NL9102057A - Selectieve automatische beveiligingsschakelaar. - Google Patents

Description

Selectieve automatische beveiligingsschakelaar.

Aanvraagster noemt als uitvinders: Postmus, A.J.P. en Bosch H.A.

De uitvinding heeft betrekking op een beveiligingsschakelaar voor het selectief automatisch beveiligen van elektrische installaties in woonhuizen, utiliteitsgebouwen en dergelijke.

Elektrische verdeelinstallaties dienen, zoals bekend, tegen kortsluitstromen, overbelastingsstromen en foutstromen naar aarde te worden beveiligd.

Voor het beveiligen van kortsluit- en overbelastingsstromen worden naast de bekende smeltveiligheden ook automatisch werkende beveiligings-schakelaars toegepast. Een belangrijk gegeven hierbij vormt de eis voor selectieve afschakeling van gestoorde delen van de elektrische installatie. Dat wil zeggen dat bij het optreden van een foutsituatie in een bepaald gedeelte van de elektrisch installatie slechts het gestoorde gedeelte dient te worden afgeschakeld, zonder dat hierdoor andere, ongestoorde gedeelten van de elektrische installatie stroomloos worden gemaakt, bijvoorbeeld doordat een in de hoofdtoevoerleiding van de elektri-sche installatie aangebrachte beveiligingsschakelaar reageert.

Uit de Duitse octrooiaanvrage 2.854.711 (fig. 7) is een beveiligingsschakelaar voor het selectief beveiligen van elektrische installaties bekend, voorzien van een hoofdstroompad (18) waarin een zelfsluiten-de eerste schakeleenheid (70) en een hiermee samenwerkende eerste active-ringsinrichting (72) zijn opgenomen voor het, bij het optreden van een kortsluitstroom, zoveel mogelijk onvertraagd openen van de contacten van de eerste schakeleenheid (70); een in het hoofdstroompad (18), in serie met de eerste schakeleenheid (70), opgenomen tweede schakeleenheid (zonder verwijzingscijfer) en een hiermee samenwerkende tweede activeringsin-richting (48) voor het, bij het optreden van een overbelastingsstroom, vertraagd openen van de contacten van de tweede schakeleenheid; een met de tweede schakeleenheid samenwerkende derde activeringsinrichting (50), welke met een door stroombegrenzingsmiddelen (74) gevormd, althans de contacten van de eerste schakeleenheid (70) overbruggend, nevenstroompad is gekoppeld, voor het bij het optreden van een kortsluitstroom vertraagd openen van de contacten van de tweede schakeleenheid, en waarbij de tweede schakeleenheid van een vergrendelinrichting (54) is voorzien, voor het na opening in geopende toestand houden van de contacten van de tweede schakeleenheid.

De, met de tweede schakeleenheid samenwerkende tweede activeringsinrichting is hierbij in een door het nevenstroompad overbrugbaar gedeel te van het hoofdstroompad opgenomen. De vertragingstijd van de tweede activeringsinrichting is groter dan die van de derde activeringsinrich-ting. Verder werkt de eerste activeringsinrichting ook in op de tweede schakeleenheid voor het, bij het optreden van een kortsluitstroom, openen van de contacten hiervan. De werking van deze bekende beveiligingsschake-laar is als volgt.

In de normale, ongestoorde bedrijfstoestand zijn de contacten van de eerste en tweede schakeleenheid gesloten en kan er een stroom door het hoofdstroompad vloeien. In het geval van een overbelastingsstroom in het hoofdstroompad zal dit na een van de tweede activeringsinrichting, bijvoorbeeld in de vorm van een bimetaalrelais, afhankelijke tijdsduur via de tweede schakeleenheid worden onderbroken. Door middel van de, op de tweede schakeleenheid aangrijpende vergrendelinrichting blijft het hoofdstroompad onderbroken totdat de vergrendeling met de hand of op afstand bediend wordt ontkoppeld en de contacten van de tweede schakeleenheid weer sluiten of gesloten kunnen worden.

Bij het optreden van een kortsluitstroom worden de contacten van de eerste en tweede schakeleenheid via de eerste activeringsinrichting, bijvoorbeeld in de vorm van een elektromagnetisch bediend relais, gescheiden waardoor het hoofdstroompad volledig wordt onderbroken. Als gevolg van de tijdens het openen van de contacten van de eerste schakeleenheid optredende lichtboog zal een gedeelte van de kortsluitstroom door het neven-stroompad vloeien, waardoor de derde activeringsinrichting, eveneens bijvoorbeeld in de vorm van een bimetaalrelais, wordt bekrachtigd. Omdat ook de tweede schakeleenheid wordt geopend zal de stroom door en bijgevolg de bekrachtiging van de derde activeringsinrichting tevens afhankelijk zijn van de tussen de contacten van de tweede schakeleenheid optredende lichtboog. Na het doven van de bij het openen van de contacten van de tweede schakeleenheid ontstane lichtboog vloeit er geen stroom meer door de keten.

Door het via de tweede schakeleenheid onderbreken van het hoofdstroompad wordt de eerste activeringsinrichting stroomloos, als gevolg waarvan de contacten van de eerste schakeleenheid zelf opnieuw sluiten. Wanneer de kortsluitstroom tussentijds via bijvoorbeeld een bij het betreffende gestoorde gedeelte van de elektrische installatie behorende andere beveiligingsinrichting is afgeschakeld, zullen de contacten van de eerste schakeleenheid gesloten blijven en vindt er geen definitieve onderbreking van het hoofdstroompad plaats. Wanneer de kortsluitstroom echter aanwezig blijft, zal er een herhaald in- en uitschakelen van de eerste en tweede schakeleenheid plaatsvinden, waarbij de derde active- ringsinrichting pulserend wordt bekrachtigd. Na twee of meer keer schakelen van de eerste en tweede schakeleenheid zal er voldoende energie aan de derde activeringsinrichting zijn toegevoerd, waardoor het hoofdstroom-pad uiteindelijk via de tweede schakeleenheid onder invloed van de hierop aangrijpende derde activeringsinrichting en de vergrendelinrichting definitief worden onderbroken.

