of an actuating device for the purpose of opening the switching contact.
  • a low-voltage circuit breaker with these features corresponds to a commercially available one Concept such as that of EP 0 590 937 A2 can be seen. Details of the mechanical part of a Low-voltage circuit breakers for high switching capacities can be found, for example, in DE 44 16 088 Cl.
  • the auxiliary energy required to operate the trigger system can be provided according to two fundamentally different principles become.
  • One of these principles is the Provision of an independent auxiliary energy source, d. H. a battery or a connection to an independent auxiliary network. Because batteries have a limited lifespan and an auxiliary network can fail, the operation of the Tripping system according to this principle as not sufficiently reliable viewed.
  • the further principle is that the operation of the Trigger system required auxiliary energy from the same network in which the circuit breaker is located.
  • the circuit breaker flowing current provided Current transformers also used to operate the trip system to hold and the actuator mentioned feed when the switch contacts are to be opened.
  • the actuator either directly with the Secondary current of the current transformer or it can with the interposition of a power supply device a capacitor can be charged as a buffer. Both arrangements differ in a specific way in terms of circuitry and speed the response of the actuator.
  • the invention has for its object a low-voltage circuit breaker with an arrangement for To create an auxiliary energy of the type mentioned, which is characterized by a particularly high level of reliability distinguished and at the same time only a small circuitry Effort required.
  • this object is achieved in that to provide the auxiliary energy with the drive device a trained as a mechanical-electrical converter Generator connected and when the switch contact closes is inevitably operable.
  • the auxiliary energy is thus the mechanical kinetic energy of the circuit breaker won.
  • the circuit breaker is mechanically different must be interpreted as has been customary or necessary so far is. Rather, the fact of the invention Made use of that in the circuit breaker a not inconsiderable Excess mechanical drive energy available is. This excess is required to also apply the greatest resistance to movement Switch on with subsequent latching of the switch contacts to effect in the closed position.
  • the excess drive energy through energy-consuming buffers and mechanical locks collected in order to avoid that important components of the Circuit breaker due to jerky termination of the drive movement be damaged or destroyed. According to the invention the excess drive energy will at least partially into an electrical power supply to operate the Triggering system converted and thus usefully used.
  • a piezoelectric Generator be provided. This is particularly suitable if the auxiliary power along a proportionate won a small part of the drive path of the drive device shall be.
  • a magnet-electric one Generator is a magnet-electric one Generator. This can, for example Have the shape of a linear generator, at least along part of the drive path is actuated.
  • auxiliary energy With the principle of obtaining an auxiliary energy according to the invention it is related to the duration of energy production is relatively small. Since it may be desirable that to keep generated energy available for a longer period of time, it is recommended to put between the generator and the trigger system to switch an energy store.
  • the arrangement is made of the property the piezoelectric actuators made use of that only one to maintain their activated state extremely low energy is required. This can be done in the already mentioned way taken from an energy storage that part of that generated by the generator Absorbs energy after the initial activation of the piezoelectric actuator remains. Through the bypass switch the actuator is deactivated and its mechanical idle state restored. As a result, the latching device solved.
  • Piezoelectric generators and piezoelectric actuators are known in a number of different versions. For example are a piezoelectric generator in the DE 34 24 339 A1 and a piezoelectric actuation of a Switching contact described in DE 36 29 040 A1.
  • circuit arrangements explained above can still can be improved in that an AND gate for linking a signal emitted by the trigger circuit for the Occurrence of a short-circuit current and a signal from the generator as well as for outputting an output signal when it occurs both signals are provided in a temporal connection.
  • a circuit arrangement equipped with an AND gate is can advantageously be used to bring about an undelayed Trip of the circuit breaker by means of the output signal of the AND gate when the circuit breaker is closed to an existing short circuit.
  • Figure 1 shows schematically simplified the overall arrangement a circuit breaker with a drive device and an arrangement for obtaining auxiliary energy.
  • FIG. 2 also schematically shows a first embodiment shown, in order to solve a latching device a trigger magnet is provided.
  • FIG shown Another exemplary embodiment is shown schematically in FIG shown, in which a piezoelectric actuator with the Interlocking device cooperates.
  • a trained as a generator to provide auxiliary energy The end stop is illustrated in FIG. 4.
  • FIG 1 are part of a low-voltage circuit breaker a movable switch contact 1 and a hereby cooperating stationary switch contact 2 with subsequent Conductors 3 and 4 as part of a Main current path shown. Contrary to the simplified representation common circuit breakers have three or four main current paths on and are therefore with a corresponding multiple Provide arrangement of the modules mentioned.
  • the moveable Switch contact 1 is articulated with a pivoted Contact carrier 5 connected, being between the Contact carrier 5 and the movable switching contact 1 a contact force spring 6 is located.
  • the spring accumulator 10 is shown in its tensioned state in which it is is held by a locking rod 11. It is also shown a release magnet 12 which operates in a known manner can be.
  • the circuit breaker performs its protective functions can, is on the current conductor 3 of the mentioned main current path a current transformer 17 is attached, the secondary winding 20 provides a current signal that is sent to a trigger circuit 21 is created.
  • This contains analog or in a known manner digital electronic circuits for evaluating the applied Current signals based on specified parameters, if necessary to control an actuator 22 which the latching device 16 acts.
  • the auxiliary power to operate the trigger circuit 21 and Actuating device 22 is operated by means of a generator 23 generated, which is connected to the drive linkage 13. It can be any generator of the already act as mentioned.
  • the generated auxiliary energy is over a prolonged period by storage in a capacitor 24 kept ready. Further details are given below of Figures 2 and 3 explained.
  • FIG 2 is only the main circuit of the circuit breaker with the one in its closed position movable switch contact 1 and the latching device and the trigger system shown.
  • the latching device 16 is shown as a locking bar with a locking lug 25 the one locking pin 26 which countered by a release magnet 27 the action of a return spring 30 is displaceable.
  • a switching device 31 is connected to the trigger circuit 21 belonging switch contact shown.
  • the trigger magnet 27 is not from a separate auxiliary network or by means of the current transformer 17, but by means of the in the Generator 23 ( Figure 1) generated and in a capacitor 24th cached energy is operated.
  • the locking pin 26 by a piezoelectric actuator 32 in Engagement with the locking lug 25 of the latching device 16 held.
  • the circuit breaker is triggered by that the switching device contained in the trigger circuit 21 31 is parallel to the actuator 32 and thus this short-circuited when the switching device 31 is closed becomes. This leads to the immediate resetting of the actuator 32 and to retract the locking pin 26 to release the Latching device 16.
  • a generator for generation 4 shows an end stop 33 of the auxiliary power supported relatively fixed on a wall 34 of the circuit breaker is.
  • the end stop 33 has a housing 35, in an arrangement of piezoelectric generators 36 located.
  • a plunger 37 serves to introduce kinetic energy into the piezoelectric generators 36.
  • Through a Arrow 41 is the transfer of the lever 40 from a rest position indicated in a switch position shown in dashed lines.
  • the end stop 33 is alike capable of absorbing a linear movement and a mechanical one Convert residual energy into an electrical auxiliary energy.
  • An AND gate 42 is shown in broken lines in FIG two input signals can be fed.
  • the one of the input signals is provided by the trigger circuit 21 when a short circuit current through the main circuit of the circuit breaker flows (conductor 3 and 4) and becomes accordingly hereinafter referred to as a short-circuit signal.
  • the further input signal of the AND gate 42 is from the generator 23 taken for auxiliary energy and thus arises at Switch on the circuit breaker.
  • This input signal is referred to below as the switch-on signal and is associated with the occurrence of an auxiliary energy on the generator 23, but does not represent the auxiliary energy itself the switch-on signal is generated by means of the generator 23 obtained practically without reducing the yield of energy.
  • the AND gate 42 makes a difference in the event of a short circuit Behavior of the circuit breaker enables, depending after whether the short circuit occurs when the circuit breaker is switched on or whether the circuit breaker is open existing short circuit is turned on. In the latter Case it is namely advantageous to the circuit breaker trip instantaneously to damage the circuit breaker itself and the associated switchgear or the associated To limit consumers as much as possible. In contrast, it is in usually required to delay triggering when a Short circuit occurs when the circuit breaker is switched on. This delay caused by the trigger circuit is used in systems with several in series Circuit breakers to ensure a desired selectivity, so that only faulty power supplies are switched off. The delayed triggering is given in the arrangement according to FIG. 1 effective if only the short-circuit signal occurs and therefore no output signal is output from the AND gate 42.

