DE10004833A1 - Mehrpoliger Niederspannungs-Leistungsschalter mit einem Stromerfassungsgerät je Pol - Google Patents

Abstract

Eine Stromerfassungseinrichtung (15) für einen mehrpoligen Niederspannungs-Leistungsschalter (1) weist einen Tragkörper (20) mit je einer Durchtrittsöffnung für einen Stromleiter (4) jedes der Pole und eine die Durchtrittsöffnung (21) umgebende Aufnahmekammer (22) für Sekundärteile (26, 31) von Stromsensoren und/oder Stromwandlern auf. Der Tragkörper (20) ist im Wesentlichen plattenförmig und rechteckig ausgebildet und bildet einen Teil der Rückwand (13) des Leistungsschalters (1). Werden Rogowski-Spulen (26) als Sekundärteil eines Stromwandlers benutzt, so werden einstellbare Spannungsteiler zum gegenseitigen Abgleich gleichfalls an dem Tragkörper (20) angebracht. Die mehrpolige Stromerfassungseinrichtung (15) vereinfacht als geprüfte Baugruppe die Herstellung von Leistungsschaltern.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen Niederspannungs-Lei­ stungsschalter mit einem Gehäuse und mit je einem Stromerfas­ sungsgerät je Pol, wobei jedes Stromerfassungsgerät einen zu einem Schaltkontaktsystem des Poles gehörenden Stromleiter und einen von dem Stromleiter durchsetzten Sekundärteil auf­ weist.

Leistungsschalter der angegebenen Art sind z. B. in der US 4,673,779 oder der US D 347,623 (Design Patent) in Verbin­ dung mit US 4,497,992 bekannt geworden. Die dort vorgesehenen Stromerfassungsgeräte haben die Aufgabe, ein von dem in jedem der Pole fließenden Strom abhängiges Signal zu erzeugen, wel­ ches in einem Überstromauslösegerät ausgewertet wird, um ei­ nen Stromkreis zum Schutz von Verbrauchern und elektrischen Anlagen zu unterbrechen. Da u. U. nur einer der Pole eines Leistungsschalters von einem fehlerhaft hohen Strom betroffen sein kann, ist jeder der Pole mit einem Stromerfassungsgerät ausgerüstet.

Die Sekundärteile der Stromerfassungseinrichtungen bestehen in der Regel aus einem Träger und einer darauf aufgebrachten Wicklung, die einlagigen oder mehrlagig ausgebildet sein kann. Diese Bauteile sind ferner in der Regel von einem Ge­ häuse oder einer Ummantelung zum Schutz gegen Beschädigungen und äußere Einflüsse versehen. Bei der Fertigung eines Nie­ derspannungs-Leistungsschalters werden die Sekundärteile der Stromerfassungseinrichtungen nach den Anforderungen des Be­ nutzers ausgewählt und einzeln montiert. Hierzu werden an der Rückseite des Gehäuses der Leistungsschalter geeignete Aus­ nehmungen oder Taschen vorgesehen, durch welche sich die zu den Schaltkontaktsystemen führenden Stromleiter erstrecken, die zugleich Anschlussmittel zur Verbindung mit einem zu schützenden Stromkreis bilden. Nach dem Aufschieben der Se­ kundärteile auf die Stromleiter werden geeignete Verschluss­ deckel oder Abdeckungen an der Rückseite des Gehäuses ange­ bracht, um einerseits die Sekundärteile der Stromerfassungs­ einrichtungen zu schützen und um andererseits die Stromleiter möglichst nahe ihrer Anschlussstelle am Gehäuse des Leis­ tungsschalters abzustützen. Diese Maßnahme hat den Grund, dass Leistungsschalter der genannten Art im Fall eines Kurz­ schlusses außerordentlich hohen mechanischen Kräften ausge­ setzt sind, die bei unzureichender Abstützung der Stromschie­ nen zu Schäden am Leistungsschalter und an den weiterführen­ den Leitern führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stromerfassung bei mehrpoligen Niederspannungs-Leistungsschaltern zu verbes­ sern und die Montage von Stromerfassungseinrichtungen zu ver­ einfachen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Sekundärteile der Stromerfassungseinrichtungen aller Pole des Leistungsschalters in einem gemeinsamen Tragkörper ange­ ordnet sind, der Durchtrittsöffnungen für die Stromleiter so­ wie Befestigungsmittel zur lösbaren Verbindung des Tragkör­ pers mit dem Gehäuse des Leistungsschalters aufweist.

