EP0620575A1 - Einrichtung zum Abschalten eines hochspannungsstromkreises - Google Patents

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EP0620575A1 EP93890056A EP93890056A EP0620575A1 EP 0620575 A1 EP0620575 A1 EP 0620575A1 EP 93890056 A EP93890056 A EP 93890056A EP 93890056 A EP93890056 A EP 93890056A EP 0620575 A1 EP0620575 A1 EP 0620575A1
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Holly Rudolf
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Definitions

  • the invention relates to a device for switching off a high-voltage circuit, preferably a circuit fed with high DC voltage, with at least one switching contact arranged in the circuit and actuable as a function of a measured variable, for example a temperature or a pressure.
  • the problem arises of switching off a circuit in the event of an impermissibly high increase in a measured variable in the system fed by the circuit.
  • the current must be interrupted if the temperature in an electric motor takes on an impermissibly high value in order to prevent damage to the electric motor.
  • This problem occurs e.g. in traction vehicles that are fed with high voltage.
  • a switch contact that can be actuated as a function of the relevant measured variable is provided in the circuit. Particularly when the supply is made with high DC voltage, care must be taken to extinguish the arc that occurs when the switch contact is opened.
  • the object of the present invention is to avoid this disadvantage and to provide a device for switching off a high-voltage circuit which is extremely simple in its construction and is safe to use and which, above all, enables the use of common, inexpensive construction elements.
  • the invention proposes that a high-voltage fuse is connected in parallel to the switch contact or switch contacts, the rated current of which is lower than the nominal current flowing in the high-voltage circuit.
  • the device designed according to the invention enables the use of switch contacts without special constructive measures for the deletion of the light floor that occurs when opening, for example the use of commercially available limit switches that are in active connection with a measured variable sensor and open the switch contact located in the high-voltage circuit when the measured variable in question increases unacceptably . If this switch contact is opened, the circuit is not interrupted by this, rather the entire nominal current flowing in the high-voltage circuit flows through the high-voltage fuse, via which only a small fraction of this nominal current flows when the switch contact is closed due to the high resistance. For this reason, the rated current of the high-voltage fuse can be lower than the nominal current flowing in the high-voltage circuit without the risk that the high-voltage fuse will respond in normal operation. Only when the entire rated current flows through the high-voltage fuse after the switching contact has opened does the same respond, so that the high-voltage circuit is completely interrupted by the high-voltage fuse.
  • the device according to the invention also enables the high-voltage circuit to be switched off in the event of an impermissible increase in various measured variables.
  • a plurality of switching elements which can be actuated as a function of different measured variables are connected in series, the high-voltage fuse of this series connection being connected in parallel. If even one of the switching contacts connected in series is opened, the entire nominal current then flows through the high-voltage fuse and this responds because its rated current is lower than this nominal current.
  • the high-voltage fuse consists of a commercially available fuse. This is cheap, can be easily replaced after eliminating the error causing the impermissibly high increase in the measured variable in question and the Arcing which occurs in response to such fuses is immediately extinguished.
  • the high-voltage fuse responds with a time delay when the nominal current flowing in the high-voltage circuit occurs. This ensures that the high-voltage circuit is only completely interrupted by the response of the high-voltage fuse when the switch contact is fully open, so that an arc does not occur due to early interruption of the high-voltage circuit by the high-voltage fuse when the switch contact is not yet fully open.
  • FIG. 1 shows the circuit diagram of a first embodiment
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the invention
  • the high-voltage circuit shown in both versions is supplied with a DC voltage of 1000 V, for example.
  • the nominal current i is, for example, 10 A.
  • a high-voltage fuse 2 in the form of a fuse is connected in parallel to a switch contact 1.
  • a switch contact 1 there is generally a consumer e.g. a motor or a heater.
  • the switch contact 1 consists, for example, of a conventional limit switch, which is connected via a line (not shown) to a temperature sensor which monitors the temperature in the part to be monitored in the system fed by the high-voltage circuit and, when a certain predetermined temperature occurs, causes the switch contact 1 to open .
  • the fuse 2 has, for example, a rated current of 2 A.
  • Such a fuse 2 is now expediently used, which responds with a time delay when the nominal current i occurs, so that it is ensured that the switch contact 1 is already fully open when the high-voltage fuse 2 breaks the circuit and therefore no arc occurs in the switch contact 1.
