DE3912601A1 - Abschaltvorrichtung zum abschalten bei mindestspannung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschaltvorrichtung zum Abschalten bei Mindestspannung eines Typs, der der Ab­ schaltkinematik eines Schutzschaltschützes in Modulbauweise zugeordnet wird, das in einer elektrischen Leitung einge­ richtet ist und ein Betätigungsrelais mit einem Anker ent­ hält, der die genannte Kinematik in der Folge des Absinkens der Speisespannung in der Leitung betätigt.

Bekanntlich sollen Vorrichtungen dieses Typs die elektri­ sche Leitung schützen, indem sie das Schaltschütz öffnen, sobald die Speisespannung der Leitung unterhalb eines vor­ gegebenen Werts absinkt.

Im einzelnen sieht die Norm IEC 157-1 (International Elec­ trotechnical Commission) vor, daß solche Mindestspannungs­ abschaltvorrichtungen das Schaltschütz betätigen müssen, sobald die in der elektrischen Leitung stehende Spannung zwischen 70 und 35% der Nennspeisespannung beträgt. Ferner muß die Abschaltvorrichtung das Schließen des Schaltschützes verhindern, wenn die Speisespannung unter 35% des Nennwerts liegt, während sie das Schließen bei Spannungswerten und Speisewerten, die gleich oder über 85% der Nennspannung liegen, nicht verhindern darf.

Auch wenn die obigen Spezifikationen erfüllt sind, sieht man sich der Notwendigkeit gegenüber, solche Vorrichtungen so­ wohl zum Schutz einphasiger elektrischer Leitungen mit Span­ nungen zwischen 48 V und 380 V als auch zum Schutz elektri­ scher Drehstromleitungen mit verketteten Spannungen zwischen 220 und 380 V einsetzen zu müssen.

Um dieser Notwendigkeit gerecht zu werden, sieht der Stand der Technik derzeit die Anwendung einer Abschaltvorrichtung mit einer Spule mit einem entsprechenden beweglichen Kern vor, die ständig unter Leitungsspannung steht, so daß der Kern von der elektromagnetischen Kraft ins Innere derselben gezogen wird, solange die Spannung über dem Mindestwert von 70% des Nennwerts liegt. Der bewegliche Kern wird gegen elastische Mittel in die Spule gezogen, die ihn ständig nach außen hin vorspannen, um die Abschaltkinematik des Schalt­ schützes zu betätigen.

Eine genaue Planung, eine geeignete Dimensionierung und eine umsichtige Materialauswahl ermöglichen die Herstellung von Spulen mit geringer elektrischer Verlustleistung.

Jedoch weisen diese Abschaltvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, obwohl sie im wesentlichen ihren Zweck er­ füllen, gewisse Nachteile auf, die hier nachstehend auf­ geführt werden.

Trotz des Einsatzes einer Spule mit geringer Verlustleistung liegt ihre Stromaufnahme in der Größenordnung von einigen zehn Milliampere (10 mA) mit Verlusten im Eisen und im Kupfer wegen des Joule-Effekts von etwa 1,5 W und mit der Gefahr, daß die Vorrichtung im Betrieb eine Übertemperatur von etwa 90° erreicht.

Die Voreinstellung des Schwellenwerts, bei dem die Vorrich­ tung anspricht, geschieht zu Lasten der Vorspannfeder des beweglichen Spulenkerns, und daher gibt es keine Möglich­ keit, diesen Schwellenwert kontinuierlich zu verändern.

Wenn die Spannung Werte in der Nähe der Ansprechschwelle annimmt, wird die Vorrichtung von einem lästigen Brummen befallen.

Ferner können wegen des Platzbedarfs der Spule sowie der Mechanismen zum automatischen Rückstellen, die vorgesehen werden müssen, die Abschaltvorrichtungen für Drehstrom­ leitungen nur so gestaltet werden, daß man zwei Schalt­ schütz-Standardmodule, jeweils mit einer entspechenden Spule, paarweise anordnet, mit dem sich offensichtlich daraus ergebenden Aufwand an Kosten und Platz.

Das technische Problem, das der vorliegenden Erfindung zu­ grundeliegt, ist die Ausarbeitung und Bereitstellung einer Abschaltvorrichtung bei Mindestspannung mit strukturellen und funktionellen Merkmalen, die die Überwindung der ge­ nannten Nachteile aus dem Stand der Technik ermöglicht.