Durch die nach der Erfindung vorgesehenen Zusammenfassung der Sekundärteile der Stromerfassungseinrichtungen aller Pole zu einer einheitlichen Baugruppe wird die Möglichkeit geschaf­ fen, aufeinander abgestimmte und zusammenhängend geprüfte Einheiten für die Stromerfassung in mehrpoligen Leistungs­ schaltern bereitzustellen. Dies vermindert den Zeitaufwand für die mechanische Montage sowie für die Kalibrierung und den Abgleich am fertigen Leistungsschalter. Der mehrpolige Tragkörper verbessert zugleich die mechanische Festigkeit durch Abstützung der Stromleiter in einem zusammenhängenden Baukörper.

Der nach der Erfindung vorgesehene Tragkörper kann Ausnehmun­ gen zur Aufnahme der Sekundärteile besitzen, wobei diese Se­ kundärteile in den Ausnehmungen durch Verguss mit einer Kunstharzmasse befestigt sind. Damit sind sowohl für die Her­ stellung des Tragkörpers als auch für die Befestigung der Se­ kundärteile die gleichen Materialien und Fertigungsverfahren einsetzbar, wie sie bisher für die Herstellung der Gehäuse bzw. von Gehäuseteilen von Leistungsschaltern und der zugehö­ rigen einpoligen Stromerfassungseinrichtungen bekannt sind.

Im Rahmen der Erfindung kann der eine im Wesentlichen plat­ tenförmige und rechteckige Grundform aufweisende Tragkörper als Teil einer Rückwand des Gehäuses des Leistungsschalters ausgebildet sein, wobei die erwähnten Ausnehmungen an der dem Inneren des Leistungsschalters zugewandten Seite des Tragkör­ pers angeordnet sind. Durch diese Anordnung ergibt sich ein guter Schutz der Sekundärteile gegen eine Beschädigung bei der Handhabung des Leistungsschalters und eine günstige Stützwirkung auf die zu den Stromerfassungseinrichtungen ge­ hörenden Stromleitern.

Wir bereits erwähnt, können die Stromerfassungseinrichtungen bei Niederspannungs-Leistungsschaltern sehr unterschiedlichen Bauarten angehören. Eine häufig eingesetzte Bauart ist der Rogowski Stromwandler, der einen den Stromleiter umgebenden unmagnetischen Träger und eine einlagige Wicklung aufweisen, deren Anfang und Ende unmittelbar benachbart sind. Die Aus­ gangsgröße eines solchen Stromsensors ist im Unterschied zu induktiven Stromwandlern nicht nur von der Anzahl der Windun­ gen, sondern auch von ihrer geometrischen Verteilung und An­ ordnung abhängig. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann in diesem Zusammenhang ein durch Fertigungstoleranzen beding­ tes unterschiedliches Übertragungsverhalten der Rogowski Stromwandler dadurch ausgeglichen werden, dass jedem der Ro­ gowski Stromwandler ein aus Widerständen bestehender Span­ nungsteiler zugeordnet ist und diese Spannungsteiler gleich­ falls an dem Tragkörper angebracht sind. Damit kann der Ab­ gleich der Rogowski Stromwandler vor dem Einbau in einen Leistungsschalter erfolgen, was eine Erleichterung gegenüber der bisher erforderlichen Anpassung bzw. Kalibrierung am fer­ tigen Leistungsschalter darstellt.

Die erwähnten Spannungsteiler können jeweils mittels eines Einstellorgans einstellbar ausgebildet sein, wobei alle Ein­ stellorgane an der rückwärtigen Seite des Tragkörpers zugäng­ lich angeordnet sind. Damit kann der Abgleich der Stromwand­ ler bzw. Stromsensoren in der Fertigung bequem vorgenommen werden. Um jedoch sicher zu stellen, dass die vorgenommene Einstellung unbedingt erhalten bleibt, empfiehlt es sich, dass die Einstellorgane durch eine nach erfolgter Einstellung anbringbare Zugangssperre gegen ungewollte Betätigung schütz­ bar sind. Als Zugangssperre eignet sich dabei insbesondere eine jeweils ein Einstellorgan abdeckende Vergussmasse.