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Auslösesystem und einer Anordnung zur Gewinnung einer Hilfsenergie für den Betrieb des Auslösesystems, wobei der Niederspannungs-Leistungsschalter eine durch Federkraft betreibbare Antriebsvorrichtung zum Schließen wenigstens eines bewegbaren Schaltkontaktes und eine lösbare Verklinkungseinrichtung zur Aufrechterhaltung des geschlossenen Zustandes des Schaltkontaktes aufweist, und das Auslösesystem eine Auslöseschaltung zur Bewertung eines über den Schaltkontakt fließenden Stromes anhand vorgegebener Parameter und eine durch die Auslöseschaltung aktivierbare Schalteinrichtung zur Freigabe der Verklinkungseinrichtung mittels einer Betätigungseinrichtung zwecks Öffnung des Schaltkontaktes umfaßt.The invention relates to a low-voltage circuit breaker with a tripping system and an arrangement for extracting one Auxiliary energy for the operation of the release system, the low voltage circuit breaker being a spring operable drive device for closing at least one movable switching contact and a detachable latching device to maintain the closed state of the switching contact, and the trigger system Trigger circuit for evaluating one via the switch contact flowing current based on specified parameters and a switching device which can be activated by the trigger circuit Release of the latching device by means of an actuating device for the purpose of opening the switching contact.

Ein Niederspannungs-Leistungsschalter mit diesen Merkmalen entspricht einem handelsüblichen Konzept, wie es beispielsweise der EP 0 590 937 A2 zu entnehmen ist. Einzelheiten des mechanischen Teiles eines Niederspannungs-Leistungsschalters für hohe Schaltleistungen sind beispielsweise der DE 44 16 088 Cl zu entnehmen.A low-voltage circuit breaker with these features corresponds to a commercially available one Concept such as that of EP 0 590 937 A2 can be seen. Details of the mechanical part of a Low-voltage circuit breakers for high switching capacities can be found, for example, in DE 44 16 088 Cl.

