DE3708005C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für die Stromversorgung von Wohn- und Betriebsgebäuden und dergleichen Gebäuden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für das Errichten von sogenannten Hauseinführungen als Teil von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis1000 Volt wird Teil 732/03.83 der als VDE-Bestimmung gekennzeichneten Deutschen Norm, Reihe DIN 57 100 VDE 0100 angewendet, in Verbindung mit den entsprechenden anderen Normen dieser Reihe. Dergemäß umfaßt eine Hauseinführung die Hauseinführungsleitung oder ein Hauseinführungskabel, beide im folgenden als Leitungen bezeichnet, die an der Eintrittsstelle ins Gebäude beginnen, und den zugehörigen Hausanschlußkasten, welcher die Übergabestelle zur Verbraucheranlage bildet. Jede Hauseinführung enthält in dem Hausanschlußkasten die erforderlichen Überstromschutzorgane, zumeist streifenförmige Schmelzsicherungsstücke. Der Mindestquerschnitt für Stromleiter der Hauseinführungsleitung ist entsprechend dem Nennstrom der Überstromschutzorgane bemessen, und die Hauseinführungsleitung ist so verlegt, daß bei einem Lichtbogenkurzschluß das Leitungsstück ohne Gefahr einer Brandausweitung auf das Gebäude ausbrennen kann.

Geht auch damit der eigentlich für die Verbraucheranlage bezweckte Leitungsschutz auf die Hauseinführungsleitung und gegebenenfalls darüber hinaus auf die Hausanschlußleitung, so kann er doch nur bei Kurzschluß oder bei Verursachung eines Überstromes in der Verbraucheranlage wirksam werden.

Bei der Erschließung von Bebauungsflächen für Neubesiedlung an der Peripherie der großen Städte und Gemeinden sowie bei der Erbauung neuer Stadt- und Ortsteile ist das elektrische Verteilungsnetz für die Stromversorgung in entsprechendem Umfang teils weiter ausgebaut, teils neu errichtet worden. Derzeit ist in den größeren Gemeinden, die über ein örtliches Elektrizitätswerk verfügen, nicht nur das Verteilungsnetz mit größer gewordener Anzahl von Netzhauptleitungen erweitert worden, die mit zum Teil unterschiedlichen Nennspannungen zu verschiedenen Gruppen von Verbraucheranlagen führen, auch die Anzahl der von diesen Netzhauptleitungen zu den einzelnen Gebäuden abzweigenden Hausanschlußleitungen ist schon, besonders in Wohnsiedlungen, beträchtlich groß. Hier liegen die an einer Netzhauptleitung parallelgeschalteten Hausanschlußleitungen mit geringen Abständen nebeneinander, ähnlich wie in den Straßenzügen der Städte. In Anbetracht des beim Ausbau der Verteilungsnetze für die Stromversorgung von Gebäuden in gewachsener großer Anzahl erreichten Entwicklungsstandes kann die Möglichkeit nicht mehr ausgeschlossen werden, daß zum Beispiel die als Erdkabel verlegten Hausanschlußleitungen gefährdet sind. Beim Einsatz von Schaufelbaggern für Ausschachtarbeiten sowie auch durch andere Tiefbauwerkzeuge, die bei immer wieder und häufig notwendigen Instandsetzungen von Rohrleitungen in der Erde oder bei der Kabelverlegung eingesetzt werden, kann der Mantel eines Hausanschlußkabels beschädigt oder durchgeschlagen werden, so daß Stromleiter kurzgeschlossen werden. Wenn dann infolge eines Kabelbrandes oder bei Lichtbogenkurzschluß nicht ausbrennen kann, ist die die Netzhauptleitung kurzgeschlossen und die Stromversorgung der an sie angeschlossenen Häuser wird unterbrochen. Nicht ausgeschlossen ist auch die Möglichkeit einer Gefährdung von Hausanschlußleitungen in Freileitungsnetzen, zum Beispiel durch Blitzeinschlag, durch Sturmeinwirkung auf die Dachständer an Gebäuden sowie durch Hitze bei einem Gebäudebrand. Als außergewöhnliche Ursache einer Gefährdung oder Zerstörung, insbesondere von Hausanschlußleitungen, sei noch die Anwendung von Gewalt auf Gebäude, Straßen und Wege angeführt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Überstromschutzvorrichtung der eingangs angegebenen Art für Stromversorgungsanlagen, insbesondere von Wohngebäuden, zu schaffen, mit der ein verbesserter Leitungsschutz für Hausanschlußleitungen und Netzhauptleitungen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Damit ist eine Überstromschutzvorrichtung mit schaltbaren Schutzorganen geschaffen, die durch Überstrom gesteuert werden und Überströme, Kurzschlüsse in der Hausanschlußleitung oder auch in der Hauseinführungsleitung schnell abschalten. Eine kurzgeschlossene Leitung wird somit rechtzeitig geschützt vor Gefährdung durch hohe Strombelastung und zugleich wird die Stromversorgung der über kurzschlußfreie Leitungen an das Verteilungsnetz angeschlossenen Verbraucheranlagen unterbrechungsfrei aufrechterhalten. Ebenso wird die stromversorgende Netzhauptleitung rechtzeitig vor Überlastung geschützt, so daß eine Notabschaltung des betroffenen Netzsektors vermieden wird.

