DE10261994A1

DE10261994A1 - Selektivschutzschalter und Verfahren zur selektiven Kurzschlussstromabschaltung

Info

Publication number: DE10261994A1
Application number: DE10261994A
Authority: DE
Inventors: Erwin Ing.-grd. Muders
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2004-02-05
Also published as: DE50302958D1; CN1327465C; EP1470565A1; DE10203443A1; ATE323324T1; PL369824A1; CN1537316A; PL200064B1; EP1470565B1; WO2003065398A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Selektivschutzschalter mit einem Hauptstrompfad (18), der eine Reihenschaltung von wenigstens einer ersten Kontaktstelle (11), einem magnetischen Auslöser (40), einer zweiten Kontaktstelle (19) und einem ersten thermischen Auslöser (36) enthält, und mit einem parallel wenigstens zur ersten Kontaktstelle (11) angeordneten Parallelstrompfad (15), der einen strombegrenzenden Widerstand (16) und einen zweiten thermischen Auslöser (24) enthält.
Der magnetische Auslöser (40) bringt die erste Kontaktstelle (11) in Offenstellung; der erste thermische Auslöser (36) öffnet über ein Schaltschloss (21) die zweite Kontaktstelle (19). Der zweite thermische Auslöser (24) öffnet über das Schaltschloss (21) ebenfalls die zweite Kontaktstelle (19).
Der magnetische Auslöser (40) und die zweite Kontaktstelle (19) liegen außerhalb des Parallelstrompfades (15).

Description

Die Erfindung betrifft einen Selektivschutzschalter und ein Verfahren zur selektiven Kurzschlussstromabschaltung mit einem solchen Selektivschutzschalter.

Ein Selektivschutzschalter ist beispielsweise aus der DE 28 54 711 bekannt geworden. Er besitzt eine erste Kontaktstelle, zu der ein Parallelstrompfad geschaltet ist, in dem ein Strombegrenzungswiderstand eingesetzt ist. Die erste Kontaktstelle wird von einem Hilfs-Schlaganker in Offenstellung gebracht, der ebenfalls parallel zu der ersten Kontaktstelle geschaltet ist. Wenn die erste Kontaktstelle geöffnet ist, kommutiert der Strom in den Parallelstrompfad. Jeweils in Serie zur ersten Kontaktstelle und im Parallelstromkreis sind thermische Bimetallauslöser angebracht, die über ein Schaltwerk eine zweite Schaltstelle in Offenstellung bringen können. In dem Hauptstrompfad ist ein Haupt-Schlaganker angebracht, der ebenfalls auf die zweite Schaltstelle einwirkt und sie in Offenstellung bringen kann.

Ein Selektivschutzschalter ist auch in dem Hauptleitungsschutzschalter S700 der Firma ABB Stotz-Kontakt GmbH in Heidelberg verwirklicht. Der Widerstand ist dort als Widerstandsdraht zum Beispiel aus CrAl255, Cu oder aus anderen Legierungen hergestellt, wobei der Draht zu einer Spule gewickelt ist, die aufgrund ihrer Bauform und des geforderten Widerstandswertes einen relativ großen Bauraum beansprucht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Selektivschutzschalter zu schaffen, der in seinem Aufbau gegenüber dem Stand der Technik einfacher und kompakter aufgebaut ist, sowie ein Verfahren zur selektiven Kurzschlussstromabschaltung anzugeben, das einfach und zuverlässig durchführbar ist.

Die Erfindung wird hinsichtlich der Selektivschutzschalters gelöst durch Anspruch 1, und hinsichtlich des Verfahrens durch Anspruch 5.

