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Die Erfindung betrifft eine selektive
Niederspannungs-Endverteileranordnung, die einen Stromkreis mit
einem Strombegrenzerblock umfaßt,
welcher in den gemeinsamen Eingangszweig, zwischen einen Einspeiseleistungsschalter
und mehrere, durch jeweils einen Abgangsleistungsschalter geschützte Abgänge geschaltet
ist, wobei der genannte Strombegrenzerblock einen Schalter mit mechanischem Kontakt,
welcher durch ein Betätigungsorgan
in Richtung seiner Ausschaltstellung beaufschlagt wird, wenn der
Strom einen festgelegten Schwellwert IS überschreitet, sowie ein parallel
zu den Klemmen des Schalters geschaltetes Schaltungselement mit
spannungsabhängigem
Widerstand umfaßt.
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In der Druckschrift FR-A-2606 929
wird ein Schalter mit einem Strombegrenzerkreis beschrieben, der
aus einer Parallelschaltung aus einem automatischen Ein-/Aus-Schalter
und einem ZnO-Varistor besteht. Die Umschaltung des Stroms auf den
Varistor erfolgt sehr schnell, und der Abschaltvorgang wird über PTC-Thermistoren
gesteuert. Der Einsatz einer solchen Strombegrenzerschaltung in
einer selektiven Endverteileranlage mit mehreren Abgängen ist
kompliziert.
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In der Druckschrift FR-A-2 531581
wird eine Endverteileranlage mit einem strombegrenzenden Schalter
beschrieben, dessen Schaltsequenz die Verwendung von Abgangsleistungsschaltern
mit hohem Ausschaltvermögen
erfordert.
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Die Druckschrift EP0074186 beschreibt
eine Strombegrenzeranordnung mit einem strombegrenzenden Schaltelement,
das mit einem Umschaltelement in Reihe geschaltet ist, wobei diese
Reihenschaltung parallel an die Klemmen einer ersten Reaktanz angeschlossen
ist. Parallel zum strombegrenzenden Schaltelement liegt eine zweite
Impedanz, die wiederum mit einem Stromwandler in Reihe geschaltet
ist. Zwei Erregerspulen, die eine Auslösespule und eine Einschaltspule
umfassen, werden über
einen Stromfühler
vom Stromwandler gesteuert, um jeweils die Ausschaltung bzw. Einschaltung
des Umschaltelements zu bewirken. Die Einschaltung erfolgt nach
Wirkung von Zeitverzögerungsmitteln,
die vom Stromfühler
gesteuert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
einfach aufgebaute und kostengünstige
Endverteileranordnung mit Hybrid-Strombegrenzerblock zu schaffen,
die in der Lage ist, eine selektive Auslösung zu gewährleisten.
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Die erfindungsgemäße selektive Endverteileranordnung
ist dadurch gekennzeichnet, daß
- – der
Strombegenzerblock zusätzlich
Zeitverzögerungsmittel
umfaßt,
die bei der Umschaltung des Stroms auf das genannte Schaltungselement aktiviert
werden und so ausgelegt sind, daß sie den Schalter unabhängig von
der Höhe
des Kurzschlußstroms über eine
Mindestzeitspanne von 10 Millisekunden in der Ausschaltstellung
halten, wobei die Wiedereinschaltung des Schalters nach vorheriger
Abschaltung des Fehlerstroms durch den Abgangsleistungsschalter
des fehlerbehafteten Abgangs erfolgt,
- – das
elektromagnetische bzw. elektrodynamische Betätigungsorgan mit dem Schalter
in Reihe geschaltet ist,
- – das
Schaltungselement mit spannungsabhängigem Widerstand als Varistor
ausgebildet ist.
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Nach einem kennzeichnenden Merkmal
der Erfindung umfassen die Zeitverzögerungsmittel einen mechanischen
Verzögerer,
der dazu dient, den beweglichen Kontakt des Schalters während der
genannten Wiedereinschalt-Sperrzeit in der Ausschaltstellung zu
halten.
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Nach einem weiteren kennzeichnenden Merkmal
der Erfindung sind die Zeitverzögerungsmittel
als elektromagnetischer Verzögerer
ausgebildet, der parallel zu den Klemmen des Schaltungselements
mit spannungsabhängigem
Widerstand geschaltet ist. Der elektromagnetische Verzögerer umfaßt einen
Steuerungs-Elektromagneten, der mit einem Widerstand in Reihe geschaltet
ist, derart daß der
Elektromagnet nach Umschaltung des Stroms auf das genannte Schaltelement
von einem Parallelstrom durchflossen wird bis die Abschaltung des
Fehlerstroms durch den betreffenden Abgangsleistungsschalter erfolgt.
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Eine solche Abschaltsequenz erlaubt
die Verwendung von Abgangsleistungsschaltern, die mit einem einfachen
thermischen Auslöser
bestückt sind.
