Auslöseeinrichtung für Wechselstromschaltgeräte In elektrischen Netzen gibt es im wesentlichen drei Anlässe zur Ausschaltung von Schaltgeräten, näm lich die willkürliche Abschaltung aus betrieblichen Gründen, wobei in der Mehrzahl der Fälle der Strom zwischen Null und etwa dem 1- bis 1,5fachen Nenn strom liegt. Diese Art der Auslösung wird meist mit Hilfe eines Steuerschalters herbeigeführt, durch den die Auslösespule des Schalters unter Strom gesetzt wird.
Es ist aber auch möglich, den Schalter mecha nisch durch Lösen einer Verklinkung auszuschalten.
Zum Schutze der hinter dem Schalter liegenden Leitungen, Geräte und Maschinen werden Überstrom schutzeinrichtungen vorgesehen, entweder in Form einfacher überstromauslöser mit unabhängiger oder abhängiger Zeitauslösung, oder es werden Quotienten relais in Form von Impedanz- oder Reaktanzrelais vorgesehen, die bewirken, dass insbesondere bei Kurz schluss nur diejenigen Schalter ausschalten, die der Kurzschlussstelle am nächsten liegen. Man erkennt hier aus, dass dem Überlastungsschutz meist auch der über strom-, insbesondere Kurzschlussschutz, zugeordnet ist.
Charakteristisch für diese Schutzart ist derUmstand, dass immer der Effektivwert von Strom oder Strom und Spannung als Auslösekennzeichen verwendet wer den, wobei es heute möglich ist, bereits nach Ablauf einer vollen Periode, also bei 50 Hz nach 20 ms, bei spielsweise den Quotienten Ull <I>zu</I> messen und das Auslösekommando zu geben.
Hieraus folgt aber, dass diese Schutzsysteme nicht in der Lage sind, den Schal ter schon beim Einsetzen eines Überstromes auszu lösen; der Schalter muss vielmehr zunächst die volle Amplitude des Kurzschlussstromes führen, bevor der Unterbrechungsvorgang einsetzt.
Inzwischen sind Schalter entwickelt worden, die gestatten, die Unterbrechung bereits nach Ablauf von (1<B>...</B> 2) - -4,s einzuleiten, wobei dann eine Impe danz in Form einer Sicherung, eines veränderbaren Widerstandes oder auch eines Lichtbogens, dessen Brennspannung sehr schnell anwächst, in den Strom kreis eingefügt wird, und zwar derart, dass der Kurz schlussstrom sich nur noch mit einem Bruchteil seines sonst zu erwartenden Höchstwertes auswirken kann. Schalter dieser Art verlangen nun aber neben Ein richtungen zur willkürlichen Auslösung und Schutz massnahmen gegen Überlastung noch eine dritte zu sätzliche Einrichtung, die gestattet,
den Momentan wert und/oder die Steilheit des zu überwachenden Stromes praktisch verzögerungsfrei zu erfassen.
Die vorliegende Erfindur_g betrifft eine Auslöse- einrichtung für Wechselstromschaltgeräte, das sowohl bei Überstrom, länger dauernder Überlastung als auch bei willkürlich eingeleiteten Schalthandlungen an spricht.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine erste, auf vorgegebene Werte des Momentanwertes und/oder der Steilheit des zu überwachenden Stromes ansprechende Einrichtung, durch eine zweite, auf einen vorgegebenen Effektiv wert des Stromes oder Impedanzwert des zu über wachenden Stromkreises ansprechende Einrichtung in Form von Überstrom- oder Impedanzrelais und durch eine dritte Einrichtung zur willkürlichen Aus lösung,
wobei beim Ansprechen mindestens einer der drei Einrichtungen mindestens ein Energiespeicher wirksam wird, der die Ausschaltung des Schaltgerätes herbeiführt.
In den Fig. 1 und 2 sind zwei beispielsweise Aus führungsformen der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar in Fig. 1 die übliche Art der Unterbrechung von Betriebs-, Überlast- und Kurzschlussströmen, während Fig. 2 eine Anordnung für synchronisierte Unterbrechung darstellt.
In Fig. 1 bedeuten 1 die Starkstromleitung, 2 ein im Zuge dieser Leitung angeordnetes Wechselstrorn- schaltgerät, das die feststehenden Kontakte 3 und 4 besitzt, die sich zwecks Erzielung einer rasch an steigenden Lichtbogenspannung hornartig längs Wi derstandsstäben 3' und 4' erweitern. 5 ist die Schalt brücke, die über eine Isolierstange 6 mit dem be weglichen Ring 7 eines elektrodynamischen Aus lösers verbunden ist.
