EP2050114A1 - Switching device for selectively switching off with a thermal trigger element - Google Patents

Switching device for selectively switching off with a thermal trigger element

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Publication number
EP2050114A1
EP2050114A1 EP07788060A EP07788060A EP2050114A1 EP 2050114 A1 EP2050114 A1 EP 2050114A1 EP 07788060 A EP07788060 A EP 07788060A EP 07788060 A EP07788060 A EP 07788060A EP 2050114 A1 EP2050114 A1 EP 2050114A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching
current
switching device
electrical
selectively
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07788060A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ludwig Birkl
Gunther Eckert
Christoph Weber
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2050114A1 publication Critical patent/EP2050114A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01H71/1081—Modifications for selective or back-up protection; Correlation between feeder and branch circuit breaker

Definitions

  • the invention relates to a switching device for selectively switching off an electrical line, to which in particular an electrical load is connected.
  • a thermal release element in the form of a bimetal element is attached ⁇ arranged in a secondary flow path.
  • a switching mechanism is consistent both with the Bimetallele ⁇ ment and the second switching element in a mechanical operative connection.
  • the current is first commutated by opening the first switching element into the secondary current path.
  • the bimetallic element heats up and opens the second switching element after a delay time.
  • a further selective Druckein ⁇ direction is known. It also comprises a main and a Ne ⁇ benstrompfad.
  • the secondary current path again contains a bimetallic element.
  • a current limiting PTC (positive Temperature Coefficient) resistor ge ⁇ switches in series with the bimetal element.
  • the known switching devices are also complex due to the two parallel current paths. In addition, you have an unsatisfactory shutdown behavior.
  • the invention is therefore based on the object to provide a switching ⁇ device , on the one hand is simple and on the other hand has a good shutdown.
  • the switching device according to the invention contains a) a single in the selectively switched off electrical
  • B) comprises a series electrical connection of at least one switching ⁇ element, a thermal tripping element and a Strom ⁇ delimiting element, wherein c) the thermal tripping element is connected by means of a mechanical Ther- mozziwirk für with a switch lock, by means of a mechanical Entklinkungswirkver - Bond is connected to a movable contact part of the Heidelbergele ⁇ management.
  • the switching device is characterized in that instead of the two current paths provided in the prior art only a single current path is present.
  • a thermal tripping element and a current limiter element are provided in addition to the single switching element. The latter protects the thermal release element and also the
  • Switching element in front of an overload. It thus contributes to a durable and safe performance of the switching device according to the invention.
  • the thermal release element is due to the current-related
  • Heating essentially a current-time integrator. From a certain value of the current-time integral, the thermal tripping element causes the unlatching in the switch lock, where ⁇ finally switched off by the switching element, that is opened. Until this trip value of the current-time integral it ⁇ enough to possibly cause existing downstream switching input ⁇ directions, if they determine that the fault in a monitored them through the section of the Line fed network is located.
  • the current-time characteristic of the thermal release element is designed in accordance with diesbe ⁇ schen network requirements.
  • the current limiter is an electric resistor having a positive Temperaturkoeffi ⁇ coefficient, in particular a current-dependent PTC resistor.
  • These resistors also referred to as PTC thermistors, tend to conduct electricity better at low temperatures than at high temperatures. So their electrical resistance increases at Tempe ⁇ raturerhöhung. They thus have a positive temperature coefficient.
  • the current-limiting effect is caused by the current itself. A current flow heats the PTC resistor so that its resistance increases and, as a result, the current is limited.
  • Such a positive temperature coefficient resistor is a component available in many embodiments. Often even standard components can be used. Overall, therefore, results in a low implementation cost both for this type of current limiter element as well as for the so-ausgebil ⁇ ended switching device.
  • the switching element itself is designed to be switchable. This saves an otherwise necessary for the external control of the switching element to ⁇ overhead. It is furthermore particularly favorable if the switching element has a switching contact which opens automatically and preferably dynamically.
  • This type of switching element is basically known. Its particularly advantageous opening and closing behavior is achieved for example by a suitable guidance of the current-carrying lines within the switching element. These are arranged in particular so that they repel from a certain current and thus cause an at least partial opening of the switching contact.
  • the dynamically opening switching contact causes a further current limit, so that an additional overload protection is given.
  • the thermal tripping element is also designed as a bimetallic element.
  • a bimetallic element can be easily realized and is also available in many embodiments ⁇ forms. It also inherently has the desired behavior of a current-time integrator.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a switch cascade with egg ⁇ ner switching device according to the invention
  • FIG. 2 shows an embodiment of a block diagram a it ⁇ inventive switching means having a single switchable current path, the switching element is a, a
  • Thermoauslöseelement and a current limiter element contains.