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Zum besseren Verständnis ist
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer
Vorteile und Merkmale näher
erläutert.
Dabei zeigen
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1 den
einpoligen Stromkreis einer erfindungsgemäßen Endverteileranlage mit
Hybrid-Strombegrenzerblock;
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2A und 2B Funktionsdiagramme der Anlage
aus 1 bei Auftreten eines
niedrigen bzw. eines hohen Kurzschlußstroms in Abgang a;
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3 eine
schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Strombegrenzerblocks ohne
Darstellung des Varistors;
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4 eine
zu 1 ähnliche Ansicht mit Ausführung der
Zeitverzögerungsmittel
als elektromagnetischem Verzögerer.
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1 zeigt
eine Niederspannungs-Endverteileranordnung 10 mit einem
Stromkreis 11, der einen Strombegrenzerblock 12 umfaßt, welcher
in eine Schaltanlage zwischen den einspeiseseitigen Haupteingangsschalter 14 und
die durch Abgangsleistungsschalter D1, D2, ... Dn geschützten einzelnen Parallelabgänge a, b,
c, i, ... n eingesetzt ist.
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Der Strombegrenzerblock 12 besteht
aus einem Schalter 16 mit automatischer Ein- und Ausschaltung,
der mit einem elektromagnetisch bzw. elektrodynamisch gesteuerten
Schnellbetätigungsorgan 18 zusammenwirkt.
Der Schalter 16 umfaßt
einen, mit dem Haupteingangsschalter 14 in Reihe geschalteten
mechanischen Kontakt sowie das Betätigungsorgan 18, wobei
der genannte Kontakt dazu dient, eine Ausschaltstellung bzw. eine
Einschaltstellung einzunehmen, wenn sich das Betätigungsorgan 18 in
Abhängigkeit
von der Höhe
des über
den Begrenzerblock 12 fließenden Stroms in einer aktiven bzw.
inaktiven Stellung befindet.
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Zur Bildung einer Hybrid-Strombegrenzeranordnung
wird ein ZnO-Varistor 20 oder ein beliebiges anderes Schaltungselement
mit spannungsabhängigem
Widerstand parallel zu den Klemmen des Schalters 16 geschaltet.
Zur Anpassung der Wiedereinschaltzeit des Schalters 16 sind
dem Betätigungsorgan 18 Zeitverzögerungsmittel 22 zugeordnet.
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Der Strombegrenzerblock 12 gewährleistet eine
Kurzschlußstrombegrenzung
und gegebenenfalls die Abschaltung des Stromkreises 11,
bis der Abgangsleistungsschalter D1, D2, Dn am Anschlußpunkt des
fehlerbehafteten Abgangs auslöst.
Nach Abschaltung des Fehlers schaltet sich dann der Strombegrenzerblock 12 automatisch
wieder ein und gewährleistet
die Betriebskontinuität
in den übrigen Abgängen, deren
jeweilige Leistungsschalter in der Einschaltstellung verblieben
sind.
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Der Strombegrenzerblock 12 ist
in der Lage, Abschaltsequenzen problemlos zu verkraften, deren Funktionsdiagramme
in 2A und 2B dargestellt sind und die
beispielsweise einem Fehler in Abgang a entsprechen.
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In 2A ist
der Scheitelwert des Wechselfehlerstroms I im Stromkreis 11 kleiner
als der Ansprechschwellwert IS des Betätigungsorgans 18,
das daher in der inaktiven Stellung verharrt. Dieser kleine Kurzschlußstrom wird
zum Zeitpunkt t1 durch Öffnen des
Abgangsleistungsschalters 1 abgeschaltet, der die Fehlerabschaltung
allein gewährleistet.
Der Schalter 16 des Strombegrenzerblocks 12 verharrt
in der Einschaltstellung und ermöglicht
die Betriebskontinuität
der übrigen
Abgänge
b, c, i, n. Die Kurve UD1 zeigt die Spannung an den Klemmen des
Abgangsleistungsschalters D1, und die Spannung UL an den Klemmen
des Schalters 16 bleibt während der inaktiven Phase des
Betätigungsorgans 18 null.
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Bei Auftreten eines hohen, über dem Schwellwert
IS liegenden Fehlerstroms (2B) wechselt
das Betätigungsorgan
in die aktive Stellung und verbringt zum Zeitpunkt t2 den Schalter 16 in
den Ausschaltzustand. Das Auftreten eines Schaltlichtbogens zwischen
den Kontakten des Schalters 16 bewirkt dabei eine Begrenzung
des Kurzschlußstroms und
einen Anstieg der Lichtbogenspannung UL an den Klemmen des Schalters 16 während der Zeitspanne
t2–t3.
