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WO2014095918A1 - Sicherungsautomat mit hilfskurzschluss - Google Patents

Sicherungsautomat mit hilfskurzschluss Download PDF

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Publication number
WO2014095918A1
WO2014095918A1 PCT/EP2013/076971 EP2013076971W WO2014095918A1 WO 2014095918 A1 WO2014095918 A1 WO 2014095918A1 EP 2013076971 W EP2013076971 W EP 2013076971W WO 2014095918 A1 WO2014095918 A1 WO 2014095918A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit breaker
current
automatic circuit
monitoring
designed
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/076971
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Elmar Schaper
Lutz Heuer
Detlev Schürgens
Bernd Schulz
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & 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 & Co. Kg filed Critical Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
Priority to EP13814880.4A priority Critical patent/EP2932521B1/de
Priority to US14/652,722 priority patent/US20150348734A1/en
Priority to RU2015128479A priority patent/RU2015128479A/ru
Priority to CN201380066141.7A priority patent/CN104871281B/zh
Publication of WO2014095918A1 publication Critical patent/WO2014095918A1/de

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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 protecting a phase with an input terminal, an output terminal, a current path electrically connecting the input terminal and the output terminal, a separation device incorporated in the
  • Rung is arranged and designed to interrupt this in one operation, and a
  • Monitoring device that is designed to monitor the current in the current path and upon detection of a
  • the invention relates to a fuse arrangement with a plurality of above-mentioned circuit breaker for the
  • Such safety devices can as circuit breakers or as
  • 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. In the current path, a separator is arranged, the
  • the separator is usually designed as a switch, more precisely as an opener.
  • the monitoring device that monitors the current in the current path. When detecting an overcurrent by the monitoring device is the
  • the separator can be additionally operated manually to cancel or bring the interruption.
  • circuit breakers are usually carried out with extinguishing chambers, in which the arc
  • the arc is divided by quenching plates and interrupted.
  • 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. In multi-phase supply systems, each phase is protected with such a circuit breaker.
  • Switching devices 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.
  • the invention is therefore the object of a
  • Input terminal and the output terminal electrically conductively connects, a disconnecting device, which is arranged in the current path and designed to interrupt this on actuation, a discharge terminal, a discharge path, which at one end to the current path between the
  • each phase is secured with a circuit breaker and the circuit breakers are coupled together.
  • 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
  • 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. Depending on the switching times of the connection device times can be in the
  • the monitoring device for the monitoring device for the monitoring device.
  • Connecting device executed. Particularly preferred is a simultaneous actuation of the separating device and the connecting device by the
  • the circuit breaker is with its input terminal with a power supply and at its output terminal with a load, which is an electrical switching device
  • the discharge terminal is
  • the separating device is preferably designed as an opener for interrupting the current path.
  • Connecting device is usually designed as a closer for connecting through the Ableitpfades.
  • the Ableitklemmen are preferably with a ground or a PE conductor
  • the discharge terminal can be connected to a different phase or a synthetic star point.
  • Monitoring device a bi-metal switch for
  • Monitoring device a magnetic switch for
  • Short-circuit current monitoring has. 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.
  • Automatic circuit breaker has a coupling device with which the separating device and the connecting device are coupled for common operation, and the
  • 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
  • the actuation of the coupling device is effected by a relay.
  • Automatic 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 with the
  • the circuit breaker can be manually operated to disconnect a downstream load from the power supply.
  • the circuit breaker can be manually operated to disconnect a downstream load from the power supply.
  • Transferring automatic circuit breakers The mechanical coupling is particularly reliable and easy to manufacture.
  • Automatic circuit breakers are mechanically coupled to each other via a coupling element.
  • the mechanical coupling is particularly reliable and allows easy
  • Coupling element formed as a separate component for attachment to the actuators. This can be the
  • Coupling the circuit breakers are flexible.
  • available circuit breakers can readily be coupled together, so that at any time a fuse arrangement can be formed.
  • a fuse arrangement can be formed.
  • Coupling element a manual actuator for manual
  • the fuse arrangement can also be operated manually according to the operation of the circuit breaker to the load of the power supply for all phases
  • 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 hand actuator such as
  • Safety arrangement designed as an integral device.
  • FIG. 1 is a circuit diagram with a fuse arrangement, which is arranged between a multi-phase power supply and a multi-phase load,
  • Fig. 2 is a detail view of the circuit diagram of Fig. 1, in which only a circuit breaker of
  • FIG. 3 is a detail view of the circuit diagram of Fig. 2, in which the circuit breaker shown in Fig. 2 is shown in detail
  • Fig. 4 is a diagram of a load current waveform at
  • FIG. 5 is a diagram of a load current waveform at
  • FIG. 6 is a diagram showing the current waveforms in the current path, the discharge path and the output terminal of the circuit breaker.
  • FIGS 1 to 3 show an inventive
  • Safety arrangement 1 with a plurality
  • 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.
  • Automatic circuit breakers 2 are with their input terminal 7 each with a phase 4, 5, 6 and with their
  • the load 10 is a multi-phase load, which is exemplified here by an electronic switching device.
  • 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.
  • the current path 12 are a
  • the separator 13 is an opener
  • the monitoring device 14 is
  • 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 designed as normally open.
  • the separating device 13 and the connecting device 16 are coupled to a common operation with a coupling device 17.
  • Embodiment is a mechanical coupling device 17. With the coupling device 17, an actuating element is connected, which upon actuation of the
  • Coupling device 17 is also actuated, so that the operation from the outside, i. from outside the
  • Coupling device 17 and thus separating device 13 and the connecting device 16 are executed.
  • the monitoring device 14 is executed at
  • the monitoring device 14 has a bimetal 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.
  • Magnetic switch 20 is generated by the overcurrent of a magnetic field, so that with the aid of a relay coil and armature actuation of the coupling device 17 is carried out.
  • Figures 4 and 5 show schematically the breakdown of the current I k through the output terminal 8 for a
  • Embodiment The current is in the conventional circuit breaker only after about 4 ms to one
  • FIG. 6 shows the operation of the circuit breaker 2 in detail.
  • the automatic circuit breakers 2 are mechanically coupled to one another via a coupling element 21. Due to the mechanical coupling, the
  • Automatic circuit breakers 2 mutually transmit an operation by their respective monitoring device 14 to the other 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 provided with a
  • Manual actuator 22 for manual operation of the coupled circuit breakers 2 executed.
  • 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.
  • Embodiment is the fuse arrangement 1 as

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen 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, wobei die Überwachungseinrichtung (14) ausgeführt ist, eine Dauerstromüberwachung und eine Kurzschlussstromüberwachung durchzuführen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Sicherungsanordnung (1) mit einer Mehrzahl solcher Sicherungsautomaten (2).

Description

Sicherungsautomat mit Hilfskurzschluss 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 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
Ausschalt zeit 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. 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, 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 Icl 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. Bezugs zeichenliste
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

Patentansprüche
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, 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 (l)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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