DE2822010A1 - Schaltung zum ueberlastungsschutz fuer elektrische anlagen - Google Patents

Description

• Schaltung zum Uberlastungsschutz für elektrische
• Anlagen Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Uberlastungsschutz für elektrische Anlagen mit selbsttätiger Wiedereinschaltung und Wiedereinschaltsperre, bei der wenigstens ein Uberstromfühler und wenigstens ein Heizelement in den Stromkreis geschaltet sind und in dem angeschlossenen Gerät die Stromstärke direkt oder die Temperatur als Ausschaltkriterium herangezogen werden.
• Zum Schutz elektrischer Anlagen und Maschinen gegen tfberlastungen, die zu einer unzuläs;3igen Erwärmung führen, werden Einrichtungen verwendet, die im Uberlastungsfall selbsttätig die Stromzufuhr unterbrechen. Als Kriterium für den Uberlastungsfall dient meistens die Stromstärke (Uberstromschuiz). Es kann aber auch unmittelbar die Temperatur an den zu schützenden Anlageteilen herangezogen werden. Letzteres Verfahren eignet sich vor allem zum Schutz einzelner Geräte und wird insbesondere bei Motoren mit stark wechselnder Belastung angewandt (Motor- vollschutz). Als auslösende Schaltelemente dienen temperaturabhängige Schalter wie z.B. Bimetallrelais oder kontaktlose Schalter (keramische Kaltleiter), die entweder durch den Strom mittels geeigneter Heizwicklungen erwärmt werden oder direkt in das zu schützende Gerät eingebaut sind.
• Ein keramischer Kaltleiter im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Bauelement, das aus einem nach keramischem Verfahren hergestellten Körper besteht, der aus einem Material auf der Basis von ferroelektrischem, Perowskitstruktur besitzendem Material auf der Basis von Bariumtitanat besteht, das durch perowskitgitterfremde Elemente wie z.B. Yttrium, Lanthan, Seltene Erden und andere, n-leitend gemacht ist, sowie andere, als Gegendotierung wirkende Elemente wie z.B. Kupfer, Kobalt, Nickel, Mangan, Eisen und andere, enthalten kann. Aus solchen Materialien, die hinreichend bekannt und in vielen Literaturstellen beschrieben sind, hergestellte Körper sind polykristallin und werden mit Metallschichten belegt, die als Stromzuführungen dienen und an denen ggf.
• auch äußere Stromzuführungselemente angelötet sind. Im Bereich der Curietemperatur des Materials steigt der Widerstandswert mit zunehmender Temperatur steil an und nimmt um etwa 4 Zehnerpotenzen höhere Werte an, z.B.
• von 20 Ohm-cm auf 2.105 Ohm cm.
• Im Falle der Uberlastung einer elektrischen Anlage oder einer elektrischen Maschine ist das völlige Ausschalten nicht immer erforderlich, sondern es ist meist erwünscht, daß nach Wegfall der Uberlastung die Anlage wieder eingeschaltet wird.
• Eine selbsttätige Wiedereinschaltung kann durch eine automatische Prüfeinrichtung veranlaßt werden, die nach erfolgter Abschaltung den Widerstand im angeschlossenen Stromkreis mißt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht in allen Fällen anwendbar. Zum Beispiel ist beim Uberlastschutz eines Motors nach dem Abschalten (d.h. bei stillstehendem Motor) das Bestehen einer oberlastung durch eine Widerstandsmessung nicht erkennbar. In einem solchen Fall ist es möglich, die Temperatur (z.B. der Motorwicklung) als Wiedereinschaltkriterium heranzuziehen.
• Die Schaltung ist dann so zu gestalten, daß automatisch wiedereingeschaltet wird, sobald sich die temperaturabhängigen Schaltelemente, die bei Uberlastung die Abschaltung bewirken, wieder genügend abgekühlt haben. Es muß dann aber dafür gesorgt werden, daß bei andauernder Uberlastung (z.B. bei Blockierung des Motors) diese Einschaltversuche nicht unbegrenzt wiederholt werden. Ferner soll bei sehr starken Uberlastungen (Kurzschlüssen) das automatische Wiedereinschalten unterbleiben.
• In Anlagen ohne örtliches Bedienungspersonal ist es häufig erwünscht, daß nach Ansprechen des Uberlastungsschutzes automatisch wieder eingeschaltet wird, wenn es sich nur um eine vorübergehende Überlastung handelt. Andererseits soll bei anhaltender Uberlastung ein völliges Abschalten bewirkt werden. Diese Aufgabe liegt der vorliegenden Erfindung zugrunde.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Schaltung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit einem Hilfsrelais ein keramischer Kaltleiter geschaltet ist, der durch einen orbeitskontakt eines Relais überbrückt wird, wobei das Relais in Verbindung mit den Tasten "Ein" und "Aus" zugleich der manuellen Ein- bzw. Ausschaltung des Gerätes dient.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit außer den Temperaturfühlern, die den eigentlichen Uberlastungsschutz bewirken, ein weiteres temperaturabhängiges Schaltelement, nämlich ein keramischer Kaltleiter verwendet, der so geschaltet ist, daß er im Normalbetrieb nicht erwärmt wird, sondern nur nach Ansprechen des Uberlastungsschutzes an Spannung gelegt wird, wodurch seine Temperatur infolge Eigenerwärmung allmählich ansteigt.