8 ist dessen feststehende Spule, 9 bedeutet einen Energiespeicher in Form eines auf geladenen Kondensators, 10 eine Funkenstrecke mit den Hauptelektroden 11 und 12, der Hilfselektrode 13 und dem Überbrückungsschalter 14. 15 ist ein Strom wandler mit der Primärwicklung 16 und der Sekun därwicklung 17 mit hoher Windungszahl. 18 ist ein Widerstand, 19 ein überstromzeitrelais mit der Aus lösewicklung 20 und dem Auslösekontakt 21.
Im gezeichneten Zustand fliesst der Strom I durch die Primärwicklung 16 des Stromwandlers 15 und über den Schalter 2. Soll nun eine willkürliche Ab schaltung herbeigeführt werden, so wird mit Hilfe der Schaltbrücke 14 die Funkenstrecke 10 überbrückt, worauf sich der Kondensator 9 über die Primärspule 8 des dynamischen Auslösers entlädt, was die Öffnung des Schalters 2 zur Folge hat. Der Lichtbogen wird nach oben geblasen und erlischt dann, wodurch die Abschaltung vollzogen ist.
Tritt während des Betriebes eine Überlastung ein, so spricht das Relais 19 an und schliesst den Auslöse kontakt 21 nach einer gewissen Zeit. Hierdurch wird wiederum die Funkenstrecke 10 überbrückt und die Auslösung herbeigeführt. Im Grenzfall kann dies, wie eingangs erläutert wurde, bereits nach etwa 20 ms der Fall sein.
Tritt jedoch ein Kurzschluss auf, so entsteht am Widerstand 18 eine Spannung, die proportional dem Momentanwert des Kurzschlussstromes ist. Bei einer ganz bestimmten Grösse dieses Momentanwertes ent steht ein Überschlag zwischen der Hilfselektrode 13 und der Hauptelektrode 11 der Funkenstrecke 10 mit anschliessendem Überschlag zwischen den Hauptelek troden 11 und 12. Hierdurch kann sich der Konden sator 9 wiederum über die Spule 8 entladen. Der Schalter öffnet sich etwa 10-1 s nach Auftreten des Überschlages zwischen der Hilfselektrode 13 und der Hauptelektrode 11.
Bei geeigneter Konstruktion des Schalters 2 wächst der Lichtbogenwiderstand so schnell an, dass eine wesentliche Reduktion des Kurz schlussstromes zustande kommt.
In Fig. 2 ist ein Auslösesystem für einen Strom begrenzer dargestellt. Im einzelnen bedeuten 31 einen bei Überstrom, insbesondere bei Kurzschluss, anspre chenden Strombegrenzer, bestehend aus den feststehen den Kontakten 32 und 33, der Strombrücke 34, dem be weglichen Teller 35 eines elektrodynamischen Aus lösers, der über die Isolierstange 36 mit der Schalt brücke 34 verbunden ist, und der feststehenden Spule 37. Parallel zu den feststehenden Kontakten 32, 33 liegt ein veränderlicher Widerstand 38 aus einem Material mit hohem positivem Temperaturkoeffizien ten, z. B.
Eisen oder Wolfram. 39 ist ein Widerstands schalter zur Vornahme betriebsmässiger Ein- und Aus schaltungen und zur Abschaltung von Überlastungen. Er besteht aus den Hauptkontakten 40 und 41 und der Schaltbrücke 42. Durch den elektrodynamischen Auslöser, bestehend aus dem Teller 43, der Spule 44 und der isolierenden Betätigungsstange 45 werden sowohl die Schaltbrücke 42 als auch das U-förmige Isolierstück 46 bewegt. 47 und 48 sind Strombrücken, bei deren Verschiebung nach oben die Widerstände 49 und 50 eingeschaltet werden. Zur Auslösung dient ein Stromwandler 51 mit der Primärwicklung 52 und der Sekundärwicklung 53.
Letztere speist die Reihen schaltung, bestehend aus dem einstellbaren Ohmschen Widerstand 54, der einstellbaren Induktivität 55, der Primärwicklung 56 einer kleinen Schaltdrossel 57 und der Wicklung 58 des Cberstromrelais 59, dessen Schaltkontakt mit 60 bezeichnet ist. 61 ist eine parallel zu dbn Teilen<B>54,55</B> geschaltete Kaltkathodenröhre mit den Hauptelektroden 62, 63 und der Zündelektrode 64. 65 bedeutet einen von aussen aufgeladenen kleinen Kondensator. 66 ist die Primär-, 67 die Sekundär wicklung einer Zündspule, deren Enden mit der Hauptelektrode 68 und der Zündelektrode 69 der Funkenstrecke 70 verbunden sind.
