EP1164615B1 - Mehrpoliger Schutzschalter - Google Patents

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EP1164615B1
EP1164615B1 EP00112615A EP00112615A EP1164615B1 EP 1164615 B1 EP1164615 B1 EP 1164615B1 EP 00112615 A EP00112615 A EP 00112615A EP 00112615 A EP00112615 A EP 00112615A EP 1164615 B1 EP1164615 B1 EP 1164615B1
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EP
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pole
pen
conductor
circuit breaker
neutral
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Johann Dr. Wolf
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
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    • H01H71/002—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00 with provision for switching the neutral conductor

Definitions

  • the invention relates to a multi-pole circuit breaker for a polyphase network (multi-conductor network) with neutral conductor (N-conductor) or with combined neutral and protective conductor (PEN conductor).
  • polyphase network multi-conductor network
  • N-conductor neutral conductor
  • PEN conductor neutral and protective conductor
  • phase currents by, for example, 50%.
  • these measures are already highly undesirable because of their ineffectiveness.
  • the invention is therefore based on the object to provide a multi-pole circuit breaker, which allows avoiding the disadvantages mentioned safe protection of the neutral or the combined protection and neutral.
  • a corresponding multi-pole circuit breaker is provided in which the pole in principle has no point of interruption, via which the N-conductor or PEN conductor is connected and its current leads.
  • this N- or PEN-pole recognizes by means of appropriate current detection organs an impermissible overcurrent and causes via a coupling with the phase poles their release.
  • the N or PEN pole therefore includes one with the respective turn-off device of the other phase poles Coupled tripping device that does not switch the N- or PEN-pole or without interruption. In the case of overload of the N or PEN conductor, the phase poles, but not the N or PEN pole are thus separated.
  • the N pole or PEN pole with regard to its structure is basically the same as the other phase poles. Due to the identical parts concept, this considerably reduces the manufacturing outlay.
  • the switching contact of the turn-off device of the N or PEN pole is bridged by means of, for example, a piece of wire. This ensures that even in the event of tripping in case of overload of the N- or PEN conductor this remains uninterrupted.
  • the coupling of the tripping and / or turn-off of both the phase poles and the N- or PEN-pole is thus a reliable protection of the N- or PEN conductor, without disconnecting it from the network.
  • the conductor cross sections used can be used to the maximum.
  • standard assemblies and components can also be used for the N or PEN pole.
  • switching contact is permanently closed.
  • a switching lock provided as well as the other poles is then not coupled to this switching contact of the N or PEN pole, while this switching lock is coupled to the switching locks of the remaining poles of the circuit breaker.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that by means of a multi-pole circuit breaker or protective switching device, in particular a circuit breaker, in which a the neutral conductor or the combined protection and neutral associated N- or PEN pole, although direct or indirect triggering mechanisms, even but does not disconnect, a reliable protection by switching off the other phase currents is effected.
  • the protective effect with respect to the neutral conductor or the combined Protected and neutral conductor maintained by overloaded and thus in the event of tripping the N or PEN pole unswitched or disconnected without interruption or as a result of bridging an existing switching contact.
  • the multi-pole circuit breaker is therefore particularly suitable for multi-conductor networks in which the neutral conductor is to be protected but not switched, e.g. for 2- and 3-pole circuit breakers. It is also suitable as a tripping device in the N or PEN pole of a circuit breaker with increased or reduced tripping values with correspondingly adapted conductor cross sections, e.g. for cables with half neutral cross section.
  • the multi-pole circuit breaker 1 for a three-phase system with the phase or outer conductors L1 to L3 and the neutral conductor N. or the combined protective and neutral conductor PEN has per pole P1 to P4 a triggering device with an electromagnetic release 2 and a thermal release 3 and a shutdown device with a switching contact 4 and a switching mechanism 5 on.
  • the N- or PEN-pole P4 according to the embodiment of FIG 1 has a parallel to the switching contact 4 arranged bridging element 6, z. B. a wire or wire bridge, on.