• Der damit verbundene Widerstandsanstieg unterbindet bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur die Wiedereinschaltung der Anlage. Dagegen findet eine Wiedereinschaltung statt, wenn vor Erreichen der Grenztemperatur die Uberlastfühler genügend abgekühlt sind. Hierdurch wird nun auch der zusätzliche Kaltleiter spannungslos und kühlt wieder ab. Spricht der Uberlastschutz wegen andauernder Überlastung nach kurzer Zeit abermals an, wiederholen sich diese Vorgänge, nur daß jetzt die Erwärmung des Zusatzkaltleiters von einer höheren Anfangstemperatur aus erfolgt. Durch entsprechende Dimensionierung dieses Kaltleiters läßt es sich erreichen, daß jetzt die Grenztemperatur tatsächlich erreicht und somit eine zweite Wiedereinschaltung verhindert wird. Je nach Wunsch kann auch eine größere Anzahl von Einschaltversuchen zugelassen werden, ehe die beschriebene Sperre wirksam wird.
• Diese Anzahl wird aber auch von der Höhe der Uberlastung bestimmt, denn bei starker Oberlastung ist die Zeitspanne zwischen Einschaltung und neuerlicher Abschaltung so kurz, daß sich der Zusatzkaltleiter nur wenig abkühlen kann.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Schaltungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen pig. 1 die Schaltung und Fig. 2 den prinzipiell zeitlichen Verlauf der Stromstärke.
• In den drei Phasenleitungen R, S, T, die vom Netz kommen, sind Uberstromfühler angeordnet, die aus åe einem keramischen Kaltleiter 6, 7, 8 und einem Heizelement 9, 10, 11 bestehen. Der Nulleiter Mp und die Fortsetzung der Phasenleitungen R, S und T führen weiter zum Verbraucher, beispielsweise zur elektrischen Anlage oder zu dem elektrischen Gerät, das ein elektrischer Motor sein kann.
• Anstelle dieser Kombinationen aus Kaltleiter und Heizelement können auch herkömmlicheBimetallrelais verwendet werden. Die Schaltung gilt sinngemäß auch dann, wenn anstatt der Stromstärke direkt die Temperatur in einem angeschlossenen Gerät als Ausschaltkriterium herangezogen werden soll, z.B. beim Motorschutz. In diesem Fall stellen die Heizelemente 9, 10 und 11 unmittelbar die Verbraucherwiderstände, nämlich die Motorwicklungen, dar.
• Die Fühler-Kaltleiter 6, 7 und 8 bewirken bei Uberschreten einer bestimmten Temperatur das Abfallen des Relais 4 und damit über Kontakte 12, 13 und 14 die Abschaltung des Verbrauchers bei Uberlastung. Nach Abkühlung der Fühler-Kaltleiter auf einen bestimmten Wert zieht das Relais 4 wieder an. Besteht die Uberlastung nach wie vor, so kommt es nach kurzer Zeit abermals zur Abschaltung.
• Diese Vorgänge würden sich bei andauernder Überlastung unbegrenzt wiederholen.
• Um dies zu verhindern, wird erfindungsgemäß ein weiterer keramischer Kaltleiter 2 verwendet, der in Reihe mit dem Hilfsrelais 1 geschaltet ist und durch einen Arbeitskon- takt 3 des Relais 4 überbrückt wird. Das Relais 1 dient in Verbindung mit den Tasten "Ein" (5) und "Aus" (5') zugleich der manuellen Ein- bzw. Ausschaltung der elektrischen Anlage; während die Fühler 6, 7 und 8 durch den Strom, der über die Relaiswicklung 4 fließt, keine wesentliche Eigenerwärmung erfahren dürfen, ist der Kaltleiter 2 so dimensioniert, daß durch den Strom des Relais 1 seine Temperatur und damit sein Widerstand allmahlich zunimmt, bis die Stromstärke schließlich unter die Abfallschwelle des Relais 1 sinkt. Dadurch wird die Anlage über den Kontakt 15 abgeschaltet und, da auch der Selbsthaltekontakt 16 öffnet, gegen eine selbstätige Wiedereinschaltung gesperrt.