De derde activeringsinrichting wordt echter slechts telkens bij het openen van de contacten van de eerste en tweede schakeleenheid via een lichtboogstroompad bekrachtigd. Door het stochastische karakter van de, tussen de schakelaarcontacten optredende, lichtbogen ligt het afschakel-tijdstip na het optreden van een kortsluitstroom niet vast en kan het relatief lang duren voordat in een dergelijke situatie het hoofdstroompad definitief wordt onderbroken. In het ergste geval kan dit leiden tot een ontoelaatbare thermische belasting van het door de beveiligingsschakelaar zelf en de elektrische installatie gevormde stelsel, waaraan steeds pulserend een van de kortsluitstroom en de onderbrekingssnelheid van de schakelaars afhankelijke hoeveelheid energie wordt toegevoerd, met het risico van brand of andere schade. Dit omdat met name in het eerste deel van de te doorlopen kortsluitstroomcurve de meeste energie in het stelsel wordt gedissipeerd.

Aan de uitvinding ligt nu in eerst instantie de opgave ten grondslag een beveiligingsschakelaar van de, in het voorgaande beschreven soort te verschaffen, waarbij de als gevolg van een optredende kortsluitstroom in het stelsel gedissipeerde hoeveelheid elektrische energie (I2t) wordt beperkt doordat het afschakeltijdstip na het ontstaan van een kortsluitstroom nauwkeuriger en meer gedefinieerd vastligt dan bij de beveiligingsschakelaar volgens de stand van de techniek.

Volgens de uitvinding wordt dit aldus bereikt, dat de eerste schakeleenheid van vertragingsmiddelen is voorzien, voor het gedurende een instelbare tijdsduur in geopende toestand houden van de contacten van de eerste schakeleenheid.

In de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding is de eerste activeringsinrichting alleen werkzaam voor het openen van de contacten van de eerste schakeleenheid. Met behulp van de volgens de uitvinding hierop aangrijpende vertragingsmiddelen worden de contacten van de eerste schakeleenheid, na opening als gevolg van een kortsluitstroom, gedurende een bepaalde tijdsduur in geopende toestand gehouden. Hierbij vloeit de kortsluitstroom in begrensde vorm door het nevenstroompad en wordt de derde activeringsinrichting bekrachtigd. Let wel, het hoofdstroompad wordt door het openen van de eerste schakeleenheid niet volledig stroom- loos.

Wanneer de kortsluitsituatie gedurende de openingsduur van de contacten van de eerste schakeleenheid blijft bestaan, zal het hoofdstroom-pad na afloop van de ingestelde vertraging van de derde activerings-inrichting, via de tweede schakeleenheid definitief stroomloos worden gemaakt. Verdwijnt de kortsluitsituatie daarentegen binnen de vertra-gingstijd van de derde activeringsinrichting, dan zal er geen stroom-onderbreking van het hoofdstroompad volgen en wordt het nevenstroompad door het weer sluiten van de contacten van de eerste schakeleenheid overbrugd en ontstaat weer de normale bedrijfstoestand, waarin de contacten van de eerste en tweede schakeleenheid gesloten zijn. Het zal duidelijk zijn dat de openingsduur van de contacten van de eerste schakeleenheid groter dan de vertraging van de derde activeringsinrichting zal moeten zijn.

Bij de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding vindt er tijdens een kortsluitsituatie geen pulserende toevoer van kortsluitenergie naar de te beveiligen elektrische installatie plaats. Hierdoor is deze beveiligingsschakelaar uitstekend geschikt voor de in een elektrische installatie beoogde selectieve afschakeling van de gestoorde delen, omdat bijvoorbeeld bij toepassing als groepsbeveiligingsschakelaar een in de hoofdtoevoerleiding voorgeschakelde hoofdbeveiligingsschakelaar niet zal reageren op grond van een pulserende kortsluitstroom. Bij de beveiligingsschakelaar volgens de stand van de techniek kan dit daarentegen wel het geval zijn. Voorts zal de totale in het stelsel toegelaten hoeveelheid kortsluitstroomenergie met de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding aanmerkelijk kleiner zijn dan met de bekende beveiligingsschakelaar .

Het tijdstip, c.q. de totale hoeveelheid door het nevenstroompad doorgelaten energie waarop de tweede schakeleenheid via de derde activeringsinrichting wordt geactiveerd, kan in de schakeling volgens de uitvinding nauwkeurig worden vastgelegd, omdat de in het nevenstroompad vloeiende stroom, met name in het geval van een volledige kortsluiting, uitsluitend door de nauwkeurig te definiëren stroombegrenzingsmiddelen wordt bepaald en uiteraard de genormeerde en constante voedingsspanning van de installatie.

Bij de Duitse octrooiaanvrage 2.854.711 is de stroom door de derde activeringsinrichting daarentegen zowel afhankelijk van de stroombegrenzingsmiddelen (stroombegrenzingsweerstand) als van de, vanwege de tijdsafhankelijkheid in het openen van de contacten, moeilijk te karakteriseren c.q. te definiëren lichtboogimpedanties. Bovendien zal bij deze be- kende beveiligingsschakelaar op het moment dat dezelfde situatie als bij de uitvinding is bereikt, dat wil zeggen waarin de begrensde kortsluitstroom alleen door het nevenstroompad vloeit, door het openen van de contacten van de tweede schakeleenheid de gehele keten stroomloos zijn waardoor een nauwkeurig gedefinieerde bekrachtiging van de derde activerings-inrichting in het geheel niet mogelijk is.