  • FIGS. 1 and 2 Corresponding parts are provided in FIGS. 1 and 2 with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a detail of an electrical network, which is a current-conducting main electrical line. 1 having an input 2. After the input 2 of an inventive self-shifting trained Druckeinrich ⁇ tung 3 is arranged in the main line. 1 Behind the switching device 3, the main line 1 has a branching node 4, which forms a connection between the main line 1 and three line trains 5, 6, 7. In each line 5, 6, 7 is another self-switching switching ⁇ device 8, 9 and 10, which in each case a consumer 11, 12 and 13 is arranged downstream. The consumers 11, 12, 13 may be well-known building installations.
  • the switching devices 3, 8, 9 and 10 may also be referred to as protective devices. It may, for example, be a circuit breaker or circuit breaker, the switching devices 3, 8, 9 preferably having a short-circuit breaking capacity of approximately 6 to 15 kA each, whereas the short-circuit breaking capacity of the switching device 10 is in particular approximately 15 to 50 kA.
  • the switching devices 3 and 8 to 10 are cascaded. They protect the network and / or consumers 11, 12 and 13 selectively. This means that in the event of an error, such as a short circuit, only that of the switching devices 3, 8, 9 and 10 which is closest to the fault location shuts off. In this manner it is achieved that only the feh ⁇ lerhafte part of the network fails. The rest remains operation ⁇ ready.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a selective switching device 14 arranged in the main line 1 in a schematic diagram. It provides a more concrete embodiment for the embodiment shown in FIG 1 the switching means 3. It contains a switchable current path 15 with a series circuit 16 of a switching element 17, a current limiter in the form of a PTC-resistor 18 and a thermal release element in the form of a Bimetallele ⁇ ment 19. The The order of arrangement of said compo ⁇ nents in the series circuit 16 is arbitrary.
  • the bimetallic element 19 is coupled by means of a mechanical thermal lock connection 20 with a switching mechanism 21. Between the switching mechanism 21 and a movable contact part 22 of the switching element 17, a mechanical Entklinkungswirkitati 23 is provided.
  • the switching element 17 is designed to be self-switching. It has a dynamically opening switching contact, which also includes the only schematically indicated in FIG 2 movable contact part 22.
  • the dynamic opening behavior is caused by a high current flow in the current path 15.
  • the switching devices 3 and 14 are for incorporation in a selective shutdown concept for an electrical subnet, as shown for example in FIG 1, determined.
  • Selective shutdown means that of two series ⁇ arranged switching devices, such as the switching device 3 and one of the switching devices 8 to 10 according to FIG 1, in the event of a short circuit, first switches off the downstream switching device. In the embodiment of Figure 1, this is one of the switching devices 8 to 10. It may happen that the short-circuit current is not (completely) turned off by this measure, for example because the short-circuit ⁇ current is too high or the downstream switching device is defective. Only then should the upstream GmbHeinrich ⁇ tion - in the embodiment of FIG 1 so the Heidelbergein ⁇ direction 3 - switch off.
  • the switching devices 3 and 14 turn off only with a certain delay.
  • the latter is either predetermined or can be dimensioned in particular wide limits. It also depends on the time from the current flow.
  • the Bimetallele ⁇ element 19 provides the necessary for the selective disconnection Ver ⁇ delay.
  • the bimetallic element 19 is essentially a current-time integrator. At a certain triggering threshold of the current-time integral from a thermally-induced bending of the bimetal element 19 or ⁇ is so great that by means of the thermal lock operative connection 20, the unlatching in the closed switching is caused 21st
  • the unlatching effected by means of EntklinkungswirkISS 23 a final opening of the contact part 22 and thus of the switching element 17 in total. It can then no longer without targeted operation from the outside or fall back.
  • the PTC resistor 18 limits the current flow via its positive temperature coefficient. This protects the bimetallic element 19 and the Heidelbergele ⁇ element 17 from overloading.
  • the bimetallic element 19 causes the unlatching in the switching mechanism 21 and the switching element 17 is finally switched off.
  • the switching device 14 allows a safe selective shutdown.
  • This selectivity can be adjusted by means of a suitable dimensioning of the PTC resistor 18 and / or the bimetallic element 19 over a large short-circuit current range. In particular, such short-circuit currents of 25 kA and more can be safely controlled.

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Abstract

A switching device (14) for selectively switching off an electrical line (1). It comprises a single current path (15) included in the electrical line (1) being able to be switched off selectively and connected in series, comprising an electrical series circuit (16) of at least one switching element (17), of a thermal trigger element (19) and a current limiting element (18). The thermal trigger element (19) is connected to a switching lock (21) by a mechanical thermal lock connection (20), being in turn connected to the switching element (17) by a mechanical unlatching connection (23) with a moveable contact part (22). The switching device (14) is of simple design and comprises a secure selective switching behavior.