Die zum Betrieb des Auslösesystems benötigte Hilfsenergie kann nach zwei grundsätzlich verschiedenen Prinzipien bereitgestellt werden. Das eine dieser Prinzipien besteht in der Bereitstellung einer unabhängigen Hilfsenergiequelle, d. h. eine Batterie oder ein Anschluß an ein unabhängiges Hilfsnetz. Da Batterien eine beschränkte Lebensdauer aufweisen und ein Hilfsnetz ausfallen kann, wird häufig der Betrieb des Auslösesystems nach diesem Prinzip als nicht ausreichend zuverlässig angesehen. The auxiliary energy required to operate the trigger system can be provided according to two fundamentally different principles become. One of these principles is the Provision of an independent auxiliary energy source, d. H. a battery or a connection to an independent auxiliary network. Because batteries have a limited lifespan and an auxiliary network can fail, the operation of the Tripping system according to this principle as not sufficiently reliable viewed.

Das weitere Prinzip besteht darin, daß die zum Betrieb des Auslösesystems benötigte Hilfsenergie aus dem selben Netz bezogen wird, in dem sich der Leistungsschalter befindet. In der Regel werden die zur Erfassung des über die Schaltkontakte des Leistungsschalters fließenden Stromes vorgesehenen Stromwandler zugleich dazu benutzt, das Auslösesystem in Betrieb zu halten und die erwähnte Betätigungseinrichtung zu speisen, wenn die Schaltkontakte geöffnet werden sollen. Dabei kann die Betätigungseinrichtung entweder direkt mit dem Sekundärstrom der Stromwandler beaufschlagt werden oder es kann unter Zwischenschaltung einer Stromversorgungseinrichtung ein Kondensator als Zwischenspeicher aufgeladen werden. Beide Anordnungen unterscheiden sich in spezifischer Weise hinsichtlich ihres Schaltungsaufwandes und der Geschwindigkeit des Ansprechens der Betätigungseinrichtung.The further principle is that the operation of the Trigger system required auxiliary energy from the same network in which the circuit breaker is located. In are usually used for the detection of the switch contacts the circuit breaker flowing current provided Current transformers also used to operate the trip system to hold and the actuator mentioned feed when the switch contacts are to be opened. there can the actuator either directly with the Secondary current of the current transformer or it can with the interposition of a power supply device a capacitor can be charged as a buffer. Both arrangements differ in a specific way in terms of circuitry and speed the response of the actuator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit einer Anordnung zur Gewinnung einer Hilfsenergie der genannten Art zu schaffen, die sich durch ein besonders hohes Maß an Zuverlässigkeit auszeichnet und zugleich einen nur geringen schaltungstechnischen Aufwand erfordert.The invention has for its object a low-voltage circuit breaker with an arrangement for To create an auxiliary energy of the type mentioned, which is characterized by a particularly high level of reliability distinguished and at the same time only a small circuitry Effort required.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Bereitstellung der Hilfsenergie mit der Antriebsvorrichtung ein als mechanisch-elektrischer Umformer ausgebildeter Generator verbunden und beim Schließen des Schaltkontaktes zwangsläufig betätigbar ist.According to the invention, this object is achieved in that to provide the auxiliary energy with the drive device a trained as a mechanical-electrical converter Generator connected and when the switch contact closes is inevitably operable.

Die Hilfsenergie wird somit aus der mechanischen Bewegungsenergie des Leistungsschalters gewonnen. Dies bedeutet jedoch nicht, daß der Leistungsschalter in mechanischer Hinsicht anders ausgelegt werden muß, als dies bisher üblich bzw. erforderlich ist. Vielmehr wird bei der Erfindung von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß in dem Leistungsschalter ein nicht unbeträchtlicher Überschuß an mechanischer Antriebsenergie vorhanden ist. Dieser Überschuß ist erforderlich, um auch bei dem größten auftretenden Bewegungswiderstand ein sicheres Einschalten mit nachfolgender Verklinkung der Schaltkontakte in der geschlossenen Stellung zu bewirken. In den bisher bekannten Leistungsschaltern wird die überschüssige Antriebsenergie durch energieverzehrende Puffer und mechanische Sperren aufgefangen, um zu vermeiden, daß wichtige Bauteile des Leistungsschalters infolge ruckartiger Beendigung der Antriebsbewegung beschädigt oder zerstört werden. Nach der Erfindung wird die überschüssige Antriebsenergie wenigstens teilweise in eine elektrische Hilfsenergie zum Betrieb des Auslösesystems umgewandelt und somit nutzbringend verwertet.The auxiliary energy is thus the mechanical kinetic energy of the circuit breaker won. However, this means not that the circuit breaker is mechanically different must be interpreted as has been customary or necessary so far is. Rather, the fact of the invention Made use of that in the circuit breaker a not inconsiderable Excess mechanical drive energy available is. This excess is required to also apply the greatest resistance to movement Switch on with subsequent latching of the switch contacts to effect in the closed position. In the previously known Circuit breakers are the excess drive energy through energy-consuming buffers and mechanical locks collected in order to avoid that important components of the Circuit breaker due to jerky termination of the drive movement be damaged or destroyed. According to the invention the excess drive energy will at least partially into an electrical power supply to operate the Triggering system converted and thus usefully used.

