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Title:
ELECTRICAL BREAKER DEVICE FOR CURRENT LEAKAGE, CURRENT OVERLOAD AND SHORT-CIRCUIT PROTECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/043095
Kind Code:
A1
Abstract:
An electrical breaker device for current leakage, current overload and short-circuit protection is disclosed, with a contact junction (29) in the current path (28), a breaker lock for permanent opening of the contact junction and means for the determination of the leakage current, current overload and short-circuit current. Said means comprise two permanent magnets (16, 17), arranged with the same sense poles opposite each other, whereby a rigidly fixed core (18) of magnetic material is fixed between the opposing same sense poles of the permanent magnets (10). The permanent magnets (16, 17) are at least partly surrounded by at least one coil (20, 22), through which a leakage current, overload current, or short-circuit current flow(s), such that on a current flow occurring in the coil, the magnetic field is altered such that a relative movement of the displaceable components occurs, transmitted either directly to the contact junction or by means of the breaker lock.

Inventors:
SIEDELHOFER BERND (DE)
HABEDANK WINRICH (DE)
PUHR-WESTERHEIDE JOERG (DE)
THROM HEINZ (DE)
KAHL WALTER (DE)
FRITSCH KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/012889
Publication Date:
May 30, 2002
Filing Date:
November 08, 2001
Export Citation:
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Assignee:
ABB PATENT GMBH (DE)
SIEDELHOFER BERND (DE)
HABEDANK WINRICH (DE)
PUHR WESTERHEIDE JOERG (DE)
THROM HEINZ (DE)
KAHL WALTER (DE)
FRITSCH KLAUS (DE)
International Classes:
H01H71/14; H01H71/28; H01H71/32; H01H71/24; H01H83/22; (IPC1-7): H01H71/28
Foreign References:
DE1538370A11970-02-12
EP0074576A21983-03-23
EP0621618A21994-10-26
DE3125145A11983-01-13
Attorney, Agent or Firm:
Miller, Toivo (ABB Patent GmbH Postfach 11 40 Ladenburg, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektrische Schalteinrichtung für Fehlerstrom, Überstromund Kurzschluß strom Schutz, mit einer Kontaktstelle (29) im Strompfad (28) und einem Schaltschloß (34) zur bleibenden Öffnung der Kontaktstelle und mit Mitteln zur Erfassung des Fehler stromes, des Überstromes und des Kurzschluß Stromes, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zwei Permanentmagnete (16,17), die mit ihren gleichnamigen Polen sich gegenüber stehen, umfassen, wobei zwischen den aufeinanderzuweisenden gleichna migen Polen der Permanentmagnete, von denen einer fest und der andere beweglich geführt ist, ein mit einem der Permanentmagnete (10) fest verbundener Kern (18) aus magnetischem Material vorgesehen ist, dass die Permanentmagnete (16,17) wenig stens teilweise von wenigstens einer Spule (20,22) umgeben sind, die von einem Feh lerstrom, Überstrom oder Kurzschlußstrom durchflossen ist bzw. sind, sodass bei Auf treten eines Stromflusses in der Spulen das magnetische Feld derart verändert wird, dass eine Relativbewegung des beweglichen Teiles erfolgt, die direkt oder über das Schaltschloß auf die Kontaktstelle übertragen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (18) mit dem beweglichen zweiten Permanentmagneten (17) fest verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Spule mit einem Ende eine Energiespeicherschaltung (25) verbunden ist, deren ande res Ende mit der Sekundärwicklung (26) eines Stromwandlers (27) verbunden ist, so dass ein Fehlerstrom detektiert wird, sodass sich das Magnetfeld des Auslösers verän dert.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Spule (22) vorgesehen ist, die direkt im Strompfad (28) liegt und die Über ströme oder Kurzschlußströme detektiert.
5. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (18) aus einem Material besteht, das bei steigender Temperaturen seine ma gnetischen Eigenschaften, insbesondere seine Permeabilität, ändert und bei erhöhter Temperaturen in die Sättigung geht.
6. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Joch (11) als Rückschluss vorgesehen ist und dass das feststehende Teil (16) am Joch befestigt ist.
7. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand sich die Magnete mit dem Kern berühren und anziehen und bei Strom fluß durch die Spulen sich abstoßen.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand die Magnete auf Abstand gehalten sind und sich bei Stromfluß durch die Spulen anziehen.
9. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete mit dem Kern von einem inneren Spulenkörper aus nicht magnetischen Material umgeben und geführt sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dass die innere Spule (20) von einem zweiten Spulenkörper (21) umgeben ist.
11. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der sich berührenden Teile mit einer Antihaftschicht beschichtet sind.
Description:
Elektrische Schalteinrichtung für Fehlerstrom-, Überstrom-und Kurzschlußstromschutz Beschreibung Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung für Fehler-, Überstrom-und Kurzschlußstromschutz gemäß dem Oberbegriffs des Anspruches 1.

