EP1336185A1 - Elektrische schalteinrichtung für fehlerstrom-, überstrom- und kurzschlussstromschutz - Google Patents

Elektrische schalteinrichtung für fehlerstrom-, überstrom- und kurzschlussstromschutz

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EP1336185A1
EP1336185A1 EP01997825A EP01997825A EP1336185A1 EP 1336185 A1 EP1336185 A1 EP 1336185A1 EP 01997825 A EP01997825 A EP 01997825A EP 01997825 A EP01997825 A EP 01997825A EP 1336185 A1 EP1336185 A1 EP 1336185A1
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circuit
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ABB Patent GmbH
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Definitions

  • the invention relates to an electrical switching device for fault, overcurrent and short-circuit current protection according to the preamble of claim 1.
  • the currently known electrical switching devices if they are to be used for overcurrent and short-circuit current protection, have a thermal release in the form of a thermal bimetal which deflects when an overcurrent occurs and thereby releases a switch lock, as a result of which a contact point in the switching device is permanently opened.
  • an electromagnetic release is provided, which has a magnetic core and a movable magnet armature, which are surrounded by a coil, with which the contact point is opened directly on the one hand and a switching lock is released, on the other hand, so that the contact point is permanently opened in this case.
  • Two triggers must be provided for both triggering methods, namely the thermal trigger and the electromagnetic trigger.
  • this switching device has a converter through which the current path (mains conductor) is passed; a secondary winding is arranged on the converter and is connected to an electromagnetic release in the form of a holding magnet or a blocking magnet release which is connected to a.
  • the key switch acts so that the contact point is opened permanently.
  • the object of the invention is to provide a switching device of the type mentioned, which is simplified compared to the known switching device.
  • only one trigger is provided in a switching device, which is suitable for all of these protective measures.
  • two permanent magnets which face each other with their poles of the same name, are provided, with a core made of magnetic material connected to one of the permanent magnets being provided between the poles of the same name of the permanent magnets, one of which is fixedly and the other guided movably.
  • the permanent magnets and the core are at least partially surrounded by at least one coil, which is acted upon by a fault current, overcurrent or short-circuit current, so that when a current flows in the at least one coil, the magnetic field is changed such that a relative movement of the movable part takes place. which is transferred to the contact point directly or via the key switch.
  • the arrangement acts as a short-circuit opener or short-circuit release, and when the coil is flowed through by an overcurrent, it heats the core of magnetic material and, if this consists of a material that saturates at higher temperatures goes as an overcurrent release. If residual current flows through the coil, the release acts as a residual current release.
  • a first coil is provided which is connected to the secondary winding of a current transformer via an energy storage circuit, so that a fault current is thereby detected.
  • a second coil which lies in the current path of the switching device and which, as a short-circuit protection and overcurrent protection coil, drives the movable part of the trigger according to the invention.
  • the trigger is assigned a yoke as a conclusion, the fixed part being attached to the yoke.
  • the magnets and the magnetic material touch in the idle state and are repelled when the current flows through the coils.
  • the permanent magnets are kept at a distance in the idle state and the magnetic fields act in such a way that they attract the magnets when current flows through the coil.
  • both parts are surrounded and guided by a coil body made of non-magnetic material.
  • At least one of the contacting surfaces of the two parts can be coated with a non-stick layer. This ensures that gluing processes between the moving parts are avoided.
  • a trigger 10 has a yoke 11 which is U-shaped with a web 12 and two legs 13 and 14 running perpendicularly thereto.
  • a first permanent magnet 16 is attached to the leg 13 by means of a rivet 15, specifically with the north pole N on the leg 15.
  • a second permanent magnet 17 is assigned to the trigger 10, the north pole N of which is adjacent to the leg 14, whereas the south pole S of the second permanent magnet 17 faces the south pole S of the first permanent magnet 16.
  • a core 18 made of magnetic material, the permeability of which is dependent on the temperature in such a way that the core 18 saturates at elevated temperatures.
  • the core is magnetically connected to the second permanent magnet 17.