Die zweite Hauptelektrode ist mit 71 bezeichnet. 72 und 73 sind von aussen jeweils aufgeladene, als Energie speicher dienernde Kondensatoren zur Betätigung der dynamischen Auslöser. Die Sekundärspule 74 der Drossel 57 steht über den Betätigungsschalter 75 mit der Hauptelektrode 76 und der Zündelektrode 77 der Funkenstrecke 78 in Verbindung, deren zweite Hauptelektrode mit 79 bezeichnet ist. Nachstehend werden nun die Ausschaltvorgänge bei Kurzschluss, Überlastung und willkürlicher Betätigung getrennt be schrieben.
Tritt eine hohe Überlastung, insbesondere ein Kurzschluss, auf, so entsteht an der Reihenschaltung des Widerstandes 54 und der Induktivität 55 ein Spannungsabfall, der um so grösser ist, je grösser der Momentanwert des Stromes und seine Steilheit sind. Erreicht diese Spannung beispielsweise den Wert von 120 V, so zündet die Kaltkathodenröhre 61.
Der kleine Kondensator 65 entlädt sich über die Primär wicklung 66 der Zündspule, wodurch in ihrer Sekun därwicklung 67 eine so hohe Spannung entsteht, dass die Funkenstrecke 70 anspricht. Nun entlädt sich der Kondensator 72 über die feststehende Spule 37 des dynamischen Auslösers; die Schaltbrücke 34 bewegt sich nach oben, wobei der Strom auf den Widzrstand 38 kommutiert wird. Infolge des mit der Temperatur stark ansteigenden Widerstandswertes kann der Kurz schlussstrom leicht auf beispielsweise den doppelten Nennstrom begrenzt werden. Dies hat aber zur Folge, dass nun auch das Relais 59 anspricht, wodurch der Steuerschalter 75 überbrückt wird.
Die kleine Schalt drossel 57 erzeugt bei jedem Stromnulldurchgang des Stromes i und damit auch des Stromes I einen Spannungsimpuls, der die Zündung der Funken strecke 78 und damit die Entladung des Kondensators 73 und in der Folge die Ausschaltung des Schalters 39 bewirkt. Da die Trennung der Schaltbrücke 42 von den Hauptkontakten 40 und 41 praktisch beim Stromnulldurchgang erfolgt, macht die Kommutation des Reststromes auf die Widerstände 49 und 50 kei nerlei Schwierigkeiten. Nach Einschaltung dieser Wi derstände wird der Strom entweder auf einige Ampere herabgesetzt oder vollständig unterbrochen.
Selbst verständlich ist es auch möglich, beim Ansprechen des Schalters 31 unmittelbar einen Hilfskontakt, der parallel zum Betätigungsschalter 75 liegt, zu schliessen. Hierdurch kann der zeitliche Abstand der Ausschalt bewegungen der Schalter 31 und 39 wesentlich ver ringert werden.
Bei Überlastung spricht das Relais 59 an. Es wird dann aber nur der Schalter 39 geöffnet, während der Schalter 31 geschlossen bleibt. Das gleiche gilt für den Fall einer willkürlichen Abschaltung, die durch Schliessen des Betätigungsschalters 75 bewirkt wird. In beiden Fällen setzt die Widerstandseinschaltung des Schalters 39 praktisch beim Stromnulldurchgang ein.
Beim Einschalten wird zunächst der Schalter 31 geschlossen, und erst anschliessend werden. die Wider stände 49 und 50 des Schalters 39 verringert, und zwar zweckmässig so langsam, dass sich z. B. beim Einschalten eines leerlaufenden Transformators kein unzulässig hoher Stromstoss (rush) ausbilden kann. Hierzu ist es nötig, dass sich das Einschalten dieser Widerstände über ein bis zwei Halbwellen des Wechselstromes erstreckt, also bei 50 Hz 10 bis 20 ms dauert.
Der Übersichtlichkeit halber ist parallel zu dem Widerstand 54 und der Imduktivität 55 mir ein Kalt kathodenrohr 61 eingezeichnet worden. Um beide Halbwellen des Wechselstromes erfassen zu können, ist selbstverständlich eine Gegentaktanordnung not wendig. Anstelle des Widerstandsschalters 39 kann auch irgendein anderer Lastschalter, z. B. ein ölarmer oder Pressgas-Schalter, verwendet werden, wobei es aber zweckmässig sein wird, auch dann von einer Synchronsteuerung Gebrauch zu machen.