Für die Zwecke der Erfindung eignen sich unterschiedliche bekannte Generatoren. Insbesondere kann ein piezoelektrischer Generator vorgesehen sein. Dieser ist insbesondere dann geeignet, wenn die Hilfsenergie entlang einem verhältnismäßig geringen Teil des Antriebsweges der Antriebsvorrichtung gewonnen werden soll.Various known ones are suitable for the purposes of the invention Generators. In particular, a piezoelectric Generator be provided. This is particularly suitable if the auxiliary power along a proportionate won a small part of the drive path of the drive device shall be.

Eine weitere geeignete Bauform eines Generators ist ein magnetelektrischer Generator. Dieser kann beispielsweise die Gestalt eines Lineargenerators besitzen, der wenigstens entlang einem Teil des Antriebsweges betätigt wird.Another suitable design of a generator is a magnet-electric one Generator. This can, for example Have the shape of a linear generator, at least along part of the drive path is actuated.

Ferner eignen sich für Zwecke der Erfindung auch die bekannten rotierenden Generatoren unterschiedlicher Bauformen.The known ones are also suitable for the purposes of the invention rotating generators of different designs.

Mit dem Prinzip der Gewinnung einer Hilfsenergie nach der Erfindung hängt es zusammen, daß die Dauer der Energieerzeugung verhältnismäßig gering ist. Da es erwünscht sein kann, die erzeugte Energie über einen längeren Zeitraum bereitzuhalten, empfiehlt es sich, zwischen den Generator und das Auslösesystem einen Energiespeicher zu schalten. With the principle of obtaining an auxiliary energy according to the invention it is related to the duration of energy production is relatively small. Since it may be desirable that to keep generated energy available for a longer period of time, it is recommended to put between the generator and the trigger system to switch an energy store.

Die bisher bekannten Auslösesysteme weisen als Betätigungseinrichtung einen Elektromagnet auf. Zur Auslösung des Leistungsschalters wird der Elektromagnet erregt und ein Stößel gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschoben. Demgegenüber können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung folgende Merkmale vorgesehen sein:

  • die Betätgungseinrichtung ist als ein durch die beim Schließen des Schaltkontaktes durch den Generator erzeugte Energie direkt zu speisender piezoelektrischer Aktor ausgebildet,
  • die Verklinkungseinrichtung ist derart ausgebildet, daß sie durch Aktivierung des Aktors zur Aufrechterhaltung des geschlossenen Zustandes des Schaltkontaktes betätigbar ist und
  • die Schalteinrichtung ist parallel zu dem Aktor als Überbrückungsschalter geschaltet, der zur Rückstellung des Aktors und Freigabe der Verklinkungseinrichtung durch die Auslöseschaltung zu schließen ist.
The previously known release systems have an electromagnet as the actuating device. To trip the circuit breaker, the electromagnet is energized and a plunger is moved against the force of a return spring. In contrast, the following features can be provided according to a further embodiment of the invention:
  • the actuating device is designed as a piezoelectric actuator to be fed directly by the energy generated by the generator when the switching contact closes,
  • the latching device is designed such that it can be actuated by activating the actuator in order to maintain the closed state of the switching contact and
  • the switching device is connected in parallel to the actuator as a bridging switch, which is to be closed by the trigger circuit in order to reset the actuator and release the latching device.

Bei dieser Ausgestaltung der Anordnung wird von der Eigenschaft der piezoelektrischen Aktoren Gebrauch gemacht, daß zur Aufrechterhaltung ihres aktivierten Zustandes nur eine äußerst geringe Energie benötigt wird. Diese kann in der schon erwähnten Weise aus einem Energiespeicher entnommen werden, der denjenigen Teil der von dem Generator erzeugten Energie aufnimmt, die nach der anfänglichen Aktivierung des piezoelektrischen Aktors verbleibt. Durch den Überbrückungsschalter wird der Aktor deaktiviert und sein mechanischer Ruhezustand wieder hergestellt. Hierdurch wird die Verklinkungseinrichtung gelöst.In this configuration the arrangement is made of the property the piezoelectric actuators made use of that only one to maintain their activated state extremely low energy is required. This can be done in the already mentioned way taken from an energy storage that part of that generated by the generator Absorbs energy after the initial activation of the piezoelectric actuator remains. Through the bypass switch the actuator is deactivated and its mechanical idle state restored. As a result, the latching device solved.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann jeder Einfluß des vorgesehenen Generators auf den Bewegungsablauf der Antriebsvorrichtung dadurch ausgeschlossen werden, daß der Generator Bestandteil eines erst gegen Ende einer Schließbewegung des Schaltkontaktes wirksamen Endanschlages ist, der für die Aufnahme einer nach dem Schließen des Schaltkontaktes und dem Wirksamwerden der Verklinkungseinrichtung verbleibenden Restenergie bemessen ist.According to a further embodiment of the invention, anyone can Influence of the generator provided on the movement sequence the drive device can be excluded in that the generator part of one towards the end of one Closing movement of the switch contact effective end stop is for recording one after closing the Switching contact and the effectiveness of the latching device remaining energy is measured.