Description

Beschreibungdescription
Schalteinrichtung zum selektiven Abschalten mit einem Thermo- auslöseelementSwitching device for selective shutdown with a thermal tripping element
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum selektiven Abschalten einer elektrischen Leitung, an die insbesondere ein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist.The invention relates to a switching device for selectively switching off an electrical line, to which in particular an electrical load is connected.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl selektiv abschaltender Schalteinrichtungen bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 1 587 123 Al einen selektiven Schutzschalter, der in einem Hauptstrompfad ein erstes und ein zweites Schaltelement (= Kontaktstelle) umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Pa- rallel zum ersten Schaltelement ist in einem Nebenstrompfad ein Thermoauslöseelement in Form eines Bimetallelements ange¬ ordnet. Ein Schaltschloss steht sowohl mit dem Bimetallele¬ ment als auch mit dem zweiten Schaltelement in einer mechanischen Wirkverbindung. Bei einem Kurzschluss in der elektri- sehen Leitung wird der Strom zunächst durch Öffnen des ersten Schaltelements in den Nebenstrompfad kommutiert. Solange der Kurzschlussstrom nicht abgeschaltet wird, erwärmt sich das Bimetallelement und öffnet nach einer Verzögerungszeit das zweite Schaltelement.From the prior art, a plurality of selectively switching off switching devices is known. For example, EP 1 587 123 A1 discloses a selective circuit breaker comprising in a main current path a first and a second switching element (= contact point), which are connected in series. In parallel to the first switching element, a thermal release element in the form of a bimetal element is attached ¬ arranged in a secondary flow path. A switching mechanism is consistent both with the Bimetallele ¬ ment and the second switching element in a mechanical operative connection. In the event of a short circuit in the electrical line, the current is first commutated by opening the first switching element into the secondary current path. As long as the short-circuit current is not switched off, the bimetallic element heats up and opens the second switching element after a delay time.
Aus der DE 28 54 623 C2 ist eine weitere selektive Schaltein¬ richtung bekannt. Auch sie umfasst einen Haupt- und einen Ne¬ benstrompfad. Der Nebenstrompfad enthält wieder ein Bimetall¬ element. Um letzteres vor einer Überlastung zu schützen, ist im Nebenstrompfad ein strombegrenzender PTC (positive tempera- ture coefficient) -Widerstand in Serie zum Bimetallelement ge¬ schaltet .From DE 28 54 623 C2, a further selective Schaltein ¬ direction is known. It also comprises a main and a Ne ¬ benstrompfad. The secondary current path again contains a bimetallic element. In order to protect the latter from an overload, is the auxiliary current path a current limiting PTC (positive Temperature Coefficient) resistor ge ¬ switches in series with the bimetal element.
Die bekannten Schalteinrichtungen sind auch aufgrund der bei- den parallelen Strompfade aufwändig. Außerdem weisen Sie ein unbefriedigendes Abschaltverhalten auf. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schalt¬ einrichtung anzugeben, die einerseits einfach aufgebaut ist und andererseits ein gutes Abschaltverhalten aufweist.The known switching devices are also complex due to the two parallel current paths. In addition, you have an unsatisfactory shutdown behavior. The invention is therefore based on the object to provide a switching ¬ device , on the one hand is simple and on the other hand has a good shutdown.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung enthält a) einen einzigen in die selektiv abzuschaltende elektrischeThis object is achieved by the features of independent claim 1. The switching device according to the invention contains a) a single in the selectively switched off electrical
Leitung in Serie eingefügten schaltbaren Strompfad, der b) eine elektrische Serienschaltung mindestens eines Schalt¬ elements, eines Thermoauslöseelements sowie eines Strom¬ begrenzerelements umfasst, wobei c) das Thermoauslöseelement mittels einer mechanischen Ther- moschlosswirkverbindung mit einem Schaltschloss verbunden ist, das mittels einer mechanischen Entklinkungswirkver- bindung mit einem beweglichen Kontaktteil des Schaltele¬ ments verbunden ist.B) comprises a series electrical connection of at least one switching ¬ element, a thermal tripping element and a Strom ¬ delimiting element, wherein c) the thermal tripping element is connected by means of a mechanical Ther- moschlosswirkverbindung with a switch lock, by means of a mechanical Entklinkungswirkver - Bond is connected to a movable contact part of the Schaltele ¬ management.
Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass anstelle der beim Stand der Technik vorgesehenen beiden Strompfade nur ein einziger Strompfad vorhanden ist. In dem insbesondere als Hauptleitung ausgebildeten Strompfad sind neben dem einzigen Schaltelement lediglich ein Thermoauslöseelement sowie ein Strombegrenzerelement vorgesehen. Letzteres schützt das Thermoauslöseelement und auch dasThe switching device according to the invention is characterized in that instead of the two current paths provided in the prior art only a single current path is present. In the current path formed in particular as a main line, only a thermal tripping element and a current limiter element are provided in addition to the single switching element. The latter protects the thermal release element and also the
Schaltelement vor einer Überlastung. Es trägt somit zu einem dauerhaften und sicheren Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung bei.Switching element in front of an overload. It thus contributes to a durable and safe performance of the switching device according to the invention.
