DE69011263T2

DE69011263T2 - Ausschalter mit einem elektronischen Auslöser.

Info

Publication number: DE69011263T2
Application number: DE69011263T
Authority: DE
Inventors: Paul Tripodi
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1989-09-13
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2010-08-25
Also published as: EP0421892B1; CA2024644A1; EP0421892A1; BR9004538A; FR2651919B1; FR2651919A1; JP2941393B2; DE69011263D1; JPH03105817A; US5115371A

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse, der mindestens ein Anschlußstück zum Anschluß an einen durch den Leistungsschalter zu schützenden Leiter, Mittel zur Erfassung des den Leiter durchfließenden Stroms, Mittel zur Messung der Temperatur in einem bestimmten Bereich des Leistungsschalters sowie einen elektronischen Auslöser umfaßt, der mit den Ausgangssignalen der Mittel zur Erfassung des Stroms sowie der Mittel zur Messung der Temperatur beaufschlagt wird und mindestens eine verzögerte Auslösefunktion gewährleistet, derart daß er einen Auslösebefehl erzeugt, wenn der Strom bestimmte Ansprechwerte überschreitet, wobei der Auslöser Mittel zur Veränderung der Zeitverzögerung in Abhängigkeit von der beim Einschalten des Leistungsschalters gemessenen Temperatur aufweist und der Leistungsschalter durch den genannten Auslösebefehl angesteuerte Auslösemittel umfaßt.
In herkömmlichen elektronischen Auslösern wird beim Wiedereinschalten des zugeordneten Leistungsschalters der Verlauf der vohergehenden thermischen Beanspruchung des durch den Leistungsschalter abgeschalteten Systems nicht berücksichtigt. Dies kann in bestimmten Fällen eine gefährliche Erwärmung des Systems zur Folge haben. In der Praxis simulieren herkömmliche elektronische Auslöser den thermischen Zustand des Systems bei Fehlern mit Kurz- oder Langzeitverzögerung auf mathematische Weise, wobei sich die Zeitverzögerung umgekehrt proportional zum Quadrat des Fehlerstroms verhält. Bei dieser teilweisen Simulation des thermischen Zustands des Systems wird nur die durch den Fehlerstrom bedingte Erwärmung sowie die Abkühlung aufgrund einer eventuellen Verminderung des Fehlerstroms im Verlauf der Verzögerungszeit berücksichtigt. Das Ablaufdiagramm in Figur 1 zeigt in schematischer Form die langzeitverzögerte Schutzfunktion eines herkömmlichen Auslösers mit Mikroprozessor. Eine Größe TºLR, die das thermische Abbild entsprechend dem thermischen Zustand des durch den Leistungsschalter geschützten Systems darstellt, wird zunächst auf einen Mindestwert (0 in der Abbildung) eingestellt. Der gemessene Phasenstrom I, d.h. der höchste Strom in einer der Phasen des durch den Leistungsschalter geschützten Netzes wird mit einem einstellbaren langzeitverzögerten Ansprechwert S verglichen. Erreicht oder überschreitet der Strom diesen Ansprechwert S, wird die Größe TºLR durch die Summe TºLR + I² ersetzt und 50 die Erwärmung des Systems simuliert. Der so berechnete neue Wert für TºLR wird mit einem einstellbaren Maximalwert TºLRmax verglichen. Solange dieser Maximalwert nicht erreicht wird, setzt sich der Vorgang fort und hat eine Zeitverzögerung zur Folge, die dem Quadrat des Fehlerstroms proportional ist. Wird der Maximalwert überschritten, gibt der Auslöser einen Ausschaltbefehl an den zugeordneten Leistungsschalter. Liegt der Strom unter dem Ansprechwert S, wird die Größe TºLR vermindert und z.B. durch TºLR x e-t/τ ersetzt, wobei τ der voreingestellten Abkühlungs-Zeitkonstante und t der seit dem Wegfall des Fehlers verstrichenen Zeit entsprechen, so daß eine Abkühlung des Systems simuliert wird. Erreicht TºLR den Mindestwert (0 in der Abbildung), so bleibt die Größe TºLR unverändert, solange der Strom unterhalb des Ansprechwerts S verbleibt. Auf diese Weise wird erreicht, daß kein Auslösebefehl erfolgt, wenn die Bedingungen für eine Auslösung vor der Auslösung wegfallen, und die Rückkehr in den Normalzustand erfolgt kontinuierlich, so daß ein thermischer Speicher des Systems simuliert wird.
Darüber hinaus ist es beim Wiedereinschalten des Leistungsschalters wünschenswert, den thermischen Zustand des durch den Leistungsschalter abgeschalteten Systems zu berücksichtigen. Dieser thermische Zustand hängt sowohl vom unmittelbar vor der Auslösung herrschenden thermischen Zustand als auch von der seit der Auslösung verstrichenen Zeit ab, in deren Verlauf sich das System abgekühlt hat.