Opgemerkt wordt, dat uit de Duitse octrooiaanvrage 3.133.200 (figuur 4, 6) een beveiligingsschakelaar van de bovengenoemde soort voor het selectief beveiligen van elektrische installaties bekend is, waarbij de contacten van de eerste schakeleenheid (3) echter middels een in het nevenstroompad (8) opgenomen vierde activeringsinrichting (13) elektromagnetisch, bijvoorbeeld via een op de eerste schakeleenheid aangrijpend elektromagnetisch relais of een met de eerste activeringsinrichting (6) gekoppelde magneetwikkeling, onder invloed van een kortsluitstroom in geopende toestand worden gehouden.

De kans op het tijdens een kortsluitsituatie ongewenst sluiten van de contacten van de eerste schakeleenheid is bij deze beveiligingsschakelaar niet ondenkbeeldig in het geval van een kortsluitsituatie met over-gangsweerstand. Dat wil zeggen, de kortgesloten keten vertegenwoordigt een zekere impedantie. Omdat deze impedantie elektrisch gezien aan de stroombegrenzingsmiddelen in het nevenstroompad wordt toegevoegd, kan een drempelsituatie ontstaan waarbij de contacten van de eerste schakeleenheid via de derde activeringsinrichting net wel of net niet meer kunnen worden opengehouden. In het laatste geval ontstaat een met de genoemde Duitse octrooiaanvrage 2.854.711 corresponderende situatie, waarin de eerste schakeleenheid herhaald wordt in- en uitgeschakeld en de derde activeringsinrichting slechts pulserend wordt bekrachtigd.

Een dergelijke situatie kan bijvoorbeeld ook optreden bij kortsluitingen met een fluctuerende impedantie, bijvoorbeeld een kortsluiting in een motor waarbij een deel van de stroomvoerende wikkeling door rotatie van de rotor periodiek kortsluiting maakt met het geaarde motorhuis. Afhankelijk van het toerental van de motor zal de tijdsduur tussen de kortsluitingen variëren, waarbij deze tijdsduur zodanig lang kan zijn, dat de contacten van de eerste schakeleenheid weer vanzelf zijn gesloten en door de optredende kortsluiting vervolgens weer worden geopend.

Zoals reeds opgemerkt, wordt door het herhaald in- en uitschakelen van een kortsluitstroom een relatief grote hoeveelheid energie in het stelsel gedissipeerd. Dit bevordert in sterke mate de ongewenste contact-erosie, hetgeen een nadelige invloed heeft op de levensduur van de schakelaar.

Het ongewenst herhaald in- en uitschakelen van de contacten van de eerste schakeleenheid, ofwel het hoofdstroompad, kan in de beveiligings-schakelaar volgens de uitvinding niet optreden omdat hierin sprake is van een vaste, voorafbepaalde tijdsduur gedurende.welke de contacten openblijven, ongeacht de netcondities. Deze tijdsduur kan bijvoorbeeld optimaal worden gekozen met het oog op te verwachten fluctuerende kortsluit-situaties.

In de voorkeursuitvoeringsvorm van de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding wordt de eerste activeringsinrichting gevormd door een elektromagnetisch relais, terwijl de tweede en derde activeringsinrich-tingen elk door een elektrothermisch bimetaalrelais worden gevormd.

Alhoewel met een bimetaalrelais een goede vertraging kan worden ingesteld, kan het onder omstandigheden toch moeilijk zijn om een bimetaalrelais te construeren, dat zowel geschikt is om voldoende snel op te warmen en uit te buigen alsook voldoende energie levert voor het activeren van de betreffende schakeleenheid. Om verder te verhinderen dat in een kortsluitsituatie de contacten van de tweede schakeleenheid openen, terwijl de contacten van de eerste schakeleenheid juist opnieuw gesloten zijn, werken in een nog weer verdere uitvoeringsvorm van de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding de tweede en derde activeringsinrichting niet direct in op de tweede schakeleenheid maar via een blokkeerinrich-ting. Deze blokkeerinrichting zorgt dan voor de uiteindelijke definitieve opening van de contacten. In het geval van bimetaalrelais als activeringsinrichting zullen deze voorts mechanisch nagenoeg onbelast blijven, waardoor met bimetaalrelais van lichte constructie kan worden volstaan die relatief snel kunnen worden opgewarmd, hetgeen in het bijzonder van belang is voor de derde activeringsinrichting. De vergrendel- en blokkeerinrichting kunnen met voordeel tot één enkele op de tweede schakeleenheid aangrijpende inrichting worden gecombineerd.

Bij voorkeur worden mechanisch werkende vertragingsmiddelen toegepast, omdat daarmee een stroomonafhankelijke vertraging wordt bereikt. Mechanisch werkende vertragingsmiddelen hebben verder het voordeel dat zij geen of een verwaarloosbare hoeveelheid warmte produceren, zodat hiermee geen rekening hoeft te worden gehouden bij het construeren van een behuizing voor de beveiligingsschakelaar of de invloed op verdere componenten, bijvoorbeeld halfgeleidercomponenten in de behuizing zelf of de onmiddellijke omgeving hiervan.

Als vertragingsmiddel kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van een met het beweegbare contact van een schakeleenheid koppelbare massa die, in de bewegingsrichting waarin de vertraging gewenst is, met het beweegbare contact wordt gekoppeld en in de andere richting hiervan is ontkoppeld. Voorts kan een op zichzelf bekende met gas of vloeistof werkende demper als vertragingsinrichting worden toegepast.