  • the N or PEN pole P4 has no switching contact.
  • a switching contact may also be provided, which is then permanently closed.
  • the corresponding switching mechanism 5 of this pole P4 is then mechanically not coupled to the permanently closed switching contact.
  • the switching locks 5 of the poles P1 to P4 are on the one hand coupled with each other, which is indicated by the dashed line of action 7.
  • the switching locks 5 with the triggers 2 and / or 3 are mechanically coupled, which is indicated by the dashed lines of action 8.
  • the switching locks 5 are coupled to the respective switching contact 4.
  • PEN pole detected by means of the thermal release 3 for overload and / or by means of the electromagnetic release 2 for short circuit, and coupled in this pole P4 with the triggers 2.3 switching mechanism 5 is triggered.
  • the triggering of the switching mechanism 5 of the N- or PEN pole P4 causes due to the coupling of the triggering device 2,3 with the turn-off 4.5 of the phase poles a release of the remaining phase poles P1 to P4, so that their switching contacts 4 are opened and a shutdown from the network L n .
  • the PEN or N pole P4 of the circuit breaker 1 according to FIG 2 only protective or trip device, while this pole P4 itself is not switched.
  • the essential component of the non-switched or uninterrupted N- or PEN-pole P4 is therefore the tripping device 2,3 for current detection and forwarding of the trigger signal to the coupled with this pole P4 phase poles P1 to P3.
  • the invention according to FIG 1 offers the advantage that in the local multi-pole circuit breaker 1 virtually identical switching devices or poles P1 to P4 can be used.
  • the pole P4 to be connected to the neutral conductor N or to the combined protective and neutral conductor PEN is to be provided with the element 6 for bridging its switching contact 4.

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  • Breakers (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Percussion Or Vibration Massage (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrpoligen Schutzschalter für ein mehrphasiges Netz (Mehrleiternetz) mit Neutralleiter (N-Leiter) oder mit kombiniertem Neutral- und Schutzleiter (PEN-Leiter).
  • In mehrphasigen Netzen, z. B. in einem Drehstromnetz, mit hohem Oberwellengehalt kann eine Überlastung des Neutralleiters auftreten. So wurde festgestellt, dass durch den zunehmenden Anteil von elektronisch geregelten Geräten, wie beispielsweise Computer- oder PC-Netzteile, auch der Oberwellenanteil im entsprechenden Netz ansteigt. Während bei unverzerrten sinusförmigen Strömen im Neutralleiter die Stromsumme stets Null ergibt, erfolgt bei der dritten Oberwelle eine Addition der über die Phasenleitungen des Netzes fließenden Außenleiterströme. Dieser Oberwellenanteil wiederum kann dazu führen, dass der Neutralleiterstrom das √3-fache oder 1,7-fache des Außenleiterstroms erreichen oder übersteigen kann.
  • Überstromschutzeinrichtungen in Form sogenannter Schutzschalter in den Außenleitern sind daher in Extremfällen nicht in der Lage, den Neutralleiter zu schützen. Demzufolge kann dieser bei unzulässig hohen Belastungsströmen thermisch zerstört werden, obwohl in den Phasen- oder Außenleitern die zulässigen Nennströme nicht überschritten werden. In solchen Fällen ist eine allpolige Absicherung erforderlich.
  • Handelt es sich um reine Neutralleiter, so wird durch den Einsatz eines geschützten Pols, z.B. eines vierpoligen Leitungsschutz- oder Leitungsschalters, eine thermische Überlastung des an den N-Pol angeschlossenen Neutralleiters (N-Leiter) sicher abgeschaltet. Demgegenüber ist eine Abschaltung oder Auftrennung eines kombinierten Schutz- und Neutralleiters (PEN-Leiter) aus Sicherheitsgründen unzulässig. Auch dürfen in manchen Netzen die Neutralleiter nicht geschaltet werden.