In der US-A-4.616.324 wurde vorgeschlagen, die Simulation der Abkühlung nach dem Ansprechen des Leistungsschalters durch Einsatz eines RC-Gliedes fortzusetzen, das im Augenblick der Auslösung aufgeladen wird.
Ein solcher Ansatz berücksichtigt jedoch nicht sämtliche Faktoren, die bei der Erwärmung des Systems eine Rolle spielen, und in nicht wenigen Fällen gibt das auf diese Weise gewonnene thermische Abbild nicht den tatsächlichen thermischen Zustand des Systems wieder.
Außerdem wurde vorgeschlagen (US-A-4.631.625), die Anfangswerte der Auslöseparameter eines elektronischen Auslösers beim Einschalten des Leistungsschalters in Abhängigkeit der Widerstandswerte von Thermistoren einzustellen, die längs der durch den Leistungsschalter zu schützenden Leiter verteilt werden. Die Verteilung der Thermistoren entlang der Leiter wirft insbesondere hinsichtlich der Befestigung und der Isolierung Probleme auf, und die Temperatur der Leiter ist kein wirklich repräsentatives Abbild der Erwärmung des Systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter mit elektronischem Auslöser zu schaffen, der es ermöglicht, den Verlauf der vorausgegangenen thermischen Beanspruchung des zu schützenden Systems besser zu berücksichtigen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch erfüllt, daß die Mittel zur Messung der Temperatur Mittel zur Messung der Temperatur in einer Kaltzone des Gehäuses sowie Mittel zur Messung der Temperatur in einer Heißzone des Gehäuses, in der Nähe des oder der Anschlußstücke umfassen und der Auslöser Mittel zur Berechnung der Temperaturdifferenz zwischen der Kalt- und der Heißzone sowie Mittel zur Veränderung der Zeitverzögerung der Auslösefunktion in umgekehrt proportionalem Verhältnis zu der beim Einschalten des Leistungsschalters gemessenen Temperaturdifferenz aufweist.
Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Auslöser zur Wahrnehmung der verzögerten Auslösefunktion Mittel zum Vergleich einer den thermischen Zustand des Leistungsschalters abbildenden Größe mit einem voreingestellten Maximalwert, Mittel zur Erhöhung dieses Werts für den Fall, daß der Strom I einen voreinge stellten Ansprechwert erreicht oder überschreitet, sowie zur Verminderung dieses Werts für den Fall, daß der Strom unterhalb des genannten Ansprechwerts liegt, wobei die Mittel zur Veränderung der Zeitverzögerung Mittel zur Festlegung des Anfangswerts der genannten Größe beim Einschalten des Leistungsschalters umfassen und die Anfangsgröße der beim Einschalten des Leistungsschalters gemessenen Temperaturdifferenz proportional ist.
Darüber hinaus kann der Auslöser Mittel zur Speicherung der unmittelbar vor der Abgabe eines Auslösebefehls gemessenen Heiß- und Kalt-Temperaturwerte, Mittel zum Auslesen der bei einem vorausgegangenen Einschaltvorgang des Leistungsschalters gespeicherten Werte sowie Mittel zur Berechnung der zum Zeitpunkt der Auslösung vorhandenen Temperaturdifferenz zwischen den Heiß- und Kalt-Temperaturwerten umfassen, wobei die Anfangsgröße so gewählt ist, daß das Verhältnis zwischen dieser Anfangsgröße und dem Maximalwert der den thermischen Zustand des Leistungsschalters abbildenden Größe dem Verhältnis zwischen der Temperaturdifferenz beim Einschalten des Leistungsschalters und einer maximalen Temperaturdifferenz proportional ist, und diese maximale Temperaturdifferenz der bei der vorausgegangenen Auslösung des Leistungsschalters gemessenen Temperaturdifferenz entspricht.
Die Temperaturmessung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von Thermistoren, die einerseits im Bereich der Frontseite des Auslösers und andererseits im hinteren Teil des Leistungsschaltergehäuses neben einem Isolierelement in der Nähe des oder der Anschlußstücke des Leistungsschalters angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Wärmekapazität des Leistungsschaltergehäuses genutzt, um den thermischen Zustand des durch den Leistungsschalter geschützten Systems zu simulieren.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der langzeitverzögerten Auslösefunktion eines herkömmlichen elektronischen Auslösers;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Variante mit in das Gehäuse eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters eingesetzten Thermistoren;
Fig. 3 die entsprechenden Strom- und Temperaturverläufe in einem Leistungsschalter gemäß Fig. 2;
Fig. 4 und 5 zwei Varianten des Ablaufdiagramms für die langzeitverzögerte Auslösefunktion des Auslösers eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters;
Fig. 6 und 7 den Einfluß des Anfangswerts der Größe TºLR auf die Zeitverzögerung;
Fig. 8 die gemessenen Temperaturwerte in einem konkreten Leistungsschalter.