Piezoelektrische Generatoren und piezoelektrische Aktoren sind in einer Reihe verschiedener Ausführungen bekannt. Beispielsweise sind ein piezoelektrischer Generator in der DE 34 24 339 A1 und eine piezoelektrische Betätigung eines Schaltkontaktes in der DE 36 29 040 A1 beschrieben.Piezoelectric generators and piezoelectric actuators are known in a number of different versions. For example are a piezoelectric generator in the DE 34 24 339 A1 and a piezoelectric actuation of a Switching contact described in DE 36 29 040 A1.

Die vorstehend erläuterten Schaltungsanordnungen können noch dadurch verbessert werden, daß ein UND-Glied zur Verknüpfung eines von der Auslöseschaltung abgegebenen Signals für das Auftreten eines Kurzschlußstromes und eines Signals des Generators sowie zur Abgabe eines Ausgangssignales beim Auftreten beider Signale in zeitlichem Zusammenhang vorgesehen ist.The circuit arrangements explained above can still can be improved in that an AND gate for linking a signal emitted by the trigger circuit for the Occurrence of a short-circuit current and a signal from the generator as well as for outputting an output signal when it occurs both signals are provided in a temporal connection.

Eine mit einem UND-Glied ausgerüstete Schaltungsanordnung ist vorteilhaft verwendbar zur Herbeiführung einer unverzögerten Auslösung des Leistungsschalters mittels des Ausgangssignales des UND-Gliedes, wenn die Einschaltung des Leistungsschalters auf einen bereits bestehenden Kurzschluß erfolgt.A circuit arrangement equipped with an AND gate is can advantageously be used to bring about an undelayed Trip of the circuit breaker by means of the output signal of the AND gate when the circuit breaker is closed to an existing short circuit.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is described below with reference to the figures illustrated embodiments explained in more detail.

Die Figur 1 zeigt schematisch vereinfacht die Gesamtanordnung eines Leistungsschalters mit einer Antriebsvorrichtung und einer Anordnung zur Gewinnung einer Hilfsenergie.Figure 1 shows schematically simplified the overall arrangement a circuit breaker with a drive device and an arrangement for obtaining auxiliary energy.

In der Figur 2 ist gleichfalls schematisch eine erste Ausführungsform dargestellt, bei der zur Lösung einer Verklinkungseinrichtung ein Auslösemagnet vorgesehen ist. FIG. 2 also schematically shows a first embodiment shown, in order to solve a latching device a trigger magnet is provided.

In der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch gezeigt, bei dem ein piezoelektrischer Aktor mit der Verklinkungseinrichtung zusammenwirkt.Another exemplary embodiment is shown schematically in FIG shown, in which a piezoelectric actuator with the Interlocking device cooperates.

Ein als Generator zur Bereitstellung von Hilfsenergie ausgebildeter Endanschlag ist in der Figur 4 veranschaulicht.A trained as a generator to provide auxiliary energy The end stop is illustrated in FIG. 4.

In der Figur 1 sind als Bestandteil eines Niederspannungs-Leistungsschalters ein bewegbarer Schaltkontakt 1 und ein hiermit zusammenwirkender ortsfester Schaltkontakt 2 mit anschließenden Stromleitern 3 und 4 als Bestandteil einer Hauptstrombahn gezeigt. Entgegen der vereinfachten Darstellung weisen übliche Leistungsschalter drei oder vier Hauptstrombahnen auf und sind daher mit einer entsprechenden mehrfachen Anordnung der erwähnten Baugruppen versehen. Der bewegbare Schaltkontakt 1 ist gelenkig mit einem schwenkbar gelagerten Kontaktträger 5 verbunden, wobei sich zwischen dem Kontaktträger 5 und dem bewegbaren Schaltkontakt 1 eine Kontaktkraftfeder 6 befindet. Zur Überführung des bewegbaren Schaltkontaktes 1 aus der in der Figur 1 gezeigten geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung (Figuren 2 und 3) ist eine als Ganzes mit 7 bezeichnete Antriebsvorrichtung vorgesehen, die einen Federspeicher 10 aufweist. Der Federspeicher 10 ist in seinem gespannten Zustand gezeigt, in welchem er mittels einer Sperrstange 11 gehalten wird. Gezeigt ist ferner ein Freigabemagnet 12, der in bekannter Weise betätigt werden kann.In Figure 1 are part of a low-voltage circuit breaker a movable switch contact 1 and a hereby cooperating stationary switch contact 2 with subsequent Conductors 3 and 4 as part of a Main current path shown. Contrary to the simplified representation common circuit breakers have three or four main current paths on and are therefore with a corresponding multiple Provide arrangement of the modules mentioned. The moveable Switch contact 1 is articulated with a pivoted Contact carrier 5 connected, being between the Contact carrier 5 and the movable switching contact 1 a contact force spring 6 is located. To transfer the movable Switching contact 1 from the open shown in Figure 1 Position in the closed position (Figures 2 and 3) a drive device designated as a whole as 7, which has a spring accumulator 10. The spring accumulator 10 is shown in its tensioned state in which it is is held by a locking rod 11. It is also shown a release magnet 12 which operates in a known manner can be.