  • Zur Lösung dieses Problems ist es möglich, die Phasenströme um beispielsweise 50% zu reduzieren. Eine derartige Reduzierung der Phasenströme mit der Folge vergleichsweise kleiner Bemessungsströme beim Überstromschutzorgan als für die Leitung zulässig, bedeuten aber eine ineffektive Nutzung des Leiterquerschnitts. Auch ist denkbar, den Leiterquerschnitt des Neutralleiters bzw. des kombinierten Schutz- und Neutralleiters zu vergrößern. Diese Maßnahmen sind jedoch bereits aufgrund deren Ineffektivität äußerst unerwünscht.
  • Aus der US 5,729,421 A ist ein mehrpoliger Schutzschalter für ein mehrphasiges Netz mit einem Neutralleiter bekannt. Der im Neutralleiter fließende Strom wird mittels eines Ringkern-Wandlers erfasst und ausgewertet. Im Überlastfall veranlasst eine Auslöseeinrichtung ein Öffnen der Schaltkontakte in den drei Phasenleitern. Im Neutralleiter ist dagegen kein zu öffnender Schaltkontakt vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mehrpoligen Schutzschalter anzugeben, der unter Vermeidung der genannten Nachteile einen sicheren Schutz auch des Neutralleiters bzw. des kombinierten Schutz- und Neutralleiters ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu ist für ein mehrphasiges Netz ein entsprechend mehrpoliger Schutzschalter vorgesehen, bei dem derjenige Pol prinzipiell keine Unterbrechungsstelle aufweist, über den der N-Leiter bzw. PEN-Leiter angeschlossen ist und der dessen Strom führt. Dieser N- bzw. PEN-Pol erkennt jedoch mittels entsprechender Stromerfassungsorgane einen unzulässigen Überstrom und bewirkt über eine Kopplung mit den Phasenpolen deren Auslösung. Der N- bzw. PEN-Pol umfasst daher eine mit der jeweiligen Abschalteinrichtung der weiteren Phasenpole gekoppelte Auslöseeinrichtung, die den N- bzw. PEN-Pol nicht oder unterbrechungsfrei schaltet. Im Überlastfall des N- oder PEN-Leiters werden somit die Phasenpole, nicht aber der N- bzw. PEN-Pol aufgetrennt.
  • Dabei ist der N- bzw. PEN-Pol hinsichtlich dessen Aufbaus grundsätzlich den übrigen Phasenpolen gleich. Dies verringert aufgrund des Gleichteilekonzeptes den fertigungstechnischen Aufwand erheblich. In diesem Fall ist in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, dass der Schaltkontakt der Abschalteinrichtung des N- bzw. PEN-Pols mittels beispielsweise eines Drahtstückes überbrückt ist. Dadurch wird erreicht, dass auch im Auslösefalle bei Überlast des N- bzw. PEN-Leiters dieser unterbrechungsfrei bleibt. Infolge der Kopplung der Auslöse- und/oder Abschalteinrichtungen sowohl der Phasenpole als auch des N- bzw. PEN-Pols erfolgt somit ein zuverlässiger Schutz des N- bzw. PEN-Leiters, ohne diesen vom Netz zu trennen. Dadurch können die verwendeten Leiterquerschnitte maximal genutzt werden. Außerdem können Standardbaugruppen und -komponenten auch für den N- bzw. PEN-Pol verwendet werden.