Die derzeit bekannten elektrischen Schaltgeräte besitzen, wenn sie für Überstrom-und Kurzschlußstromschutz verwendet werden sollen, einen thermischen Auslöser in Form eines Thermobimetalls, das bei Auftreten eines Überstromes ausbiegt und dabei ein Schaltschloß entklinkt, wodurch eine Kontaktstelle im Schaltgerät bleibend geöffnet wird. Für Kurzschlußschutz ist ein elektromagnetischer Auslöser vorgesehen, der einen Magnetkern und einen beweglichen Magnetanker aufweist, die von einer Spule umge- ben sind, mit dem einerseits die Kontaktstelle direkt geöffnet und andererseits ein Schaltschloß entklinkt wird, sodass in diesem Fall die Kontaktstelle bleibend geöffnet ist. Für beide Auslösemethoden sind zwei Auslöser vorzusehen, nämlich der thermische Auslöser und der elektromagnetische Auslöser..

Wenn das Schaltgerät einen Fehlerstrom abschalten soll, dann besitzt dieses Schaltge- rät einen Wandler, durch den der Strompfad (Netzleiter) hindurchgeführt wird ; am Wandler ist eine Sekundärwicklung angeordnet, die auf einen elektromagnetischen Auslöser in Form eines Haltemagnet-oder eines Sperrmagnetauslösers aufgeschaltet ist, der auf éin. Schaltschloß wirkt, sodass die Kontaktstelle bleibend geöffnet wird.

Für alle drei Schutzmaßnahmen sind drei Auslöser vorzusehen, wobei in einem Schalt- gerät der Kurzschluß-und Überstrom erfasst wird ; der Fehlerstromschutz erfolgt in einem eigenen Fehlerstromschutzschalter. Diese Anordnung bzw. diese Zuordnung der einzelnen Schaltgeräte zu den entsprechenden Schutzmaßnahmen ist aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber der bekannten Schalteinrichtung vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß ist in einer Schalteinrichtung lediglich ein Auslöser vorgesehen, der für alle diese Schutzmaßnahmen geeignet ist. Hierzu sind zwei Permanentmagnete, die mit ihren gleichnamigen Polen gegenüberstehen, vorgesehen, wobei zwischen den auf- einanderzuweisenden gleichnamigen Polen der Permanentmagnete, von denen der eine fest und der andere beweglich geführt ist, ein mit einem der Permanentmagnete verbundener Kern aus magnetischem Material vorgesehen ist. Die Permanentmagnete und der Kern sind wenigstens teilweise von wenigstens einer Spule umgeben, die von einem Fehlerstrom, Überstrom oder Kurzschlußstrom beaufschlagt wird, sodass bei Auftreten eines Stromflusses in der wenigstens einen Spule das magnetische Feld der- art verändert wird, dass eine Relativbewegung des beweglichen Teils erfolgt, die direkt oder über das Schaltschloß auf die Kontaktstelle übertragen wird.

Man nutzt dabei die Wirkungen eines Modells aus, mit-dem Kräfte in Kernfusionspro- zessen simuliert werden, siehe Am. J. Phys. 62 (9), September 1994, S. 804 bis 806.

Bei dem dort beschriebenen Modell ziehen sich die beweglichen Teile, wenn sie eine Entfernung von ca. 2,6 mm unterschreiben, mit einer maximalen Kraft von 17 N an, wo- gegen bei einer Entfernung, die größer ist als 2,6 bzw. 3 Millimeter, abstoßende Kräfte wirken.

Mit der Spule können die in der Fig. 2 der Literaturstelle dargestellten magnetischen Felder beeinflusst werden, sodass im Falle eines Stromes durch die Spule Anziehungs- kräfte überwunden und lediglich die abstoßende Kräfte wirken. Dadurch, dass das be- wegliche Teil mit relativ hoher Kraft abgestoßen wird, kann ein Schaltschloß entklinkt oder eine Kontaktstelle unmittelbar geöffnet werden. Wird die Spule vom Kurzschluß- strom durchflossen, wirkt die Anordnung als Kurzschlußöffner oder Kurzschlußauslöser, und wenn die Spule von einem Überstrom durchflossen wird, erwärmt sie den Kern aus magnetischem Material, und, wenn dieser aus einem solchen Material besteht, das bei höheren Temperaturen in die Sättigung geht, als Überstromauslöser. Wenn die Spule von Fehlerstrom durchflossen ist, wirkt der Auslöser als Fehlerstromauslöser.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine erste Spule vorgesehen, die über eine Energiespeicherschaltung mit der Sekundärwicklung eines Stromwandlers verbunden ist, sodass hierdurch einen Fehlerstrom detektiert wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine zweite Spule vorgesehen, die im Strompfad des Schaltgerätes liegt und die als Kurzschlußschutz-und Ober- stromschutzspule das bewegliche Teil des erfindungsgemäßen Auslösers antreibt.

Damit wird ein Auslöser mit zwei Spulen geschaffen, der alle Funktionen eines Fehler- strom-und Leitungsschutzschalters ausführen kann.