Das Thermoauslöseelement stellt aufgrund der strombedingtenThe thermal release element is due to the current-related
Erwärmung im Wesentlichen einen Strom-Zeit-Integrator dar. Ab einem bestimmten Wert des Strom-Zeit-Integrals veranlasst das Thermoauslöseelement die Entklinkung im Schaltschloss, wo¬ durch das Schaltelement endgültig abgeschaltet, d.h. geöffnet wird. Bis dieser Auslösewert des Strom-Zeit-Integrals er¬ reicht ist, können ggf. vorhandene nachgeordnete Schaltein¬ richtungen auslösen, wenn sie feststellen, dass der Fehlerort in einem von ihnen überwachten Teilabschnitt des durch die Leitung gespeisten Netzes liegt. Die Strom-Zeit-Charakteristik des Thermoauslöseelements ist entsprechend den diesbe¬ züglichen Netzanforderungen ausgelegt.Heating essentially a current-time integrator. From a certain value of the current-time integral, the thermal tripping element causes the unlatching in the switch lock, where ¬ finally switched off by the switching element, that is opened. Until this trip value of the current-time integral it ¬ enough to possibly cause existing downstream switching input ¬ directions, if they determine that the fault in a monitored them through the section of the Line fed network is located. The current-time characteristic of the thermal release element is designed in accordance with diesbe ¬ züglichen network requirements.
Trotz des sehr einfachen Aufbaus gewährleistet die erfin¬ dungsgemäße Schalteinrichtung also ein sicheres selektives Abschalten. Der einfache Aufbau bedingt einen sehr niedrigen Herstellungsaufwand für die erfindungsgemäße selektive Schalteinrichtung.Despite the very simple structure so the OF INVENTION ¬ dung modern switching device ensures safe selective shutdown. The simple construction requires a very low production cost for the selective switching device according to the invention.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments of the switching device according to the invention will become apparent from the features of the dependent claims of claim 1.
Günstig ist eine Variante, bei der das Strombegrenzerelement ein elektrischer Widerstand mit positivem Temperaturkoeffi¬ zienten, insbesondere ein stromabhängiger PTC-Widerstand, ist. Diese auch als Kaltleiter bezeichneten Widerstände lei¬ ten den elektrischen Strom bei tiefen Temperaturen besser als bei hohen. Ihr elektrischer Widerstand nimmt also bei Tempe¬ raturerhöhung zu. Sie haben somit einen positiven Temperaturkoeff i z i enten . Die strombegrenzende Wirkung wird durch den Strom selbst hervorgerufen. Ein Stromfluss erwärmt den PTC-Widerstand, sodass dessen Widerstand steigt und als Folge davon der Strom begrenzt wird. Ein derartiger Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten ist ein in vielen Ausführungsformen verfügbares Bauelement. Oft kann sogar auf Standardkomponenten zurückgegriffen werden. Insgesamt ergibt sich also ein geringer Realisierungsaufwand sowohl für diese Art des Strombegrenzerelements als auch für die so ausgebil¬ dete Schalteinrichtung.Low is a variant in which the current limiter is an electric resistor having a positive Temperaturkoeffi ¬ coefficient, in particular a current-dependent PTC resistor. These resistors, also referred to as PTC thermistors, tend to conduct electricity better at low temperatures than at high temperatures. So their electrical resistance increases at Tempe ¬ raturerhöhung. They thus have a positive temperature coefficient. The current-limiting effect is caused by the current itself. A current flow heats the PTC resistor so that its resistance increases and, as a result, the current is limited. Such a positive temperature coefficient resistor is a component available in many embodiments. Often even standard components can be used. Overall, therefore, results in a low implementation cost both for this type of current limiter element as well as for the so-ausgebil ¬ ended switching device.