Erfindungsgemäß also weist der Selektivschutzschalter einen Hauptstrompfad auf, der eine Reihenschaltung von wenigstens einer ersten Kontaktstelle, einem magnetischen Auslöser, der die erste Kontaktstelle in Offenstellung bringt, einer zweiten Kontaktstelle und einem ersten, über ein Schaltschloss die zweite Kontaktstelle öffnenden, thermischen Auslöser enthält, sowie einen parallel wenigstens zur ersten Kontaktstelle angeordneten Parallelstrompfad, der einen strombegrenzenden Widerstand und einen zweiten, über das Schaltschloss die zweite Kontaktstelle öffnenden, thermischen Auslöser enthält.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der magnetische Auslöser nur auf die erste Kontaktstelle, und der erste und/oder zweite thermische Auslöser über das Schaltschloss nur auf die zweite Kontaktstelle wirken.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Selektivschutzschalters liegen darin, dass nur ein magnetischer Auslöser benötigt wird und dass das Schaltschloss sehr einfach aufgebaut sein kann, weil es nur auf eine Kontaktstelle einwirkt. Es kann daher beispielsweise ein Standard-Schaltwerk, wie es auch in Leitungsschutzschaltern eingebaut ist, verwendet werden. Die Trennung der mechanischen Einwirkungslinien des magnetischen Auslösers, der nur auf die erste Kontaktstelle wirkt, und der mechanischen Einwirkung des Schaltwerks, das nur auf die zweite Kontaktstelle einwirkt, vereinfacht den Aufbau des Selektivschutzschalters weiter.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die zweite Kontaktstelle und der magnetische Auslöser außerhalb des Parallelstrompfades in dem Hauptstrompfad angeordnet. Der Vorteil dabei ist, dass die zweite Kontaktstelle auf diese Weise nicht den vollen Kurzschlussstrom schalten muss, dieser wird von der ersten Kontaktstelle geschaltet. Die zweite Kontaktstelle schaltet lediglich einen durch den strombegrenzenden Widerstand begrenzten Strom, wodurch keine Lichtbogenlösch kammer erforderlich ist, was den Aufbau des Selektivschutzschalters insgesamt weiter vereinfacht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass der strombegrenzende Widerstand einen Temperaturkoeffizienten aufweist, der konstant oder negativ ist. Dies hat den Vorteil, dass dann, wenn der Strom in den Parallelstrompfad kommutiert, den strombegrenzenden Widerstand durchfließt und dabei erwärmt, der strombegrenzende Widerstand seinen Wert nicht erhöht, sondern allenfalls leicht absenkt. Der über den Parallelstromkreis und die zweite Kontaktstelle den magnetischen Auslöser durchfließende Strom bleibt damit konstant oder steigt sogar leicht an, so dass auf jeden Fall der den magnetischen Auslöser durchfließende Strom groß genug bleibt, um die erste Kontaktstelle offen zu halten.

Wenn die Verzögerungszeit des zweiten thermischen Auslösers länger als eine Halbwellendauer des Kurzschlussstroms beträgt, so kommt es vor dem Öffnen der zweiten Kontaktstelle über das Schaltschloss zu einem oder mehreren Nulldurchgängen des Stroms. Durch die Massenträgheit des Auslösesystems des magnetischen Auslösers ist es gewährleistet, dass in den Nulldurchgängen die erste Kontaktstelle offen bleibt und sich nicht schließt. Andernfalls würde die erste Kontaktstelle nach Durchlaufen jedes Nulldurchgangs erneut geöffnet, was zu einer Oszillation mit entsprechend hohem Materialverschleiß führen würde.