  • the high-voltage fuse is, for example, a conventional fuse, consisting of a glass tube closed with brass caps at the ends, in which a fuse wire is located. As a result, the arc in the glass tube which occurs when the high-voltage fuse responds is extinguished.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that two switch contacts 1 ', 1' 'are connected in series, of which the switch contact 1', for example when the temperature rises excessively and the switch contact 1 ' 'responds, for example, to an impermissibly high increase in pressure.
  • the series connection of the two switching contacts 1 ', 1' ' ensures that even if only one switching contact responds, the entire rated current flows through the fuse, so that it responds in the manner described in connection with FIG.
  • the high-voltage circuit shown in FIG. 2 is also fed, for example, with 1000 V direct current.
  • the rated current is, for example, 16 A, the rated current of the fuse 2 in this case is, for example, 4 A.

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Abstract

Eine Einrichtung zum Abschalten eines vorzugsweise mit hoher Gleichspannung gespeisten Hochspannungsstromkreises weist einen von einer Meßgröße betätigbaren Schaltkontakt (1) und eine zu diesem Schaltkontakt (1) parallel geschaltete Hochspannungsschmelzsicherung (2) auf, deren Bemessungsstrom geringer ist als der im Hochspannungsstromkreis fließende Nennstrom. Öffnet der Schaltkontakt (1) bei einem unzulässig hohen Anstieg der Meßgröße, so fließt der gesamte Nennstrom über die Hochspannungsschmelzsicherung (2), sodaß diese anspricht und den Stromkreis unterbricht, ohne daß beim Schaltkontakt (1) ein Lichtbogen auftritt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abschalten eines Hochspannungsstromkreises, vorzugsweise eines mit hoher Gleichspannung gespeisten Stromkreises, mit zumindest einem im Stromkreis angeordneten, in Abhängigkeit von einer Meßgröße, beispielsweise von einer Temperatur oder einem Druck, betätigbaren Schaltkontakt.
  • Fallweise tritt das Problem auf, einen Stromkreis bei einem unzulässig hohen Ansteigen einer Meßgröße in der vom Stromkreis gespeisten Anlage abzuschalten. So muß beispielsweise eine Unterbrechung des Stromes erfolgen, wenn die Temperatur in einem Elektromotor einen unzulässig hohen Wert annimmt, um eine Beschädigung des Elektromotors zu verhindern. Dieses Problem tritt z.B. bei Triebfahrzeugen auf, die mit Hochspannung gespeist werden. Zur Unterbrechung des Stromkreises ist in diesem ein in Abhängigkeit von der betreffenden Meßgröße betätigbarer Schaltkontakt vorgesehen. Insbesondere dann, wenn die Anspeisung mit hoher Gleichspannung erfolgt, muß für eine Löschung des beim Öffnen des Schaltkontaktes auftretenden Lichtbogens Sorge getragen werden. Übliche mit einem Meßgrößenfühler in Verbindung stehende Begrenzungsschalter konnten daher, da sie keine für die Löschung des Lichtbogens geeigneten Einrichtungen besitzen, nicht in einen solchen Hochspannungsstromkreis eingeschaltet werden, es mußten vielmehr aufwendige konstruktive Maßnahmen getroffen werden, um bei einem unzulässigen Anstieg einer Meßgröße, beispielsweise der Temperatur oder des Druckes, eine Unterbrechung des Hochspannungsstromkreises zu bewirken.