Bei einer anderen ebenfalls günstigen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Schaltelement selbst schaltend ausge- führt ist. Dies erspart einen ansonsten für die externe An¬ steuerung des Schaltelements erforderlichen Zusatzaufwand. Besonders günstig ist es weiterhin, wenn das Schaltelement einen sich selbsttätig und vorzugsweise dynamisch öffnenden Schaltkontakt aufweist. Dieser Typ des Schaltelements ist grundsätzlich bekannt. Sein besonders vorteilhaftes Öffnungs- und Schließverhalten wird beispielsweise durch eine geeignete Führung der stromführenden Leitungen innerhalb des Schaltelements erreicht. Diese sind insbesondere so angeordnet, dass sie sich ab einer bestimmten Stromstärke abstoßen und so ein zumindest teilweises Öffnen des Schaltkontakts bewirken. Vor- teilhafterweise kommt diese Ausführungsform vollständig ohne eine induktive Auslöseeinheit (= Magnetauslöseeinheit) aus. Dies vereinfacht den Aufbau. Außerdem bewirkt der dynamisch öffnende Schaltkontakt eine weitere Strombegrenzung, sodass ein zusätzlicher Überlastungsschutz gegeben ist.In another likewise favorable refinement, it is provided that the switching element itself is designed to be switchable. This saves an otherwise necessary for the external control of the switching element to ¬ overhead. It is furthermore particularly favorable if the switching element has a switching contact which opens automatically and preferably dynamically. This type of switching element is basically known. Its particularly advantageous opening and closing behavior is achieved for example by a suitable guidance of the current-carrying lines within the switching element. These are arranged in particular so that they repel from a certain current and thus cause an at least partial opening of the switching contact. Advantageously, this embodiment is completely without an inductive trip unit (= magnetic trip unit). This simplifies the structure. In addition, the dynamically opening switching contact causes a further current limit, so that an additional overload protection is given.
Vorzugsweise ist das Thermoauslöseelement außerdem als ein Bimetallelement ausgeführt. Ein Bimetallelement lässt sich einfach realisieren und ist ebenfalls in vielen Ausführungs¬ formen verfügbar. Es weist außerdem inhärent das gewünschte Verhalten eines Strom-Zeit-Integrators auf.Preferably, the thermal tripping element is also designed as a bimetallic element. A bimetallic element can be easily realized and is also available in many embodiments ¬ forms. It also inherently has the desired behavior of a current-time integrator.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further features, advantages and details of the invention ¬ follow from the following description of embodiments with reference to the drawing. It shows:
FIG 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schalterkaskade mit ei¬ ner erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, und1 shows an embodiment of a switch cascade with egg ¬ ner switching device according to the invention, and
FIG 2 ein Ausführungsbeispiel eines Schaltschemas einer er¬ findungsgemäßen Schalteinrichtung mit einem einzigen schaltbaren Strompfad, der ein Schaltelement, ein2 shows an embodiment of a block diagram a it ¬ inventive switching means having a single switchable current path, the switching element is a, a
Thermoauslöseelement sowie ein Strombegrenzerelement enthält.Thermoauslöseelement and a current limiter element contains.
Einander entsprechende Teile sind in FIG 1 und 2 mit densel- ben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in FIGS. 1 and 2 with the same reference numerals.
In FIG 1 ist ein Ausschnitt aus einem elektrischen Netz dargestellt, der eine Strom leitende elektrische Hauptleitung 1 mit einem Eingang 2 aufweist. Nach dem Eingang 2 ist eine erfindungsgemäße selbst schaltend ausgebildete Schalteinrich¬ tung 3 in der Hauptleitung 1 angeordnet. Hinter der Schalteinrichtung 3 weist die Hauptleitung 1 einen Verzweigungskno- ten 4 auf, der eine Verbindung zwischen der Hauptleitung 1 und drei Leitungszügen 5, 6, 7 bildet. In jedem Leitungszug 5, 6, 7 befindet sich eine weitere selbst schaltende Schalt¬ einrichtung 8, 9 bzw. 10, welcher jeweils ein Verbraucher 11, 12 bzw. 13 nachgeordnet ist. Bei den Verbrauchern 11, 12, 13 kann es sich um allgemein bekannte Gebäude-Installationen handeln .1 shows a detail of an electrical network, which is a current-conducting main electrical line. 1 having an input 2. After the input 2 of an inventive self-shifting trained Schalteinrich ¬ tung 3 is arranged in the main line. 1 Behind the switching device 3, the main line 1 has a branching node 4, which forms a connection between the main line 1 and three line trains 5, 6, 7. In each line 5, 6, 7 is another self-switching switching ¬ device 8, 9 and 10, which in each case a consumer 11, 12 and 13 is arranged downstream. The consumers 11, 12, 13 may be well-known building installations.