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Gehäuses 10 eines dreipoligen Leistungsschalters. Die Anschlußstücke 12 des Leistungsschalters, die die Primärwicklungen von (nicht dargestellten) Stromwandlern des Leistungsschalters bilden, sind im hinteren Teil des Gehäuses angeordnet, während der elektronische Auslöser 14 im Frontbereich des Gehäuses installiert ist, das durch eine die Frontseite des Auslösers bildende Abdeckung 16 verschlossen ist. Ein Thermistor 18 ist in einer Kaltzone des Gehäuses angeordnet. In der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung ist der Thermistor 18 auf einer Leiterplatte 20 des Auslösers angeordnet, so daß er in der Nähe der Frontseite 16 des Auslösers, vorzugsweise in Kontakt mit dieser plaziert werden kann. Weitere Thermistoren 22 sind in einer Heißzone des Gehäuses in der Nähe der Anschlußstücke angeordnet. In der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 sind die Thermistoren 22 ebenfalls auf der Leiterplatte 20 angeordnet, so daß sie in der Nähe einer Trennwand 24 des Gehäuses, vorzugsweise in Kontakt mit dieser Trennwand 24 plaziert werden können, die die Anschlußstücke 12 vom Auslöser 14 trennt.
Mit Hilfe der Thermistoren können die Temperaturen Tºfr der Kaltzone bzw. Tºch der Heißzone gemessen werden. Zur Aufnahme des Temperaturwerts für die Kaltzone genügt ein einziger Thermistor 18. Zum Ausgleich der geringen Wärmeleitfähigkeit des Gehäusematerials (Kunststoff) ist es jedoch andererseits vorzuziehen, in der Nähe jeder Wärmequelle der Heißzone einen Thermistor 22 einzusetzen. In Fig. 2 ist gegenüber jedem Anschlußstück 12 des Leistungsschalters ein Thermistor 22 angeordnet. Die Temperatur für die Heißzone wird also durch den höchsten von den Thermistoren 22 gemessenen Temperaturwert bestimmt.
Fig. 3 zeigt die Temperaturverläufe in Abhängigkeit von der Zeit für den Fall, daß der zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 dem Minimalstrom In entsprechende Strom zum Zeitpunkt t1 einen Fehlerwert Id annimmt, der das Ausschalten des Leistungsschalters zu einem Zeitpunkt t2 nach Ablauf einer bestimmten Zeitverzögerung bewirkt. Bei kaltem, d.h. über einen ausreichend langen Zeitraum nicht betriebenem Leistungsschalter weisen die beiden Zonen die gleiche Temperatur auf, die der Umgebungstemperatur entspricht. Zum Zeitpunkt t0 wird der Leistungsschalter geschlossen und bis zum Zeitpunkt t1 von einem Strom (In in Fig. 3) durchflossen. Die Temperaturen in den Heiß- und Kaltzonen steigen, und die ebenfalls zunehmende Temperaturdifferenz zwischen den beiden Zonen stabilisiert sich nach einer gewissen Zeit (beispielsweise 2 oder 3 Stunden). Nach dem Ausschalten des Leistungsschalters zum Zeitpunkt t2 sinken die Temperaturwerte erneut. Die Differenz DTº = Tºch - Tºfr zwischen den Temperaturen der Heiß- und Kaltzonen ist von der seit der Auslösung verstrichenen Zeit abhängig und wird beim Einschalten des Leistungsschalters dazu verwendet, die Zeitverzögerung der Auslösefunktion zu verändern.
Wie Fig. 4 zeigt, wird die beim Einschalten des Leistungsschalters gemessene Temperaturdifferenz DTº dazu verwendet, um den Anfangswert TºLRi der den thermischen Zustand des Systems abbildenden Größe TºLR zu berechnen.