Durch DE 32 19 876 A1 ist ein Überstromschutzauslöser bekannt, welcher aus einer Steuereinheit, einem Überstromdetektor und einer Rückstellvorrichtung besteht. Er unterscheidet sich von dem Überstromschutzorgan gemäß der Erfindung dadurch, daß er für ein Zusammenwirken mit einer vom gleichen Strom durchflossenen Hochspannungsschmelzsicherung konzipiert ist. Der Unterschied wird nicht dadurch geringer, daß ein mit einer vorgeschalteten Schmelzsicherung zusammenwirkender Leitungsschutzschalter gemäß der Erfindung für Gebäudeinstallationen durch "der elektromeister und deutsches elektrohandwerk", 1979, Seiten 1142 bis 1144 bekannt ist. Denn ein Leitungsschutzschalter gemäß der Erfindung ist weder zum Zusammenwirken mit einer Sicherung konzipiert noch ist er innerhalb von Gebäuden installiert, sondern zum Schutz von Hausanschlußleitungen außerhalb der Gebäude vorgesehen. Die zuletzt genannte Literaturstelle gehört inhaltlich zu dem Stande der Technik, von dem die Erfindung ausgeht.

Des weiteren bestehen erhebliche Unterschiede zwischen den einzelnen Bestandteilen eines Überstromschutzorganes gemäß der Erfindung und entsprechenden Einrichtungen, die zum Stande der Technik gehören wie die Einrichtung, welche einem Leitungsschutzschalter nach US-PS 26 09 421 zugeordnet ist. Hier besteht ein wesentlicher Unterschied darin, daß der Leitungsschutzschalter mit Hilfe seiner Einrichtung nach Abschaltung infolge eines Kurzschlusses nicht betriebsmäßig einmalig und bleibend, sondern mit Hilfe einer Prüfschaltung nach einer Folge von Ein- und Abschaltungen, bis die Strombelastung unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist, bei simuliertem Schaltbetrieb (s. Spalte 2 Zeilen 8 bis 23) wieder eingeschaltet werden kann.

Ferner bestehen erhebliche Unterschiede zwischen dem Überstromdetektor, der dem Übestromauslöser nach DE 32 19 876 A1 zugeordnet ist, dem ein in der Leitung des zu überwachenden Stromes liegender Stromsensor vorgeordnet ist, und dem Überstromdetektor als Bestandteil des Überstromschutzorganes gem. der Erfindung darin, daß letzterer zur Erfassung des Stromanstiegwertes di/dt bestimmt und ausgebildet ist und nicht zur Erfassung des Stromwertes selbst. Von dem erwähnten Stromsensor unterscheidet sich auch der erfindungsgemäße Stromsensor, und zwar dadurch, daß jener als Spule mit Magnetkern und Luftspalt ausgeführt ist, in welchem der magnetische Fluß mittels Hall- Wandler als stromproportionale Spannung gemessen wird. Der erfindungsgemäße Stromsensor ist ebenfalls als Spule mit Magnetkern ausgeführt, der einen Luftspalt oder einen effektiven Luftspalt aufweist. Die Spule als solche wird jedoch in einfacher Weise zur Erzeugung einer dem Stromanstieg di/dt proportionalen Spannung verwendet, welche an ihren Klemmen mittels der Fühlleitungen abgegriffen wird.