Die Schalteinrichtungen 3, 8, 9 und 10 können auch als Schutzeinrichtungen bezeichnet werden. Es kann sich bei- spielsweise um Leistungsschalter oder Leitungsschutzschalter handeln, wobei die Schalteinrichtungen 3, 8, 9 vorzugsweise ein Kurzschlussschaltvermögen von jeweils etwa 6 bis 15 kA aufweisen, wohingegen das Kurzschlussschaltvermögen der Schalteinrichtung 10 insbesondere bei etwa 15 bis 50 kA liegt. Die Schalteinrichtungen 3 und 8 bis 10 sind kaska- diert . Sie schützen das Netz oder/und die Verbraucher 11, 12 und 13 selektiv. Dies bedeutet, dass bei einem Fehlerfall, wie z.B. einem Kurzschluss, nur diejenige der Schalteinrichtungen 3, 8, 9 und 10 abschaltet, die dem Fehlerort am nächs- ten liegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass nur der feh¬ lerhafte Teil des Netzes ausfällt. Der Rest bleibt betriebs¬ bereit .The switching devices 3, 8, 9 and 10 may also be referred to as protective devices. It may, for example, be a circuit breaker or circuit breaker, the switching devices 3, 8, 9 preferably having a short-circuit breaking capacity of approximately 6 to 15 kA each, whereas the short-circuit breaking capacity of the switching device 10 is in particular approximately 15 to 50 kA. The switching devices 3 and 8 to 10 are cascaded. They protect the network and / or consumers 11, 12 and 13 selectively. This means that in the event of an error, such as a short circuit, only that of the switching devices 3, 8, 9 and 10 which is closest to the fault location shuts off. In this manner it is achieved that only the feh ¬ lerhafte part of the network fails. The rest remains operation ¬ ready.
In FIG 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer in der Hauptlei- tung 1 angeordneten selektiven Schalteinrichtung 14 in schaltschematischer Darstellung gezeigt. Sie stellt ein konkreteres Ausführungsbeispiel für die in FIG 1 gezeigte Schalteinrichtung 3 dar. Sie enthält einen schaltbaren Strompfad 15 mit einer Serienschaltung 16 eines Schaltelements 17, eines Strombegrenzerelements in Form eines PTC-Widerstands 18 und eines Thermoauslöseelements in Form eines Bimetallele¬ ments 19. Die Reihenfolge der Anordnung der genannten Kompo¬ nenten in der Serienschaltung 16 ist beliebig. Das Bimetallelement 19 ist mittels einer mechanischen Thermo- schlosswirkverbindung 20 mit einem Schaltschloss 21 gekoppelt. Zwischen dem Schaltschloss 21 und einem beweglichen Kontaktteil 22 des Schaltelements 17 ist eine mechanische Entklinkungswirkverbindung 23 vorgesehen.FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a selective switching device 14 arranged in the main line 1 in a schematic diagram. It provides a more concrete embodiment for the embodiment shown in FIG 1 the switching means 3. It contains a switchable current path 15 with a series circuit 16 of a switching element 17, a current limiter in the form of a PTC-resistor 18 and a thermal release element in the form of a Bimetallele ¬ ment 19. The The order of arrangement of said compo ¬ nents in the series circuit 16 is arbitrary. The bimetallic element 19 is coupled by means of a mechanical thermal lock connection 20 with a switching mechanism 21. Between the switching mechanism 21 and a movable contact part 22 of the switching element 17, a mechanical Entklinkungswirkverbindung 23 is provided.
Das Schaltelement 17 ist selbst schaltend ausgeführt. Es hat einen dynamisch öffnenden Schaltkontakt, der auch das in FIG 2 nur schematisch angedeutete bewegliche Kontaktteil 22 um- fasst. Das dynamische Öffnungsverhalten wird durch einen hohen Stromfluss im Strompfad 15 verursacht.The switching element 17 is designed to be self-switching. It has a dynamically opening switching contact, which also includes the only schematically indicated in FIG 2 movable contact part 22. The dynamic opening behavior is caused by a high current flow in the current path 15.
Im Folgenden werden die Wirkungsweise und besondere Vorteile der Schalteinrichtungen 3 und 14 beschrieben.In the following, the mode of operation and special advantages of the switching devices 3 and 14 will be described.
Die Schalteinrichtungen 3 und 14 sind zur Einbindung in ein selektives Abschaltkonzept für ein elektrisches Teilnetz, wie es beispielsweise in FIG 1 gezeigt ist, bestimmt.The switching devices 3 and 14 are for incorporation in a selective shutdown concept for an electrical subnet, as shown for example in FIG 1, determined.