  • the two permanent magnets 16 and 17 together with the core 18 are surrounded by an inner coil body 19, which consists, for example, of plastic or the like.
  • a first coil 20 is wound around the inner coil former and is surrounded by a second coil former 21, on the outside of which a second coil 22 is wound.
  • the terminals 23 and 24 of the inner coil or first coil 20 are connected to an energy storage circuit 25, the input of which is connected to the secondary winding 26 of a converter 27, the primary winding of which is passed through a current path 28 in which a contact point 29 is located.
  • the second coil 22 is located in the current path 28, and the ends of the current path 28 are connected to terminals 30 and 31.
  • a plunger 33 connects to the north pole N of the second permanent magnet 17 and acts on the one hand via a switching lock 34 and on the other hand directly on the contact point 29, the lines of action being shown in broken lines.
  • the plunger 23 is made of non-magnetic material and has a shoulder 35 which bears against the inner surface of the yoke 14, drawn in the switched-off state, so that the movement of the second permanent magnet 17 with the core 18 is limited.
  • the energy storage circuit 25 is charged and a suitable magnetic field is generated via the coil 20, so that the two parts which touch separate and move into the triggered position due to the repulsion effect of the poles of the same name, see Fig., Arrive. As a result, the contact point 29 is permanently opened via the switching lock 34.
  • the core 18 heats up; this changes the permeability of the core 18, so that it goes into saturation and is magnetically seen air. As a result, the two permanent magnets repel each other and the contact point 29 is permanently opened via the switching lock 34.
  • the configuration according to the invention thus serves as a trigger for a fault current, overcurrent and short-circuit release. This is achieved by assigning the two permanent magnets to the core 18 within the coils 20 and 22.

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Abstract

Es wird eine elektrische Schalteinrichtung für Fehlerstrom-, Überstrom Schutz, mit einer Kontaktstelle (29) im Strompfad (28) und einem Schaltschloss (34) zur bleibenden Öffnung der Kontaktstelle und mit Mitteln zur Erfassung des Fehlerstromes, des Überstromes und des Kurzschluss Stromes beschrieben, bei der die Mittel zwei Permanentmagnete (16, 17), die mit ihren gleichnamingen Polen sich gegenüber stehen, umfassen, wobei zwischen den aufeinanderzuweisenden gleichnamigen Polen der Permanentmagnete (10) fest verbundener Kern (18) aus magnetischem Material vorgesehen ist. Die Permanentmagnete (16, 17) sind wenigstens teilweise von wenigstens einer Spule (20, 22) umgeben, die von einem Fehlerstrom, Überstrom oder Kurzschlussstrom durchflossen ist bzw. sind, sodass bei Auftreten eines Stromflusses in der Spulen das magnetische Feld derart verändert wird, dass eine Relativbewegung des beweglichen Teiles erfolgt, die direkt oder über das Schaltschloss auf die Kontaktstelle übertragen wird.

Description

Elektrische Schalteinrichtung für Fehlerstrom -, Überstrom - und Kurzschlußstromschutz
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung für Fehler -, Überstrom - und Kurzschlußstromschutz gemäß dem Oberbegriffs des Anspruches 1.
Die derzeit bekannten elektrischen Schaltgeräte besitzen, wenn sie für Überstrom - und Kurzschlußstromschutz verwendet werden sollen, einen thermischen Auslöser in Form eines Thermobimetalls, das bei Auftreten eines Überstromes ausbiegt und dabei ein Schaltschloß entklinkt, wodurch eine Kontaktstelle im Schaltgerät bleibend geöffnet wird. Für Kurzschlußschutz ist ein elektromagnetischer Auslöser vorgesehen, der einen Magnetkern und einen beweglichen Magnetanker aufweist, die von einer Spule umgeben sind, mit dem einerseits die Kontaktstelle direkt geöffnet und andererseits ein Schaltschloß entklinkt wird, sodass in diesem Fall die Kontaktstelle bleibend geöffnet ist. Für beide Auslösemethoden sind zwei Auslöser vorzusehen, nämlich der thermische Auslöser und der elektromagnetische Auslöser.