Uiteraard kan ook gebruik worden gemaakt van elektromagnetisch werkende vertragingsmiddelen, waarbij de vertragende werking is gebaseerd op het afnemen van residueel magnetisme in platen van zacht magnetisch materiaal, na het voorafgaand magnetiseren hiervan. Zie bijvoorbeeld de Europese octrooiaanvrage 0.406.130.

Omdat de eerste activeringsinrichting slechts op de eerste schakel-eenheid en de tweede en derde activeringsinrichtingen elk slechts op de tweede schakeleenheid aangrijpen, is de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding in het bijzonder geschikt voor opbouw met behulp van standaardmodules die eenvoudig tot een constructieve eenheid kunnen worden samengebouwd, waarbij de benodigde onderlinge verbindingen tot elektrische aansluitpunten beperkt kunnen blijven.

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding is daartoe voorzien in een, beveiligingsschakelaar waarbij de eerste schakeleenheid, de hierop werkende vertragingsmiddelen, en de eerste *activeringsinrichting een eerste afzonderlijke schakelmodule vormen, voorzien van elektrische aansluitklemmen, waarbij de tweede schakeleenheid, de tweede en derde activeringsinrichting, de vergrendel- en zonodig de blokkeerinrichting, en de stroombegrenzingsmiddelen een tweede afzonderlijke schakelmodule vormen, eveneens voorzien van elektrische aansluitklemmen, en waarbij de beveiligingsschakelaar is gevormd door het onderling geschikt verbinden van de aansluitklemmen van de eerste en tweede schakelmodule.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een eerste en tweede schakelmodule zoals boven beschreven.

Voor de eerste schakelmodule kan bijvoorbeeld een schakelaar zoals beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 87.03170 worden toegepast en voor de tweede schakelmodule een schakelaar zoals bijvoorbeeld beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 87.03172, beide ten name van aanvraagster, welke beide octrooiaanvragen door verwijzing als hier opgenomen dienen te worden beschouwd.

De uitvinding wordt in het navolgende aan de hand van een in de tekening schematisch weergegeven uitvoeringsvorm nader toegelicht.

Figuur 1 toont het schakelschema van een elektrische verdeelinstal-latie voor toepassing in woonhuizen en dergelijke.

Figuur 2 toont schematisch een uitvoeringsvorm van de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding.

Figuur 3a, b tonen schematisch uitvoeringsvormen van mechanische vertragingsmiddelen voor toepassing in de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont het schakelschema van een uit de Nederlandse octrooiaanvrage 88.01467 bekende verdeelinrichting voor een elektrische woonhuisinstallatie, omvattende een huisinstallatiekast 1, bestemd voor het aansluiten van vier groepen g1, g2, g3 en g4. De toevoerleiding 2 is op gebruikelijke wijze via een hoofdaansluitpunt 3, een hoofdsmeltveiligheid 4 en een energieverbruiksmeter (kWh) 5, via een centrale stroombegren-zingsschakelaar 6 verbonden met een aftakleiding voorzien van vier aftakkingen met aansluitklemmen a1, a2, a3 en a4. De aansluitklemmen a1, a2 en a3 zijn elk via een tegen aardfoutstromen en overbelastingsstromen beveiligende hulpschakelaar 7 op de aansluitklemmen van de groepen g1, g2 en g3 aangesloten. De groep g4 is alleen via een tegen overbelasting beveiligende hulpschakelaar 8 met de aansluitklem a4 verbonden.

In geval van een storing in één van de groepen g1, g2, g3 en g4, bijvoorbeeld een kortsluitstroom, zullen de contacten van de centrale stroombegrenzingsschakelaar 6 openen, waardoor een elektrische impedantie 9 in de toevoerleiding 2 wordt geschakeld. Dit resulteert in een begrenzing van de kortsluitstroom. Deze begrensde kortsluitstroom wordt door de hulpschakelaar 7 of 8 van de gestoorde groep afgeschakeld. Dit resulteert in het vervolgens automatisch sluiten van de contacten van de centrale stroombegrenzingsschakelaar 6, zonder onderbreking van de energietoevoer naar de ongestoorde groepen. De hoofdsmeltveiligheid 4 dient zodanig berekend te zijn, dat in eerste instantie één van de hulpschakelaars 7 of 8 in samenwerking met de centrale stroombegrenzingsschakelaar 6 voor het selectief afschakelen van een optredende foutstroom kan worden geactiveerd. Wanneer om de één of andere reden na verloop van een zekere tijd geen uitschakeling van de kortsluitstroom plaatsvindt, dient pas de hoofdsmeltveiligheid 4 te reageren. Deze selectieve manier van beveiligen verhindert dat bij het optreden van een storing in één van de groepen direct de gehele installatie stroomloos wordt gemaakt.

In plaats van een smeltveiligheid 4 kan nu bijvoorbeeld ook een automatisch werkende beveiligingsschakelaar worden toegepast, welke van op kortsluitstromen en overbelastingsstromen reagerende schakeleenheden overeenkomstig de uitvinding is voorzien.

Figuur 2 toont schematisch een uitvoeringsvorm van een beveiligingsschakelaar 10 overeenkomstig de uitvinding, opgebouwd uit een hoofd-stroompad 11 waarin een eerste schakeleenheid 12 met een beweegbaar contact 14 en een vast contact 15 is opgenomen. In serie met de eerste scha- keleenheid 12 bevindt zich in het hoofdstroompad 11 een wikkeling 13 van een elektromagnetisch relais of een elektromagnetische besturingsinrich-ting, welke aangrijpt op het beweegbaar contact 14 van de eerste schakel-eenheid 12. Eén en ander geïllustreerd met behulp van de onderbroken lijn 16. Bij het optreden van een kortsluitstroom in het hoofdstroompad 11 worden de contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12 onder invloed van de in de wikkeling 13 ontwikkelde elektromagnetische energie nagenoeg onvertraagd geopend.