Um Streuverluste zu vermeiden, ist dem Auslöser ein Joch als Rückschluss zugeordnet, wobei das feststehende Teil am Joch befestigt ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung berühren sich in Ruhezu- stand die Magnete und das magnetische Material und werden bei Stromfluß durch die Spulen abgestoßen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Permanentmagnete im Ruhezustand auf Abstand gehalten und die Magnetfelder wirken so, dass sie bei Stromfluß durch die Spule die Magnete zum Anziehen bringen.

Zur Führung der beiden Teile, also des beweglichen und des feststehenden Teiles ge- geneinander, sind beide Teile von einem Spulekörper aus nicht magnetischen Material umgeben und geführt.

Wenigstens eine der sich berührenden Flächen der beiden Teile kann erfindungsgemäß mit einer Antihaftschicht beschichtet sein. Dadurch wird erreicht, dass Klebevorgänge zwischen den beweglichen Teilen vermieden werden.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt : die Einzige Fig. eine Schnittansicht in schematischer Darstellung durch einen Auslöser.

Ein Auslöser 10 besitzt ein Joch 11, welches U-förmig mit einem Steg 12 und zwei senkrecht dazu verlaufenden Schenkeln 13 und 14 versehen ist. Am Schenkel 13 ist mittels eines Nietes 15 ein erster Permanentmagnet 16 befestigt und zwar mit dem Nordpol N am Schenkel 15. Dem Auslöser 10 ist ein zweiter Permanentmagnet 17 zu- geordnet, wobei dessen Nordpol N dem Schenkel 14 benachbart liegt, wogegen der Südpol S des zweiten Permanentmagneten 17 dem Südpol S des ersten Permanent- magneten 16 gegenüberliegt. Zwischen den beiden Permanentmagneten 16 und 17 befindet sich ein Kern 18 aus magnetischem Material, dessen Permeabilität von der Temperatur derart abhängig ist, dass bei erhöhter Temperaturen der Kern 18 in Sätti- gung geht. Bei dieser Ausgestaltung ist der Kern mit dem zweiten Permanentmagneten 17 magnetisch verbunden. Die beiden Permanentmagnete 16 und 17 zusammen mit dem Kern 18 sind von einem inneren Spulenkörper 19 umgeben, der beispielsweise aus Kunststoff oder dgl. besteht. Um den inneren Spulenkörper herum gewickelt ist eine erste Spule 20 und um diese Spule ist von einem zweiten Spulenkörper 21 umgeben, auf dessen Außenseite eine zweite Spule 22 gewickelt ist. Die innere Spule bzw. erste Spule 20 ist mit ihren Anschlüssen 23 und 24 mit einer Energiespeicherschaltung 25 verbunden, deren Eingang mit der Sekundärwicklung 26 eines Wandlers 27 verbunden ist, dessen Primärwicklung durch einen Strompfad 28 hindurchgeführt ist, in dem sich eine Kontaktstelle 29 befindet. Im Strompfad 28 befindet sich die zweite Spule 22, und die Enden des Strompfades 28 sind mit Anschlußklemmen 30 und 31 verbunden.

An Nordpol N des zweiten Permanentmagneten 17 schließt ein Stößel 33 an, der einer- seits über ein Schaltschloß 34 und andererseits direkt auf die Kontaktstelle 29 einwirkt, wobei die Wirklinien strichliert dargestellt sind. Der Stößel 23 besteht aus nicht magne- tischen Material und besitzt einen Absatz 35, der gegen die Innenfläche des Joches 14, im Ausschaltzustand gezeichnet, zum Anliegen kommt, sodass die Bewegung des zweiten Permanentmagneten 17 mit dem Kern 18 begrenzt ist.

Wenn über den Wandler 27 ein Fehlerstrom detektiert wird, dann wird die Energiespei- cherschaltung 25 aufgeladen und über die Spule 20 ein geeignetes Magnetfeld erzeugt, sodass die beiden Teile, die sich berühren, sich trennen und aufgrund des Absto- ßeffektes der gleichnamigen Pole in die ausgelöste Stellung, siehe Fig., gelangen. Da- durch wird über das Schaltschloß 34 die Kontaktstelle 29 bleibend geöffnet.

Wenn im Strompfad 28 ein Überstrom auftritt, dann erwärmt sich der Kern 18 ; dadurch verändert sich die Permeabilität des Kerns 18, sodass dieser ins Sättigung geht und dann magnetisch gesehen Luft ist. Dadurch stoßen sich die beiden Permanentmagnete ab und über das Schaltschloß 34 wird die Kontaktstelle 29 bleibend geöffnet.

Fließt im Strompfad 28 ein Kurzschlußstrom, dann wird über die Spule 22 das Magnet- feld so verändert, dass sich die Pole abstoßen und der Stößel 33 sowohl direkt als auch über das Schaltschloß auf die Kontaktstelle 29 einwirkt.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung dient somit als Auslöser für einen Fehlerstrom, Überstrom-und Kurzschlußauslöser. Erreicht wird dieses durch die Zuordnung der bei- den Permanentmagnete mit dem Kern 18 innerhalb der Spulen 20 und 22.