Bei Freigabe der Sperrstange 11 ist durch den Federspeicher 10 mittels eines strichpunktiert angedeuteten Treibgestänges 13 der bewegbare Schaltkontakt 1 zu betätigen. Dies geschieht über ein Schaltgestänge 15 sowie eine Verklinkungseinrichtung 16, die dafür sorgt, daß der bewegbare Schaltkontakt 1 in seiner geschlossenen Stellung verbleibt, wobei durch die Kontaktkraftfeder 6 auch eine benötigte Kontaktkraft aufrechterhalten wird.When the locking rod 11 is released by the spring accumulator 10 by means of a drive link indicated by dash-dotted lines 13 to actuate the movable switch contact 1. this happens via a shift linkage 15 and a latching device 16, which ensures that the movable switching contact 1 in remains in its closed position, being by the contact force spring 6 also maintain a required contact force becomes.

Damit der Leistungsschalter seine Schutzfunktionen ausüben kann, ist an dem Stromleiter 3 der erwähnten Hauptstrombahn ein Stromwandler 17 angebracht, dessen Sekundärwicklung 20 ein Stromsignal bereitstellt, das an eine Auslöseschaltung 21 angelegt wird. Diese enthält in bekannter Weise analog- oder digitalelektronische Schaltungen zur Bewertung des anliegenden Stromsignales anhand vorgegebener Parameter, um im Bedarfsfall eine Betätigungseinrichtung 22 anzusteuern, welche die Verklinkungseinrichtung 16 beaufschlagt.So that the circuit breaker performs its protective functions can, is on the current conductor 3 of the mentioned main current path a current transformer 17 is attached, the secondary winding 20 provides a current signal that is sent to a trigger circuit 21 is created. This contains analog or in a known manner digital electronic circuits for evaluating the applied Current signals based on specified parameters, if necessary to control an actuator 22 which the latching device 16 acts.

Die Hilfsenergie zum Betrieb der Auslöseschaltung 21 und der Betätigungseinrichtung 22 wird mittels eines Generators 23 erzeugt, der mit dem Antriebsgestänge 13 verbunden ist. Es kann sich hiermit um einen beliebigen Generator der bereits erwänten Art handeln. Die erzeugte Hilfsenergie wird über eine längern Zeitraum durch Speicherung in einem Kondensator 24 bereitgehalten. Weitere Einzelheiten werden im folgenden anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.The auxiliary power to operate the trigger circuit 21 and Actuating device 22 is operated by means of a generator 23 generated, which is connected to the drive linkage 13. It can be any generator of the already act as mentioned. The generated auxiliary energy is over a prolonged period by storage in a capacitor 24 kept ready. Further details are given below of Figures 2 and 3 explained.

In der Figur 2 ist nur die Hauptstrombahn des Leistungsschalters mit dem in seiner geschlossenen Stellung befindlichen bewegbaren Schaltkontakt 1 und die Verklinkungseinrichtung und das Auslösesystem gezeigt. Die Verklinkungseinrichtung 16 ist als Riegelstange mit einer Sperrnase 25 dargestellt, an der ein Riegelstift 26 der durch einen Auslösemagnet 27 entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 30 verschiebbar ist. Als Schalteinrichtung 31 ist ein zu der Auslöseschaltung 21 gehörender Schaltkontakt gezeigt. Gegenüber den bisher bekannten Leistungsschaltern besteht somit der Unterschied, daß der Auslösemagnet 27 nicht aus einem gesonderten Hilfsnetz oder mittels des Stromwandlers 17, sondern mittels der in dem Generator 23 (Figur 1) erzeugten und in einem Kondensator 24 zwischengespeicherten Energie betätigt wird.In Figure 2 is only the main circuit of the circuit breaker with the one in its closed position movable switch contact 1 and the latching device and the trigger system shown. The latching device 16 is shown as a locking bar with a locking lug 25 the one locking pin 26 which countered by a release magnet 27 the action of a return spring 30 is displaceable. A switching device 31 is connected to the trigger circuit 21 belonging switch contact shown. Compared to the previously known Circuit breakers there is the difference that the trigger magnet 27 is not from a separate auxiliary network or by means of the current transformer 17, but by means of the in the Generator 23 (Figure 1) generated and in a capacitor 24th cached energy is operated.

In dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3 wird der Riegelstift 26 durch einen piezoelektrischen Aktor 32 im Eingriff mit der Sperrnase 25 der Verklinkungseinrichtung 16 gehalten. Dies geschieht dadurch, daß der Aktor 32 von der in dem Generator 23 erzeugten Energie direkt beaufschlagt wird und damit die in der Figur 3 gezeigte Stellung des Riegelstiftes 26 bewirkt. Anschließend benötigt der Aktor 32 nur eine sehr geringe Energie zur Aufrechterhaltung der gezeigten Position. Die Auslösung des Leistungsschalters geschieht dadurch, daß die in der Auslöseschaltung 21 enthaltene Schalteinrichtung 31 parallel zu dem Aktor 32 liegt und dieser somit beim Schließen der Schalteinrichtung 31 kurzgeschlossen wird. Dies führt zur sofortigen Rückstellung des Aktors 32 und zum Zurückziehen des Riegelstiftes 26 zwecks Freigabe der Verklinkungseinrichtung 16.In the further exemplary embodiment according to FIG. 3 the locking pin 26 by a piezoelectric actuator 32 in Engagement with the locking lug 25 of the latching device 16 held. This happens because the actuator 32 of the in the generator 23 generated energy is applied directly and thus the position of the locking pin shown in FIG. 3 26 causes. Subsequently, the actuator 32 only needs a very low energy to maintain the shown Position. The circuit breaker is triggered by that the switching device contained in the trigger circuit 21 31 is parallel to the actuator 32 and thus this short-circuited when the switching device 31 is closed becomes. This leads to the immediate resetting of the actuator 32 and to retract the locking pin 26 to release the Latching device 16.