In serie met de eerste schakeleenheid 12 is een tweede schakeleenheid 17 met een beweegbaar contact 18 en een vast contact 19 in het hoofdstroompad 11 opgenomen. Tevens bevindt zich in het hoofdstroompad 11 een tweede activeringsinrichting 20 in de vorm van een direct of indirect verwarmbaar bimetaalelement, symbolisch aangeduid met een open vierkant. Deze tweede activeringsinrichting 20 is ingericht om de tweede schakeleenheid 17 in het geval van een overbelastingsstroom na verloop van tijd te activeren, voor het onderbreken van de stroom in het hoofdstroompad 11. Voor het activeren van de tweede schakeleenheid 17 is een vergrendelen blokkeerinrichting 21 verschaft, waarop de tweede activeringsinrichting 20 voor het activeren van de tweede schakeleenheid 17 aangrijpt, schematisch aangeduid met een onderbroken lijn 22 respectievelijk 23.

Op de vergrendel- en blokkeerinrichting 21 grijpt tevens een derde activeringsinrichting 24 aan, schematisch aangeduid met een onderbroken lijn 25, welke derde activeringsinrichting 24 eveneens in de vorm van een direct of indirect verwarmbaar elektrothermisch bimetaalrelais is uitgevoerd, symbolisch aangeduid met een open vierkant. Voor dit doel geschikte bimetaalrelais en vergrendel- en blokkeerinrichtingen zijn in de praktijk op zichzelf bekend.

De derde activeringsinrichting 24 is opgenomen in een nevenstroompad 26 gevormd door een elektrische impedantie 27, bijvoorbeeld een weerstand, welk nevenstroompad 26 in het getoonde schema de serieschakeling van de eerste activeringsinrichting 13 en de eerste schakeleenheid 12 overbrugt.

De, in de normale bedrijfstoestand gesloten contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12 zullen onder invloed van de eerste activeringsinrichting 13 bij het optreden van een kortsluitstroom in het hoofdstroompad 11 worden geopend. Bij het openen van de contacten 14, 15 ontstaat een lichtboog, welke een zekere weerstandswaarde vertegenwoordigt. De kortsluitstroom in het hoofdstroompad 11 zal nu gedeeltelijk via deze lichtboog en gedeeltelijk via het nevenstroompad 26 vloeien. Hierdoor wordt de derde activeringsinrichting 24 bekrachtigd. Na het doven van de ontstane lichtboog zal de kortsluitstroom in begrensde vorm alleen nog via het nevenstroompad 26 vloeien. Het door de eerste schakeleenheid 12 onderbreken van het hoofdstroompad 11 heeft tot gevolg dat er geen stroom meer vloeit door de eerste activeringsinrichting 13, waardoor de op het beweegbare contact 14 van de eerste schakeleenheid 12 werkende mechanische kracht van de eerste activeringsinrichting 13, geïllustreerd met behulp van de onderbroken lijn 16, wegvalt en de contacten 14, 15 weer zullen sluiten waardoor de onderbreking van het hoofdstroompad 11 wordt opgeheven.

Zoals in het voorgaande beschreven, wordt zowel de stroom in het nevenstroompad 26 als in het hoofdstroompad 11 beïnvloed door het herhaald openen en sluiten van de eerste schakeleenheid 12 en de optredende lichtboog tussen de contacten 14, 15 hiervan. Omdat het optreden van deze lichtboog een stochastisch karakter heeft, ontstaat er een stochastische beïnvloeding van het tijdstip, gerekend vanaf het optreden van de kortsluitstroom, waarop aan de derde activeringsinrichting 24 de hoeveelheid activeringsenergie voor het activeren van de tweede schakeleenheid 17 is toegevoerd.

Om de beoogde selectieve werking van de beveiligingsschakelaar bij toepassing in een elektrische installatie zo nauwkeurig mogelijk te bewerkstelligen, in het bijzonder bij het optreden van een kortsluitstroom, is het noodzakelijk om de uitschakeltijd via de derde activeringsinrichting 24 zo nauwkeurig mogelijk in te stellen. Hiertoe is de eerste schakeleenheid 12 overeenkomstig de uitvinding voorzien van vertragingsmidde-len 28, welke schematisch zijn weergegeven met behulp van een pijlsym-bool. Deze vertragingsmiddelen zijn zodanig ingericht, dat zij het beweegbare contact 14 van de eerste schakeleenheid 12 na opening door de eerste activeringsinrichting 13, gedurende een voorafbepaalde tijd in de geopende toestand kunnen houden.

Met behulp van deze vertragingsmiddelen 28 wordt nu bereikt dat er gedurende de ingestelde vertragingstijd geen beïnvloeding van de begrensde stroom in het nevenstroompad 26 en het hoofdstroompad 11 door het openen en sluiten van de eerste schakeleenheid 12 optreedt. Gedurende deze tijd wordt de derde activeringsinrichting 24 bekrachtigd. In deze situatie correspondeert de hoeveelheid aan de derde activeringsinrichting 24 toegevoerde energie nauwkeurig met de via het nevenstroompad 26 doorgelaten hoeveelheid elektrische energie. Met andere woorden, bij het optreden van een kortsluitstroom kan met behulp van de derde activeringsinrichting 24 nauwkeurig de hoeveelheid aan de installatie toe te voeren elektrische energie worden vastgelegd, bijvoorbeeld de hoeveelheid energie welke mi nimaal nodig is om een beveiligingsschakelaar van het gestoorde gedeelte van de elektrische installatie te doen activeren, bijvoorbeeld één van de hulpschakelaars 7 of 8 in figuur 1. Wanneer deze hoeveelheid energie wordt overschreden, is het duidelijk dat er geen afschakeling van de kortsluitstroom heeft plaatsgevonden en dit middels onderbreking van het hoofdstroompad 11 via de beveiligingsschakelaar 10 dient te gebeuren.