  • Es ist bereits bekannt, dem Schaltkontakt einen nichtlinearen bzw. spannungsabhängigen Widerstand parallel zu schalten (DE-OS 2 361 203, GB-PS 1 589 071). Über diesen Widerstand fließt infolge seiner Spannungsabhängigkeit praktisch nur während des Schaltvorganges Strom, wodurch eine Löschung des im Schaltkontakt auftretenden Lichtbogens beim Nulldurchgang des sinusförmigen Wechselstromes erfolgt. Für eine hohe Gleichspannung ist diese bekannte Anordnung nicht geeignet, da über den Widerstand auch nach Öffnung des Schaltkontaktes ein Reststrom fließt, der nur durch Anordnung eines zusätzlichen, in Serie zum nichtlinearen Widerstand angeordneten Schalters unterbrochen werden kann, der erst nach dem vollständigen Öffnen des Schaltkontaktes geöffnet werden darf. Hiezu sind aufwendige zusätzliche konstruktive Maßnahmen erforderlich.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Einrichtung zum Abschalten eines Hochspannungsstromkreises zu schaffen, welche äußerst einfach in ihrem Aufbau und sicher in der Anwendung ist und welche vor allem die Anwendung üblicher, preisgünstiger Konstruktionselemente ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß dem Schaltkontakt bzw. den Schaltkontakten eine Hochspannungssicherung parallel geschaltet ist, deren Bemessungsstrom geringer ist als der im Hochspannungsstromkreis fließende Nennstrom.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung ermöglicht die Verwendung von Schaltkontakten ohne besondere konstruktive Maßnahmen für die Löschung des beim Öffnen auftretenden Lichtbodens, also beispielsweise die Verwendung handelsüblicher Begrenzungsschalter, die mit einem Meßgrößenfühler in Wirkverbindung stehen und bei einem unzulässigen Ansteigen der betreffenden Meßgröße den im Hochspannungsstromkreis liegenden Schaltkontakt öffnen. Wird nämlich dieser Schaltkontakt geöffnet, so wird der Stromkreis hiedurch nicht unterbrochen, es fließt vielmehr dann der gesamte im Hochspannungsstromkreis fließende Nennstrom über die Hochspannungssicherung, über die bei geschlossenem Schaltkontakt wegen des hohen Widerstandes lediglich ein geringer Bruchteil dieses Nennstromes fließt. Der Bemessungsstrom der Hochspannungssicherung kann aus diesem Grunde geringer sein als der im Hochspannungsstromkreis fließende Nennstrom, ohne daß die Gefahr besteht, daß im Normalbetrieb die Hochspannungssicherung anspricht. Erst dann, wenn nach Öffnen des Schaltkontaktes der gesamte Nennstrom über die Hochspannungssicherung fließt, erfolgt ein Ansprechen derselben, sodaß der Hochspannungsstromkreis durch die Hochspannungssicherung vollständig unterbrochen wird.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht auch die Abschaltung des Hochspannungsstromkreises bei einem unzulässigen Ansteigen verschiedener Meßgrößen. In diesem Fall sind erfindungsgemäß mehrere in Abhängigkeit von verschiedenen Meßgrößen betätigbare Schaltelemente in Serie geschaltet, wobei die Hochspannungssicherung dieser Serienschaltung parallel geschaltet ist. Wird auch nur einer der in Serie geschalteten Schaltkontakte geöffnet, so fließt in der Folge der gesamte Nennstrom über die Hochspannungssicherung und diese spricht, da ihr Bemessungsstrom geringer als dieser Nennstrom ist, an.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Hochspannungssicherung aus einer handelsüblichen Schmelzsicherung besteht. Diese ist billig, kann nach Beseitigung des das unzulässig hohe Ansteigen der betreffenden Meßgröße bewirkenden Fehlers leicht ausgetauscht werden und der beim Ansprechen auftretende Lichtbogen wird in bei solchen Schmelzsicherungen bekannter Weise sofort gelöscht.
  • Zweckmäßig ist es, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Hochspannungssicherung bei Auftreten des im Hochspannungsstromkreis fließenden Nennstromes mit Zeitverzögerung anspricht. Dadurch wird nämlich sichergestellt, daß der Hochspannungsstromkreis erst dann durch das Ansprechen der Hochspannungssicherung vollständig unterbrochen ist, wenn der Schaltkontakt vollständig geöffnet ist, sodaß nicht durch frühzeitiges Unterbrechen des Hochspannungsstromkreises durch die Hochspannungssicherung beim noch nicht vollständig geöffneten Schaltkontakt ein Lichtbogen auftritt.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht. Fig.1 zeigt das Schaltbild einer ersten Ausführungsform und Fig.2 einer zweiten Ausführungsform der
  • erfindungsgemäßen Einrichtung. Der in beiden Ausführungen dargestellte Hochspannungsstromkreis wird beispielsweise mit einer Gleichspannung von 1000 V gespeist. Der Nennstrom i beträgt bei der ersten Ausführungsform beispielsweise 10 A.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig.1 ist einem Schaltkontakt 1 eine Hochspannungssicherung 2 in Form einer Schmelzsicherung parallel geschaltet. Mit 3 ist allgemein ein Verbraucher, z.B. ein Motor oder ein Heizgerät bezeichnet. Der Schaltkontakt 1 besteht beispielsweise aus einem üblichen Begrenzungsschalter, der über eine nicht dargestellte Leitung mit einem Temperaturfühler verbunden ist, der die Temperatur in dem zu überwachenden Teil der durch den Hochspannungsstromkreis gespeisten Anlage überwacht und bei Auftreten einer bestimmten vorgegebenen Temperatur das Öffnen des Schaltkontaktes 1 bewirkt. Die Schmelzsicherung 2 hat beispielsweise einen Bemessungsstrom von 2 A.
