DE1186138B - High-speed switch for limiting and disconnecting short-circuit currents in direct and alternating voltage networks - Google Patents
High-speed switch for limiting and disconnecting short-circuit currents in direct and alternating voltage networksInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. KI.: H02dBoarding school KI .: H02d
Deutsche KL: 21 c - 69German KL: 21 c - 69
Nummer: 1186138Number: 1186138
Aktenzeichen: L 38507 VIII b/21 cFile number: L 38507 VIII b / 21 c
Anmeldetag: 22. März 1961Filing date: March 22, 1961
Auslegetag: 28. Januar 1965Opening day: January 28, 1965
Es ist bekannt, daß man mit Hilfe von Hochleistungssicherungen sowohl in Niederspannungs- als auch Hochspannungsnetzen den Höchstwert des Kurzschlußstromes begrenzen kann, sofern der Nennstrom der Sicherung gegenüber dem an der Einbaustelle zu erwartenden Kurzschlußstrom genügend klein ist.It is known that with the help of high-performance fuses can limit the maximum value of the short-circuit current in both low-voltage and high-voltage networks, provided that the rated current the fuse is sufficient against the short-circuit current to be expected at the place of installation is small.
Es sind Schalteinrichtungen bekanntgeworden, bei: denen diese Erscheinung ausgenutzt wird. Sie bestehen aus einer Kontaktanordnung in Form einer Kontaktbrücke mit zur Nennstromführung ausreichend bemessenen Kontakten, zu denen eine in bezug auf den Nennstrom unterbemessene Sicherung parallel geschaltet ist. Im Auslösefall wie die Kontaktanordnung durch schnelle elektromagnetische Anregeglieder oder durch das schnelle Durchschmelzen eines vorgespannten Drahtes, der die Kontaktanordnung geschlossen hält, geöffnet und der Strom auf die Sicherung kommutiert, die den Stromkreis dann sehr schnell strombegrenzend unterbricht.There have been disclosed switching devices in: where this phenomenon is exploited. They consist of a contact arrangement in the form of a contact bridge with contacts that are sufficiently dimensioned to carry the nominal current and to which a fuse that is underdimensioned in relation to the nominal current is connected in parallel. In the event of a trip, such as the contact arrangement by rapid electromagnetic excitation members or by the rapid melting of a pretensioned wire that keeps the contact arrangement closed, open and the current commutates to the fuse, which then interrupts the circuit very quickly to limit the current.
Diese bekannten Schaltgeräte bieten zwei Schwierigkeiten: Es muß gewährleistet sein, daß die Sicherung im normalen Betrieb nicht durchbrennt und daß der Strom beim Öffnen der als Brückenkontakte ausgebildeten Kontaktanordnung ohne Lichtbogenbildung auf die Sicherung kommutiert.These known switching devices have two difficulties: It must be ensured that the fuse does not burn out during normal operation and that the current when the bridge contacts open formed contact arrangement commutated to the fuse without arcing.
Es ist auch eine Schalteranordnung bekannt, bei der zwei verschieden schnell ansprechende Auslösemagnete und Kontaktsysteme vorhanden sind. Der eine Auslösemagnet schaltet bei hohen Überströmen (Kurzschlüssen) einen Strombegrenzerwiderstand parallel zu Hauptkontaktstellen. Der Ablauf des Abschaltvorganges ist von den Eigenschaften verschiedener Auslöser abhängig.A switch arrangement is also known in which two release magnets responding at different speeds and contact systems are in place. One tripping magnet switches in the event of high overcurrents (Short circuits) a current limiting resistor parallel to the main contact points. The sequence of the shutdown process depends on the properties of different triggers.
Erfindungsgemäß ist ein Schnellschalter zur Begrenzung und Abschaltung von Kurzschlußströmen in Gleich- oder Wechselstromnetzen unter Verwendung einer Kontaktanordnung, die den Nennstrom führt, und einer Hochleistungsschmelzsicherung zur strombegrenzenden Abschaltung des Stromes im Auslösefall gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Mehrstufenkontaktanordnung, deren bewegliches Kontaktstück im Auslösefall unter der Wirkung elektrodynamischer Stromkräfte bzw. extrem schneller Auslöseglieder in Reihe zu der Abschaltkontaktstelle bei geöffneten Haupt- und Zwischenkontaktstellen eine Hochleistungssicherung einschaltet. According to the invention is a high-speed switch for limiting and switching off short-circuit currents in direct or alternating current networks using a contact arrangement that defines the rated current leads, and a high-performance fuse for current-limiting shutdown of the current in the Trigger case characterized by a multi-stage contact arrangement known per se, the movable of which Contact piece in the event of tripping under the effect of electrodynamic current forces or extreme faster release elements in series with the disconnection contact point when the main and intermediate contact points are open a high-performance fuse switches on.
