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EP2932521B1 - Sicherungsautomat mit hilfskurzschluss - Google Patents

Sicherungsautomat mit hilfskurzschluss Download PDF

Info

Publication number
EP2932521B1
EP2932521B1 EP13814880.4A EP13814880A EP2932521B1 EP 2932521 B1 EP2932521 B1 EP 2932521B1 EP 13814880 A EP13814880 A EP 13814880A EP 2932521 B1 EP2932521 B1 EP 2932521B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit breaker
automatic circuit
current
actuation
automatic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP13814880.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2932521A1 (de
Inventor
Elmar Schaper
Lutz Heuer
Detlev Schürgens
Bernd Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP2932521A1 publication Critical patent/EP2932521A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2932521B1 publication Critical patent/EP2932521B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/40—Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H89/00—Combinations of two or more different basic types of electric switches, relays, selectors and emergency protective devices, not covered by any single one of the other main groups of this subclass
    • H01H89/04—Combination of a thermally actuated switch with a manually operated switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/14—Electrothermal mechanisms
    • H01H71/16—Electrothermal mechanisms with bimetal element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/1009—Interconnected mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H89/00—Combinations of two or more different basic types of electric switches, relays, selectors and emergency protective devices, not covered by any single one of the other main groups of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a circuit breaker for securing a phase with an input terminal, an output terminal, a current path electrically connecting the input terminal and the output terminal, a disconnecting device disposed in the current path and configured to interrupt it upon actuation, and a monitoring device which is designed to monitor the current in the current path and to actuate the disconnecting device upon detection of an overcurrent. Furthermore, the invention relates to a fuse arrangement with a plurality of above-mentioned circuit breaker for use in a multi-phase supply line, each phase is secured with a circuit breaker.
  • safety devices In circuits electrical lines are protected from heating and short circuit by the use of safety devices that cause, for example, in the event of a short circuit interruption of the line.
  • safety devices can be designed as automatic circuit breakers or as fuses.
  • Such a circuit breaker is connected to its input terminal to a power source. Its output terminal is connected to the load, with the input terminal and the output terminal connected via a current path.
  • a separation device is arranged, which is designed to interrupt this upon actuation.
  • the separator is usually designed as a switch, more precisely as an opener.
  • the automatic circuit breaker additionally has a monitoring device which monitors the current in the current path. When detecting an overcurrent, the separation device is actuated by the monitoring device, so that it interrupts the current path.
  • the circuit breaker on an actuating element which is actuated upon actuation of the separating device, so that the actuation of the separating device is recognizable from the outside.
  • the separating device can be actuated manually via the actuating element in order to cancel or bring about the interruption.
  • the switch-off time to extinction of the arc is in known circuit breakers at least 4 ms. During this time, however, damage or even destruction of the load connected to the output terminal of the circuit breaker can occur.
  • each phase is protected with such a circuit breaker.
  • a contactor or a motor switching device can be exceeded, so that circuit breakers must be selected, which already trigger at low currents.
  • the switching devices are oversized, which is associated with increased costs and can lead to additional losses. This leads to a design conflict in applications with high peak currents, such as may occur when starting up motors. Also, each individual dimensioning of the system is required.
  • assignment type 1 downstream devices, such as contactors or semiconductor switching devices, may be destroyed.
  • assignment type 2 the downstream devices must in principle remain functional. While mechanical switching devices, such as contactors, are often assigned to assignment type 2, semiconductor switching devices, for example for motors, usually meet the requirements of assignment type 1.
  • the self-switch comprises two juxtaposed self-switches, each of which is a series circuit of a main current path, a normally closed first switch and an electromagnetic tripping device connected between a first and a second electrical connection, an electrothermal tripping device parallel to the one normally closed second switch having the main current path, so that the electrothermal tripping device is normally bridged by the main current path, and a switching mechanism for opening the first switch and for actuating a driver, which transmits the switching movements of the switching mechanism of the one self-switch to the switching mechanism of the other self-switch.
  • the electromagnetic trip device has a first armature for opening the second switch upon reaching a first threshold current and a second armature for opening the first switch and for actuating the switching mechanism on reaching a second threshold current, which is greater than the first threshold current.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a circuit breaker and a fuse assembly of the type mentioned above, which allow improved protection of downstream loads and switching devices against overcurrents.
  • a circuit breaker for protecting a phase is provided with an input terminal, an output terminal, a current path electrically connecting the input terminal and the output terminal, a separator disposed in the current path and configured to interrupt it upon actuation Deriving terminal, a discharge path, which is connected at its one end to the current path between the separator and the output terminal and at its other end to the discharge terminal, a connection device which is arranged in the discharge path and designed to connect through this in an operation, and a Monitoring device which is designed to monitor the current in the current path and to operate the disconnecting device and the connecting device upon detection of an overcurrent, so that the currents during switching of the disconnecting device after switching the connecting device over d
  • the drainage terminal drain, the monitoring device is designed to perform a continuous current monitoring and a short-circuit current monitoring.
  • the basic idea of the present invention is thus to provide a circuit breaker which ensures reliable protection of downstream loads from overcurrents by the connection of continuous current and short-circuit current, and whose protective effect occurs particularly rapidly by currents during the switching of the separator by occurring arcs on the discharge terminal be derived.