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung des angegebenen Typs gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er einen elektronischen Steuerschaltkreis zwischen einem phasen­ führenden Leiter der elektrischen Leitung und dem genannten Relais enthält, und mit einen ersten Schaltkreisteil zum Regeln der Ansprechschwelle der Vorrichtung sowie mit einem zweiten Schaltkreisteil zur Definition der Ansprechver­ zögerung ausgerüstet ist.

Die Merkmale und die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit hinweisender und nicht einschrän­ kender Wirkung und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

In diesen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausschaltvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus Fig. 1 in einer Ausführungsvariante;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Schaltschützes in Modulbauweise, das mit der Vorrichtung in Fig. 1 zusammen­ wirkt.

In diesen Figuren bedeuten 1, allgemein und schematisch ge­ zeigt, eine Ausschaltvorrichtung bei Mindestspannung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 ist vorgesehen zum Schutz einer einphasigen elektrischen Leitung 2 gegen den Abfall der Speisespannung auf 70% des Nennwerts gemäß der Norm IEC 157-1.

Zu diesem Zweck beinhaltet die Vorrichtung 1 ein Betäti­ gungsrelais 3 in einer besonderen Ausbildungsform. Das Relais 3 enthält einen Kern 4, dessen Polenden 5 und 6 aus den senkrechten Stücken zweier in L-Form ausgebildeter Elemente 7 und 8 bestehen, deren restliche, waagrechte Stücke gleichsinnig gerichtet sind und übereinanderliegen. Zwischen diesen waagrechten Stücken ist als Trennspalt eine Aluminiumfolie 9 eingelegt.

Kern 4 als solcher ist auf herkömmliche Weise in einem nicht dargestellten Gehäuse des Relais 3 gelagert. Ferner liegt um den senkrechten Teil des Pols 6 eine Wicklung 10 aus 2500 Windungen eines lackierten Kupferdrahts mit einem Durch­ messer von 0,05 mm.

Das Relais 3 enthält ferner einen Steueranker 12, der um einen festen Punkt des Kerns 4 drehbar gelagert und gegen die Polenden 5 und 6 gegen eine Vorspannung durch Feder­ mittel 13 beweglich ist. Der Anker 12 betätigt die Aus­ schaltkinematik des Schalters 20.

Die Wicklung 10 ist mit Klemmen A und B zum Anschluß an einen elektronischen Schaltkreis 14 zwecks Steuerung des Relais 3 ausgerüstet.

Die Klemme B der Wicklung 10 liegt direkt am neutralen Leiter N der einphasigen Leitng 2, während Klemme A an einem Ende eines Widerstands R 1 liegt, der mit dem anderen Ende über eine Reihenschaltung, bestehend aus dem Widerstand R 2, der Diode D 1 und einer Zenerdiode DZ, an dem phasenführenden Leiter F der Leitung 2 liegt.

Schaltkreis 14 liegt daher zwischen dem phasenführenden Leiter F der Leitung 2 und dem Relais 3, und die Dioden D 1 und DZ bilden einen ersten Teil 18 des Schaltkreises zum Regeln des Ansprech-Schwellenwerts der Vorrichtung 1.

Im Schaltkreis 14 ist ferner ein zweiter Schaltkreisteil 19 vorgesehen, der aus einem Kondensator C 1 in Parallelschal­ tung zur Reihenschaltung des Widerstands R 1 mit der Wicklung 10 besteht.

Die Diode D 1 und die Zenerdiode DZ ermöglichen das Einstel­ len des Ansprechschwellenwerts der Vorrichtung, während eine zeitliche Verzögerung beim Ansprechen von den Werten des Widerstands R 1 und des Kondensators C 1 bestimmt wird.

In einer anderen Ausführungsform sind in Fig. 2 zusammen­ wirkende Bauteile und Teile der gleichen Struktur und der gleichen Funktion wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel mit der jeweils gleichen Nummer und dem gleichen Bezugs­ zeichen gekennzeichnet, jedoch ist die hier dargestellte erfindungsmäßige Vorrichtung zum Schutz einer elektrischen Drehstromleitung 15 bestimmt. Die Leitung 15 hat die übli­ chen Leiter mit den Phasen R, S und T, und die erfindungs­ gemäße Vorrichtung soll zwei verkettete Spannungen der Drehstomleitung steuern durch Betätigen der Abschaltkine­ matik des Schaltschützes 20, und zwar ausschließlich durch das Relais 3.

Im einzelnen liegt der bereits beschriebene Schaltkreis 14 mit einem Ende an dem ersten phasenführenden Leiter R und mit dem anderen Ende an der Klemme A des Relais 3, während ein zweiter Steuerkreis 21 zwischen dem dritten phasen­ führenden Leiter T der Leitung 15 und der Klemme B des Relais 3 liegt. Genauer gesagt liegt die Klemme B des Relais 3 an dem zweiten phasenführenden Leiter S unter Zwischen­ schaltung eines elektronischen Schließers 16, der z.B. aus einem Transistor besteht.