Dadurch wird erreicht, daß die Sicherung weder im normalen Betriebszustand noch bei der Abschaltung
praktisch parallel zu einer der Kontaktstellen des Kontaktsystems zu liegen kommt und daß der
Schnellschalter zur Begrenzung und
Abschaltung von Kurzschlußströmen in
Gleich- und WechselspannungsnetzenThis ensures that the fuse comes to lie practically parallel to one of the contact points of the contact system neither in the normal operating state nor when it is switched off and that the high-speed switch is used to limit and
Disconnection of short-circuit currents in
DC and AC voltage networks
Anmelder:Applicant:
Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1Licentia Patent-Verwaltungs-G. mb H.,
Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1
Als Erfinder benannt:
Heinz Fehling, EinfeldNamed as inventor:
Heinz Fehling, Einfeld
Abschaltvorgang innerhalb weniger Millisekunden eingeleitet wird und beendet ist. Da im Kurzschlußfall bei einer extrem flinken Sicherung die komplette Stromunterbrechung in weniger als 5 ms erfolgen kann, ergibt sich, daß das Schaltgerät stromlos abschalten kann.The shutdown process is initiated and completed within a few milliseconds. As in the event of a short circuit in the case of an extremely fast fuse, the complete power interruption can take place in less than 5 ms can, it follows that the switching device can switch off without current.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Kontaktanordnung besitzt zwei der Nennstromführung dienende Kontaktstellen und eine Kontaktstelle zur Führung des Abschaltstromes, die im normalen Betrieb geöffnet ist. Dieses dreistufige Kontaktsystem ist in einer Reihe hintereinander angeordnet, ähnlich wie die bei größeren Leistungsschaltern bekannten Kontaktanordnungen mit Haupt-, Zwischen- und Abreißkontakt. Das bewegliche Kontaktstück wälzt sich im Auslösefall auf der mittleren Kontaktstelle ab, wobei es die eine Nennstromkontaktstelle öffnet und die Kontaktstelle zur Einschaltung der Sicherung schließt. Bei der weiteren Abwälzbewegung hebt sich das bewegliche Kontaktstück auch von der zweiten Nennstromkontaktstelle, dem Abwälzkontakt, unter gleichzeitiger Kontaktdruckverstärkung an der Sicherungskontaktstelle ab. Der inzwischen vollständig auf die Sicherung kommutierte Strom wird von ihr in bekannter Weise schnell und strombegrenzend unterbrochen. Durch die räumlich verhältnismäßig eng beieinanderliegenden Kontaktstellen des Kontaktsystems und den Abwälzvorgang wird eine einwandfreie Kommutierung des abzuschaltenden, Kurzschlußstromes auf die Sicherung erreicht. Da die Sicherung im Normalbetrieb weder elektrisch noch thermisch belastet ist, lassen sich Sicherungen mit sehr niedrigem Nennstromwert und einer entsprechend starken Strombegrenzung verwenden. Besonders vorteilhaft lassen sich sogenannte Gleichrichtersicherungen verwenden, die äußerst flink und ohne nennenswerte Überspannungen abschalten.An advantageous embodiment of the contact arrangement has two serving to carry the nominal current Contact points and a contact point for guiding the cut-off current, which are used in normal operation is open. This three-stage contact system is arranged in a row one behind the other, similar such as the contact arrangements with main, intermediate and tear-off contacts known from larger circuit breakers. In the event of a trip, the movable contact piece rolls off the middle contact point, whereby it opens the one rated current contact point and the contact point for switching on the fuse closes. During the further rolling movement, the movable contact piece also lifts from the second Rated current contact point, the rolling contact, with simultaneous increase in contact pressure at the Fuse contact point. The current, which has now been fully commutated to the fuse, is supplied by her interrupted in a known manner quickly and current-limiting. Through the spatially proportionate closely spaced contact points of the contact system and the rolling process becomes one Perfect commutation of the short-circuit current to be switched off on the fuse is achieved. There the fuse is neither electrically nor thermally loaded during normal operation, fuses can be used Use with a very low nominal current value and a correspondingly high current limitation. Particularly So-called rectifier fuses can advantageously be used, which are extremely fast and switch off without significant overvoltages.