Wie bereits erläutert, stellen die Stromerfassungseinrichtun­ gen eines Niederspannungs-Leistungsschalters Ausgangsgrößen bereit, die in einer Auslöseeinrichtung verarbeitet werden. Die für den Betrieb einer solchen Auslöseeinrichtung benötigte Hilfsenergie wird in der Regel gleichfalls aus den Strom­ leitern des Leistungsschalters mittels eines Stromwandlers gewonnen. Häufig erweist es sich dabei als zweckmäßig, für die Bereitstellung der Hilfsenergie einen gesonderten, von den beschriebenen Stromerfassungseinrichtungen unabhängigen Stromwandler vorzusehen. Hierzu ist es bereits bekannt, einen nur für Messzwecke vorgesehenen Stromsensor und einen für die Bereitstellung einer Hilfsenergie dienenden induktiven Strom­ wandler in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen. Diese Bau­ weise ist im Rahmen der Erfindung auch bei einem mehrpoligen Tragkörper in der Weise anwendbar, dass an dem gemeinsamen Tragkörper wenigsten ein gesonderter zur Energieversorgung dienender Stromwandler angeordnet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen mehrpoligen Niederspan­ nungs-Leistungsschalter im Schnitt.

Die Fig. 2 zeigt einen für einen dreipoligen Leistungsschal­ ter vorgesehenen Tragkörper für Stromerfassungseinrichtungen mit Blick auf die dem Inneren des Leistungsschalters zuge­ wandte Innenseite, während der Tragkörper in der Fig. 3 von seiner Außenseite und in der Fig. 4 im Profil gezeigt ist.

Als Einzelteile einer Stromerfassungseinrichtung sind in der Fig. 5 eine eisenlose Sensorspule für einen Rogowski- Stromwandler und in der Fig. 6 der Sekundärteil eines Hilfs­ stromwandler gezeigt.

Der bereits in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellte dreipolige Tragkörper ist in der Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, wobei die Anordnung der Sekundärteile von Stromsensoren und Hilfsstromwandlern in Aufnahmekammern des Tragkörpers veranschaulicht ist.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Einzelheiten einer Ausführungsform einer Stromerfassungseinrichtung mit Einstellorganen und ei­ ner Zugangssperre für diese Einstellorgane.

Der in der Fig. 1 schematisch gezeigte Niederspannungs- Leistungsschalter 1 besitzt ein Gehäuse 2, an dessen Rückwand 13 Stromschienen 3 und 4 zur Verbindung mit einem äußeren Stromkreis herausragen. Die Stromschienen 3 und 4 gehören zu einem Schaltkontaktsystem 5, das einen feststehenden Schalt­ kontakt 6 sowie einen bewegbaren Schaltkontakt 7 aufweist. Oberhalb des Schaltkontaktsystems 5 befindet sich eine Licht­ bogenlöschkammer 10 zum Löschen beim Öffnen der Schaltkontak­ te 6 und 7 auftretender Schaltlichtbögen. Der bewegbare Schaltkontakt 7 ist an einem bewegbaren Kontaktträger 11 an­ gebracht, der mittels einer Antriebsvorrichtung 12 zum Schließen und Öffnen betätigbar ist. Die Stromleiter 3 und 4 stehen unmittelbar mit der Schaltkontaktanordnung 5 in Ver­ bindung und sind an einer Rückwand 13 des Gehäuses 2 gegen alle auftretende Kräfte abgestützt. Das Öffnen der Schaltkon­ taktanordnung 7 im Fehlerfall wird durch eine Auslöseeinrich­ tung 14 gesteuert, die oberhalb der Antriebsvorrichtung 12 angedeutet ist. Hierzu erhält die Auslöseeinrichtung 14 Sig­ nale von einer Stromerfassungseinrichtung 15, zu der als Pri­ märteil der untere Stromleiter 4 gehört, der von einem Sekun­ därteil 16 eines Stromsensors umgeben ist. Hierbei kann es sich in bekannter Weise um einen induktiven Stromwandler, ei­ nen eisenlosen Stromwandler auf der Basis einer Rogowskispule sowie nach anderen bekannten Prinzipien wirkende Sensoren handeln. Als Bestandteile einer Stromerfassungseinrichtung werden in dem vorliegenden Zusammenhang auch Hilfsstromwand­ ler verstanden, die in bekannter Weise zur Versorgung der e­ lektronischen Auslöseeinrichtung 14 mit einer Betriebs- bzw. Hilfsenergie vorgesehen werden.