Wanneer een kortsluitstroom vóór het bereiken van de maximale hoeveelheid doorgelaten energie wordt afgeschakeld, zal er in het neven-stroompad 26 een lagere stroom dan de begrensde kortsluitstroom gaan vloeien, waardoor er minder energie aan de derde activeringsinrichting 24 wordt toegevoerd. Door een geschikte keuze van de vertragingstijd van de vertragingsmiddelen 28 kan ervoor worden gezorgd dat in dit geval de contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12 sluiten voordat de derde activeringsinrichting 24 zal reageren.

Alleen wanneer de kortsluitstroom ophoudt te bestaan, binnen de tijd waarop de voor het activeren van de derde activeringsinrichting 24 benodigde hoeveelheid energie hieraan is toegevoerd, bijvoorbeeld door het afschakelen daarvan middels een beveiligingsschakelaar van het betreffende gestoorde installatiegedeelte, zal er geen activering van de tweede schakeleenheid 17 plaatsvinden. Blijft de kortsluitstroom daarentegen vloeien, dan wordt het hoofdstroompad 11 na het bereiken van de benodigde hoeveelheid activeringsenergie door de derde activeringsinrichting 24 in samenwerking met de vergrendel- en blokkeerinrichting 21 middels de tweede schakeleenheid 17 definitief onderbroken.

De vergrendel- en blokkeerinrichting 21 is zodanig geconstrueerd, dat de contacten 18, 19 van de tweede schakeleenheid 17 pas kunnen openen wanneer ook de contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12 zijn geopend, dat wil zeggen wanneer door de tweede schakeleenheid 17 de begrensde kortsluitstroom vloeit. De tweede schakeleenheid 17 kan hierdoor lichter van constructie zijn dan de eerste schakeleenheid 12, welk bij voorkeur ook van middelen voor het doven van de tussen de contacten 14, 15 optredende lichtboog is voorzien. De impedantie 3 kan bijvoorbeeld een weerstand van 1 Ohm zijn, waardoor bij een elektrische 220 Volt wissel-stroominstallatie een kortsluitstroom op 220 A wordt begrensd. Het sluiten van de contacten 18, 19 van de tweede schakeleenheid 17 kan met de hand of op afstand bediend door ontgrendeling van de vergrendel- en blokkeerinrichting 21 gebeuren.

Uit het schema volgens figuur 2 is duidelijk te zien dat de tweede activeringsinrichting 20 zowel via een stroom door het nevenstroompad 26 alsook door een stroom via de eerste schakeleenheid 12 wordt bekrachtigd.

In het geval van een kortsluitstroom wordt de tweede activeringsinrich-ting 20 in hoofdzaak via het nevenstroompad 26 bekrachtigd. Het zal duidelijk zijn dat de tweede activeringsinrichting 20 in plaats van met het, met het contact 19 van de tweede schakeleenheid 17 verbonden gedeelte van het hoofdstroompad 11 ook in het, met het contact 18 verbonden gedeelte van het hoofdstroompad 11 of in het nevenstroompad 26 kan worden opgenomen, een en ander afhankelijk van de gestelde eisen.

Wanneer na afloop van de met vertragingsmiddelen 28 ingestelde ver-tragingstijd het hoofdstroompad 11 wordt hersteld en de kortsluitstroom veroorzakende storing nog steeds aanwezig is, zullen de contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12 via de eerste activeringsinrichting 13 opnieuw worden geopend en wordt de derde activeringsinrichting 24 opnieuw bekrachtigd.

De schakeltechnische voordelen van de tweede activeringsinrichting 20 in het geval van een kortsluitstroom blijven behouden, omdat de tweede activeringsinrichting 20 bij het niet-afschakelen van een kortsluitstroom door de derde activeringsinrichting 24 na afloop van de vertragingstijd van de vertragingsmiddelen 28 ook weer via de eerste schakeleenheid 12 wordt bekrachtigd. De onderlinge afstemming van de vertragingstijd van de derde activeringsinrichting 24, de vertragingsmiddelen 28 en de tweede activeringsinrichting 20 is afhankelijk van de specifieke toepassing, dat wil zeggen de plaats van de beveiligingsschakelaar 10 in een elektrische installatie. Een beveiligingsschakelaar 10 in de toevoerleiding 2 zal later dienen te reageren dan een beveiligingsschakelaar 10 in een groep g1, g2, g3 of g4 in bijvoorbeeld de elektrische installatie volgens figuur 1.

In de weergeven uitvoeringsvorm bevat de vergrendel- en blokkeerinrichting 21 de vergrendelinrichting voor het in geopende toestand van de contacten 18, 19 houden van de tweede schakeleenheid 17. Deze vergrendelinrichting kan uiteraard ook afzonderlijk op de tweede schakeleenheid 17, in casu het beweegbare contact 18 hiervan, aangrijpen.

Zoals geïllustreerd met de onderbroken lijn 29 in figuur 2, kan het nevenstroompad 26 ook zodanig worden geschakeld dat dit enkel en alleen de contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12 overbrugt. De begrensde kortsluitstroom door het nevenstroompad 26 vloeit dan ook door de eerste activeringsinrichting 13. Teneinde ongewenste beïnvloeding van de openingsduur van de contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12 via de eerste activeringsinrichting 13 te voorkomen, verdient het echter de voorkeur om met het nevenstroompad 26 zowel de eerste activeringsinrichting 13 als de contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12 te over- bruggen.