  • the circuit breaker thus has two characteristics, on the one hand the line protection to protect against excessive continuous currents that are above a permissible maximum continuous current, and on the other hand a short-circuit protection to ensure protection against excessive peak currents.
  • the currents during the switching of the separating device can flow off after switching the connecting device via the discharge terminal, so that the protective function of the circuit breaker already occurs very quickly.
  • times of the order of magnitude of 0.2 ms can be achieved, after which the load is substantially without current.
  • the monitoring device is designed for the common actuation of the separating device and the connecting device.
  • Particularly preferred is a simultaneous actuation of the separating device and the connecting device by the monitoring device.
  • the automatic circuit breaker is connected with its input terminal to a power supply and at its output terminal to a load, which may have an electrical switching device connectable.
  • the discharge terminal is preferably connectable to a ground or a neutral, over which a current can flow during switching.
  • the separating device is preferably designed as an opener for interrupting the current path.
  • the connecting device is usually designed as a closer for connecting through the Ableitpfades.
  • each circuit breaker is connected with its input terminal to a phase of the power supply.
  • the Ableitklemmen are preferably connected to a ground or a PE conductor over which the current can flow when switching.
  • the discharge terminal can be connected to a different phase or a synthetic star point.
  • the circuit breaker is developed such that the monitoring device has a bi-metal switch for continuous current monitoring.
  • the heat is detected in the current path to detect an excessive line current.
  • the protective behavior can be selected.
  • the circuit breaker is developed such that the monitoring device has a magnetic switch for short-circuit current monitoring. Accordingly, a magnetic quick release as short-circuit protection for fast processes, ie fast peak currents, respectively.
  • the sensitivity of the short-circuit protection can be achieved by the property of the magnetic material.
  • the time course of the magnetic field corresponds to a hysteresis curve.
  • a magnetic field is generated by the overcurrent, so that with the aid of a relay coil and armature actuation can take place.
  • the circuit breaker is developed such that the circuit breaker has a coupling device with which the separating device and the connecting device are coupled for common operation, and the monitoring device is designed for actuating the separating device and the connecting device via the coupling device.
  • the monitoring device therefore only has to actuate the coupling device, whereby the separating device and the connecting device are automatically actuated.
  • the coupling device can in principle be designed as desired.
  • the coupling device may be an electrical or electronic coupling device.
  • the coupling device is a mechanical coupling device. More preferably, the actuation of the coupling device is effected by a relay.
  • the circuit breaker is developed such that the circuit breaker has an actuating element which is actuated by the monitoring device during an actuation, so that the actuation is recognizable from the outside.
  • the actuating element is connected to the coupling device.
  • the circuit breaker is developed such that the Actuator is executed to perform a manual operation of the separating device and the connecting device. Accordingly, the circuit breaker can be manually operated to disconnect a downstream load from the power supply.
  • the actuating element is connected to the coupling device.
  • the fuse arrangement is developed such that the circuit breakers are mechanically coupled together. Due to the mechanical coupling, the circuit breakers can mutually transmit an operation by their respective monitoring device on the other circuit breakers.
  • the mechanical coupling is particularly reliable and easy to manufacture.
  • the fuse arrangement is further developed such that the circuit breakers have an actuating element for a manual actuation of the separating device and the connecting device, and the circuit breakers are mechanically coupled to each other via a coupling element.
  • the mechanical coupling is particularly reliable and allows easy transfer of actuation between the circuit breakers.
  • the coupling element is designed as a separate component for attachment to the actuating elements.
  • the securing arrangement is developed such that the coupling element has a manual actuator for manual operation of the coupled circuit breaker.
  • the fuse assembly can be manually operated in accordance with the operation of the circuit breaker to separate the load from the power supply for all phases simultaneously.
  • the manual actuator for manual operation is carried out both for the common separation of the current paths of the individual circuit breakers as well as for interconnecting the current paths, according to the function of the actuating element of the circuit breaker.
  • the manual actuator is designed such that the operation is visible from the outside.
  • the fuse arrangement is designed as an integral device.
  • the FIGS. 1 to 3 The fuse arrangement 1 is connected on the input side to a polyphase power supply 3 or supply line, each phase 4, 5, 6 being secured by a circuit breaker 2.
  • Each automatic circuit breaker 2 is designed to protect a phase 4, 5, 6 and has an input terminal 7, an output terminal 8 and a discharge terminal 9.
  • the circuit breakers 2 are connected to their input terminal 7 each with a phase 4, 5, 6 and with its output terminal 8 to a load 10.
  • the load 10 is a multi-phase load, which is exemplified here by an electronic switching device.
  • the discharge terminals 9 are each connected to a ground 11.
  • the input terminal 7 and the output terminal 8 are electrically connected via a current path 12.
  • a separator 13 and a monitoring device, 14 are arranged in the current path 12.
  • the disconnecting device 13 is designed as a normally closed contact in order to interrupt the current path 12 during an actuation.
  • the monitoring device 14 is designed to monitor a current in the current path 12.
  • the circuit breaker 2 also has a discharge path 15 which is connected at its one end to the current path 12 between the separator 13 and the output terminal 8 and at its other end to the discharge terminal 9.
  • a connecting device 16 is arranged, which is designed to connect through the discharge path 15 in an actuation. Accordingly, the connecting device 16 is designed as a closer.