Der Einfluß des Anfangswerts der Größe TºLR auf die Zeitverzögerung ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Fig. 6 zeigt die Veränderung von TºLR in Abhängigkeit von der Zeitspanne zwischen dem Augenblick des Auftretens eines Fehlers und der Auslösung, wobei einer konstanter Fehlerstrom Id angenommen wird. Die dem Quadrat des Fehlerstroms proportionale Erwärmung des Systems führt dabei zu einem linearen Anstieg der Größe TºLR von ihrem jeweiligen Anfangswert bis zum Maximalwert TºLRmax, der die Auslösung bewirkt. Bei im Augenblick des Einschaltens kaltem Leistungsschalter ist TºLR zunächst null, und die Verzögerungszeit tdmax ist dem Quadrat des Fehlerstroms Id proportional. Erfolgt jedoch nach einer Auslösung (Zeitpunkt t2 in Fig. 3) ein erneutes Einschalten des Leistungsschalters, bevor die Temperatur in der Heißzone wieder auf den Wert in der Kaltzone gesunken ist (Zeitpunkt t3 bzw. t4 in Fig. 3), wird TºLR zunächst auf einen Anfangswert von TºLRi2 bzw. TºLRi1 gesetzt, der umso höher ist, je kürzer die Zeit zwischen der Auslösung und der Wiedereinschaltung ist und damit umso höher, je größer die Temperaturdifferenz DTº ist. Je höher der Wert für TºLRi liegt, umso stärker wird die Verzögerungszeit verkürzt. Bei einem gleichen Fehlerstrom, d.h. bei einer gleichen Veränderung von TºLR in Abhängigkeit von der Zeit, ist die Verzögerungszeit td2 entsprechend einem hohen Anfangswert TºLRi2 also kleiner als die Verzögerungszeit td1 entsprechend einem niedrigeren Anfangswert TºLRi1 (Fig. 6). Die Verzögerungszeit td ergibt sich aus td/tdmax = (TºLRmax - TºLRi)/TºLRmax).
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Veränderung der Größe TºLR in Abhängigkeit von der Zeit. Da der Leistungsschalter bei einer Temperaturdifferenz von DTº = 0 eingeschaltet wurde, wird der Anfangswert von TºLR auf null gesetzt. Zum Zeitpunkt t5 tritt ein Fehlerstrom auf, und der Wert von TºLR steigt linear und proportional zum Quadrat des Fehlerstroms an (Kurve a), bis er zum Zeitpunkt t6 den Wert TºLRmax erreicht, der die Auslösung des Leistungsschalter bewirkt. Beim Wiedereinschalten des Leistungsschalters zum Zeitpunkt t7 wird TºLR auf den neuen Anfangswert TºLRi3 gesetzt, der von der zu diesem Zeitpunkt durch die Thermistoren (siehe Fig. 4) gemessenen Temperaturdifferenz DTº abhängt. Diese Abnahme (Kurve b) von TºLRmax auf TºLRi3 verläuft exponentiell und mit einer Zeitkonstante entsprechend der Abkühlungs-Zeitkonstante des Schaltergehäuses. Bleibt der Strom unterhalb des Ansprechwerts für die langzeitverzögerte Auslösung (S in Fig. 4), nimmt der Wert TºLR exponentiell mit der am Auslöser fest voreingestellten Zeitkonstante τ (Abb. 4) bis zu seinem Minimalwert, d.h. bis auf null gemäß Fig. 7 ab (Kurve c). Die Zeitkonstante τ ist größer als die Abkühlungs-Zeitkonstante des Gehäuses, da das System bei eingeschaltetem Leistungsschalter vom Nennstrom durchflossen wird, der die Abkühlung begrenzt. Liegt beim Wiedereinschalten zum Zeitpunkt t7 ein Fehlerstrom vor, steigt der Wert TºLR vom Anfangswert TºLRi3 bis auf den Auslösewert TºLRmax an und bewirkt ein erneutes Auslösen zum Zeitpunkt t8 (Kurve d). Die Kurve e ergibt sich bei Auftreten eines Fehlerstroms zum Zeitpunkt t9 mit einer daraus resultierenden Auslösung zum Zeitpunkt t10. Die Steigungen der Geraden a, d und e entsprechen jeweils unterschiedlichen Fehlerströmen.
So errechnet der Auslöser bei eingeschaltetem Leistungsschalter die Veränderung der Größe TºLR in Abhängigkeit vom Strom und vom Ansprechwert (S) für die langzeitverzögerte Auslösung. Dabei ergeben sich die Kurven a, d oder e, wenn der Strom den Ansprechwert S überschreitet, bzw. Kurve c, wenn der Strom unter diesem Ansprechwert S liegt. Die Thermistoren dienen ihrerseits zur Bestimmung der Anfangswerte für TºLR zum Zeitpunkt einer Wiedereinschaltung des Leistungsschalters, so daß die Abkühlung des Gehäuses nach erfolgter Ausschaltung des Leistungsschalters berücksichtigt wird (Kurve b).