409 770/336409 770/336
In der Zeichnung ist das geschilderte Ausführungsbeispiel dargestellt.The illustrated embodiment is shown in the drawing.
Die Kontaktanordnung besteht aus dem festen Kontaktstück 1 und dem beweglichen Kontaktstück 3. Sie besitzt drei Kontaktstellen: die Hauptkontaktstelle H, die Abwälzkontaktstelle W, die ebenfalls der Nennstromführung dient, und die Abschaltkontaktstelle A. Der Strom/ tritt bei 2 in das feste Kontaktstück 1 ein, teilt sich in die parallelen Teilströme /, und i2 auf und verläßt bei 9 das bewegliche Kontaktstück 3. Die Kontakte der Abschaltkontaktstelle A sind im normalen Betriebszustand durch den Luftspalt d getrennt. Die parallelen Teilströme Z1 und /2 bewirken eine bis zum Auslöseaugenblick anhaltende Kontaktkraftverstärkung. Unmittelbar auf das feste Kontaktstück 1 ist eine Hochleistungssicherung aufgesetzt. Sie besteht aus dem Sicherungskörper 6, dem Schmelzleiter 5, einem körnigen Löschmittel 7, in das der Schmelzleiter 5 eingebettet ist, sowie dem Deckel 8, mit dem die Sicherung auf dem Kontaktstück 1 aufsitzt. Von der Abschaltkontaktstelle A wird der abzuschaltende Kurzschlußstrom i' über den Leiter 4 der Sicherung zugeführt. Der Abschaltkontakt A und der Leiter 4 können mit der Sicherung baulich vereinigt sein. Im Ruhestand liegt das bewegliche, durch eine Feder 10 abgestützte Kontaktstück 3 auf den Nennstromkontaktstellen H und W auf.The contact arrangement consists of the fixed contact piece 1 and the movable contact piece 3. It has three contact points: the main contact point H, the rolling contact point W, which also serves to carry the nominal current, and the switch-off contact point A. The current / enters the fixed contact piece 1 at 2 , is divided into the parallel partial flows /, and i 2 and leaves the movable contact piece 3 at 9. The contacts of the switch-off contact point A are separated by the air gap d in the normal operating state. The parallel partial flows Z 1 and / 2 bring about an increase in the contact force that lasts until the moment of triggering. A high-performance fuse is placed directly on the fixed contact piece 1. It consists of the fuse body 6, the fusible conductor 5, a granular extinguishing agent 7 in which the fusible conductor 5 is embedded, and the cover 8 with which the fuse rests on the contact piece 1. The short-circuit current i ' to be switched off is fed from the switch-off contact point A via the conductor 4 to the fuse. The disconnection contact A and the conductor 4 can be structurally combined with the fuse. In the retirement, the movable contact piece 3 supported by a spring 10 rests on the rated current contact points H and W.
Beim Auftreten eines Kurzschlußstromes schwenkt das bewegliche Kontaktstück 3 — hervorgerufen durch das Ansprechen eines elektrodynamischen Auslösers — um den Abwälzkontakt W und durchwandert in einer Zeit von weniger als einer Millisekunde den Luftspalt d zwischen Kontaktstück 3 und der Abschaltkontaktstelle A. Nach Berührung des Abschaltkontaktes A wird unmittelbar darauf auch der Wälzkontakt W vom beweglichen Kontaktstück freigegeben, wobei der ansteigende Kurzschlußstrom Ϊ vollständig auf den Schmelzleiter 5 der Sicherung kommutiert (gestrichelte Lage). Die Sicherung übernimmt dann in bekannter Weise die Unterbrechung des Stromkreises.Upon the occurrence of a short circuit current pivot the movable contact piece 3 - caused by the response of an electro-dynamic trigger - to the rolling contact W and traversed in a time of less than one millisecond the air gap d between the contact piece 3 and the Abschaltkontaktstelle A. Upon touching the Abschaltkontaktes A is directly then the rolling contact W is released from the movable contact piece, the rising short-circuit current Ϊ commutating completely to the fusible conductor 5 of the fuse (dashed position). The fuse then takes over the interruption of the circuit in a known manner.
Das Schnellschaltgerät kann so arbeiten, daß im Zuge der Abwälzbewegung auch die endgültige Kontaktöffnung erfolgt. Das geschieht durch das Abgleiten der Rolle 11 hinter der Nase 12, wodurch eine nicht dargestellte Rückstellfeder wirksam wird.The high-speed switching device can work in such a way that the final contact opening also occurs in the course of the rolling movement he follows. This is done by sliding the roller 11 behind the nose 12, whereby a return spring, not shown, is effective.