Bezüglich des Verfahrens zur selektiven Kurzschlussabschaltung mit einem Selektivschutzschalter wie oben beschrieben besteht die Erfindung darin, dass im Falle eines Kurzschlusses die erste Kontaktstelle über den magnetischen Auslöser in Offenstellung gebracht wird, der Strom zunächst über den Parallelstromkreis und die noch geschlossene zweite Kontaktstelle des Hauptstromkreises weiter durch den magnetischen Auslöser geleitet wird und in dem Fall, dass der Kurzschluss nicht innerhalb der Verzögerungszeit des zweiten thermischen Auslösers abgeschaltet wird – beispielsweise durch einen nachgeschalteten Schalter – über das Schaltschloss die zweite Kontaktstelle geöffnet wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sieht vor, dass im Falle der Abschaltung des Kurzschlusses durch einen nachgeschalteten Leitungsschutzschalter innerhalb der Verzögerungszeit des zweiten thermischen Auslösers die erste Kontaktstelle geschlossen und der Strom wieder durch den Hauptstrompfad geleitet wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Strom beim Fluss durch den Parallelstromkreis durch den strombegrenzenden Widerstand begrenzt, wobei er zeitlich konstant oder mit der Zeit geringfügig größer wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnungen, in denen 2 Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für einen Selektivschutzschalter
2 eine weitere mögliche erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für einen Selektivschutzschalter
Die 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Selektivschutzschalter. In einem Hauptstrompfad 18 befindet sich eine erste Kontaktstelle 11 sowie eine zweite Kontaktstelle 19; beide sind in Reihe geschaltet.
Ebenfalls im Hauptstrompfad 18 und in Reihe zu den beiden Kontaktstellen 11, 19 geschaltet, befindet sich ein erster thermischer Auslöser 36, der auf ein Schaltschloss 21 wirkt, sowie ein magnetischer Auslöser 40.
Der magnetische Auslöser 40 ist über die Wirklinie 41 mit der ersten Kontaktstelle 11 verbunden. Er bringt sie in Offenstellung, wenn er von einem Kurzschlussstrom durchflossen wird.
Parallel zu der ersten Kontaktstelle 11 ist ein Parallelstrompfad 15 geschaltet, in dem ein Widerstandskörper 16 angeordnet ist. Elektrisch in Reihe zu dem Widerstandskörper 16 geschaltet befindet sich in dem Parallelstrompfad 15 ein zweiter thermischer Auslöser 20, der hier auch als Selektivthermobimetall bezeichnet ist, und welcher ebenfalls auf das Schaltschloss 21 wirkt.
Das Schaltschloss 21 ist über die Wirklinie 23 mit der zweiten Kontaktstelle 19 verbunden. Die Wirklinien der Thermobimetalle 20, 36 auf das Schaltschloss sind mit den Bezugsziffern 24 und 25 bezeichnet.
Wenn der Schalter gemäß 1 einen Kurzschluss abschalten soll, dann wird über den magnetischen Auslöser 40 zunächst die Kontaktstelle 11 geöffnet, und zwar über die Wirklinie 41. Dabei wird dann der Strom in den Parallelstrompfad kommutiert und durch den Widerstandskörper 16 begrenzt, wobei die zweite Kontaktstelle 19 noch geschlossen ist. Der durch den Widerstand 16 begrenzte Strom durchfließt die Spule des magnetischen Auslösers 40 und dieser hält damit die Kontaktstelle 11 offen.
Solange der Kurzschlussstrom nicht abgeschaltet wird, erwärmt sich das Thermobimetall 20 und schaltet nach Ablauf seiner Verzögerungszeit auf diese Weise schließlich die Kontaktstelle 19 ab, wodurch dann der Stromfluss in der von dem Selektivschutzschalter geschützten Leitung vollständig unterbrochen ist.
Wenn nun in einem nachgeordneten Leitungsschutzschalter der Kurzschluss abgeschaltet wird, bevor die Verzögerungszeit des Selektivthermobimetalls 19 abgelaufen ist, dann sinkt der Stromfluss durch den Magnetauslöser 40 wieder unter die Auslöseschwelle und die Kontaktstelle 11 schließt; es wird in diesem Zusammenhang auf die eingangs erwähnte DE 28 54 711 und auf den eingangs erwähnten Schalter S700 verwiesen.
Wenn nun der Widerstandskörper 16 einen positiven Temperaturkoeffizienten hätte, dann würde der Strom soweit begrenzt, dass der Anker des magnetischen Auslösers 40 abfallen und die Kontaktstelle 11 schließen würde was ungünstig wäre. Aufgrund des etwa konstanten bzw. negativen Temperaturkoeffizienten bleibt der Strom durch den magnetischen Auslöser 40 gleich bzw. wird geringfügig größer, wodurch die Kontaktstelle ausreichend lange in Öffnungsstellung gehalten werden kann.
Wenn die Verzögerungszeit des zweiten thermischen Auslösers 20 länger als eine Halbwellendauer des Kurzschlussstroms beträgt, so kommt es vor dem Öffnen der zweiten Kontaktstelle 19 über das Schaltschloss 21 zu einem oder mehreren Nulldurchgängen des Stroms. Durch die Massenträgheit des Auslösesystems des magnetischen Auslösers 40 ist es gewährleistet, dass in den Nulldurchgängen die erste Kontaktstelle 11 offen bleibt und sich nicht schließt. Andernfalls würde die erste Kontaktstelle 11 nach Durchlaufen jedes Nulldurchgangs erneut geöffnet, was zu einer Oszillation mit entsprechend hohem Materialverschleiß führen würde.
Bei einem Überstrom im Hauptstrompfad spricht der erste thermische Auslöser 36 nach Ablauf seiner Verzögerungszeit an und wirkt über die Wirklinie 25 so auf das Schaltwerk 21, dass die zweite Kontaktstelle 19 geöffnet wird. Der Strom im Hauptstrompfad ist somit unterbrochen.
Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten dadurch, dass der Parallelstrompfad 15 parallel zur Reihenschaltung des ersten thermischen Auslösers 36 mit der ersten Kontaktstelle 11 liegt. Dadurch könnte eine noch kompaktere Anordnung der Bauelemente innerhalb des Selektivschutzschalters erreicht werden. Die Kurzschluss- und Überstromabschaltung funktioniert bei der Ausführungsform gemäß 2 im Übrigen so, wie oben für die 1 beschrieben.