Wenn das Schaltgerät einen Fehlerstrom abschalten soll, dann besitzt dieses Schaltgerät einen Wandler, durch den der Strompfad (Netzleiter) hindurchgeführt wird ; am Wandler ist eine Sekundärwicklung angeordnet, die auf einen elektromagnetischen Auslöser in Form eines Haltemagnet-oder eines Sperrmagnetauslösers aufgeschaltet ist, der auf ein. Schaltschloß wirkt, sodass die Kontaktstelle bleibend geöffnet wird.
Für alle drei Schutzmaßnahmen sind drei Auslöser vorzusehen, wobei in einem Schaltgerät der Kurzschluß - und Überstrom erfasst wird ; der Fehlerstromschutz erfolgt in einem eigenen Fehlerstromschutzschalter. Diese Anordnung bzw. diese Zuordnung der einzelnen Schaltgeräte zu den entsprechenden Schutzmaßnahmen ist aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber der bekannten Schalteinrichtung vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß ist in einer Schalteinrichtung lediglich ein Auslöser vorgesehen, der für alle diese Schutzmaßnahmen geeignet ist. Hierzu sind zwei Permanentmagnete, die mit ihren gleichnamigen Polen gegenüberstehen, vorgesehen, wobei zwischen den aufeinanderzuweisenden gleichnamigen Polen der Permanentmagnete, von denen der eine fest und der andere beweglich geführt ist, ein mit einem der Permanentmagnete verbundener Kern aus magnetischem Material vorgesehen ist. Die Permanentmagnete und der Kern sind wenigstens teilweise von wenigstens einer Spule umgeben, die von einem Fehlerstrom, Überstrom oder Kurzschlußstrom beaufschlagt wird, sodass bei Auftreten eines Stromflusses in der wenigstens einen Spule das magnetische Feld derart verändert wird, dass eine Relativbewegung des beweglichen Teils erfolgt, die direkt oder über das Schaltschloß auf die Kontaktstelle übertragen wird.
Man nutzt dabei die Wirkungen eines Modells aus, mit dem Kräfte in Kernfusionsprozessen simuliert werden, siehe Am.J. Phys. 62 (9), September 1994, S. 804 bis 806. Bei dem dort beschriebenen Modell ziehen sich die beweglichen Teile, wenn sie eine Entfernung von ca. 2,6 mm unterschreiben, mit einer maximalen Kraft von 17 N an, wogegen bei einer Entfernung, die größer ist als 2,6 bzw. 3 Millimeter, abstoßende Kräfte wirken. Mit der Spule können die in der Fig. 2 der Literaturstelle dargestellten magnetischen Felder beeinflusst werden, sodass im Falle eines Stromes durch die Spule Anziehungskräfte überwunden und lediglich die abstoßende Kräfte wirken. Dadurch, dass das bewegliche Teil mit relativ hoher Kraft abgestoßen wird, kann ein Schaltschloß entklinkt oder eine Kontaktstelle unmittelbar geöffnet werden. Wird die Spule vom Kurzschlußstrom durchflössen, wirkt die Anordnung als Kurzschlußöffner oder Kurzschlußauslöser, und wenn die Spule von einem Überstrom durchflössen wird, erwärmt sie den Kern aus magnetischem Material, und, wenn dieser aus einem solchen Material besteht, das bei höheren Temperaturen in die Sättigung geht, als Überstromauslöser. Wenn die Spule von Fehlerstrom durchflössen ist, wirkt der Auslöser als Fehlerstromauslöser.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine erste Spule vorgesehen, die über eine Energiespeicherschaltung mit der Sekundärwicklung eines Stromwandlers verbunden ist, sodass hierdurch einen Fehlerstrom detektiert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine zweite Spule vorgesehen, die im Strompfad des Schaltgerätes liegt und die als Kurzschlußschutz - und Über- stromschutzspule das bewegliche Teil des erfindungsgemäßen Auslösers antreibt.