  • Es kann auch eine Variante vorgesehen sein, bei der der Schaltkontakt dauerhaft geschlossen ist. Ein ebenso wie bei den anderen Polen vorgesehenes Schaltschloss ist dann mit diesem Schaltkontakt des N- bzw. PEN-Pols nicht gekoppelt, während dieses Schaltschloss mit den Schaltschlössern der übrigen Pole des Schutzschalters gekoppelt ist.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mittels eines mehrpoligen Schutzschalters oder Schutzschaltgerätes, insbesondere eines Leitungsschutzschalters, bei dem ein dem Neutralleiter oder dem kombinierten Schutz- und Neutralleiter zugeordneter N- bzw. PEN-Pol zwar direkte oder indirekte Auslösemechanismen aufweist, selbst aber nicht trennt, ein zuverlässiger Schutz durch Ausschalten der übrigen Phasenströme bewirkt wird. Dabei wird die Schutzwirkung bezüglich des Neutralleiters bzw. des kombinierten Schutz- und Neutralleiters aufrechterhalten, indem bei Überlast und somit im Auslösefall der N- oder PEN-Pol ungeschaltet oder infolge der Überbrückung eines vorhandenen Schaltkontaktes unterbrechungsfrei oder unterbrechungslos geschaltet wird.
  • Der mehrpolige Schutzschalter eignet sich daher insbesondere für Mehrleiternetze, in denen der neutrale Leiter geschützt, aber nicht geschaltet werden soll, z.B. für 2- und 3-polige Schutzschalter. Er eignet sich auch als Auslöseeinrichtung im N- bzw. PEN-Pol eines Schutzschalters mit erhöhten oder erniedrigten Auslösewerten bei entsprechend angepassten Leiterquerschnitten, z.B. für Leitungen mit halbem Neutralleiterquerschnitt.
  • Nachfolgend wird Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • FIG 1
    schematisch einen vierpoligen Schutzschalter eines Dreiphasennetzes mit gebrücktem Schaltkontakt im N-bzw. PEN-Pol, und
    FIG 2
    einen nicht die Erfindung betreffenden mehrpoligen Schutzschalter mit einem schaltkontaktlosen N- bzw. PEN-Pol.
  • Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der mehrpolige Schutzschalter 1 für ein Drehstromnetz mit den Phasen- oder Außenleitern L1 bis L3 und dem Neutralleiter N bzw. dem kombinierten Schutz- und Neutralleiter PEN weist je Pol P1 bis P4 eine Auslöseeinrichtung mit einem elektromagnetischen Auslöser 2 und einem thermischen Auslöser 3 sowie eine Abschalteinrichtung mit einem Schaltkontakt 4 und einem Schaltschloss 5 auf. Der N- bzw. PEN-Pol P4 gemäß der Ausführungsform nach FIG 1 weist ein parallel zum Schaltkontakt 4 angeordnetes Überbrückungselement 6, z. B. eine Leiter- oder Drahtbrücke, auf.
  • Bei dem nicht unter die Erfindung fallenden Schalter gemäß FIG 2 weist der N- bzw. PEN-Pol P4 keinen Schaltkontakt auf. Alternativ kann jedoch ebenfalls ein Schaltkontakt vorgesehen sein, wobei dieser dann dauerhaft geschlossen ist. Das entsprechende Schaltschloss 5 dieses Pols P4 ist mit dem dauerhaft geschlossenen Schaltkontakt dann mechanisch nicht gekoppelt.
  • Die Schaltschlösser 5 der Pole P1 bis P4 sind einerseits untereinander gekoppelt, was durch die gestrichelte Wirkungslinie 7 angedeutet ist. Andererseits sind die Schaltschlösser 5 mit den Auslösern 2 und/oder 3 mechanisch gekoppelt, was durch die gestrichelten Wirkungslinien 8 angedeutet ist. Ferner sind bei den Phasenpolen P1 bis P3 die Schaltschlösser 5 mit dem jeweiligen Schaltkontakt 4 gekoppelt.