  • Im Normalbetrieb, also bei geschlossenem Schaltkontakt 1, fließt, da der Widerstand des Schaltkontaktes 1 vernachlässigbar ist, praktisch der gesamte Strom i über den Schaltkontakt. Der Bemessungsstrom der Hochspannungssicherung 2 kann daher wesentlich geringer als der Nennstrom i sein. Nach einem Öffnen des Schaltkontaktes 1 hingegen fließt der gesamte Nennstrom i über die Schmelzsicherung 2. Der Hochspannungsstromkreis wird somit durch das Öffnen des Schaltkontaktes 1 nicht unterbrochen, sodaß dort kein Lichtbogen auftritt.
  • Zweckmäßig wird nun eine solche Schmelzsicherung 2 verwendet, die bei Auftreten des Nennstromes i mit Zeitverzögerung anspricht, sodaß sichergestellt ist, daß der Schaltkontakt 1 bereits vollständig geöffnet ist, wenn die Hochspannungssicherung 2 den Stromkreis unterbricht und daher kein Lichtbogen im Schaltkontakt 1 mehr auftritt.
  • Die Hochspannungssicherung ist beispielsweise eine übliche Sicherung, bestehend aus einem mit Messingkappen an den Stirnenden verschlossenen Glasrohr, in dem sich ein Schmelzdraht befindet. Dadurch wird ein Löschen des bei Ansprechen der Hochspannungssicherung auftretenden Lichtbogens im Glasrohr bewirkt.
  • Die Ausführungsform nach Fig.2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig.1 dadurch, daß zwei Schaltkontakte 1', 1'' in Serie geschaltet sind, von welchen der Schaltkontakt 1' beispielsweise bei einem unzulässig hohen Ansteigen einer Temperatur und der Schaltkontakt 1'' beispielsweise bei einem unzulässig hohen Ansteigen eines Druckes anspricht. Durch die Serienschaltung der beiden Schaltkontakte 1', 1'' wird sichergestellt, daß auch bei Ansprechen lediglich eines Schaltkontaktes der gesamte Nennstrom über die Schmelzsicherung fließt, sodaß diese in der in Verbindung mit Fig.1 beschriebenen Weise anspricht. Der in Fig.2 dargestellte Hochspannungsstromkreis wird beispielsweise gleichfalls mit 1000 V Gleichstrom gespeist. Der Nennstrom beträgt beispielsweise 16 A, der Bemessungsstrom der Schmelzsicherung 2 beträgt in diesem Fall beispielsweise 4 A.

Claims (4)

  1. Einrichtung zum Abschalten eines Hochspannungsstromkreises, vorzugsweise eines mit hoher Gleichspannung gespeisten Stromkreises, mit zumindest einem im Stromkreis angeordneten, in Abhängigkeit von einer Meßgröße, beispielsweise von einer Temperatur oder einem Druck, betätigbaren Schaltkontakt (1;1',1''), dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltkontakt (1) bzw. den Schaltkontakten (1',1'') eine Hochspannungssicherung (2) parallel geschaltet ist, deren Bemessungsstrom geringer ist als der im Hochspannungsstromkreis fließende Nennstrom (i).
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Abhängigkeit von verschiedenen Meßgrößen betätigbare Schaltelemente (1',1'') in Serie geschaltet sind, und daß die Hochspannungssicherung (2) dieser Serienschaltung parallel geschaltet ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungssicherung (2) aus einer Schmelzsicherung besteht.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungssicherung (2) bei Auftreten des im Hochspannungsstromkreis fließenden Nennenstromes (i) mit Zeitverzögerung anspricht.
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