Claims

Selektivschutzschalter, mit einem Hauptstrompfad (18), der eine Reihenschaltung von wenigstens einer ersten Kontaktstelle (11), einem magnetischen Auslöser (40), der die erste Kontaktstelle (11) in Offenstellung bringt, einer zweiten Kontaktstelle (19) und einem ersten, über ein Schaltschloss (21) die zweite Kontaktstelle (19) öffnenden, thermischen Auslöser (36) enthält, und mit einem parallel wenigstens zur ersten Kontaktstelle (11) angeordneten Parallelstrompfad (15), der einen strombegrenzenden Widerstand (16) und einen zweiten, über das Schaltschloss (21) die zweite Kontaktstelle (19) öffnenden, thermischen Auslöser (24) enthält.
Selektivschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Auslöser (40) nur auf die erste Kontaktstelle (11), und der erste und/oder zweite thermische Auslöser (36, 24) über das Schaltschloss (21) nur auf die zweite Kontaktstelle (19) wirken.
Selektivschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktstelle (19) und der magnetische Auslöser (40) außerhalb des Parallelstrompfades (15) in dem Hauptstrompfad (18) angeordnet sind.
Selektivschutzschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der strombegrenzende Widerstand (16) einen Temperaturkoeffizienten aufweist, der konstant oder negativ ist.
Verfahren zur selektiven Kurzschlussstromabschaltung mit einem Selektivschutzschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Falle eines Kurzschlusses über den magnetischen Auslöser (40) die erste Kontaktstelle (11) in Offenstellung gebracht wird, der Strom zunächst über den Parallelstromkreis (15) und die noch geschlossene zweite Kontaktstelle (19) des Hauptstromkreises (18) weiter durch den magnetischen Auslöser (40) geleitet und im Falle der Nichtabschaltung des Kurzschlusses innerhalb der Verzögerungszeit des zweiten thermischen Auslösers (24) die zweite Kontaktstelle (19) über das Schaltschloss (21) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Abschaltung des Kurzschlusses durch einen nachgeschalteten Leitungsschutzschalter innerhalb der Verzögerungszeit des zweiten thermischen Auslösers (24) die erste Kontaktstelle (11) geschlossen und der Strom wieder durch den Hauptstrompfad (18) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom beim Fluss durch den Parallelstromkreis (15) durch den strombegrenzenden Widerstand (16) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der begrenzte Strom im Parallelstromkreis (15) zeitlich konstant oder mit der Zeit geringfügig größer wird.