  • the separating device 13 and the connecting device 16 are coupled to a common operation with a coupling device 17.
  • the coupling device 17 in this embodiment is a mechanical coupling device 17.
  • the coupling device 17, an actuating element is connected, which is also actuated upon actuation of the coupling device 17, so that the operation from the outside, i. from outside the circuit breaker (2), recognizable.
  • a manual actuation of the coupling device 17 and thus separating device 13 and the connecting device 16 can be performed by the actuating element.
  • the monitoring device 14 is executed, upon detection of an overcurrent, the separation device 13 and the To operate connecting device 16 via the coupling device 17.
  • the monitoring device 14 has a bi-metal switch 19 for continuous current monitoring in order to detect an excessive line current as an overcurrent.
  • the monitoring device 14 has a magnetic switch 20 with a magnetic quick release as short-circuit protection for fast operations to monitor a short-circuit current as overcurrent. In the magnetic switch 20, a magnetic field is generated by the overcurrent, so that with the aid of a relay coil and armature actuation of the coupling device 17 takes place.
  • FIGS. 4 and 5 schematically show the breakdown of the current I k through the output terminal 8 for a conventional circuit breaker and for a circuit breaker 2 of the described embodiment.
  • the current has fallen in the conventional circuit breaker only after about 4 ms to a safe level, while this is already the case with the circuit breaker 2 described here after about 0.2 ms.
  • Fig. 6 shows the operation of the circuit breaker 2 in detail.
  • the switching of the disconnecting device 13 and the connecting device 16 in this embodiment takes about 0.2 ms.
  • the entire current I c flows over as output current I k the output terminal 8 and thus the load.
  • the circuit breakers 2 are mechanically coupled to each other via a coupling element 21.
  • the automatic circuit breakers 2 can mutually transmit an actuation by their respective monitoring device 14 to the other automatic circuit breakers 2.
  • the coupling element 21 in this embodiment is designed as a separate component, which is connected in a manner not shown here in detail with the actuators of the three circuit breakers 2.
  • the coupling element 21 is designed with a manual actuator 22 for manual actuation of the coupled automatic circuit breakers 2.
  • the hand actuator 22 is designed for manual actuation both for the common disconnection and interconnection of the current paths 12, wherein the manual operation is recognizable from the outside via the hand actuator 22.
  • the fuse arrangement 1 is designed as an integral device. LIST OF REFERENCE NUMBERS fuse assembly 1 breaker 2 Power supply, supply line 3 phase 4 phase 5 phase 6 input terminal 7 output terminal 8th guard terminal 9 load 10 Dimensions 11 current path 12 separating device 13 monitoring device 14 discharge path 15 connecting device 16 coupling device 17 Bimetal switch 19 magnetic switches 20 coupling element 21 manual actuator 22

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sicherungsautomaten zur Absicherung einer Phase mit einer Eingangsklemme, einer Ausgangsklemme, einem Strompfad, der die Eingangsklemme und die Ausgangsklemme elektrisch leitend verbindet, einer Trennvorrichtung, die in dem Strompfad angeordnet und ausgeführt ist, diesen bei einer Betätigung zu unterbrechen, und einer Überwachungseinrichtung, die ausgeführt ist, den Strom in dem Strompfad zu überwachen und bei Erkennung eines Überstroms die Trennvorrichtung zu betätigen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Sicherungsanordnung mit einer Mehrzahl oben angegebener Sicherungsautomaten für die Verwendung in einer mehrphasigen Versorgungsleitung, wobei jede Phase mit einem Sicherungsautomaten gesichert ist.
  • In Stromkreisen werden elektrische Leitungen vor Erwärmung und Kurzschluss durch die Verwendung Sicherungseinrichtungen geschützt, die beispielsweise beim Auftreten eines Kurzschlusses eine Unterbrechung der Leitung herbeiführen. Derartige Sicherungseinrichtungen können als Sicherungsautomaten oder auch als Schmelzsicherungen ausgeführt sein.
  • Ein solcher Sicherungsautomat ist mit seiner Eingangsklemme mit einer Stromquelle verbunden. Seine Ausgangsklemme ist mit der Last verbunden, wobei die Eingangsklemme und die Ausgangsklemme über einen Strompfad verbunden sind. In dem Strompfad ist eine Trennvorrichtung angeordnet, die ausgeführt ist, diesen bei einer Betätigung zu unterbrechen. Die Trennvorrichtung ist üblicherweise als Schalter, genauer als Öffner, ausgeführt. Der Sicherungsautomat weist zusätzlich eine Überwachungseinrichtung auf, die den Strom in dem Strompfad überwacht. Bei der Erkennung eines Überstroms wird durch die Überwachungseinrichtung die Trennvorrichtung betätigt, so dass diese den Strompfad unterbricht. Üblicherweise weist der Sicherungsautomat ein Betätigungselement auf, welches bei der Betätigung der Trennvorrichtung betätigt wird, so dass das Betätigen der Trennvorrichtung von außen erkennbar ist. Über das Betätigungselement kann die Trennvorrichtung zusätzlich manuell betätigt werden, um die Unterbrechung aufzuheben oder herbeizuführen.