• Der keramische Kaltleiter 2, der durch den Kontakt 3 überbrückt wird, bleibt im Normalbetrieb kalt. Er beginnt sich erst nach Ansprechen des Uberlastungsschutzes zu erwärmen. Dies soll während der Dauer der ersten Abschaltung nach Eintreten der ttberlastung noch nicht zum Abfallen des Relais 1 führen, damit eine selbsttätige Wiedereinschaltung möglich wird. Findet jedoch nach kurzer Zeit eine weitere Abschaltung statt, so erwärmt sich der Kaltleiter 2 auf eine höhere Temperatur, weil er sich in der vorangegangenen Einschaltphase nicht völlig abkühlen konnte. Wie oft selbsttätig wiedereingeschaltet wird, ehe das Relais 1 abfällt, hängt außer von der Dimensionierung der Schaltung auch von der Höhe der tfberlastung ab, denn diese bestimmt die Dauer der Einschaltphasen und damit die Kühlpausen für den Kaltleiter 2. Je stärker die Uberlastung ist, desto weniger Einschaltfersuche werden unternommen. Hierdurch wird der Verschleiß der Schaltkontakte in Grenzen gehalten.
• Zur Verdeutlichung der Vorgänge in der erfindungsgemäBen Schaltung ist in Fig. 2 der prinzipielle zeitliche Verlauf der Stromstärke dargestellt und zwar in drei Diagrammen, nämlich a) im Verbraucherkreis, b) in der Relaiswicklung 4 und c) in der Relaiswicklung 2.
• In diesen drei Diagrammen der Fig. 2 ist jeweils die Stromstärke I gegen die Zeit t aufgetragen.
• Im Diagramm a) der Fig. 2 ist mit 17 zunächst der Normalbetrieb dargestellt. Bei 18 ist Uberlastung und bei 19 ist Abschaltung eingetreten. Nach der Wiedereinschaltung liegt mit 20 ebenfalls Uberlastung vor, so daß bei 21 erneut abgeschaltet und bei 22 erneut eingeschaltet ist.
• Bei 23 ist abgeschaltet und bei 24 die Einschaltsperre zur Wirkung gekommen.
• Im Diagramm b) der Fig. 2 ist mit 25 die Anzugsschwelle der Relaiswicklung 4 und mit 26 die Abfallschwelle der Relaiswicklung 4 vermerkt.
• Im Diagramm c) der Fig. 2 sind die Verhältnisse in der Relaiswicklung 1 dargestellt, mit 27 ist die Anzugsschwelle sowie mit 28 die Abfall schwelle dieses Relais bezeichnet.
• Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Fall angenommen, daß die Einschaltsperre nach zwei Wiedereinschaltungen wirksam wird. Man erkennt insbesondere, wie der Strom in der Relaiswicklung 1 in Jeder Abschaltphase kleinere Endwerte annimmt, bis er schließlich die Abfallschwelle 28 erreicht.
• Die Schaltung nach Fig. 1 kann in verschiedener Weise ergänzt oder modifiziert werden. So kann z.B. durch zusätzliche Kontakte am Relais 1 das Eintreten der Einschaltsperre optisch oder akustisch signalisiert werden. Die Relaissteuerung kann auch von einer Hilfsstromquelle, z.B. mit Gleichstrom, gespeist werden. Die einzelnen Kaltleiter müssen selbstverständlich den jeweiligen Relaiswiderständen angepaßt werden. Der Kaltleiter 2 muß nicht für eine Dauerbelastung dimensioniert werden, da er seine stationäre Endtemperatur, nämlich das Wärmegleichgewicht mit der Umgebung, infolge des Abfalles des Relais 1 ohnehin nicht erreichen kann.
• In vielen Fällen wird der Uberlastungsschutz durch schnellwirkende Auslöseelemente ergänzt, die bei sehr starken Sberlastungen, z.B. bei Kurzschlüssen, eine unverzügliche Abschaltung bewirken sollen. In diesem Fall darf keine Wiedereinschaltung stattfinden. Dies läßt sich in der Schaltung nach Fig. 1 dadurch erreichen, daß die Schnellauslöser den Stromkreis des Relais 1 unmittelbar unterbrechen.
• 1 Patentanspruch 2 Figuren

Claims (1)

1. @@@@@@@@@@ @ @@@@@@@ @@@@ @@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ gen mit selbsttätiger wenigstens ein Uberstromfühler und wenigstens ein Heizelement in den Stromkreis geschaltet sind und in dem angeschlossenen Gerät die Stromstärke direkt oder die Temperatur als Ausschaltkriterium herangezogen werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß in Reihe mit einem Hilfsrelais (1) ein Kaltleiter (2) geschaltet ist, der durch einen Arbeitskontakt (3) eines Relais (4) überbrückt wird, wobei das Relais (1) in Verbindung mit den Tasten "Ein" (5) und "Aus" (5') zugleich der manuellen Ein- bzw. Ausschaltung des Gerätes dient.