Omdat in de beveiligingsschakelaar 10 volgens de uitvinding de eerste activeringsinrichting 13 slechts aangrijpt op de eerste schakeleen-heid 12 en de tweede en derde activeringsinrichtingen 20, 24 beide slechts op de tweede schakeleenheid 17, is de beveiligingsschakelaar volgens de uitvinding in het bijzonder geschikt voor opbouw met afzonderlijke schakelmodules. Hiertoe kan een eerste schakelmodule bestaande uit de eerste schakeleenheid 12 en de eerste activeringsinrichting 13, zonodig voorzien van op de eerste schakeleenheid 12 aangrijpende vertragingsmid-delen 28, en met elektrische aansluitklemmen 31 en 32 worden geconstrueerd. De tweede schakelmodule dient dan de tweede schakeleenheid 17, de tweede activeringsinrichting 20, de vergrendel- en blokkeerinrichting 21, alsmede de derde activeringsinrichting 24 en de stroombegrenzingsmiddelen 27 te bevatten, met elektrische aansluitklemmen 33, 34 en 35. De beveiligingsschakelaar 10 kan dan eenvoudig worden opgebouwd door het verbinden van de aansluitklemmen 31 en 34 en de aansluitklemmen 32 en 33, zoals aangegeven met het verwijzingscijfer 30. Desgewenst kunnen de stroombegrenzingsmiddelen 27 in de eerste schakelmodule worden ondergebracht, waarbij de elektrische aansluitklem 34 wordt gevormd door een uiteinde van de tweede activeringsinrichting 24. Bij voorkeur omvat de eerste schakelmodule middelen voor het doven van een tussen de contacten 14 en 15 van de eerste schakeleenheid 12 bij het openen hiervan optredende lichtboog.

In figuur 2 zijn de betreffende schakelmodules schematisch aangeduid met streep-punt-lijnen, waarbij de eerste schakelmodule met het verwij-zingscijfer 36 en de tweede schakelmodule met het verwijzingscijfer 37 zijn aangeduid. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot elektromagnetisch c.q. elektrothermisch werkende activeringsinrichtingen. In wezen kunnen verschillende soorten activeringsinrichtingen voor het doel van de uitvinding worden toegepast, dat wil zeggen het in het geval van een kortsluitstroom onvertraagd activeren van de eerste schakeleenheid en het met verschillende vertragingstijden vertraagd activeren van de tweede schakeleenheid.

De vertragingsmiddelen 28 kunnen zijn uitgevoerd als een, met het beweegbare contact 14 van de eerste schakeleenheid 12 koppelbare massa in de bewegingsrichting waarin de vertraging gewenst is. Ook kan een op zichzelf bekende demper zoals een gasdemper of een hydraulische demper worden toegepast, welke eveneens op het beweegbare contact in de richting waarin de vertraging gewenst is, aangrijpt.

Figuur 3a toont een uitvoeringsvorm van een inrichting voor het langs mechanische weg vertraagd sluiten van de contacten 14, 15 van de eerste schakeleenheid 12. zoals schematisch weergegeven, is het beweegbare contact 14 aan het einde van een, rond een steunpunt 38 draaibare schakelarm 39 opgesteld. Het andere einde 40 van de schakelarm 39 grijpt aan op een vertragingsinrichting 41, in de vorm van een beweegbare stang 42 voorzien van een massa 43. Op het ene uiteinde van de stang 42 grijpt een trekveer 44 aan, terwijl het andere uiteinde van de stang 42 van een zogeheten oploopkant 45 is voorzien. Deze oploopkant 45 bezit een oploop-rand 46 langs welke het uiteinde 40 van de schakelarm 39 kan glijden en een aanslagrand 47 waartegen het uiteinde 40 van de schakelarm kan worden vergrendeld. Verder werkt een beweegbaar opgestelde trekveer 48 op de stang 42 voor het tegen de aanslag 47 houden van het uiteinde 40 van de schakelarm 39 en rust de stang 42 op een beweegbaar gelegerd steunpunt 49.

De werking van deze vertragingsinrichting 41 is dusdanig, dat bij het openen van de contacten 14, 15 de schakelarm 39 met zijn uiteinde 40 langs de oplooprand 46 glijdt en achter de aanslag 47 van de oploopkant 45 wordt vergrendeld, zoals getoond. Voor het sluiten van de contacten 14, 15 moet de in de schakelarm 39 bij het openen hiervan opgeslagen mechanische energie nu niet alleen de eigen massa van de schakelarm 38, maar ook de stang 42 met de massa 43, tegen de verwerking van de trekveer 44 in, in beweging brengen, hetgeen een snelheidsremmende, dus vertragende, invloed heeft.

Voor het ontkoppelen van de schakelaar 39 en de stang 42 kan bijvoorbeeld worden voorzien in een met de stang 42 gekoppelde (semi-cirkel-vormige) oploopnok 50 en een vaste aanslag 51, zoals getoond. Wanneer de oploopnok 50 door het verplaatsen van de stang 42 op de aanslag 51 aangrijpt, zal de stang 42, in de tekening gezien, rechtsom bewegen, waardoor de vergrendeling van het uiteinde 40 van de schakelarm 39 tegen de aanslag 47 van de oploopkant 45 wordt vrijgegeven en de schakelarm 39 naar de gesloten stand van de contacten 14, 15 beweegt, in de tekening gezien linksom. Ontkoppeling kan bijvoorbeeld ook worden bewerkstelligd door het geschikt dimensioneren van de oploopkant 45 en de schakelarm 39. Een en ander zodanig dat wanneer de oploopkant 45 met zijn puntig uiteinde raakt aan de omtrek van een door het uiteinde 40 van de schakelarm 39 beschreven cirkel 52, de stang 42 en de schakelarm 39 ontkoppeld raken.