Damit wird ein Auslöser mit zwei Spulen geschaffen, der alle Funktionen eines Fehlerstrom - und Leitungsschutzschalters ausführen kann.
Um Streuverluste zu vermeiden, ist dem Auslöser ein Joch als Rückschluss zugeordnet, wobei das feststehende Teil am Joch befestigt ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung berühren sich in Ruhezustand die Magnete und das magnetische Material und werden bei Stromfluß durch die Spulen abgestoßen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Permanentmagnete im Ruhezustand auf Abstand gehalten und die Magnetfelder wirken so, dass sie bei Stromfluß durch die Spule die Magnete zum Anziehen bringen. Zur Führung der beiden Teile, also des beweglichen und des feststehenden Teiles gegeneinander, sind beide Teile von einem Spulekörper aus nicht magnetischen Material umgeben und geführt.
Wenigstens eine der sich berührenden Flächen der beiden Teile kann erfindungsgemäß mit einer Antihaftschicht beschichtet sein. Dadurch wird erreicht, dass Klebevorgänge zwischen den beweglichen Teilen vermieden werden.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt: die Einzige Fig. eine Schnittansicht in schematischer Darstellung durch einen Auslöser.
Ein Auslöser 10 besitzt ein Joch 11 , welches U- förmig mit einem Steg 12 und zwei senkrecht dazu verlaufenden Schenkeln 13 und 14 versehen ist. Am Schenkel 13 ist mittels eines Nietes 15 ein erster Permanentmagnet 16 befestigt und zwar mit dem Nordpol N am Schenkel 15. Dem Auslöser 10 ist ein zweiter Permanentmagnet 17 zugeordnet, wobei dessen Nordpol N dem Schenkel 14 benachbart liegt, wogegen der Südpol S des zweiten Permanentmagneten 17 dem Südpol S des ersten Permanentmagneten 16 gegenüberliegt. Zwischen den beiden Permanentmagneten 16 und 17 befindet sich ein Kern 18 aus magnetischem Material, dessen Permeabilität von der Temperatur derart abhängig ist, dass bei erhöhter Temperaturen der Kern 18 in Sättigung geht. Bei dieser Ausgestaltung ist der Kern mit dem zweiten Permanentmagneten 17 magnetisch verbunden. Die beiden Permanentmagnete 16 und 17 zusammen mit dem Kern 18 sind von einem inneren Spulenkörper 19 umgeben, der beispielsweise aus Kunststoff oder dgl. besteht. Um den inneren Spulenkörper herum gewickelt ist eine erste Spule 20 und um diese Spule ist von einem zweiten Spulenkörper 21 umgeben, auf dessen Außenseite eine zweite Spule 22 gewickelt ist. Die innere Spule bzw. erste Spule 20 ist mit ihren Anschlüssen 23 und 24 mit einer Energiespeicherschaltung 25 verbunden, deren Eingang mit der Sekundärwicklung 26 eines Wandlers 27 verbunden ist, dessen Primärwicklung durch einen Strompfad 28 hindurchgeführt ist, in dem sich eine Kontaktstelle 29 befindet. Im Strompfad 28 befindet sich die zweite Spule 22, und die Enden des Strompfades 28 sind mit Anschlußklemmen 30 und 31 verbunden.
An Nordpol N des zweiten Permanentmagneten 17 schließt ein Stößel 33 an, der einerseits über ein Schaltschloß 34 und andererseits direkt auf die Kontaktstelle 29 einwirkt, wobei die Wirklinien strichliert dargestellt sind. Der Stößel 23 besteht aus nicht magnetischen Material und besitzt einen Absatz 35, der gegen die Innenfläche des Joches 14, im Ausschaltzustand gezeichnet, zum Anliegen kommt, sodass die Bewegung des zweiten Permanentmagneten 17 mit dem Kern 18 begrenzt ist.