  • Im Überlastfall des Neutralleiters N bzw. des kombinierten Schutz- und Neutralleiters PEN wird eine Überlastung des N-bzw. PEN-Pols mittels des thermischen Auslösers 3 für überlast und/oder mittels des elektromagnetischen Auslösers 2 für Kurzschluss erfasst, und das in diesem Pol P4 mit den Auslösern 2,3 gekoppelte Schaltschloss 5 wird ausgelöst. Die Auslösung des Schaltschlosses 5 des N- bzw. PEN-Pols P4 bewirkt infolge der Kopplung dessen Auslöseeinrichtung 2,3 mit den Abschalteinrichtungen 4,5 der Phasenpole eine Auslösung der übrigen Phasenpole P1 bis P4, so dass deren Schaltkontakte 4 geöffnet werden und eine Abschaltung vom Netz Ln erfolgt.
  • Dabei erfolgt eine Abschaltung des N- bzw. PEN-Pols lediglich indirekt, indem die übrigen Phasenpole P1 bis P3 infolge der Kopplung deren Abschalteinrichtungen 4,5 mit der Auslöseeinrichtung 2,3 des Pols P4 ausgeschaltet werden, während der N-bzw. PEN-Pol P4 aufgrund der Überbrückung des Schaltkontaktes 4 dieses Pols P4 auch im Auslösefall unterbrechungsfrei ist. Somit bleibt die Schutzwirkung des N- bzw. PEN-Pols erhalten.
  • Im Gegensatz dazu ist der PEN- bzw. N-Pol P4 des Schutzschalters 1 gemäß FIG 2 lediglich Schutz- oder Auslöseorgan, während dieser Pol P4 selbst nicht geschaltet wird. Wesentliche Komponente des nicht oder unterbrechungsfrei geschalteten N- bzw. PEN-Pols P4 ist daher die Auslöseeinrichtung 2,3 zur Stromerfassung und Weiterleitung des Auslösesignals an die mit diesem Pol P4 gekoppelten Phasenpole P1 bis P3.
  • Gegenüber dem Schalter gemäß FIG 2 bietet die Erfindung gemäß FIG 1 den Vorteil, dass bei dem dortigen mehrpoligen Schutzschalter 1 praktisch identische Schaltgeräte oder Pole P1 bis P4 eingesetzt werden können. Dabei ist lediglich der an den Neutralleiter N oder an den kombinierten Schutz- und Neutralleiter PEN anzuschließende Pol P4 mit dem Element 6 zur Überbrückung dessen Schaltkontaktes 4 zu versehen. Eine derartige Nachrüstung des für den N- bzw. PEN-Pols P4 vorgesehenen Schaltgerätes ist fertigungstechnisch in besonders einfacher Art und Weise durchführbar.

Claims (3)

  1. Mehrpoliger Schutzschalter (1) für ein mehrphasiges Netz (Ln) mit Neutralleiter (N) oder mit kombiniertem Neutral- und Schutzleiter (PEN) umfassend
    - Phasenpole (Pn) mit Abschalteinrichtungen (4,5) und
    - einen dem Neutralleiter (N) zugeordneten N-Pol (P4) bzw. einen dem Neutral- und Schutzleiter (PEN) zugeordneten PEN-Pol (P4), der eine Auslöseeinrichtung (2,3) und eine Abschalteinrichtung (4,5) mit überbrücktem Schaltkontakt (4) aufweist,
    - wobei die Auslöseeinrichtung (2,3) des N- bzw. PEN-Pols (P4) mit der Abschalteinrichtung (4,5) des oder jedes Phasenpols (Pn) gekoppelt ist, die den N- bzw. PEN-Pol (P4) nicht oder unterbrechungsfrei schaltet.
  2. Mehrpoliger Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinrichtung des N- bzw. PEN-Pols (P4) einen thermischen Auslöser (3) oder einen thermischen Auslöser (3) und einen elektromagnetischen Auslöser (2) umfasst.
  3. Mehrpoliger Schutzschalter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pol (Pn, P4) ein mit den weiteren Polen (Pn, P4) gekoppeltes Schaltschloss (5) umfasst.
EP00112615A 2000-06-14 2000-06-14 Mehrpoliger Schutzschalter Expired - Lifetime EP1164615B1 (de)

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