Trip device for AC switching devices In electrical networks, there are essentially three reasons for switching off switching devices, namely random switching off for operational reasons, with the current in the majority of cases between zero and about 1 to 1.5 times the nominal current. This type of trip is usually brought about with the help of a control switch, which energizes the trip coil of the switch.
But it is also possible to switch off the switch mechanically by releasing a latch.
To protect the lines, devices and machines behind the switch, overcurrent protection devices are provided, either in the form of simple overcurrent releases with independent or dependent time tripping, or quotient relays in the form of impedance or reactance relays are provided, which ensure that, especially in the event of a short circuit only switch off those switches that are closest to the short-circuit point. It can be seen here that the overload protection is usually also assigned the overcurrent protection, in particular short-circuit protection.
A characteristic of this degree of protection is the fact that the effective value of current or current and voltage is always used as the tripping indicator, although today it is possible after a full period, i.e. at 50 Hz after 20 ms, for example the quotient Ull < I> to </I> measure and give the trip command.
It follows from this, however, that these protection systems are not able to release the switch when an overcurrent occurs; rather, the switch must first carry the full amplitude of the short-circuit current before the interruption process begins.
In the meantime, switches have been developed that allow the interruption to be initiated after the expiry of (1 <B> ... </B> 2) - -4, s, in which case an impedance in the form of a fuse, a variable resistor or even an arc, the running voltage of which increases very quickly, is inserted into the circuit in such a way that the short-circuit current can only have a fraction of its otherwise expected maximum value. In addition to devices for arbitrary tripping and protective measures against overloading, switches of this type now require a third additional device that allows
to detect the instantaneous value and / or the steepness of the current to be monitored with practically no delay.
The present invention relates to a tripping device for AC switching devices, which responds to overcurrent, prolonged overloading and to arbitrarily initiated switching operations.
The device according to the invention is characterized by a first device responsive to predetermined values of the instantaneous value and / or the slope of the current to be monitored, by a second device responsive to a predetermined effective value of the current or impedance value of the circuit to be monitored of overcurrent or impedance relays and a third device for arbitrary tripping,
whereby when at least one of the three devices responds, at least one energy storage device becomes effective, which causes the switching device to be switched off.
1 and 2, two exemplary embodiments of the invention are shown schematically, namely in Fig. 1 the usual type of interruption of operating, overload and short-circuit currents, while Fig. 2 shows an arrangement for synchronized interruption.
In Fig. 1 1 denotes the power line, 2 an alternating current switching device arranged in the course of this line, which has the fixed contacts 3 and 4, which expand horn-like along resistance bars 3 'and 4' in order to achieve a rapidly increasing arc voltage. 5 is the switching bridge, which is connected via an insulating rod 6 to the movable ring 7 of an electrodynamic trigger.
8 is its stationary coil, 9 means an energy store in the form of a charged capacitor, 10 a spark gap with the main electrodes 11 and 12, the auxiliary electrode 13 and the bypass switch 14. 15 is a current converter with the primary winding 16 and the secondary winding 17 with high number of turns. 18 is a resistor, 19 is an overcurrent time relay with the release winding 20 and the release contact 21.
In the state shown, the current I flows through the primary winding 16 of the current transformer 15 and via the switch 2.If an arbitrary shutdown is to be brought about, the spark gap 10 is bridged with the help of the switching bridge 14, whereupon the capacitor 9 is via the primary coil 8 of the dynamic trigger discharges, which results in the opening of switch 2. The arc is blown upwards and then extinguishes, whereby the shutdown is completed.
If an overload occurs during operation, the relay 19 responds and closes the release contact 21 after a certain time. As a result, the spark gap 10 is in turn bridged and tripping is brought about. In the borderline case, as explained at the beginning, this can already be the case after about 20 ms.
However, if a short circuit occurs, a voltage is generated across resistor 18 which is proportional to the instantaneous value of the short circuit current. At a very specific size of this instantaneous value, there is a flashover between the auxiliary electrode 13 and the main electrode 11 of the spark gap 10 with a subsequent flashover between the Hauptelek electrodes 11 and 12. This allows the capacitor 9 to discharge through the coil 8. The switch opens approximately 10-1 s after the flashover occurs between the auxiliary electrode 13 and the main electrode 11.