Die Fig. 2, 3 und 4 veranschaulichen, wie die Sekundärtei­ le 16 bei dreipoliger Ausführung des Leistungsschalters 1 an­ geordnet und untergebracht sind. Wesentlich für die Anordnung der Sekundärteile 16 ist nach der Erfindung ein für alle vor­ handenen Pole des Leistungsschalters 1 gemeinsamer Tragkörper 20, der aus einem Formstoff bestehen kann, wie er auch zur Herstellung von Gehäuseteilen des Leistungsschalters 1 einge­ setzt wird. Für die oberen Stromleiter 3 jedes Poles des Leistungsschalters 1 besitzt der Tragkörper 20 eine entspre­ chende rechteckige Durchtrittsöffnung 21. Diese liegt, wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, in der Ebene der Rückwand 13 des Gehäuses 2 des Leistungsschalters 1, so dass die Abstützung der Stromschienen 3 soweit wie möglich von dem feststehenden Schaltkontakt 6 entfernt ist und somit eine gu­ te Stützwirkung erzielt wird. Jede der Durchtrittsöffnungen 21 ist von einer Aufnahmekammer 22 umgeben, die zur Aufnahme der Sekundärteile 16 der Stromerfassungseinrichtungen 15 dient. In den Aufnahmekammern 22 können, wie schon erwähnt, zugleich Stromwandler untergebracht werden, die der Energie­ versorgung der Auslöseeinrichtung 14 dienen.

Zur Befestigung an der Rückseite des Leistungsschalters 1 weist der Tragkörper 20 an seiner unteren Längskante einen Steg 23 auf, zu dessen Aufnahme an der Rückwand 13 des Leis­ tungsschalters 1 eine entsprechende Nut vorgesehen ist. Rand­ seitige Ausnehmungen 24 und zwischen den Polen vorgesehene Durchgangsöffnungen 25 an der dem Steg 23 gegenüberliegenden Längskante des Tragkörpers 20 sind für Befestigungsmittel, insbesondere in das Gehäuse 2 eingreifende Schrauben vorgese­ hen. In Verbindung mit dem Steg 23 wird hierdurch eine siche­ re Halterung des Tragkörpers 20 an der Rückwand 13 des Gehäu­ ses 2 (Fig. 1) erreicht.

Als Beispiel für einen Stromsensor ist in der Fig. 5 eine Rogowski-Spule 26 mit angedeuteten Anschlussleitungen 27 ge­ zeigt, die dem Sekundärteil 16 in der Fig. 1 entspricht. Ei­ ne solche Spule liefert ein elektronisch auswertbares Signal zur Steuerung der erwähnten Auslöseeinrichtung 14. Diese be­ nötigt eine Hilfsenergie, um die notwendigen Auswertungen und Berechnungen vornehmen und bei Bedarf einen Auslösemagnet be­ tätigen zu können. Zur Bereitstellung dieser Hilfsenergie ist ein gesonderter Hilfsstromwandler mit einem Sekundärteil 31 gemäß der Fig. 6 vorgesehen, dessen Primärwicklung wie im Fall der Rogowski-Spule 26 durch den zugehörigen Stromleiter 4 des Leistungsschalters 1 (Fig. 1) gebildet wird. Der in der Fig. 6 gezeigte Sekundärteil 31 umfasst einen Eisenkern 32 und eine darauf sitzende Sekundärwicklung 33. In den Fig. 5 und 6 ist ein als Primärwicklung dienenden Stromleiter zur Vereinfachung strichpunktiert angedeutet.

In der Fig. 7 ist die Unterbringung der Sekundärteile gemäß den Fig. 5 und 6 in den Aufnahmekammern 22 des Tragkörpers 20 veranschaulicht. Zunächst wird die rechte der Aufnahmekam­ mern 22 betrachtet. Wie man erkennt, ist die Aufnahmekammer 22 außen hohlzylindrisch und dem Durchmesser der Rogowski- Spule 26 angepasst. Die innere Begrenzung der Aufnahmekammer wird von einem Kragen 34 gebildet, der die Durchtrittsöffnung 21 umschließt.

Im linken Teil der Fig. 7 ist ein während der Fertigung ei­ ner Stromerfassungseinrichtung 15 auftretender Zustand gezeigt, bei dem eine Rogowski-Spule 26 und ein Sekundärteil 31 eines Hilfsstromwandlers in eine Aufnahmekammer 22 einge­ bracht sind. Die Rogowski-Spule 26 ruht dabei auf dem Boden der Aufnahmekammer 22 und ist an deren hohlzylindrischer Um­ fangsfläche ausgerichtet. Darüber liegt der Sekundärteil 31 des Hilfsstromwandlers, der auf dem Kragen 34 sitzt.