Wenn über den Wandler 27 ein Fehlerstrom detektiert wird, dann wird die Energiespeicherschaltung 25 aufgeladen und über die Spule 20 ein geeignetes Magnetfeld erzeugt, sodass die beiden Teile, die sich berühren, sich trennen und aufgrund des Abstoßeffektes der gleichnamigen Pole in die ausgelöste Stellung, siehe Fig., gelangen. Dadurch wird über das Schaltschloß 34 die Kontaktstelle 29 bleibend geöffnet.
Wenn im Strompfad 28 ein Überstrom auftritt, dann erwärmt sich der Kern 18 ; dadurch verändert sich die Permeabilität des Kerns 18, sodass dieser ins Sättigung geht und dann magnetisch gesehen Luft ist. Dadurch stoßen sich die beiden Permanentmagnete ab und über das Schaltschloß 34 wird die Kontaktstelle 29 bleibend geöffnet.
Fließt im Strompfad 28 ein Kurzschlußstrom, dann wird über die Spule 22 das Magnetfeld so verändert, dass sich die Pole abstoßen und der Stößel 33 sowohl direkt als auch über das Schaltschloß auf die Kontaktstelle 29 einwirkt.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung dient somit als Auslöser für einen Fehlerstrom, Überstrom - und Kurzschlußauslöser. Erreicht wird dieses durch die Zuordnung der beiden Permanentmagnete mit dem Kern 18 innerhalb der Spulen 20 und 22.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Schalteinrichtung für Fehlerstrom -, Überstrom - und Kurzschlußstrom Schutz, mit einer Kontaktstelle (29) im Strompfad (28) und einem Schaltschloß (34) zur bleibenden Öffnung der Kontaktstelle und mit Mitteln zur Erfassung des Fehlerstromes, des Überstromes und des Kurzschluß Stromes, dadurch gekennzeichnet dass die Mittel zwei Permanentmagnete (16,17), die mit ihren gleichnamigen Polen sich gegenüber stehen, umfassen, wobei zwischen den aufeinanderzuweisenden gleichnamigen Polen der Permanentmagnete, von denen einer fest und der andere beweglich geführt ist, ein mit einem der Permanentmagnete (10) fest verbundener Kern (18) aus magnetischem Material vorgesehen ist, dass die Permanentmagnete (16,17) wenigstens teilweise von wenigstens einer Spule (20,22) umgeben sind, die von einem Fehlerstrom, Überstrom oder Kurzschlußstrom durchflössen ist bzw. sind, sodass bei Auftreten eines Stromflusses in der Spulen das magnetische Feld derart verändert wird, dass eine Relativbewegung des beweglichen Teiles erfolgt, die direkt oder über das Schaltschloß auf die Kontaktstelle übertragen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (18) mit dem beweglichen zweiten Permanentmagneten (17) fest verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Spule mit einem Ende eine Energiespeicherschaltung (25) verbunden ist, deren anderes Ende mit der Sekundärwicklung (26) eines Stromwandlers (27) verbunden ist, sodass ein Fehlerstrom detektiert wird, sodass sich das Magnetfeld des Auslösers verändert.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Spule (22) vorgesehen ist, die direkt im Strompfad (28) liegt und die Überströme oder Kurzschlußströme detektiert.
5. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (18) aus einem Material besteht, das bei steigender Temperaturen seine magnetischen Eigenschaften, insbesondere seine Permeabilität, ändert und bei erhöhter Temperaturen in die Sättigung geht.
6. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Joch (11) als Rückschluss vorgesehen ist und dass das feststehende Teil (16) am Joch befestigt ist.
7. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand sich die Magnete mit dem Kern berühren und anziehen und bei Stromfluß durch die Spulen sich abstoßen.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand die Magnete auf Abstand gehalten sind und sich bei Stromfluß durch die Spulen anziehen.
9. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete mit dem Kern von einem inneren Spulenkörper aus nicht magnetischen Material umgeben und geführt sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dass die innere Spule (20) von einem zweiten Spulenkörper (21) umgeben ist.
11. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der sich berührenden Teile mit einer Antihaftschicht beschichtet sind
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