Der Anfangswert TºLR ist der im Einschaltmoment des Leistungsschalters gemessenen Temperaturdifferenz DTº zwischen der Heiß- und der Kaltzone des Leistungsschalters proportional (siehe Fig. 3 und 6). Dieser Anfangswert hängt außerdem vom Typ und von der Nenngröße des Leistungsschalters sowie vom Einstellwert für die langzeitverzögerte Auslösung S ab (siehe Fig. 4). In einem an seiner Leistungsgrenze betriebenen Leistungsschalter wird beispielsweise eine sehr hohe Temperaturdifferenz auftreten, während die Erwärmung bei einem überdimensionierten Leistungsschalter weniger stark ausfallen und die Temperaturdifferenz gering sein wird. Bei einem gegebenen Leistungsschalter lassen sich die Werte für TºLRi in Abhängigkeit von DTº experimentell bestimmen, und bei einem mikroprozessorbestückten Auslöser wird eine Wertetabelle im Speicher des Auslösers abgelegt. In diesem Fall werden die von den Thermistoren gemessenen Werte für Tºch und Tºfr beim Einschalten des Leistungsschalters durch den Auslöser erfaßt, die Temperaturdifferenz DTº berechnet und der entsprechende Wert für TºLRi aus der Tabelle entnommen.
Der Anfangswert TºLRi kann auch über die allgemeine Gleichung TºLRi = TºLRimin + (TºLRimax - TºLRimin) (DTº - DTºmin)/(DTºmax - DTºmin) rechnerisch bestimmt werden, in der alle Werte für TºLR in Prozent von TºLRmax bzw. TºLRimin ausgedrückt sind, wobei TºLRimax, DTºmax und DTºmin vordefinierte Werte sind, die insbesondere vom Typ und von der Nenngröße des Leistungsschalters sowie vom Ansprechwert S für die langzeitverzögerte Auslösung abhängen. Im einfachsten Fall sind DTºmin = 0, TºLRimin = 0 und TºLRimax = TºLRmax und somit:
TºLRi/TºLRmax = DTº/DTºmax.
TºLRi kann also zwischen 0 und TºLRmax verändert werden und verhält sich dabei proportional zu DTº, das wiederum zwischen 0 und DTºmax variiert, wobei DTºmax für einen gegebenen Leistungs schalter der experimentell bestimmten maximalen Temperaturdifferenz entspricht, die in diesem Leistungsschalter auftreten kann (siehe Fig. 3).
Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung wird die Veränderung von TºLRi auf einen Bereich zwischen TºLRimin und TºLRimax begrenzt. Dabei entspricht TºLRimax beispielsweise 80% von TºLRmax und dient dazu, eine willkürlich festgelegte Mindestverzögerung bei Einschalten nach Auftreten eines Fehlers vorzugeben. In der Praxis wird der Wert für TºLRimin im allgemeinen auf null eingestellt werden, wobei ein anderer Wert die Zeitverzögerung systematisch verkürzt (siehe tdmax, Fig. 6). Die entsprechende Gleichung ergibt sich dann zu:
TºLRi/TºLRimax = DTº/DTºmax.
TºLRi kann dann zwischen 0 und TºLRimax, d.h. zwischen 0 und 80% von TºLRmax variieren und zwar proportional zu DTº, das wiederum zwischen 0 und DTºmax veränderbar ist.
Der Wert DTºmin kann abweichend von null gewählt werden z.B. entsprechend DTºmin = 20% von DTºmax. Der Anfangswert TºLRi entspricht dann seinem im allgemeinen null betragenden Mindestwert, sobald die Temperaturdifferenz zwischen Heiß- und Kaltzone des Leistungsschalters unter DTºmin liegt. In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß der Leistungsschalter ausreichend abgekühlt ist, und die Maximaltemperatur wird beibehalten.
Bei einem Leistungsschalter der Nenngröße 1000 A, dessen Ansprechwert S für die langzeitverzögerte Auslösung auf 1000 A eingestellt ist und dessen experimentell ermittelte Meßwerte gezeigt haben, daß die Temperaturdifferenz bei 1000 A sich bei etwa 30 ºC stabilisiert, wird der Wert DTºmax beispielsweise auf 30 ºC festgelegt.
Bei einem Leistungsschalter des gleichen Typs, dessen Ansprechwert S für die langzeitverzögerte Auslösung auf 400 A eingestellt wird, ergibt sich für DTºmax ein entsprechend niedrigerer Wert.
Bei einem Leistungsschalter der Nenngröße 1000 A mit einem Einstellwert für den Ansprechwert S entsprechend einer Temperaturdifferenz DTºmax von 30 ºC, Werten für TºLRimin von null, TºLRimax entsprechend 80 % von TºLRmax, DTºmin entsprechend 20% von DTºmax und in Prozent von DTºmax ausgedrückten Temperaturwerten ergibt sich der in Prozent von DTºmax ausgedrückte Anfangswert TºLRi z.B. durch die Gleichung:
TºLRi = 0 + (80 - 0) (DTº% - 20%)/(100% - 20%),
TºLRi = (DTº - 20)%.
Für DTº = 20 ºC, d.h. 66% von DTºmax ergibt sich:
TºLRi = 46% von TºLRmax und somit td = 64% von tdmax.