Selektives Abschalten bedeutet, dass von zwei in Reihe ange¬ ordneten Schalteinrichtungen, wie beispielsweise der Schalteinrichtung 3 und einer der Schalteinrichtungen 8 bis 10 gemäß FIG 1, im Kurzschlussfall zunächst die nachgeordnete Schalteinrichtung abschaltet. Im Ausführungsbeispiel von FIG 1 ist dies eine der Schalteinrichtungen 8 bis 10. Dabei kann es vorkommen, dass der Kurzschlussstrom durch diese Maßnahme nicht (komplett) abgestellt wird, da z.B. der Kurzschluss¬ strom zu hoch ist oder die nachgeordnete Schalteinrichtung defekt ist. Nur dann soll die vorgeschaltete Schalteinrich¬ tung - im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 also die Schaltein¬ richtung 3 - abschalten. Mittels dieser Schaltreihenfolge wird im Fehlerfall nur der fehlerbehaftete Zweig des durch die Schalterkaskade überwachten Teilnetzes frei geschaltet, während der Rest des Teilnetzes zugeschaltet und damit be¬ triebsbereit bleibt. Um das beschriebene selektive Abschalten zu gewährleisten, schalten die Schalteinrichtungen 3 und 14 erst mit einer bestimmten Verzögerung ab. Letztere ist entweder vorgegeben oder kann in insbesondere weiten Grenzen dimensioniert wer- den. Sie hängt außer von der Zeit auch von dem Stromfluss ab.Selective shutdown means that of two series ¬ arranged switching devices, such as the switching device 3 and one of the switching devices 8 to 10 according to FIG 1, in the event of a short circuit, first switches off the downstream switching device. In the embodiment of Figure 1, this is one of the switching devices 8 to 10. It may happen that the short-circuit current is not (completely) turned off by this measure, for example because the short-circuit ¬ current is too high or the downstream switching device is defective. Only then should the upstream Schalteinrich ¬ tion - in the embodiment of FIG 1 so the Schaltein ¬ direction 3 - switch off. By means of this switching sequence will be activated in the event of a fault, only the faulty branch of the monitored by the switch cascade subnet, while the rest of the subnet switched on and remains ¬ be ready for operation. In order to ensure the described selective shutdown, the switching devices 3 and 14 turn off only with a certain delay. The latter is either predetermined or can be dimensioned in particular wide limits. It also depends on the time from the current flow.
Im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 bewirkt das Bimetallele¬ ment 19 die für die selektive Abschaltung erforderliche Ver¬ zögerung. Das Bimetallelement 19 ist im Wesentlichen ein Strom-Zeit-Integrator. Ab einem bestimmten Auslösegrenzwert des Strom-Zeit-Integrals ist eine thermisch bedingte Aus¬ oder Verbiegung des Bimetallelements 19 so groß, dass mittels der Thermoschlosswirkverbindung 20 die Entklinkung im Schalt- schloss 21 veranlasst wird. Die Entklinkung bewirkt mittels der Entklinkungswirkverbindung 23 eine endgültige Öffnung des Kontaktteils 22 und damit des Schaltelements 17 insgesamt. Es kann dann nicht mehr ohne gezielte Betätigung von außen zu- oder zurückfallen.In the exemplary embodiment according to FIG 2, the Bimetallele ¬ element 19 provides the necessary for the selective disconnection Ver ¬ delay. The bimetallic element 19 is essentially a current-time integrator. At a certain triggering threshold of the current-time integral from a thermally-induced bending of the bimetal element 19 or ¬ is so great that by means of the thermal lock operative connection 20, the unlatching in the closed switching is caused 21st The unlatching effected by means of Entklinkungswirkverbindung 23 a final opening of the contact part 22 and thus of the switching element 17 in total. It can then no longer without targeted operation from the outside or fall back.
Wann der Auslösegrenzwert erreicht wird, hängt maßgeblich von der Höhe des Kurzschlussstroms ab. Bei einem hohen Kurz¬ schlussstrom ist die Zeitspanne bis zum Auslösen kürzer als bei einem niedrigen Kurzschlussstrom. Hieran zeigt sich das integrierende Verhalten des auslösenden Bimetallelements 19.When the tripping limit value is reached depends largely on the level of the short-circuit current. In a high short-circuit current ¬ the time period until triggering shorter than at a low short-circuit current. This shows the integrating behavior of the triggering bimetallic element 19.
Bei mittleren Kurzschlussströmen begrenzt der PTC-Widerstand 18 über seinen positiven Temperaturkoeffizienten den Stromfluss. Dies schützt das Bimetallelement 19 und das Schaltele¬ ment 17 vor einer Überlastung.At medium short-circuit currents, the PTC resistor 18 limits the current flow via its positive temperature coefficient. This protects the bimetallic element 19 and the Schaltele ¬ element 17 from overloading.
Bei sehr großen Kurzschlussströmen mit Werten von beispielsweise bis zu 6 kA und mehr wird der Stromfluss außer durch den PTC-Widerstand 18 auch durch den sich dynamisch öffnenden Schaltkontakt des Schaltelements 17 begrenzt. Am Schaltkon- takt bildet sich dabei ein Lichtbogen aus.For very large short-circuit currents with values of, for example, up to 6 kA and more, the current flow is limited except by the PTC resistor 18 by the dynamically opening switching contact of the switching element 17. At the switching contact, an arc is formed.
