RITZER, Thomas (Tettelbachstr. 1, Burglengenfeld, 93133, DE)
Patentansprüche
1. Selektiver Hauptleitungsschutzschalter, in dem hinter einem Schalter in einem ersten Knotenpunkt (KNl) ein Neben- strompfad von einem Hauptstrompfad abzweigt und sich in einem zweiten Knotenpunkt (KN2) wieder mit dem Hauptstrompfad ver ¬ einigt, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Schalter steuerndes Bimetallelement (B) derart ange- ordnet ist, dass es in seiner ganzen Länge (Bl) in dem Neben- strompfad liegt und dass ein Teillängenabschnitt (B2) des Bitmetallelements auch in dem Hauptstrompfad liegt, so dass sich der zweite Knotenpunkt (KN2) auf dem Bimetallelement (B) befindet .
2. Selektiver Hauptleitungsschutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite des Bimetallelements (B) über seine Länge än ¬ dert .
3. Selektiver Hauptleitungsschutzschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Teillängenabschnitt des Bimetallelements (B) , der sowohl in dem Neben- als auch in dem Hauptstrompfad liegt, breiter ist als der nur in dem Nebenstrompfad liegende Abschnitt des Bimetallelements (B) .
4. Selektiver Hauptleitungsschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er kein weiteres Bimetallelement umfasst.
5. Selektiver Hauptleitungsschutzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bimetallelement (B) ein Auslösehebel (AH) angebracht ist, der bei einem durch Stromfluss durch das Bimetallele- ment (B) für hervorgerufenen Verbiegen des Bimetallelements (B) den Schalter öffnet. |
Beschreibung
Selektiver Hauptleitungsschützschalter
Die Erfindung betrifft einen selektiven Hauptleitungsschutzschalter, in dem hinter einem Schalter in einem ersten Knotenpunkt ein Nebenstrompfad von einem Hauptstrompfad abzweigt und sich in einem zweiten Knotenpunkt wieder mit dem Hauptstrompfad vereinigt.
Ein solcher selektiver Hauptleitungsschutzschalter befindet sich auf dem Markt, beispielsweise von der Firma ABB.
Im Stand der Technik werden Bimetallelemente dazu eingesetzt, mittelbar den Schalter zu öffnen und zu schließen. Im Stand der Technik werden jedoch immer mehrere Bimetallelemente verwendet. Dies ist platzaufwendig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen kompakten selektiven Hauptleitungsschutzschalter zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen selektiven Hauptlei ¬ tungsschutzschalter mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
Dementsprechend ist ein den Schalter steuerndes Bimetallele ¬ ment derart angeordnet, dass es in seiner ganzen Länge in dem Nebenstrompfad liegt, und dass ein Teillängenabschnitt des Bimetallelements auch in dem Hauptstrompfad liegt, so dass sich der zweite Knotenpunkt auf dem Bimetallelement befindet.
Durch diese Maßnahme ist das Bimetallelement sowohl im Haupt ¬ strom als auch im Nebenstrompfad verwendet. Beispielsweise kann es im Nebenstrompfad zur Auslösung des Schalters dienen, wenn im Nebenstrompfad ein Kurzschlussstrom fließt. Im Haupt- strompfad kann es bei überstrom wirksam werden.
Durch die Nutzung eines einzigen Bimetallelements für zwei verschiedene Zwecke entfällt das zweite Bimetallelement, und
der selektive Hauptleitungsschutzschalter ist platzsparend gebaut .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich die Breite des Bimetallelements über seine Länge. Beispielsweise kann der gemeinsame Teillängenabschnitt des Bimetallelements, der sowohl in dem Nebenstrompfad, als auch in dem Hauptstrompfad liegt, breiter sein als der nur in dem Nebenstrompfad liegende Abschnitt des Bimetallelements. Je nach Lage des zweiten Knotenpunkts, also je nach Länge des Teillängenabschnitts, kann der ohmsche Widerstand des Teillängenabschnitts im Ver ¬ gleich zum ohmschen Widerstand des gesamten Bimetallelements passend gestaltet sein, so dass der Teillängenabschnitt bei überstrom wirksam wird und das Bimetallelement in Volllänge bei Kurzschlussstrom wirksam wird.
Der selektive Hauptleitungsschutzschalter muss kein weiteres Bimetallelement umfassen, weil er in kompakter Weise ein einziges Bimetallelement für zwei verschiedene Zwecke verwendet.