Die nachstehend aufgeführte Tabelle enthält verschiedene Werte für TºLRi in Abhängigkeit von den entsprechenden Werten für DTº beim Einschalten des Leistungsschalters bezogen auf das o.a. Beispiel.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 5 hängt der Wert DTºmax auch von der Differenz DTºd zwischen den Temperaturen Tºchd und Tºfrd zum Zeitpunkt der Auslösung (t2 bzw. t6 in Fig. 3 und 7), unmittelbar vor dem Erteilen des Auslösebefehls ab. Die gemessenen Werte werden im Auslöser in einem EEPROM-Speicher abgelegt und beim Einschalten des Leistungsschalters vom Auslöser ausgelesen. Anschließend berechnet der Auslöser die Temperaturdifferenz DTºd zum Zeitpunkt der Auslösung und, nach Messung der Temperaturdifferenz DTº bei der Wiedereinschaltung, den Anfangswert für TºLRi. Durch die Einbeziehung von DTºd in die Bestimmung von DTºmax und somit in die Berechnung des Anfangswerts TºLRi können die tatsächlichen Betriebsbedingungen des Leistungsschalters besser berücksichtigt werden. Als Beispiel sei ein Leistungsschalter mit DTºmin = 0, TºLRimin = 0 und TºLRimax = 80% von TºLRmax gegeben, bei dem Typ, Nenngröße und Ansprechwert S einen Wert für DTºmax von 60ºC ergeben. Wenn im Augenblick der Wiedereinschaltung DTº = 30 ºC entsprechend 50% von DTºmax beträgt, ergibt sich TºLRi = 40% von TºLRmax. Liegt die Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt der Auslösung erheblich unter DTºmax, z.B. bei DTºd = 40 ºC, wird der Wert DTº = 30 ºC schneller erreicht, d.h. die Abkühlung war weniger stark und es empfiehlt sich, die Zeitverzögerung stärker zu verkürzen und damit den Anfangswert TºLRi entsprechend zu erhöhen. Dies wird dadurch erreicht, daß der theoretische Wert DTºmax durch DTºd ersetzt wird. Da sich der Anfangswert TºLRi umgekehrt proportional zu DTºmax verhält, steigt er merklich an, wenn DTºd sinkt. Für das obige Beispiel bedeutet dies, daß sich - bezogen auf DTºmax = DTºd = 40ºC - bei DTº = 30 ºC entsprechend 75% von DTºd ein Anfangswert von TºLRi = 60% von TºLRmax und bei DTº = 20 ºC entsprechend 50% von DTºd ein Wert von TºLRi = 40% von TºLRmax ergeben.
Im o.a. Beispiel entspricht DTºmax dem Meßwert für DTºd zum Zeitpunkt der Auslösung gemäß DTºmax = DTºd. Es ist allerdings möglich, wie in der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 zur Bestimmung von DTºmax die Nenngröße und den Typ des Leistungsschalters sowie den Ansprechwert S als weitere Einflußfaktoren zu berücksichtigen. In der Praxis wird dabei wie im Beispiel aus Figur 5 zunächst ein theoretischer Wert für DTºmax bestimmt und im Normalfall verwendet, dieser Wert jedoch korrigiert, wenn z.B. die Einstellung für den Ansprechwert S während der Ausschaltphase verändert wurde.
In allen Fällen verhält sich der Anfangswert TºLRi umgekehrt proportional zu einer Temperaturdifferenz DTºmax, die vom Typ und von der Nenngröße des Leistungsschalters, vom Ansprechwert S und/oder von der zum Zeitpunkt der vorhergehenden Auslösung gemessenen Temperaturdifferenz DTºd abhängt.