Der Steuerteil 17 dieses Schalters 16 liegt zwischen dem Leiter S und dem dritten phasenführenden Leiter T mittels einer Reihenschaltung aus dem Widerstand R 3, einer Diode D 2 und einer Zenerdiode DZ 2.

Sobald der Wert der verketteten Spannung zwischen den phasenführenden Leitern S und T unter 70% dieses Nennwerts absinkt, wird der elektronische Schalter 16 des zweiten Schaltkreises 21 aktiviert, der die Verbindung zwischen Relais 3 und dem zweiten phasenführenden Leiter S herstellt und so auch die Steuerung der anderen verketteten Spannung zwischen den Leitern R und S ermöglicht.

Bei der Antragstellerin durchgeführte Laboruntersuchungen haben gezeigt, daß die Stromaufnahme seitens der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung nachgewiesenermaßen etwa 1 mA (ein Milliampere) beträgt. Dieser Stromwert ist besonders niedrig und bedeutet eine äußerst niedrige Verlustleistung aus dem Joule-Effekt, wodurch auch Probleme der Überhitzung der gesamten Vorrichtung vermieden werden.

Ferner gestattet der minimale Energiebedarf, um das Relais 3 der Vorrichtung 1 geschlossen zu halten, die Anwendung eines Kondensators C 1 im RC-Verzögerungsglied des Schaltkreises 14 mit besonders kleinen Abmessungen.

Daher ist es ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, daß die kleine Anzahl der eingesetzten Bauteile die Fertigung einer Abschaltvorrichtung für Drehstrom ge­ stattet, die in einem einzigen Modul von 17,5 mm Dicke in einem Schutz-Schaltschütz untergebracht werden kann.

Ferner besteht die Möglichkeit, die Ansprechschwelle für die Unterbrechung unter voller Beachtung der entsprechenden Normen fast kontinuierlich zu verändern.

Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders wirt­ schaftlich und einfach zu fertigen.

Claims (3)

1. Abschaltvorrichtung (1) zum Abschalten bei Mindestspan­ nung eines Typs, der der Abschaltkinematik eines Schutz- Schaltschützes (20) in Modulbauweise zugeordnet wird, der in einer elektrischen Leitung (2) eingerichtet ist und ein Be­ tätigungsrelais (3) mit einem Anker (12) enthält, der die genannte Kinematik in der Folge des Absinkens der Speise­ spannung in der Leitung (2) betätigt, dadurch gekennzeich­ net, daß er einen elektronischen Steuerschaltkreis (14) enthält, der zwischen einen phasenführenden Leiter (F) der Leitung (2) und dem Relais (3) gelegt wird und einen ersten Schaltkreisteil (18) zur Regelung der Ansprechschwelle der Vorrichtung (1) und einen zweiten Schaltkreisteil (19) zur Definition einer Schaltverzögerung der Vorrichtung (1) hat.

2. Abschaltvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Relais (3) einen Kern (4) enthält, dessen Polenden (5, 6) aus den senkrechten Stücken zweier in L-Form ausgebildeter Elemente (7, 8) bestehen, deren restliche, waagrechte Stücke gleichsinnig gerichtet sind und überein­ anderliegen, und zwischen die eine Metallfolie (9) als Trennspalt eingelegt ist.

3. Abschaltvorrichtung zum Abschalten bei Mindestspannung eines Typs, der der Abschaltkinematik eines Schutz-Schalt­ schützes (20) in Modulbauweise zugeordnet wird und der in eine elektrische Drehstromleitung (14) eingesetzt wird, und ein Betätigungsrelais (3) mit einem Anker (12) enthält, das die Kinematik in der Folge des Absinkens der verketteten Spannung in wenigstens zwei Phasen der Leitung (15) be­ tätigt, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten (14) und einen zweiten (21) elektronischen Steuerschaltkreisteil enthält, die jeweils zwischen einen phasenführenden Leiter (R, T) der Leitung (15) und das Relais (3) gelegt sind, wobei wenigstens ein Schaltkreis (14) mit einem Schaltkreis­ teil (18) zum Regeln des Ansprechschwellenwerts der Vor­ richtung versehen ist, und ein zweiter Schaltkreisteil (19) bestimmt ist, eine Ansprechverzögerung der Vorrichtung zu definieren.