Als Beispiel für die Anordnung eines Generators zur Erzeugung der Hilfsenergie zeigt die Figur 4 einen Endanschlag 33, der an einer Wand 34 des Leistungsschalters relativ ortsfest abgestützt ist. Der Endanschlag 33 weist ein Gehäuse 35 auf, in dem sich eine Anordnung von piezoelektrischen Generatoren 36 befindet. Ein Stößel 37 dient zur Einleitung einer Bewegungsenergie in die piezoelektrischen Generatoren 36. Dies geschieht mittels eines schwenkbaren Hebels 40, der Bestandteil des Antriebsgestänges 13 in Figur 1 sein kann. Durch einen Pfeil 41 ist die Überführung des Hebels 40 aus einer Ruhestellung in eine gestrichelt gezeigte Einschaltstellung angedeutet. Offensichtlich ist der Endanschlag 33 gleichermaßen geeignet, eine lineare Bewegung aufzunehmen und eine mechanische Restenergie in eine elektrische Hilfsenergie umzuwandeln. As an example for the arrangement of a generator for generation 4 shows an end stop 33 of the auxiliary power supported relatively fixed on a wall 34 of the circuit breaker is. The end stop 33 has a housing 35, in an arrangement of piezoelectric generators 36 located. A plunger 37 serves to introduce kinetic energy into the piezoelectric generators 36. This happens by means of a pivotable lever 40, the component of the drive linkage 13 in Figure 1 can be. Through a Arrow 41 is the transfer of the lever 40 from a rest position indicated in a switch position shown in dashed lines. Obviously the end stop 33 is alike capable of absorbing a linear movement and a mechanical one Convert residual energy into an electrical auxiliary energy.

In der Figur 1 ist gestrichelt ein UND-Glied 42 gezeigt, dem zwei Eingangssignale zuführbar sind. Das eine der Eingangssignale wird von der Auslöseschaltung 21 bereitgestellt, wenn ein Kurzschlußstrom durch die Hauptstrombahn des Leistungsschalters fließt (Stromleiter 3 und 4) und wird dementsprechend im folgenden als Kurzschluß-Meldesignal bezeichnet. Das weitere Eingangssignal des UND-Gliedes 42 wird aus dem Generator 23 für Hilfsenergie entnommen und entsteht somit beim Einschalten des Leistungsschalters. Dieses Eingangssignal wird im folgenden als Einschalt-Meldesignal bezeichnet und ist mit dem Auftreten einer Hilfsenergie am Generator 23 verbunden, stellt aber nicht die Hilfsenergie selbst dar. Damit wird das Einschalt-Meldesignal mittels des Generators 23 praktisch ohne Verringerung der Ausbeute an Energie gewonnen.An AND gate 42 is shown in broken lines in FIG two input signals can be fed. The one of the input signals is provided by the trigger circuit 21 when a short circuit current through the main circuit of the circuit breaker flows (conductor 3 and 4) and becomes accordingly hereinafter referred to as a short-circuit signal. The further input signal of the AND gate 42 is from the generator 23 taken for auxiliary energy and thus arises at Switch on the circuit breaker. This input signal is referred to below as the switch-on signal and is associated with the occurrence of an auxiliary energy on the generator 23, but does not represent the auxiliary energy itself the switch-on signal is generated by means of the generator 23 obtained practically without reducing the yield of energy.

Ein beim gemeinsamen Auftreten des Einschalt-Mmeldesignals und des Kurzschluß-Meldesignals von dem UND-Glied 42 ausgegebenes Ausgangssignal wird der Betätigungsseinrichtung 22 zugeführt, um die Verklinkungseinrichtung 16 unverzögert zu lösen.On when the switch-on alarm signal occurs together and the short-circuit notification signal output from the AND gate 42 Output signal is fed to the actuating device 22, in order to release the latching device 16 without delay.