An dem Bimetallelement kann ein Auslösehebel angebracht sein, der bei einem durch Stromfluss durch das Bimetallelement her ¬ vorgerufenen Verbiegen des Bimetallelements den Schalter öffnet, beispielsweise auf ein Schloss einwirkt, das den Schal- ter öffnet.
Im nachfolgenden wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:
FIG 1 schematisch den Schalter im Hauptstrompfad und seine Ansteuerung zeigt,
FIG 2a bis 2c jeweils in einer Prinzipskizze den Aufbau des selektiven Hauptleitungsschutzschalters unter Hervorhebung der aktiven Elemente zeigt sowie schematisch daneben den im Hauptstrompfad befindlichen Schalter, und dies in verschiedenen Situationen vor und bei einem Vorliegen eines KurzSchlussStromes,
FIG 3 schematisch die Verschaltung des Bimetallelements darstellt,
FIG 4 eine Prinzipskizze des selektiven Hauptlei ¬ tungsschutzschalters nach länger wirkendem Kurzschlussstrom darstellt.
Der hier beschriebene selektive Hauptleitungsschutzschalter besteht aus zwei Schaltereinheiten, an denen die Kontakte Kl und K2 geöffnet und geschlossen werden. Die Schaltereinhei- ten, die im Folgenden nur noch verkürzt als Schalter bezeichnet werden (wobei also der Hauptleitungsschutzschalter zwei Schalter umfasst) , sind an verschiedenen Stellen in dem selektiven Hauptleitungsschutzschalter angeordnet. FIG 1 zeigt den zweiten Schalter, der im Hauptstrompfad angeordnet ist. Der zweite Schalter öffnet und schließt an einer Kontaktflä ¬ che K2 vermittels eines Bewegkontakts BK, der von einer Feder Fl vorgespannt ist. Der Bewegkontakt BK weist eine hier ge ¬ zeigte Rundung auf, die an der Kontaktfläche K2 anliegt, wo ¬ durch das Fließen von größeren Strömen über die Kontaktfläche K2 und den Bewegkontakt BK möglich ist (Hauptstrompfad) .
Eine mit Sp bezeichnete Spule ist in dem selektiven Hauptlei ¬ tungsschutzschalter vor einem Knotenpunkt KNl, wie in FIG 2a in der Prinzipskizze des selektiven Hauptleitungsschutzschal- ters auf der linken Seite gezeigt, angeordnet, so dass jeder ¬ zeit der durch den Hauptleitungsschutzschalter fließende Strom auch durch die Spule Sp fließt. In der Spule Sp ist ein Schlaganker SA angeordnet, der mittels eines (hier nicht be ¬ schrifteten) Schlagelements auf den Bewegkontakt BK einwirken kann, wenn er von der Spule Sp bewegt wird. Dies ist dann der Fall, wenn der Strom die Spule Sp einen bestimmten Stromwert überschreitet (bei Kurzschluss) . Neben der Spule Sp ist fer ¬ ner ein Klappanker KA angeordnet, der gegen die Kraft einer Feder F2, welche ihn von Spule Sp wegdrängt, von der Spule Sp angezogen werden kann. Ein Rastelement RE an dem Bewegkontakt BK wirkt mit einer Rastnase RN an dem Klappanker KA zusammen.
Wie sich aus der Prinzipskizze in FIG 2a links ergibt, ist der in FIG 1 gezeigte Schalter mit dem Kontakt/der Kontaktfläche K2 in einem Hauptstrompfad angeordnet, der sich von dem durch einen Widerstand R als hochohmig gekennzeichneten Nebenstrompfad am Knotenpunkt KNl abtrennt und sich mit die ¬ sem in einem Knotenpunkt KN2 wieder vereinigt. Es ist nur ein Bimetallelement B mit einer Volllänge von Bl und einer Teil ¬ länge von B2 in dem selektiven Hauptleitungsschutzschalter vorgesehen .
Die genaue Verschaltung des Bimetallelements B ist in FIG 3 zu erkennen.