Obwohl es möglich wäre, die Spulenanordnungen in den Aufnah­ mekammern 22 durch einen mit dem Tragkörper 20 zu verbinden­ den Deckel zu befestigen, wird ein Verguss mit einer Kunst­ harzmasse bevorzugt. Diese umschließt die Spulen und An­ schlussleitungen der Sekundärteile und bewirkt daher einen sicheren Schutz gegen alle äußeren Einflüsse. Im mittleren Teil der Fig. 7 ist eine solcher Verguss mit einer Kunst­ harzmasse 35 veranschaulicht.

In der Fig. 7 ist ferner gezeigt, dass ein unterer Bereich 36 des Tragkörpers 20 zwischen der mittleren und der rechten Aufnahmekammer 22 geschlossen ausgebildet ist. In diesem Be­ reich befinden sich die Einstellorgane 30 (Fig. 3) für die den Stromsensoren bzw. Rogowski-Spulen 26 zugeordneten Span­ nungsteiler. Diese brauchen nur einmal nach der Fertigstel­ lung der Stromerfassungseinrichtung 15 justiert zu werden. Um eine zufällige spätere Betätigung zu vermeiden, kann eine Zu­ gangssperre 37 gemäß den Fig. 8 und 9 vorgesehen sein. Es handelt sich dabei um eine Abdeckung, die mittels einer Schraube befestigt und durch eine Nase 38 gegen Verdrehung gesichert ist.

Durch die Zusammenfassung der Sekundärteile der Stromsensoren und Hilfsstromwandler aller Pole eines Leistungsschalters wird eine montagefertige und elektrisch abgeglichene Baugrup­ pe geschaffen. Eine Kalibrierung der Sekundärteile wie auch eine vollständige Prüfung einer mehrpoligen Stromerfassungs­ einrichtung kann vor dem Einbau in den Leistungsschalter er­ folgen, was eine bedeutende Erleichterung darstellt. Hier­ durch werden Fehler, z. B. durch Verwechseln zuvor ausgewähl­ ter und bereitgestellter Sekundärteile, zuverlässig vermie­ den. Auch wird sichergestellt, dass alle Sekundärteile in ei­ nem festgelegten und unveränderbaren Abstand angeordnet sind und daher spätere Fehler und Toleranzprobleme ausgeschlossen werden.

Claims (8)

1. Mehrpoliger Niederspannungs-Leistungsschalter (1) mit ei­ nem Gehäuse und mit je einer Stromerfassungseinrichtung (15) je Pol, wobei jede Stromerfassungseinrichtung einen zu einem Schaltkontaktsystem (5) des Poles gehörenden Stromleiter (4) als Primärteil und einen von dem Stromleiter (4) durchsetzten Sekundärteil (26, 31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärteile (26, 31) der Stromerfassungseinrich­ tungen (15) aller Pole des Leistungsschalters (1) in einem gemeinsamen Tragkörper (20) angeordnet sind, der Durchtritts­ öffnungen (21) für die Stromleiter (4) sowie Befestigungsor­ gane zur lösbaren Verbindung des Tragkörpers (20) mit dem Ge­ häuse (2) des Leistungsschalters (1) aufweist.

2. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper(20) Aufnahmekammern (22) zur Aufnahme der Sekundärteile (26, 31) besitzt und dass die Sekundärteile (26, 31) in den Ausnehmungen (22) durch Verguss mit einer Kunstharzmasse (35) befestigt sind.

3. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine im Wesentlichen plattenförmige und rechteckige Grundform aufweisende Tragkörper (20) als Teil einer Rückwand (13) des Gehäuses (2) des Leistungsschalters (1) ausgebildet ist und dass die Aufnahmekammern (22) an der dem Inneren des Leistungsschalters (1) zugewandten Seite des Tragkörpers (20) angeordnet sind.

4. Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verwendung von Rogowski-Spulen (26) jeder der­ selben ein aus Widerständen bestehender Spannungsteiler zuge­ ordnet ist und dass die Spannungsteiler gleichfalls an dem Tragkörper (20) angebracht sind.

5. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spannungsteiler mittels eines Einstellorgans (30) einstellbar ausgebildet ist und dass alle Einstellorgane (30) an der außen zugänglichen Seite des Tragkörpers (20) zugäng­ lich angeordnet sind.

6. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellorgane (30) durch eine nach erfolgter Ein­ stellung anbringbare Zugangssperre (37) gegen ungewollte Be­ tätigung schützbar sind.

7. Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangssperre durch eine jeweils ein Einstellorgan (30) abdeckende Vergussmasse gebildet ist.

8. Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem gemeinsamen Tragkörper (20) wenigstens ein geson­ derter, zur Energieversorgung einer Auslöseeinrichtung (14) des Leistungsschalters dienender Stromwandler (31) angeordnet ist.