  • Beim Unterbrechen des Strompfads kommt es zu einem Lichtbogen, so dass der Strom in dem Strompfad nicht unmittelbar unterbrochen wird. Der Strom wird erst vollständig unterbrochen, wenn der Lichtbogen gelöscht ist. Daher werden bekannte Sicherungsautomaten üblicherweise mit Löschkammern ausgeführt, in welche der Lichtbogen hineinläuft und gelöscht wird. In der Löschkammer wird der Lichtbogen durch Löschbleche zerteilt und unterbrochen.
  • Ab dem Auftreten des Lichtbogens steigt der Widerstand über der Trennvorrichtung und der Strom nimmt ab. Die Ausschaltzeit bis zum Erlöschen des Lichtbogens beträgt bei bekannten Sicherungsautomaten wenigstens 4 ms. In dieser Zeit kann jedoch eine Beschädigung oder gar Zerstörung der mit der Ausgangsklemme des Sicherungsautomaten verbundenen Last erfolgen.
  • In mehrphasigen Versorgungssystemen wird jede Phase mit einem derartigen Sicherungsautomaten abgesichert.
  • In der Anwendung tritt vielfach das Problem auf, dass die zulässigen Parameter eines nachgeschalteten Schaltgerätes, beispielsweise ein Schütz oder ein Motorschaltgerät, überschritten werden können, sodass Sicherungsautomaten ausgewählt werden müssen, die schon bei geringen Strömen auslösen. Alternativ oder zusätzlich werden die Schaltgeräte überdimensioniert, was mit erhöhten Kosten verbunden ist und zu zusätzlichen Verlusten führen kann. Dies führt in Anwendungen mit hohen Spitzenströmen, wie sie beispielsweise beim Anlaufen von Motoren auftreten können, zu einem Designkonflikt. Auch ist jeweils eine individuelle Dimensionierung der Anlage erforderlich.
  • Darüber hinaus können aus dem Stand der Technik bekannte strombegrenzende Schaltelemente zwar schnell hohe Kurzschlussströme abschalten, wirken jedoch bei erhöhten Dauerströmen zu langsam, so dass durch die nachgelagerten Lasten und Schaltgeräte zu große Ströme fließen können. Dadurch wird eine Abstimmung zwischen dem Sicherungsautomaten, der Stromversorgung und der Last zusätzlich erschwert.
  • In diesem Zusammenhang wird gemäß der Norm IEC 60947-4-1 im Rahmen des Kurzschlussschutzes zwischen zwei Zuordnungsarten unterschieden, die den zulässigen Schädigungsgrad eines Gerätes bzw. einer Last bei Überströmen beschreiben. In der Zuordnungsart 1 dürfen nachgelagerte Geräte, wie zum Beispiel Schütze oder Halbleiterschaltgeräte, zerstört werden. In der Zuordnungsart 2 müssen die nachgelagerten Geräte prinzipiell funktionsfähig bleiben. Während mechanische Schaltgeräte, wie Schütze, häufig der Zuordnungsart 2 zugeordnet sind, erfüllen Halbleiterschaltgeräte, beispielsweise für Motoren, meist die Anforderungen der Zuordnungsart 1.
  • In diesem Zusammenhang ist aus der WO 2010/099903 A1 ein mehrpoliger elektrischer Selbstschalter, insbesondere ein mehrpoliger Leitungsschutzschalter, bekannt. Der Selbstschalter umfasst zwei nebeneinander angeordnete Selbstschalter, von denen jeder eine Reihenschaltung aus einem Hauptstrompfad, einem normalerweise geschlossenen ersten Schalter und einer elektromagnetischen Auslösevorrichtung, die zwischen einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss geschaltet ist, eine elektrothermischen Auslösevorrichtung, die parallel zu dem einen normalerweise geschlossenen zweiten Schalter aufweisenden Hauptstrompfad geschaltet ist, so dass die elektrothermische Auslösevorrichtung normalerweise von dem Hauptstrompfad überbrückt ist, und ein Schaltschloss zum Öffnen des ersten Schalters und zum Betätigen eines Mitnehmers, der die Schaltbewegungen des Schaltschlosses des einen Selbstschalters auf das Schaltschloss des anderen Selbstschalters überträgt. Die elektromagnetischen Auslösevorrichtung weist einen ersten Anker zum Öffnen des zweiten Schalters bei Erreichen eines ersten Schwellenstroms und einen zweiten Anker zum Öffnen des ersten Schalters und zum Betätigen des Schaltschlosses bei Erreichen eines zweiten Schwellenstroms auf, der größer als der ersten Schwellenstrom ist.
  • Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Sicherungsautomaten und eine Sicherungsanordnung der oben genannten Art anzugeben, die einen verbesserten Schutz von nachgeschalteten Lasten und Schaltgeräten vor Überströmen ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist somit ein Sicherungsautomat zur Absicherung einer Phase angegeben mit einer Eingangsklemme, einer Ausgangsklemme, einem Strompfad, der die Eingangsklemme und die Ausgangsklemme elektrisch leitend verbindet, einer Trennvorrichtung, die in dem Strompfad angeordnet und ausgeführt ist, diesen bei einer Betätigung zu unterbrechen, einer Ableitklemme, einem Ableitpfad, der an seinem einen Ende mit dem Strompfad zwischen der Trennvorrichtung und der Ausgangsklemme sowie an seinem anderen Ende mit der Ableitklemme verbunden ist, einer Verbindungsvorrichtung, die in dem Ableitpfad angeordnet und ausgeführt ist, diesen bei einer Betätigung durchzuverbinden, und einer Überwachungseinrichtung, die ausgeführt ist, den Strom in dem Strompfad zu überwachen und bei Erkennung eines Überstroms die Trennvorrichtung und die Verbindungsvorrichtung zu betätigen, so dass die Ströme während des Schaltens der Trennvorrichtung nach dem Schalten der Verbindungseinrichtung über die Ableitklemme abfließen, wobei die Überwachungseinrichtung ausgeführt ist, eine Dauerstromüberwachung und eine Kurzschlussstromüberwachung durchzuführen.