Der Wert für DTºmin kann so festgelegt werden, daß die tatsächliche Abkühlungs-Zeitkonstante des Leistungsschalters an eine festgelegte, niedrigere Zeitkonstante angepaßt wird. In Fig. 8 sind die in einem dreipoligen Auslöser der Nenngröße 1000 A gemessenen Temperaturänderungen beispielhaft dargestellt. Die zum Zeitpunkt der Auslösung nach einer zweistündigen Erwärmung erreichte maximale Temperaturdifferenz DTºd beträgt hier 32 ºC. Eine halbe Stunde nach der Auslösung beträgt die Temperaturdifferenz DTº etwa 66% von DTºd. Wenn DTº zwischen DTºmax = DTºd und DTmin = 0 variieren kann, ergibt sich die Zeitkonstante für die Abkühlung zu t/ln (DTºmax/DTº) = 0,5/ln 1,5 = 1 h 14. Unter Einbeziehung von DTºmin ergibt sich diese Zeitkonstante zu: t/ln (DTºmax/ (DTº - DTºmin)). Für DTºmin = 20 % von DTºmax führt dies zu einer Zeitkonstante von 38 Minuten. Durch entsprechende Einstellung von DTºmin kann dann die Abkühlungs-Zeitkonstante des Leistungsschaltergehäuses künstlich verändert und so an die Zeitkonstante des durch den Leistungsschalter geschützten Systems angenähert werden.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung berühren die Thermistoren der Heißzone die Trennwand 24 des Leistungsschaltergehäuses. Die Erfindung ist nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Die Thermistoren müssen lediglich in einem Bereich des Gehäuses angeordnet werden, dessen Temperatur die Erwärmung und Abkühlung des Systems abbildet. Da die Erwärmung des Systems durch den in ihm fließenden Strom verursacht wird, sind die Thermistoren der Heißzone in der Nähe der elektrisch leitenden Anschlußstücke 12 angeordnet. Werden sie direkt auf diesen Anschlußstücken montiert, kühlen sie sich nach Abschaltung des Stroms sehr schnell ab, und ihre Temperatur stellt dann kein Abbild der Abkühlung des Systems dar. Die thermische Trägheit des Isolierstoffgehäuses liefert ein gutes thermisches Abbild des Systems, und durch Anordnung der Thermistoren am Gehäuse, in der Nähe der elektrisch leitenden Anschlußstücke 12 kann diese Eigenschaft genutzt werden, um die Abkühlung des Systems zu simulieren. Auch die thermische Trägheit der mit den Anschlußstücken verbundenen und in ihrer Nähe verlaufenden isolierten Kabel kann für diese Simulation genutzt werden. So werden die Thermistoren also in der Nähe eines isolierenden Elements, vorzugsweise einer Gehäusewand angeordnet, das in der Nähe mindestens eines elektrisch leitenden Anschlußstücks plaziert ist. Dabei werden die Thermistoren vorzugsweise mit diesem isolierenden Element in Berührung gebracht. Der Auslöser kann für die Berechnung des Anfangswerts TºLRi die ggf. vorhandene Abweichung zwischen der experimentell ermittelten Abkühlungs-Zeitkonstante des Gehäuses und der Abkühlungs-Zeitkonstante des durch den Leistungsschalter geschützten Systems berücksichtigen, wobei die Korrektur durch Wahl der Konstante DTºmin erfolgt.
Die Thermistoren können außerdem vom Auslöser für eine thermische Auslösefunktion benutzt werden, die dann anspricht, wenn die Temperatur im Leistungsschalter einen bestimmten Wert überschreitet.
Die Erfindung ist obenstehend für die langzeitverzögerte Auslösefunktion eines Auslösers beschrieben. Sie kann auf die gleiche Weise für die übrigen Auslösefunktionen eingesetzt werden. Die beiden in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsvarianten sind sowohl für die langzeitverzögerte als auch auf die kurzzeitverzögerte Auslösefunktion ausgelegt, da die Auslöse-Zeitkonstanten im Verhältnis zur thermischen Speicherfunktion klein sind.
In Fig. 5 ist nur die langzeitverzögerte Auslösefunktion dargestellt. Für eine kurzzeitverzögerte Auslösung kann der letzte Wert von TºLR gespeichert und als Maximalwert TºLRimax bei der Festlegung des Anfangswerts angesehen werden.

Claims

1. Leistungsschalter mit Isolierstoffgehäuse (10), der mindestens ein Anschlußstück (12) zum Anschluß an einen durch den Leistungsschalter zu schützenden Leiter, Mittel zur Erfassung des den Leiter durchfließenden Stroms (I), Mittel zur Messung der Temperatur in einem bestimmten Bereich des Leistungsschalters sowie einen elektronischen Auslöser umfaßt, der mit den Ausgangssignalen der Mittel zur Erfassung des Stroms sowie der Mittel zur Messung der Temperatur beaufschlagt wird und mindestens eine verzögerte Auslösefunktion gewährleistet, derart daß er einen Auslösebefehl erzeugt, wenn der Strom (I) bestimmte Ansprechwerte (S) überschreitet, wobei der Auslöser Mittel zur Veränderung der Zeitverzögerung (td) in Abhängigkeit von der beim Einschalten des Leistungsschalters gemessenen Temperatur aufweist und der Leistungsschalter durch den genannten Auslösebefehl angesteuerte Auslösemittel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Messung der Temperatur Mittel (18) zur Messung der Temperatur in einer Kaltzone des Gehäuses sowie Mittel (22) zur Messung der Temperatur in einer Heißzone des Gehäuses, in der Nähe des oder der Anschlußstücke (12) umfassen und der Auslöser Mittel zur Berechnung der Temperaturdifferenz (DTº) zwischen der Kalt- und der Heißzone sowie Mittel zur Veränderung der Zeitverzögerung (td) der Auslösefunktion in umgekehrt proportionalem Verhältnis zu der beim Einschalten des Leistungsschalters gemessenen Temperaturdifferenz (DTº) aufweist.