Op de schakelarm 39 kunnen geschikte veermiddelen aangrijpen (niet getoond) . De vertraging wordt in hoofdzaak bepaald door het gewicht van de massa 43.

Figuur 3b toont een vertragingsinrichting 53 overeenkomstig de uit- voeringsvorm volgens figuur 3a, waarbij echter in plaats van een met de stang 42 verplaatsbare massa 43 een vast opgestelde draaibare massa wordt toegepast. Deze draaibare massa, bijvoorbeeld een rond het punt 54 draaibare schijf 55 is van een arm 56 voorzien, welke op een met de stang 42 gekoppelde aanslag 57 kan aangrijpen. Wanneer de aanslag 57 door het verplaatsen van de stang 42 aangrijpt op de arm 56 van de schijf 55 zal de beweging van de schakelarm 39 op soortgelijke wijze als besproken in figuur 3a worden vertraagd. De vertraging kan worden ingesteld met behulp van de massa van de schijf 55 en de onderlinge positie van de aanslag 57 van de stang 42 en de arm 56 van de schijf 55. Voor het ontkoppelen van de stang 42 en de schakelarm 39 kan van dezelfde principes als getoond in figuur 3a gebruik worden gemaakt.

Zowel in de uitvoeringsvorm volgens figuur 3a als 3b wordt de betreffende massa door de beweging van de schakelarm 39 geactiveerd. De energie voor het activeren van deze massa wordt middels de eerste active-ringsinrichting 13 aan de kortsluitstroom onttrokken. Uiteraard zijn ook andere uitvoeringsvormen van vertragingsmiddelen voor het doel van de uitvinding geschikt en inzetbaar.

Claims (8)

1. Beveiligingsschakelaar voor het selectief beveiligen van elektrische installaties, omvattende: een hoofdstroompad (11) waarin een zelfsluitende eerste schakeleen-heid (12) en een hiermee samenwerkende eerste activeringsinrichting (13) zijn opgenomen voor het, bij het optreden van een kortsluitstroom, zoveel mogelijk onvertraagd openen van de contacten (14, 15) van de eerste schakeleenheid (12); een in het hoofdstroompad (11), in serie met de eerste schakeleenheid (12), opgenomen tweede schakeleenheid (17) en een hiermee samenwerkende tweede activeringsinrichting (20) voor het, bij het optreden van een overbelastingsstroom, vertraagd openen van de contacten (18, 19) van de tweede schakeleenheid (17); een met de tweede schakeleenheid (17) samenwerkende derde activeringsinrichting (24), welke met een door stroombegrenzingsmiddelen (27) gevormd, althans de contacten (14, 15) van de eerste schakeleenheid (12) overbruggend, nevenstroompad (26) is gekoppeld, voor het bij het optreden van een kortsluitstroom vertraagd openen van de contacten van de tweede schakeleenheid (17), en waarbij de tweede schakeleenheid (17) van een vergrendelinrichting (21) is voorzien, voor het na opening in geopende toestand houden van de contacten (18, 19) van de tweede schakeleenheid (17), met het kenmerk, dat de eerste schakeleenheid (12) van vertragingsmidde-len (28) is voorzien, voor het gedurende een instelbare tijdsduur in geopende toestand houden van de contacten (14, 15) van de eerste schakeleenheid (12).

2. Beveiligingsschakelaar volgens conclusie 1, gekenmerkt door mechanisch werkende vertragingsmiddelen (28).

3. Beveiligingsschakelaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de vertragingsmiddelen (28) zijn uitgevoerd als een, met een beweegbaar contact (14) van de eerste schakeleenheid (12) in de bewegingsrichting waarin de vertraging gewenst is, koppelbare massa (43; 55).

4. Beveiligingsschakelaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de vertragingsmiddelen (28) zijn uitgevoerd als een, op een beweegbaar contact (14) van de eerste schakeleenheid (12) in de bewegingsrichting waarin de vertraging gewenst is, werkende demper, zoals een gasdemper of een hydraulische demper.

5. Beveiligingsschakelaar volgens één of meer van de voorgaande conclu- sies, met het kenmerk, dat de tweede schakeleenheid (17) van een blok-keerinrichting (21) voor het openen van de contacten (18; 19) is voorzien, waarbij de tweede (20) en derde (24) activeringsinrichtingen elk op deze blokkeerinrichting (21) aangrijpen.

6. Beveiligingsschakelaar volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste activeringsinrichting (13) een elektromagnetisch relais en de tweede en derde activeringsinrichtingen (20; 24) elk een bimetaalrelais omvatten.

7. Beveiligingsschakelaar volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste schakeleenheid (12), de hierop werkende vertragingsmiddelen (28), en de eerste activeringsinrichting (13) een eerste afzonderlijke schakelmodule (36) vormen, voorzien van elektrische aansluitklemmen (31, 32), dat de tweede schakeleenheid (17), de tweede (20) en derde (24) activeringsinrichting, de vergrendel- en zonodig blokkeerinrichting (21), en de stroombegrenzingsmiddelen (27) een tweede afzonderlijke schakelmodule (37) vormen, eveneens voorzien van elektrische aansluitklemmen (33, 34, 35), en dat de beveiligingsschakelaar (10) is gevormd door het onderling geschikt verbinden van de aansluitklemmen (31, 34; 32, 33) van de eerste (36) en tweede (37) schakelmodule .

8. Eerste en/of tweede schakelmodule (36; 37) voor toepassing in een beveiligingsschakelaar (10) volgens conclusie 7.