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SchutzeinrichtunLy mit Strombezrenzer Strombegrenzer für Gleich- und
Wechselstrom haben die Aufgabe, das Auftreten von Strömen über etwa dem zwei- bis
dreifachen Nennstrom unter allen Umständen, insbesondere auch bei Kurzschlüssen,
zu verhindern. Dies ist aber nur möglich, wenn sie bei hoher überlastung (Kurzschluß)
mit einer Verzögerung von Bruchteilen einer Millisekunde, vorzugsweise nach
0,1 bis 0,2 ins ansprechen. Nun treten aber in jedem Netz mitunter recht
hohe Stromstöße auf, z. B. beim Einschalten von Transformatoren, Kabeln u. dgl.,
die sich in ihrem ansteigenden Verlauf nicht von einer hohen, jedoch länger dauernden
überlastung unterscheiden. Eine Abschaltung des betreffenden Netzteiles auf Grund
derart kurzzeitiger Stromstöße, die zudem bei jeder nachfolgenden Zuschaltung doch
wieder auftreten würden, hätte eine starke Beunruhigung des Netzbetriebes zur Folge
und muß daher vermieden werden.
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Es ist eine Schutzeinrichtung für elektrische Maschinen bekannt, die
aus einer Reihenschaltung eines Leistungsschalters und eines Lastschalters besteht.
Der Leistungsschalter ist hierbei als Strombegrenzer mit Widerständen und überbrückungskontakten
ausgebildet. Bei hoher überlastung wird zuerst der Leistungsschalter und nachfolgend
der Lastschalter ausgelöst, wogegen bei überlastung bis zu einem kleinen Vielfachen
des Nennstromes und bei willkürlicher Schalthandlung nur der Lastschalter betätigt
wird. Bei Verwendung einer derartigen Schaltung als Schutzeinrichtung für Netze
besteht die Gefahr, daß der Strombegrenzer, der entsprechend seiner Aufgabe auf
einen steilen Stromanstieg ansprechen soll, beim Schließen des Lastschalters, z.
B. beim Einschalten von Transformatoren u. dgl., unbeabsichtigt in Tätigkeit tritt.
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Es ist ferner bekannt, zur Unterdrückung der Einschaltstromstöße bei
Transformatoren einen Vorstufenwiderstand zu verwenden, der jedoch lediglich den
Zweck hat, die durch den Stromstoß verursachte hohe Beanspruchung des leerlaufenden
Transformators zu vermeiden.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung, bestehend aus der Reihenschaltung
eines als Leistungsschalter mit Widerständen und überbrückungskontakten ausgebildeten
Strombegrenzers und eines Lastschalters, bei der infolge hoher überlastung, insbesondere
Kurzschluß, durch eine überstromschutzeinrichtung zuerst der Leistungsschalter und
nachfolgend der Lastschalter ausgelöst werden, wogegen bei überlastung bis etwa
zum doppelten Nennstrom und bei willkürlicher Schalthandlung nur der Lastschalter
betätigt wird. Sie besteht darin, daß der Lastschalter als Widerstandsschalter ausgebildet
ist und daß beim Einschalten zunächst der Strombegrenzer eingeschaltet und anschließend
die Widerstände des Widerstandssehalters verringert werden, wobei die Widerstandsverringerung
so langsam erfolgt, daß sich beim Einschalten kein unzulässig hoher Stromstoß ausbildet.
Durch die Verwendung eines Widerstandsschalters als Lastschalter und die angegebene
zeitliche Reihenfolge der Schaltvorgänge beim Einschalten wird das oben geschilderte,
unbeabsichtigte Ansprechen des Strombegrenzers vermieden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanordnung
nach der Erfindung schematisch dargestellt.
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Im einzelnen bedeuten 31 einen bei überstrom, insbesondere
bei Kurzschluß ansprechenden Strombegrenzer, bestehend aus den feststehenden Kontakten
32 und 33, der Strombrücke 34, dem beweglichen Teller 35 eines
dynamischen Auslösers, der über die Isolierstange 36 mit der Schaltbrücke
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 positiven Temperaturkoeffizienten, z. B. Eisen oder Wolfram.
39 ist ein als Widerstandsschalter ausgebildeter Lastschalter zur Vornahme
betriebsmäßiger Ein- und Ausschaltungen und zur Abschaltung von überlastungen. Er
besteht aus den Hauptkontakten 40 und 41 und der Schaltbrücke 42. Durch den dynamischen
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 Reihenschaltung, bestehend aus dem einstellbaren ohmschen Widerstand
54, der einstellbaren Induktivität 55, der Primärwicklung 56 einer
kleinen Schaltdrossel 57 und der Wicklung 58 des Überstromrelais
59, dessen Schaltkontakt mit 60 bezeichnet ist. 61 ist eine
Kaltkathodenröhre mit dem Hauptelektroden 62, 63 und der Zündelektrode 64.
65 bedeutet einen von außen aufgeladenen kleinen Kondensator. 66 ist
die Primär-, 67 die Sekundärwicklung 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 jeweils von außen aufgeladene Kondensatoren zur Betätigung
der dynamischen Auslöser. Die Sekundärspule 74 der gesättigten 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
beschrieben.
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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 Primärwicklung 66 der Zündspule, wodurch
in ihrer Sekundärwicklung 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 Widerstand 38 kommutiert wird. Infolge des
mit der Temperatur stark ansteigenden Widerstandswertes kann der Kurzschlußstrom
leicht auf beispielsweise den doppelten Nennstroni begrenzt werden. Dies hat aber
zur Folge, daß nun auch das Relais 59 anspricht, wodurch der Steuerschalter
75 überbrückt wird. Die kleine gesättigte Schaltdrossel 57 erzeugt
bei jedem Stromnulldurchgang des Stromes i und damit auch des Stromes I einen Spannungsimpuls,
der die Zündung der Funkenstrecke 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 des Lastschalters keinerlei Schwierigkeiten. Nach Einschaltung
dieser Widerstände wird der Strom entweder auf einige Ampere herabgesetzt oder vollständig
unterbrochen. Selbstverständlich 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 Ausschaltbewegungen
der Schalter 31 und 39 wesentlich verringert werden. Bei überlastung
spricht das Relais 59 an. Es wird dann aber nur der Widerstandsschalter
39 geöffnet während der Strombegrenzer 31 geschlossen bleibt. Das
gleiche gilt für den Fall einer willkürlichen Ab-
schaltung, die durch Schließen
des Betätigungsschalters 75 bewirkt wird. In beiden Fällen setzt die Widerstandseinschaltung
des Lastschalters 39 praktisch beim Stromnulldurchgang ein.
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Beim Einschalten wird zunächst der Strombegrenzer 31 geschlossen,
und erst anschließend werden die Widerstände 49 und 50 des Widerstandsschalters
39 verringert, und zwar zweckmäßig so langsain, daß sich z. B. beim Einschalten
eines leerlaufenden Transformators kein unzulässig hoher Einschaltstromstoß 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.
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Der übersichtlichkeit halber ist parallel zu dem Widerstand 54 und
der Induktivität 55 nur eine Kaltkathodenröhre, 61 einggezeichnet
worden. Um beide Halbwellen des Wechselstromes erfassen zu können, ist selbstverständlich
eine Gegentaktanordnung notwendig.