With a suitable construction of the switch 2, the arc resistance increases so quickly that there is a substantial reduction in the short-circuit current.
In Fig. 2, a trigger system for a current limiter is shown. Specifically, 31 mean a current limiter that responds in the event of an overcurrent, in particular in the event of a short circuit, consisting of the fixed contacts 32 and 33, the current bridge 34, the movable plate 35 of an electrodynamic trip unit, which is connected to the switching bridge 34 via the insulating rod 36 is connected, and the fixed coil 37. Parallel to the fixed contacts 32, 33 is a variable resistor 38 made of a material with high positive Temperaturkoeffizien, z. B.
Iron or tungsten. 39 is a resistance switch for making normal on and off switching and for switching off overloads. It consists of the main contacts 40 and 41 and the switching bridge 42. Both the switching bridge 42 and the U-shaped insulating piece 46 are moved by the electrodynamic trigger, consisting of the plate 43, the coil 44 and the insulating actuating rod 45. 47 and 48 are current bridges, when they are moved upwards, resistors 49 and 50 are switched on. A current transformer 51 with the primary winding 52 and the secondary winding 53 is used for tripping.
The latter feeds the series circuit, consisting of the adjustable ohmic resistor 54, the adjustable inductance 55, the primary winding 56 of a small switching inductor 57 and the winding 58 of the Cberstromrelais 59, whose switching contact is denoted by 60. 61 is a cold cathode tube connected in parallel to the parts 54, 55, with the main electrodes 62, 63 and the ignition electrode 64. 65 means an externally charged small capacitor. 66 is the primary and 67 the secondary winding of an ignition coil, the ends of which are connected to the main electrode 68 and the ignition electrode 69 of the spark gap 70.
The second main electrode is labeled 71. 72 and 73 are externally charged capacitors that serve as energy storage devices for actuating the dynamic triggers. The secondary coil 74 of the choke 57 is connected via the actuation switch 75 to the main electrode 76 and the ignition electrode 77 of the spark gap 78, the second main electrode of which is designated 79. The shutdown processes in the event of a short circuit, overload and arbitrary actuation will now be described separately below.
If a high overload, in particular a short circuit, occurs, a voltage drop arises across the series connection of the resistor 54 and the inductance 55, the greater the greater the instantaneous value of the current and its steepness. If this voltage reaches the value of 120 V, for example, the cold cathode tube 61 ignites.
The small capacitor 65 is discharged through the primary winding 66 of the ignition coil, which creates such a high voltage in its secondary winding 67 that the spark gap 70 responds. The capacitor 72 is now discharged via the fixed coil 37 of the dynamic release; the switching bridge 34 moves upwards, the current being commutated to the resistor 38. As a result of the resistance value, which increases sharply with temperature, the short-circuit current can easily be limited to, for example, twice the nominal current. However, this has the consequence that the relay 59 now also responds, as a result of which the control switch 75 is bridged.
The small switching throttle 57 generates a voltage pulse at each current zero crossing of the current i and thus also of the current I, which causes the ignition of the spark section 78 and thus the discharge of the capacitor 73 and, as a result, the switch 39 to turn off. Since the switching bridge 42 is separated from the main contacts 40 and 41 practically when the current passes zero, the commutation of the residual current to the resistors 49 and 50 does not cause any difficulties. After switching on these resistors, the current is either reduced to a few amps or completely interrupted.
Of course, it is also possible, when the switch 31 is activated, to close an auxiliary contact which is parallel to the actuating switch 75. As a result, the time interval between the switch-off movements of the switches 31 and 39 can be significantly reduced.
Relay 59 responds in the event of an overload. But then only switch 39 is opened, while switch 31 remains closed. The same applies in the event of an arbitrary shutdown that is brought about by closing the actuation switch 75. In both cases, the resistance of switch 39 is switched on practically when the current passes zero.
When switching on, the switch 31 is first closed, and only then are. the opposing stands 49 and 50 of the switch 39 is reduced, expediently so slowly that z. B. when switching on an idling transformer, no unacceptably high current surge (rush) can develop. For this, it is necessary that the switching on of these resistors extends over one to two half-waves of the alternating current, i.e. 10 to 20 ms at 50 Hz.
For the sake of clarity, a cold cathode tube 61 has been drawn in parallel to the resistor 54 and the inductance 55. In order to be able to detect both half-waves of the alternating current, a push-pull arrangement is of course not necessary. Instead of the resistance switch 39, any other load switch, e.g. B. a low-oil or compressed gas switch can be used, but it will be useful to make use of a synchronous control.