Bei Erreichen eines bestimmten Schwellwerts der Lichtbogenspannung
zum Zeitpunkt t3 erfolgt die Umschaltung des begrenzten Stroms auf
den Varistor 20, der den größten Teil der Energie bis zum
Ende der Abschaltsequenz aufnimmt. Beim Stromnulldurchgang zum Zeitpunkt
t4 liegt die Netzspannung an den Klemmen des Schalters 16 an,
und über
den Varistor 20 fließt
ein kleiner Fehlerstrom, der vom Abgangsleistungsschalter D1 zum
Zeitpunkt t5 automatisch abgeschaltet wird. Das Betätigungsorgan 18 nimmt
anschließend
wieder seine inaktive Stellung ein. Die Zeitverzögerungsmittel 22 bewirken
die Wiedereinschaltung des Schalters 16 zum Zeitpunkt t6, so daß die Betriebskontinuität der übrigen Abgänge b, i,
... n gewährleistet
wird.
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Die Verzögerungsmittel 22 werden
bei der Umschaltung des Stroms auf den Varistor 20 aktiviert und
sind so ausgelegt, daß der
Schalter 16 unabhängig
von der Höhe
des Fehlerstroms I über
eine Mindestzeitspanne von 10 bis 20 ms vom Abschaltzeitpunkt t2
an gerechnet in der Ausschaltstellung gehalten wird.
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Die Lichtbogenzeit ist mit einigen
Millisekunden sehr kurz, und der Schalter 16 muß vor der
Umschaltung des Stroms auf den Varistor 20, der in der Zeitspanne
von t3 bis t5 den größten Teil
der Energie absorbiert, nur eine geringe Energie aufnehmen. Die Wiedereinschaltzeit
des Schalters 16 ist auf einen ausreichenden Wert eingestellt,
um zuvor die Abschaltung des über
den Varistor 20 des Strombegrenzerblocks 10 fließenden kleinen
Fehlerstroms durch den Abgangsleistungsschalter D 1 zu ermöglichen.
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Die Abgangsleistungsschalter D1 bis
Dn können
als Kleinleistungsschalter mit niedrigem Ausschaltvermögen, einfachem
thermischen Bimetallauslöser
und zwei Kontakten mit zugeordneten Lichtbogenhörnern für die Löschkammerfunktion ausgeführt sein.
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Gemäß 3 ist der Strombegrenzerblock 12 in
einem Isolierstoffgehäuse 24 angeordnet,
das ein elektromagnetisches Betätigungsorgan 18 mit
einem beweglichen Magnetkern 26 enthält, der dazu dient, dem beweglichen
Kontakt 28 des Schalters 16 in den Ausschaltzustand
zu verbringen, wenn der die Erregerspule 29 des Betätigungsorgans 18 durchfließende Strom
den Schwellwert IS übersteigt.
Das Halten des beweglichen Kontakts 28 in der Ausschaltstellung
wird durch die Zeitverzögerungsmittel
bewirkt, die beispielsweise als mechanischer Verzögerer 30,
insbesondere als Fliehkraftverzögerer
ausgeführt
sind. Zur Löschung
des bei der Abschaltung des Schalters 16 zwischen dem beweglichen
Kontakt 28 und dem feststehenden Kontakt 34 abbrennenden Lichtbogens
ist eine Lichtbogenlöschkammer 32 mit Entionisierungsblechen
vorgesehen.
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Die Zeitverzögerungsmittel gemäß 4 umfassen einen elektromagnetischen
Verzögerer 36, der
parallel zu den Klemmen des Varistors 20 geschaltet ist.
Der elektromagnetische Verzögerer 36 umfaßt einen
Steuer-Elektromagneten 37, der mit einem, den Erregerstrom
der Spule des Elektromagneten 37 begrenzenden Widerstand 38 in
Reihe geschaltet ist. Der Pfeil F2 zeigt die Wirkrichtung des Betätigungsorgans 18 zur
Beaufschlagung des beweglichen Kontakts des Schalters 16 beim Übergang des
Betätigungsorgans
in die aktive Stellung. Nach Umschaltung des über den Stromkreis 11 fließenden Stroms
auf den Varistor 20 fließt ein Teilstrom über den
Parallelzweig des elektromagnetischen Verzögerers 36 zur Aktivierung
des Elektromagneten 37 in Richtung des Pfeils F2, so daß der Schalter 16 während der
durch den Stromfluß definierten
Verzögerungszeit
in der Ausschaltstellung gehalten wird.
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Selbstverständlich können das Betätigungsorgan 18 und
der Elektromagnet 37 des elektromagnetischen Verzögerers 36 zu
einem gemeinsamen Magnetkreis mit Doppel-Erregerspule zusammengefaßt werden.
Anstelle des elektromagnetischen Betätigungsorgans 18 aus 3 kann selbstverständlich auch
ein elektrodynamisches Betätigungsorgan
verwendet werden, mit dem Abstoßungs-
oder Anziehungskräfte
erzeugt werden.