Sollte der Strom wieder zurückgehen, weil beispielsweise eine der nachgeordneten Schalteinrichtungen den Fehlerort zwi- schenzeitlich abgeschaltet hat, fällt der noch nicht ent¬ klinkte Schaltkontakt wieder zu und der normale Betriebsstrom kann weiterhin ungehindert zu dem nicht abgeschalteten Teil der Verbraucher fließen.Should the current decrease again because, for example, one of the downstream switching devices has the fault location between has rule temporarily turned off the still ent ¬ unlatched switch contact falls again and the normal operating current can continue to flow unimpeded to the non-open part of consumers.
Steht der Kurzschlussstrom dagegen über einen bestimmten Zeitraum an, sodass der Auslösegrenzwert des Strom-Zeit- Integrals des Bimetallelements 19 überschritten wird, veran- lasst das Bimetallelement 19 die Entklinkung im Schaltschloss 21 und das Schaltelement 17 wird endgültig abgeschaltet.Conversely, if the short-circuit current is present for a certain period of time, so that the tripping limit of the current-time integral of the bimetallic element 19 is exceeded, the bimetallic element 19 causes the unlatching in the switching mechanism 21 and the switching element 17 is finally switched off.
Trotz des sehr einfachen Aufbaus mit insbesondere nur einem einzigen (Haupt-) Strompfad ermöglicht die Schalteinrichtung 14 ein sicheres selektives Abschalten. Diese Selektivität lässt sich mittels einer geeigneten Dimensionierung des PTC- Widerstands 18 und/oder des Bimetallelements 19 über einen großen Kurzschlussstrombereich einstellen. Insbesondere können so Kurzschlussströme von 25 kA und mehr sicher beherrscht werden .Despite the very simple structure with in particular only a single (main) current path, the switching device 14 allows a safe selective shutdown. This selectivity can be adjusted by means of a suitable dimensioning of the PTC resistor 18 and / or the bimetallic element 19 over a large short-circuit current range. In particular, such short-circuit currents of 25 kA and more can be safely controlled.
Der einfache Aufbau zeigt sich außerdem auch darin, dass für die Schalteinrichtung 14 kein Magnetsystem benötigt wird.The simple structure is also evident in that no magnet system is needed for the switching device 14.
Die vorteilhafte Strombegrenzung mittels des PTC-Widerstands 18 und des dynamisch öffnenden Schaltkontakts des Schaltele¬ ments 17 führt zu einem sehr robusten Aufbau, der einen Schutz vor Überlastung bietet und folglich eine niedrige Störanfälligkeit aufweist. The advantageous current limitation by means of the PTC resistor 18 and the dynamically opening switching contact of the Schaltele ¬ element 17 leads to a very robust construction, which provides protection against overload and consequently has a low susceptibility to interference.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schalteinrichtung zum selektiven Abschalten einer elektri¬ schen Leitung (1) mit a) einem einzigen in die selektiv abzuschaltende elektrische Leitung (1) in Serie eingefügten schaltbaren Strompfad (15), der b) eine elektrische Serienschaltung (16) mindestens eines Schaltelements (17), eines Thermoauslöseelements (19) so- wie eines Strombegrenzerelements (18) umfasst, wobei c) das Thermoauslöseelement (19) mittels einer mechanischen Thermoschlosswirkverbindung (20) mit einem Schaltschloss (21) verbunden ist, das mittels einer mechanischen Ent- klinkungswirkverbindung (23) mit einem beweglichen Kon- taktteil (22) des Schaltelements (17) verbunden ist.1. switching means for selectively switching off an electrical ¬'s line (1) with a) a single (in the selectively be disconnected electrical line 1) inserted in series switchable current path (15) b) an electrical series circuit (16) (at least one switching element 17), a thermal tripping element (19) and a current limiter element (18), wherein c) the thermal tripping element (19) is connected by means of a mechanical thermo-lock active connection (20) to a switch lock (21) which is actuated by means of a mechanical latching active connection (21). 23) is connected to a movable contact part (22) of the switching element (17).
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Strombegrenzerelement ein elektrischer Widerstand (18) mit positivem Temperaturkoeffizienten ist.2. Switching device according to claim 1, characterized marked ¬ characterized in that the current limiter element is an electrical resistance (18) having a positive temperature coefficient.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Schaltelement (17) selbst schaltend ausgeführt ist.3. Switching device according to claim 1, characterized marked ¬ characterized in that the switching element (17) is designed to be self-switching.
4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Schaltelement (17) einen sich selbst¬ tätig und dynamisch öffnenden Schaltkontakt aufweist.4. Switching device according to claim 3, characterized marked ¬ characterized in that the switching element (17) has a self ¬ active and dynamically opening switching contact.
5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Thermoauslöseelement als ein Bimetall¬ element (19) ausgeführt ist. 5. Switching device according to claim 1, characterized thereby marked, that the thermal trip element and a bimetal element ¬ (19) is executed.
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