Es kann auch ein mit einer gewissen Verzögerung arbeitendes besonderes Schaltschloß vorgesehen sein, das nach dem Abschalten der Sicherung die endgültige Kontaktöffnung vornimmt. Es kann aber auch eine einfache Rastvorrichtung vorgesehen sein, die das bewegliche Kontaktstück 3 in der in F i g. 1 gestrichelt dargestellten Lage so lange festhält, bis der Schalter von Hand in die Öffnungsstellung gebracht wird.A special switch lock that works with a certain delay can also be provided, which makes the final contact opening after switching off the fuse. But it can also a simple latching device can be provided which holds the movable contact piece 3 in the position shown in FIG. 1 dashed position shown until the switch is manually brought into the open position will.
Das erfindungsgemäße Schnellschaltgerät kann als reiner Begrenzer augebildet sein, der mit einem mit ihm in Reihe liegenden Draufschalter in der Weise zusammenarbeitet, daß zum Wiedereinschalten des Schnellschaltgerätes zunächst die Kontakte des Schnellschaltgerätes in die Einschaltstellung gebracht werden und die Einschaltung des Stromkreises durch den Draufschalter erfolgt. Das Schnellschaltgerät kann aber auch mit einem derartigen Einschaltgetriebe versehen sein, daß beim Einschalten die Abschaltkontaktstelle A gar nicht erst Derührt, sondern sogleich die Hauptkontaktstellen H und W geschlossen werden. In diesem Fall erübrigt sich ein Draufschalter. Die Wiederzuschaltung des erfindungsgemäß angegebenen Schnellschaltgerätes unter Wegfall eines besonderen Draufschalters kann auch dann erfolgen, wenn die Sicherung einen genügend hohen Grenzstromwert bei stark strombegrenzender Ausschaltcharakteristik besitzt und damit gewährleistet wird, daß bei der kurzzeitigen Einschaltung der Sicherung durch den Schaltkontakt A The high-speed switching device according to the invention can be designed as a pure limiter that works together with a switch located in series with it in such a way that to switch the high-speed switching device on again, the contacts of the high-speed switching device are first brought into the on position and the circuit is switched on by the switch. The high-speed switching device can, however, also be provided with such a switch-on gear that when it is switched on, the disconnection contact point A does not even start, but rather the main contact points H and W are closed immediately. In this case there is no need for a switch. The reconnection of the high-speed switching device specified according to the invention without a special on-switch can also take place if the fuse has a sufficiently high limit current value with a strongly current-limiting switch-off characteristic and thus it is ensured that when the fuse is briefly switched on by the switching contact A.
ίο während der Wiedereinschaltung mit Nennstrom ein Durchschmelzen verhindert wird.ίο during restart with rated current on Melting through is prevented.
F i g. 2 zeigt ein Schaltbild für den Einsatz von Schnellschaltern. An den drei Phasen R, S, T eines Hoch- oder Niederspannungsnetzes ist ein beliebiger Verbraucher V angeschlossen. In jeder Phase liegt einer der erfindungsgemäßen Schnellschalter, die natürlich auch zu einem gemeinsamen dreipoligen Gerät zusammengefaßt sein können. Die strombegrenzenden Sicherungen sind mit S/, die Kontaktstellen der Kontaktanordnung wieder mit H, W und A bezeichnet. Die Auslösung des Schalters und die Schwenkung der beweglichen Kontaktstücke in Pfeilrichtung erfolgt beispielsweise mit Hilfe der auf die schleifenförmg angeordneten flexiblen Strombänder F einwirkenden elektrodynamischen Kräfte.F i g. 2 shows a circuit diagram for the use of high-speed switches. Any consumer V is connected to the three phases R, S, T of a high or low voltage network. In each phase there is one of the high-speed switches according to the invention, which of course can also be combined to form a common three-pole device. The current-limiting fuses are labeled S /, the contact points of the contact arrangement are again labeled H, W and A. The triggering of the switch and the pivoting of the movable contact pieces in the direction of the arrow takes place, for example, with the aid of the electrodynamic forces acting on the flexible current strips F arranged in a loop.
Claims (10)
Deutsche Patentschrift Nr. 225 338;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 056 249;
österreichische Patentschrift Nr. 184 232;
französische Patentschrift Nr. 1156 933.Considered publications:
German Patent No. 225,338;
German interpretative document No. 1 056 249;
Austrian Patent No. 184 232;
French patent specification No. 1156 933.
Priority Applications (2)
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