  • Erfindungsgemäß ist außerdem eine Sicherungsanordnung mit einer Mehrzahl oben genannter Sicherungsautomaten für die Verwendung in einer mehrphasigen Versorgungsleitung angegeben, wobei jede Phase mit einem Sicherungsautomaten gesichert ist, und die Sicherungsautomaten miteinander gekoppelt sind.
  • Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Sicherungsautomaten anzugeben, der durch die Verbindung von Dauerstrom und Kurzschlussstrom einen zuverlässigen Schutz von nachgeschalteten Lasten vor Überströmen gewährleistet, und dessen Schutzwirkung besonders schnell eintritt, indem Ströme während des Schaltens der Trennvorrichtung durch auftretende Lichtbögen über die Ableitklemme abgeleitet werden. Der Sicherungsautomat hat somit zwei Charakteristiken, zum einen den Leitungsschutz zum Schutz vor überhöhten Dauerströmen, die oberhalb eines zulässigen, maximalen Dauerstroms liegen, und zum anderen einen Kurzschlussschutz, um einen Schutz vor zu großen Spitzenströmen zu gewährleisten. Die Ströme während des Schaltens der Trennvorrichtung können nach dem Schalten der Verbindungseinrichtung über die Ableitklemme abfließen, sodass die Schutzfunktion des Sicherungsautomaten bereits sehr schnell eintritt. Abhängig von den Schaltzeiten der Verbindungseinrichtung können hier Zeiten in der Größenordnung von 0,2 ms erreicht werden, nach denen die Last im Wesentlichen ohne Strom ist.
  • Vorzugsweise ist die Überwachungseinrichtung zur gemeinsamen Betätigung der Trenneinrichtung und der Verbindungseinrichtung ausgeführt. Besonders bevorzugt erfolgt eine gleichzeitige Betätigung der Trenneinrichtung und der Verbindungseinrichtung durch die Überwachungseinrichtung.
  • Der Sicherungsautomat ist mit seiner Eingangsklemme mit einer Stromversorgung und an seiner Ausgangsklemme mit einer Last, die eine elektrische Schalteinrichtung aufweisen kann, verbindbar. Die Ableitklemme ist vorzugsweise mit einer Masse oder einem Nullleiter verbindbar, über den ein Strom beim Schalten abfließen kann. Die Trenneinrichtung ist vorzugsweise als Öffner zum Unterbrechen des Strompfads ausgeführt. Die Verbindungseinrichtung ist üblicherweise als Schließer zum Durchverbinden des Ableitpfades ausgeführt.
  • In mehrphasigen Stromversorgungen wird jeder Sicherungsautomat mit seiner Eingangsklemme mit einer Phase der Stromversorgung verbunden. Die Ableitklemmen sind vorzugsweise mit einer Masse oder einem PE-Leiter verbindbar, über die der Strom beim Schalten abfließen kann. Alternativ kann die Ableitklemme mit einer jeweils anderen Phase oder einem synthetischen Sternpunkt verbunden werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sicherungsautomat derart weitergebildet, dass die Überwachungseinrichtung einen Bi-Metallschalter zur Dauerstromüberwachung aufweist. Es wird also die Wärme in dem Strompfad erfasst, um einen überhöhten Leitungsstrom zu erfassen. Durch die Wahl der Bi-Metall Charakteristik kann das Schutzverhalten gewählt werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sicherungsautomat derart weitergebildet, dass die Überwachungseinrichtung einen Magnetschalter zur Kurzschlussstromüberwachung aufweist. Entsprechend kann eine magnetische Schnellauslösung als Kurzschlussschutz für schnelle Vorgänge, d.h. schnell auftretende Spitzenströme, erfolgen. Die Empfindlichkeit des Kurzschlussschutzes kann über die Eigenschaft des magnetischen Materials erreicht werden. Der zeitliche Verlauf des magnetischen Feldes entspricht einer Hysteresekurve. Vorzugsweise wird durch den Überstrom ein Magnetfeld erzeugt, so dass mit Hilfe einer Relaisspule und Anker eine Betätigung erfolgen kann.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sicherungsautomat derart weitergebildet, dass der Sicherungsautomat eine Koppeleinrichtung aufweist, mit der die Trennvorrichtung und die Verbindungsvorrichtung zur gemeinsamen Betätigung gekoppelt sind, und die Überwachungseinrichtung zur Betätigung der Trennvorrichtung und der Verbindungsvorrichtung über die Koppeleinrichtung ausgeführt ist. Die Überwachungseinrichtung muss also nur die Koppeleinrichtung betätigen, wodurch automatisch die Trennvorrichtung und die Verbindungsvorrichtung betätigt werden. Die Koppeleinrichtung kann prinzipiell beliebig ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Koppeleinrichtung eine elektrische oder elektronische Koppeleinrichtung sein. Besonders bevorzugt ist die Koppeleinrichtung eine mechanische Koppeleinrichtung. Weiter bevorzugt erfolgt die Betätigung der Koppeleinrichtung durch ein Relais.