Durch das UND-Glied 42 wird bei einem Kurzschluß ein unterschiedliches Verhalten des Leistungsschalters ermöglicht, je nachdem, ob der Kurzschluß auftritt, wenn der Leistungsschalter eingeschaltet ist oder ob der Leistungsschalter auf einen bestehenden Kurzschluß eingeschaltet wird. Im zuletzt genannten Fall ist es nämlich vorteilhaft, den Leistungsschalter unverzögert auszulösen, um Schäden am Leistungsschalter selbst und der zugehörigen Schaltanlage bzw. dem zugehörigen Verbraucher möglichst zu begrenzen. Demgegenüber ist es in der Regel erforderlich, die Auslösung zu verzögern, wenn ein Kurzschluß bei eingeschaltetem Leistungsschalter auftritt. Diese Verzögerung, die durch die Auslöseschaltung bewirkt wird, dient dazu, in Anlagen mit mehreren in Reihe liegenden Leistungsschaltern eine erwünschte Selektivität sicherzustellen, damit nur fehlerhafte Netzteile abgeschaltet werden. Die verzögerte Auslösung wird bei der Anordnung nach der Figur 1 wirksam, wenn nur das Kurzschluß-Meldesignal auftritt und daher von dem UND-Glied 42 kein Ausgangssignal ausgegeben wird.The AND gate 42 makes a difference in the event of a short circuit Behavior of the circuit breaker enables, depending after whether the short circuit occurs when the circuit breaker is switched on or whether the circuit breaker is open existing short circuit is turned on. In the latter Case it is namely advantageous to the circuit breaker trip instantaneously to damage the circuit breaker itself and the associated switchgear or the associated To limit consumers as much as possible. In contrast, it is in usually required to delay triggering when a Short circuit occurs when the circuit breaker is switched on. This delay caused by the trigger circuit is used in systems with several in series Circuit breakers to ensure a desired selectivity, so that only faulty power supplies are switched off. The delayed triggering is given in the arrangement according to FIG. 1 effective if only the short-circuit signal occurs and therefore no output signal is output from the AND gate 42.

Die beschriebene Verwendung des mechanisch-elektrischen Umformers 23 sowohl zur Gewinnung einer Hilfsenergie zum Betrieb einer Auslöseschaltung als auch zur Abgabe eines Einschalt-Meldesignals für eine unverzögerte Auslösung beim Einschalten auf einen Kurzschluß stellt eine vorteilhafte Kombination dar. Demgegenüber wird nach der älteren DE-Patentanmeldung 198 06 345.8 ein mit der Erschütterung des Leistungsschalters beim Einschalten verknüpftes Spannungssignal ausgewertet. Die Gewinnung eines zur weiteren Verarbeitung geeigneten Einschalt-Meldesignals setzt jedoch einen gewissen und für jede Bauart, Baugröße und Einbauart eines Leistungsschalters individuellen Schaltungsaufwand voraus, da zeitlicher Verlauf, Amplitude und Frequenz einer Spannung, wie sie durch eine Erschütterung beim Einschalten eines Leistungsschalters an einem elektromagnetischen Bauteil auftritt, sehr unterschiedlich sein können.The described use of the mechanical-electrical converter 23 both for obtaining auxiliary energy for operation a trigger circuit as well as for issuing a switch-on signal for instantaneous activation when switched on a short circuit represents an advantageous combination In contrast, according to the older DE patent application 198 06 345.8 one with the shake of the Circuit breaker linked voltage signal when switched on evaluated. Obtaining one for further processing suitable switch-on signal signals, however, sets one certain and for each type, size and type of installation Circuit breaker ahead of individual circuit work, because time course, amplitude and frequency of a voltage, as caused by a shock when turning on a circuit breaker occurs on an electromagnetic component, can be very different.

Claims (9)

  1. A low-voltage circuit breaker having a trip system and an arrangement for generating auxiliary power for operating the trip system, wherein the low-voltage circuit breaker has an actuating device (7) that can be operated by spring force for closing at least one movable switch contact (1) and a releasable latching device (16) for maintaining the closed state of the switch contact (1), and the trip system comprises a trip circuit (21) for evaluating a current flowing through the switch contact (1) on the basis of a specified parameter and a switching device (31) that can be activated by the trip circuit (21) to release the latching device (16) by means of an actuating device (22) for the purpose of opening the switch contact (1), characterized in that, to provide the auxiliary energy, a generator (23) designed as a mechano-electrical rotary converter is connected to the drive device (7) and can be automatically actuated when the switch contact (1) is closed.
  2. Low-voltage circuit breaker according to Claim 1, characterized in that the generator is designed as a piezoelectric generator (36).
  3. Low-voltage circuit breaker according to Claim 1, characterized in that the generator is designed as a magnetoelectric generator.
  4. Low-voltage circuit breaker according to Claim 1, characterized in that the generator is designed as a rotating generator.
  5. Low-voltage circuit breaker according to one of Claims 2 to 4, characterized in that an energy store is connected between the generator and the trip system.
  6. Low-voltage circuit breaker according to one of Claims 2 to 5, characterized by the following features:
    the actuating device (22) contains a piezoelectric actuator (32) to be supplied directly by the power generated when the switch contact is closed by the generator,
    the latching device (16) is designed in such a way that it can be actuated by activating the actuator (32) to maintain the closed state of the switch contact (1),
    the switching device is connected in parallel with the actuator (32) as a bypass switch that has to be closed by the trip circuit (21) to reset the actuator (32) and release the latching device (16).
  7. Low-voltage circuit breaker according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the generator (36) is a component of an end stop (33) that is operative only towards the end of a closing movement of the switch contact (1) and that is dimensioned to receive a residual power after the switch contact (1) is closed and the latching device (16) becomes operative.
  8. Low-voltage circuit breaker according to one of the preceding claims, characterized in that an AND element (42) is provided for combining a signal, delivered by the trip circuit (21), for the occurrence of a short-circuit current and a signal of the generator (23, 36) and also for delivering an output signal if both signals occur in a time relationship.
  9. Use of the low-voltage circuit breaker according to Claim 8 to bring about a tripping of the circuit breaker without delay by means of the output signal of the AND element (42) if the circuit breaker is switched on with a short-circuit already in existence.
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