Das Bimetallelement B ist sowohl mit dem Nebenstrompfad als auch mit dem Hauptstrompfad verschaltet. Es liegt jedoch nicht hinter dem Knotenpunkt KN2, in dem sich Nebenstrompfad und Hauptstrompfad vereinigen, sondern der Knotenpunkt KN2 liegt auf (bzw. auch in) dem Bimetallelement B. Das Bimetall ¬ element B besteht aus zwei plattenförmigen Metallelementen. Wird das Bimetallelement B dadurch erwärmt, dass Strom über es fließt (über eine bestimmte Grenze hinaus) , so biegt es sich, und über einen Auslösehebel AH wirkt es auf das Schloss Seh ein, welches den ersten Schalter, der in der Prinzipskizze durch den Kontakt Kl bezeichnet ist, ein. Es ist nun eine durch den oberen Pfeil in FIG 3 angedeutete Volllänge des Bi ¬ metalls in den Nebenstrompfad verschaltet, während eine durch den unteren Pfeil in FIG 3 angedeutete Teillänge des Bime ¬ talls B im Hauptstrompfad verschaltet ist. Unter „Volllänge" oder „ganze Länge" des Bimetallelements B wird in der vorlie- genden Anmeldung die wirksame Länge, welche eingesetzt wird, verstanden .
Die Verschaltung des Bimetallelements B ist in den Prinzipskizzen in den FIG 2a bis 2c links durch die Stufenform des Bimetallelements B und den Knotenpunkt KN2 veranschaulicht.
FIG 2a zeigt nun die Normalsituation: Es fließt Strom über den Hauptstrompfad. Nur ein geringer Anteil fließt wegen der Hochohmigkeit des Nebenstrompfads über den Nebenstrompfad.
Der in FIG 1 und in den FIG 2a bis 2c rechts gezeigte Schal ¬ ter ist zunächst geschlossen, siehe FIG 2a rechts. In den Prinzipskizzen des selektiven Hauptleitungsschutzschalters in den FIG 2a bis 2c links sind die aktiven Elemente jeweils mit durchgezogenen Linien bezeichnet und die inaktiven mit ge- strichelten Linien. In FIG 2a sind der Schlaganker SA, der Klappanker KA sowie auch der Auslösehebel AH und damit das Schloss Seh inaktiv.
überschreitet nun der Strom einen bestimmten Wert, d. h. ist zu einem Kurzschluss gekommen, zieht die Spule Sp in den
Schlaganker SA an, und der Schlaganker SA drückt den Bewegkontakt BK von der Kontaktfläche K2 weg. Mit anderen Worten wird der Schalter geöffnet. Gleichzeitig wird der Klappan ¬ ker KA von der Spule Sp angezogen. Diese Situation ist in FIG 2b rechts dargestellt.
Unabhängig davon, ob sich Bewegkontakt BK oder Klappanker KA zuerst bewegt, oder ob sie sich gleichzeitig bewegen, kommt das Rastelement RE, welches stabförmig von dem Bewegkontakt BK wegsteht, in Eingriff unter die Rastnase RN. Sie wird ge ¬ gen die Kraft der Feder Fl gehalten, unabhängig von der Kraftwirkung des Schlagankers SA. Durch die in FIG 2b gezeig ¬ te Situation kommt es also zur öffnung des Schalters und da ¬ mit dazu, dass der Strom über den hochohmigen Nebenstrompfad fließt und nicht mehr über den Hauptstrompfad. Durch die
Hochohmigkeit des Nebenstrompfads wird der Strom in seiner Höhe verringert, beispielsweise von 10 kA auf 600 A.
Da die Spule Sp nunmehr noch gering erregt ist, fährt der Schlaganker zurück in die in FIG 2c rechts gezeigte Position. Nun sind Spule Sp als auch Klappanker KA so ausgelegt, dass der Klappanker KA beim Fließen des Kurzschlussstroms von 600 A über den Nebenstrompfad angezogen bleibt. An sich könn-
te der Bewegkontakt BK unter der Wirkung der Feder Fl daher in die in FIG 2a rechts gezeigte Stellung zurückkehren. Wegen des Vorhandenseins der Rastnase RN bleibt jedoch das Rastele ¬ ment RE verrastet .
Erfindungsgemäß ist also auch durch den Wechsel des Stroms von dem Hauptstrompfad zum Nebenstrompfad die öffnung des Schalters und die Trennung des Bewegkontakts BK von der Kon ¬ taktfläche K2 nicht aufgehoben, der Schalter im Hauptstrom- pfad schließt nicht, solange noch der Kurzschluss besteht. Das im Stand der Technik störende Pumpen tritt somit nicht mehr auf.