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, bei dem der Auslöser zur Wahrnehmung der verzögerten Auslösefunktion Mittel zum Vergleich einer den thermischen Zustand des Leistungsschalters abbildenden Größe (TºLR) mit einem voreingestellten Maximalwert (TºLRmax), Mittel zur Erhöhung (+ I²) dieses Werts für den Fall, daß der Strom (I) einen voreingestellten Ansprechwert (S) erreicht oder überschreitet, sowie zur Verminderung (x e-t/τ) dieses Werts für den Fall, daß der Strom (I) unterhalb des genannten Ansprechwerts (S) liegt, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Veränderung der Zeitverzögerung (td) Mittel zur Festlegung des Anfangswerts der genannten Größe (TºLR) beim Einschalten des Leistungsschalters umfassen und die Anfangsgröße (TºLRi) der beim Einschalten des Leistungsschalters gemessenen Temperaturdifferenz (DTº) proportional ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser Mittel zur Speicherung der unmittelbar vor der Abgabe eines Auslösebefehls gemessenen Heiß- (Tºchd) und Kalt-Temperaturwerte (Tºfrd), Mittel zum Auslesen der bei einem vorausgegangenen Einschaltvorgang des Leistungsschalters gespeicherten Werte sowie Mittel zur Berechnung der zum Zeitpunkt der Auslösung vorhandenen Temperaturdifferenz (DTºd) zwischen den Heiß-(Tºchd) und Kalt-Temperaturwerten (Tºfrd) umfaßt, wobei die Anfangsgröße (TºLRi) so gewählt ist, daß das Verhältnis zwischen dieser Anfangsgröße (TºLRi) und dem Maximalwert (TºLRmax) der den thermischen Zustand des Leistungsschalters abbildenden Größe (TºLR) dem Verhältnis zwischen der Temperaturdifferenz (DTº) beim Einschalten des Leistungsschalters und einer maximalen Temperaturdifferenz (DTºmax) proportional ist, und diese maximale Temperaturdifferenz der bei der vorausgegangenen Auslösung des Leistungsschalters gemessenen Temperaturdifferenz (DTºd) entspricht.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Anfangsgröße (TºLRi) und dem Maximalwert (TºLRmax) der den thermischen Zustand des Leistungs schalters abbildenden Größe dem Verhältnis zwischen der Temperaturdifferenz (DTº) beim Einschalten des Leistungsschalters und einer maximalen Temperaturdifferenz (DTºmax) proportional ist, die in Abhängigkeit vom Typ und von der Nenngröße des Leistungsschalters sowie vom Ansprechwert (S) festgelegt wird.

5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsgröße (TºLRi) einem festgelegten Mindest-Anfangswert (TºLRimin) entspricht, wenn die Temperaturdifferenz im Einschaltmoment einen festgelegten Mindestwert (DTºmin) annimmt bzw. diesen unterschreitet, und daß das Verhältnis aus der Anfangsgröße (TºLRi) und der Differenz zwischen dem Maximalwert (TºLRmax) der den thermischen Zustand des Leistungsschalters abbildenden Größe (TºLR) und dem Mindest-Anfangswert (TºLRimin) dem Verhältnis aus der Differenz (DTº - DTºmin) zwischen der im Einschaltmoment vorhandenen Temperaturdifferenz (DTº) und dem Mindestwert (DTºmin) einerseits sowie aus der Differenz (DTºmax - DTºmin) zwischen der maximalen Temperaturdifferenz (DTºmax) und dem genannten Mindestwert (DTºmin) andererseits proportional ist.

6. Leistungsschalter nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangswert (TºLRi) unter einem festgelegten Maximal-Anfangswert (TºLRimax) liegt, der kleiner ist als der Maximalwert (TºLRmax) der den thermischen Zustand des Leistungsschalters abbildenden Größe (TºLR).

7. Leistungsschalter nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (18, 22) zur Messung der Temperatur Thermistoren umfassen.

8. Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er einen in der Nähe der Frontseite des Auslösers angeordneten Thermistor (18) zur Messung der Temperatur in der Kaltzone sowie mindestens einen in der Nähe eines Isolierelements angeordneten Thermistor (22) zur Messung der Temperatur der Heißzone aufweist, wobei das Isolierelement in der Nähe eines Anschlußstücks (12) des Leistungsschalters im hinteren Teil des Leistungsschaltergehäuses plaziert ist.

9. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Thermistoren (22) zur Messung der Temperatur in der Heißzone so plaziert sind, daß sie eine im hinteren Teil des Leistungsschaltergehäuses angeordnete Trennwand berühren.

10. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Thermistoren (22) zur Messung der Temperatur in der Heißzone auf den an die Anschlußstücke (12) angeschlossenen isolierten Kabeln angeordnet sind.