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sicherungsautomat derart weitergebildet, dass der Sicherungsautomat ein Betätigungselement aufweist, welches bei einer Betätigung durch die Überwachungseinrichtung betätigt wird, so dass die Betätigung von außen erkennbar ist. Vorzugsweise ist das Betätigungselement mit der Koppeleinrichtung verbunden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sicherungsautomat derart weitergebildet, dass das Betätigungselement ausgeführt ist, eine manuelle Betätigung der Trennvorrichtung und der Verbindungsvorrichtung auszuführen. Entsprechend kann der Sicherungsautomat manuell betätigt werden, um eine nachgeschaltete Last von der Stromversorgung zu trennen. Vorzugsweise ist das Betätigungselement mit der Koppeleinrichtung verbunden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Sicherungsanordnung derart weitergebildet, dass die Sicherungsautomaten mechanisch miteinander gekoppelt sind. Durch die mechanische Kopplung können die Sicherungsautomaten gegenseitig eine Betätigung durch ihre jeweilige Überwachungseinrichtung auf die anderen Sicherungsautomaten übertragen. Die mechanische Kopplung ist besonders zuverlässig und leicht herzustellen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Sicherungsanordnung derart weitergebildet, dass die Sicherungsautomaten ein Betätigungselement für eine manuelle Betätigung der Trennvorrichtung und der Verbindungsvorrichtung aufweisen, und die Sicherungsautomaten über ein Kopplungselement mechanisch miteinander gekoppelt sind. Die mechanische Kopplung ist besonders zuverlässig und ermöglicht eine einfache Übertragung der Betätigung zwischen den Sicherungsautomaten. Besonders bevorzugt ist das Kopplungselement als separates Bauteil zur Anbringung an den Betätigungselementen ausgebildet. Damit kann die Kopplung der Sicherungsautomaten flexibel durchgeführt werden. Insbesondere können verfügbare Sicherungsautomaten ohne Weiteres miteinander gekoppelt werden, so dass damit jederzeit eine Sicherungsanordnung gebildet werden kann.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Sicherungsanordnung derart weitergebildet, dass das Kopplungselement einen Handbetätiger zur manuellen Betätigung der gekoppelten Sicherungsautomaten aufweist. Somit kann auch die Sicherungsanordnung entsprechend der Betätigung der Sicherungsautomaten manuell betätigt werden, um die Last von der Stromversorgung für alle Phasen gleichzeitig zu trennen. Vorzugsweise ist der Handbetätiger zur manuellen Betätigung sowohl zum gemeinsamen Trennen der Strompfade der einzelnen Sicherungsautomaten wie auch zum Durchverbinden der Strompfade ausgeführt, entsprechend der Funktion des Betätigungselements des Sicherungsautomaten. Besonders bevorzugt ist der Handbetätiger derart ausgeführt, dass die Betätigung von außen erkennbar ist.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Sicherungsanordnung als integrales Gerät ausgeführt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    ein Schaltbild mit einer Sicherungsanordnung, die zwischen einer mehrphasigen Stromversorgung und einer mehrphasigen Last angeordnet ist,
    Fig. 2
    eine Detailansicht des Schaltbilds aus Fig. 1, in der nur ein Sicherungsautomat der Sicherungsanordnung dargestellt ist,
    Fig. 3
    eine Detailansicht des Schaltbilds aus Fig. 2, in welcher der in Fig. 2 gezeigte Sicherungsautomat im Detail dargestellt ist,
    Fig. 4
    ein Diagramm eines Laststromverlaufs bei Verwendung eines konventionellen Sicherungsautomaten bei der Erfassung eines Überstroms,
    Fig. 5
    ein Diagramm eines Laststromverlaufs bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Sicherungsautomaten bei der Erfassung eines Überstroms, und
    Fig. 6
    ein Diagramm mit den Stromverläufen im Strompfad, im Ableitpfad und über die Ausgangsklemme des Sicherungsautomaten.
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine erfindungsgemäße Sicherungsanordnung 1 mit einer Mehrzahl Sicherungsautomaten 2. Die Sicherungsanordnung 1 ist eingangsseitig an eine mehrphasige Stromversorgung 3 bzw. Versorgungsleitung angeschlossen, wobei jede Phase 4, 5, 6 mit einem Sicherungsautomaten 2 gesichert ist.
  • Jeder Sicherungsautomat 2 ist zur Absicherung einer Phase 4, 5, 6 ausgeführt und weist eine Eingangsklemme 7, eine Ausgangsklemme 8 und eine Ableitklemme 9 auf. Die Sicherungsautomaten 2 sind mit ihrer Eingangsklemme 7 jeweils mit einer Phase 4, 5, 6 und mit ihrer Ausgangsklemme 8 mit einer Last 10 verbunden. Die Last 10 ist eine mehrphasige Last, die hier beispielhaft durch ein elektronisches Schaltgerät dargestellt ist. Die Ableitklemmen 9 sind jeweils mit einer Masse 11 verbunden.