Der Klappanker KA und die Spule Sp sind so ausgelegt, dass der Klappanker KA solange angezogen wird, wie der Strom über die Spule Sp einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet. Dieser vorgegebene Wert beträgt beispielsweise 580 A. Fließen also weniger als 580 A über den Nebenstrompfad, bedeutet dies, dass kein Kurzschluss mehr vorhanden ist. Nun kehrt der Klappanker KA in die in FIG 2a rechts gezeigte Stellung zu ¬ rück, dadurch löst sich das Rastelement RE von der Rastnase RN und auch der Bewegkontakt BK kehrt in die Schließstellung des Schalters zurück, d. h. kommt wieder in Anlage an die Kontaktfläche K2.
Bleibt der Kurzschluss jedoch weiter bestehen, so wirkt das Bimetallelement B. Diese Situation ist in FIG 4 veranschau ¬ licht, wobei abermals die aktiven Elemente durch durchgezoge ¬ ne Linie gekennzeichnet sind. Fließt der Strom von 600 A (o- der mehr) , also der begrenzte Kurzschlussstrom, über eine bestimmte Dauer über den Nebenstrompfad und somit über die ge ¬ samte Länge des Bimetallelements B, so erwärmt sich aufgrund des ohmschen Widerstands das Bimetallelement B, verbiegt sich und wirkt über den Auslösehebel AH auf das Schloss Seh ein und öffnet den ersten Schalter, der wegen „Kontakt 1" hier mit Kl bezeichnet ist, siehe FIG 4. Dadurch wird abermals der Strom in die Spule unterbrochen und Klappanker KA wie auch Schlaganker SA werden inaktiv, und der zweite Schalter im
Hauptstrompfad wird geschlossen. Letzteres hat aber weiter keinen Einfluss, weil durch das öffnen des ersten Schalters Kl der Kurzschlussstrom endgültig unterbrochen ist. Mit anderen Worten ist in FIG 4 die zweite Stufe erreicht. Während in der ersten Stufe vom Hauptstrompfad auf den Nebenstrompfad gewechselt wurde, bewirkt das Bimetallelement B die länger ¬ fristige Abschaltung auch des Nebenstrompfads .
Die Tatsache, dass das Bimetallelement B auch im Hauptstrom- pfad verschaltet ist, wirkt sich insbesondere dann aus, wenn überströme fließen, die aber noch keinen Kurzschlussstrom darstellen. Auch überströme können auf Dauer elektrische Einrichtungen beschädigen. Ein überstrom bewirkt jedoch noch keine Auslösung des Schlagankers SA oder des Klappankers KA. Der zweite Schalter im Hauptstrompfad wird daher nicht geöff ¬ net. Ein überstrom bewirkt aber auf Dauer eine Erwärmung des Bimetallelements B, weil ein Teilabschnitt von ihm ebenfalls im Hauptstrompfad liegt. Ist der in FIG 3 durch den unteren Pfeil angedeutete Strom ein überstrom, so verbiegt sich das Bimetallelement B, und der Auslösehebel AH löst auch dann das Schloss Seh aus, und die in FIG 4 gezeigte Situation tritt ein .
Das erfindungsgemäße Bimetallelement B ist also so angeord- net, dass ein Kurzschlussstrom dauerhaft ganz abgeschaltet wird und auch ein überstrom abgeschaltet wird. Zur Abschal ¬ tung des Kurzschlussstroms dient es, dass ein Abschnitt (vor ¬ liegend der gesamte Abschnitt) des Bimetallelements B im Ne ¬ benstrompfad angeordnet ist. Zur Abschaltung des überstroms dient es, dass ein Teilabschnitt des Bimetallelements B im Hauptstrompfad angeordnet ist.
Das Bimetallelement B muss nicht die in FIG 3 gezeigte recht ¬ eckige Form aufweisen, sondern kann beispielsweise hinter dem Knotenpunkt KN2 verbreitert sein gegenüber dem Abschnitt vor dem Knotenpunkt KN2, so dass es im Hauptstrompfad niederohmi- ger wird. Dies kann von der Quantifizierung der Kurzschluss-
ströme und der überströme abhängig sein, wie auch die Lage des Knotenpunkts KN2.
Der mit den beiden unabhängigen erfindungsgemäßen Maßnahmen des Vorsehens eines geeigneten Klappankers KA einerseits, als auch eines geeignet verschalteten Bimetallelements B anderer ¬ seits erzielte Effekt ist, dass der selektive Hauptleitungs ¬ schutzschalter einerseits nicht mehr das Phänomen des Pumpen zeigt, andererseits sowohl bei Kurzschlussströmen als auch bei überströmen zuverlässig abschaltet.