  • In dem Sicherungsautomaten 2 sind die Eingangsklemme 7 und die Ausgangsklemme 8 über einen Strompfad 12 elektrisch leitend verbunden. In dem Strompfad 12 sind eine Trennvorrichtung 13 und eine Überwachungseinrichtung, 14 angeordnet. Die Trennvorrichtung 13 ist als Öffner ausgeführt, um den Strompfad 12 bei einer Betätigung zu unterbrechen. Die Überwachungseinrichtung 14 ist ausgeführt, einen Strom in dem Strompfad 12 zu überwachen.
  • Der Sicherungsautomat 2 weist außerdem einen Ableitpfad 15 auf, der an seinem einen Ende mit dem Strompfad 12 zwischen der Trennvorrichtung 13 und der Ausgangsklemme 8 sowie an seinem anderen Ende mit der Ableitklemme 9 verbunden ist. In dem Ableitpfad 15 ist eine Verbindungsvorrichtung 16 angeordnet, die ausgeführt ist, den Ableitpfad 15 bei einer Betätigung durchzuverbinden. Entsprechend ist die Verbindungsvorrichtung 16 als Schließer ausgeführt.
  • Die Trennvorrichtung 13 und die Verbindungsvorrichtung 16 sind zur gemeinsamen Betätigung mit einer Koppeleinrichtung 17 gekoppelt. Die Koppeleinrichtung 17 in diesem Ausführungsbeispiel ist eine mechanische Koppeleinrichtung 17. Mit der Koppeleinrichtung 17 ist ein Betätigungselement verbunden, welches bei einer Betätigung der Koppeleinrichtung 17 ebenfalls betätigt wird, sodass die Betätigung von außen, d.h. von außerhalb des Sicherungsautomaten (2), erkennbar ist. Außerdem kann durch das Betätigungselement eine manuelle Betätigung der Koppeleinrichtung 17 und damit Trennvorrichtung 13 und der Verbindungsvorrichtung 16 ausgeführt werden.
  • Die Überwachungseinrichtung 14 ist ausgeführt, bei Erkennung eines Überstroms die Trennvorrichtung 13 und die Verbindungsvorrichtung 16 über die Koppeleinrichtung 17 zu betätigen. Die Überwachungseinrichtung 14 weist einen Bi-Metallschalter 19 zur Dauerstromüberwachung auf, um einen überhöhten Leitungsstrom als Überstrom zu erfassen. Außerdem weist die Überwachungseinrichtung 14 einen Magnetschalter 20 mit einer magnetischen Schnellauslösung als Kurzschlussschutz für schnelle Vorgänge zur Überwachung eines Kurzschlussstroms als Überstrom auf. In dem Magnetschalter 20 wird durch den Überstrom ein Magnetfeld erzeugt, so dass mit Hilfe einer Relaisspule und Anker eine Betätigung der Koppeleinrichtung 17 erfolgt.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen schematisch den Zusammenbruch des Strom Ik durch die Ausgangsklemme 8 für einen konventionellen Sicherungsautomaten und für einen Sicherungsautomaten 2 des beschriebenen Ausführungsbeispiels. Der Strom ist bei dem konventionellen Sicherungsautomaten erst nach etwa 4 ms auf einen ungefährlichen Wert gefallen, während dies bei dem hier beschriebenen Sicherungsautomaten 2 bereits nach etwa 0,2 ms der Fall ist.
  • Fig. 6 zeigt die Wirkungsweise des Sicherungsautomaten 2 im Detail. Ein Strom Ic, der durch die Eingangsklemme 7 fließt, wird von der Überwachungseinrichtung 14 als Überstrom erkannt, wodurch zum Zeitpunkt t = 0s eine Betätigung der Trennvorrichtung 13 und der Verbindungsvorrichtung 16 über die Koppeleinrichtung 17 ausgelöst wird. Entsprechend wird der Strompfad 12 durch die Trennvorrichtung 13 unterbrochen, und der Ableitpfad 15 wird über die Verbindungsvorrichtung 16 durchverbunden. Das Schalten der Trennvorrichtung 13 und der Verbindungsvorrichtung 16 in diesem Ausführungsbeispiel dauert etwa 0,2 ms. In dieser Zeit fließt der gesamte Strom Ic als Ausgangsstrom Ik über die Ausgangsklemme 8 und damit über die Last. Zum Zeitpunkt t = 0,2 ms ist der der Ableitpfad 15 durchverbunden, so dass ein Strom Ic1 an der Ableitklemme 9 bereits ungefähr gleich dem Strom Ic durch die Eingangsklemme 7 ist. Entsprechend bricht der Strom Ik über die Ausgangsklemme 8 zusammen und ist bereits zum Zeitpunkt t = 0,4 ms ungefähr Null.
  • Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, sind die Sicherungsautomaten 2 über ein Kopplungselement 21 mechanisch miteinander gekoppelt. Durch die mechanische Kopplung können die Sicherungsautomaten 2 gegenseitig eine Betätigung durch ihre jeweilige Überwachungseinrichtung 14 auf die anderen Sicherungsautomaten 2 übertragen. Das Kopplungselement 21 in diesem Ausführungsbeispiel ist als separates Bauteil ausgeführt, das auf hier nicht im Detail gezeigte Weise mit den Betätigungselementen der drei Sicherungsautomaten 2 verbunden ist. Das Kopplungselement 21 ist mit einem Handbetätiger 22 zur manuellen Betätigung der gekoppelten Sicherungsautomaten 2 ausgeführt. Der Handbetätiger 22 ist zur manuellen Betätigung sowohl zum gemeinsamen Trennen und Durchverbinden der Strompfade 12 ausgeführt, wobei über den Handbetätiger 22 die Betätigung von außen erkennbar ist.
  • In einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist die Sicherungsanordnung 1 als integrales Gerät ausgeführt. Bezugszeichenliste
    Sicherungsanordnung 1
    Sicherungsautomat 2
    Stromversorgung, Versorgungsleitung 3
    Phase 4
    Phase 5
    Phase 6
    Eingangsklemme 7
    Ausgangsklemme 8
    Ableitklemme 9
    Last 10
    Masse 11
    Strompfad 12
    Trennvorrichtung 13
    Überwachungseinrichtung 14
    Ableitpfad 15
    Verbindungsvorrichtung 16
    Koppeleinrichtung 17
    Bi-Metallschalter 19
    Magnetschalter 20
    Kopplungselement 21
    Handbetätiger 22

Claims (11)

  1. Sicherungsautomat (2) zur Absicherung einer Phase (4, 5, 6) mit
    einer Eingangsklemme (7),
    einer Ausgangsklemme (8),
    einem Strompfad (12), der die Eingangsklemme (7) und die Ausgangsklemme (8) elektrisch leitend verbindet,
    einer Trennvorrichtung (13), die in dem Strompfad (12) angeordnet und ausgeführt ist, diesen bei einer Betätigung zu unterbrechen,
    einer Ableitklemme (9),
    einem Ableitpfad (15), der an seinem einen Ende mit dem Strompfad (12) zwischen der Trennvorrichtung (13) und der Ausgangsklemme (8) sowie an seinem anderen Ende mit der Ableitklemme (9) verbunden ist,
    einer Verbindungsvorrichtung (16), die in dem Ableitpfad (15) angeordnet und ausgeführt ist, diesen bei einer Betätigung durchzuverbinden, und
    einer Überwachungseinrichtung (14), die ausgeführt ist, den Strom in dem Strompfad (12) zu überwachen und bei Erkennung eines Überstroms die Trennvorrichtung (13) und die Verbindungsvorrichtung (16) zu betätigen, so dass die Ströme während des Schaltens der Trennvorrichtung (13) nach dem Schalten der Verbindungseinrichtung (16) über die Ableitklemme (9) abfließen, wobei
    die Überwachungseinrichtung (14) ausgeführt ist, eine Dauerstromüberwachung und eine Kurzschlussstromüberwachung durchzuführen.
  2. Sicherungsautomat (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Überwachungseinrichtung (14) einen Bi-Metallschalter (19) zur Dauerstromüberwachung aufweist.
  3. Sicherungsautomat (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Überwachungseinrichtung (14) einen Magnetschalter (20) zur Kurzschlussstromüberwachung aufweist.
  4. Sicherungsautomat (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Sicherungsautomat (2) eine Koppeleinrichtung (17) aufweist, mit der die Trennvorrichtung (13) und die Verbindungsvorrichtung (16) zur gemeinsamen Betätigung gekoppelt sind, und
    die Überwachungseinrichtung (14) zur Betätigung der Trennvorrichtung (13) und der Verbindungsvorrichtung (16) über die Koppeleinrichtung (17) ausgeführt ist.
  5. Sicherungsautomat (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Sicherungsautomat (2) ein Betätigungselement aufweist, welches bei einer Betätigung durch die Überwachungseinrichtung (14) betätigt wird, so dass die Betätigung von außen erkennbar ist.
  6. Sicherungsautomat (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Betätigungselement ausgeführt ist, eine manuelle Betätigung der Trennvorrichtung (13) und der Verbindungsvorrichtung (16) auszuführen.
  7. Sicherungsanordnung (1) mit einer Mehrzahl Sicherungsautomaten (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Verwendung in einer mehrphasigen Versorgungsleitung (3), wobei
    jede Phase (4, 5, 6) mit einem Sicherungsautomaten (2) gesichert ist, und
    die Sicherungsautomaten (2) miteinander gekoppelt sind.
  8. Sicherungsanordnung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 7, wobei
    die Sicherungsautomaten (2) mechanisch miteinander gekoppelt sind.
  9. Sicherungsanordnung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 8, wobei
    die Sicherungsautomaten (2) ein Betätigungselement für eine manuelle Betätigung der Trennvorrichtung (13) und der Verbindungsvorrichtung (16) aufweisen, und
    die Sicherungsautomaten (2) über ein Kopplungselement (21) mechanisch miteinander gekoppelt sind.
  10. Sicherungsanordnung (1)nach dem vorhergehenden Anspruch 9, wobei
    das Kopplungselement (21) einen Handbetätiger (22) zur manuellen Betätigung der gekoppelten Sicherungsautomaten (2) aufweist.
  11. Sicherungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    die Sicherungsanordnung (1) als integrales Gerät ausgeführt ist.
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