Zur Anwendung bei Leitungen in Freileitungsnetzen wie auch bei Leitungen in Kabelnetzen sind jeweils die Überstromschutzorgane sämtlicher Stromleiter einer Hausanschlußleitung in einem gemeinsamen Schutzgehäuse untergebracht. Dasselbe ist stoß- und schlagfest ausgebildet, ist hermetisch dicht verschließbar und weist für jeden Stromleiter sowie für den Nulleiter der Hausanschlußleitung eine Eingangs- und eine Ausgangsklemme auf. In bestimmten Anwendungsfällen kann es zweckmäßig sein, ein gemeinsames Schutzgehäuse für die Überstromschutzorgane von zwei oder sogar mehr Hausanschlußleitungen vorzusehen.

Ausführungsarten der Erfindung sind durch unterschiedliche Ausführungsformen des schaltbaren Übestromschutzorganes gem. der Erfindung gekennzeichnet, die in der Beschreibung unten an Beispielen erläutert sind und wie folgt skizziert sind.

Beispiel 1

Ein elektromechanisches Schaltschütz dient als Leitungsschutzschalter des Überstromschutzorganes. Die zugehörige Steuereinheit enthält zwei an das Verteilungsnetz als Stromquelle angeschlossene Relaisstromkreise für elektromagnetische Betätigung, davon einen für die Trennung und einen für die Schließung der Schaltschützkontakte, mit je einem Halbleiterschaltglied und je einer Erregerspule in Reihenschaltung. Das Halbleiterschaltglied des Relaisstromkeises für die Trennung der Schaltschützkontakte wird durch ein Signal des Überstromdetektors und/oder durch ein bei Kurzschluß in der Hausanschlußleitung erzeugten Signal angesteuert, um den Erregerstrom einzuschalten. Das Halbleiterschaltglied des Relaisstromkreises für die Schließung der Schaltschützkontakte zur Wiedereinschaltung des Verbraucherstromes wird, um den Erregerstrom einzuschalten, durch ein Signal des Überwachungsorganes angesteuert, nämlich durch das nach Beseitigung der Ursache des Überstromes bzw. des Kurzschlusses wiederkehrende Signal. Für die elektromagnetische Betätigung mit Erregergleichstrom sind die Relaisstromkreise über einen Netzgleichrichter an das Verteilungsnetz angeschlossen. Um die Schaltschützkontakte bei der Abschaltung des Stromes mit kürzeren Betätigungszeiten trennen zu können, ist der dafür vorgesehene Relaisstromkreis in bekannter Weise an eine Stromquelle mit einer Gleichspannung angeschlossen, die größer ist als die Netzgleichrichterspannung. Die gleiche Maßnahme kann für den Relaisstromkreis für die Schließung der Schaltschützkontakte durchgeführt werden, um dieselben ebenfalls mit kürzeren Betätigungszeiten als ohne diese Maßnahme bei der Einschaltung des Stromes schließen zu können.

Beispiel 2

Ein Halbleiter-Schaltschütz mit zwei gegensinnig parallelgeschalteten Netzthyristoren dient als Leitungsschutzschalter. Die zugehörige Steuereinheit enthält einen Steuerimpulsgeber mit einem für beide Netzthyristoren gemeinsamen Ausgang, welchem ein Halbleiterschalter parallelliegt. Der Steuerimpulsgeber ist an das Verteilungsnetz als Stromquelle zur Bildung von Steuerimpulsen angeschlossen, durch welche die Netzthyristoren des Leitungsschutzschalters stromleitend für Durchlaß des Wechselstromes (Verbraucherstrom) gesteuert werden. Bei Überstrom oder Kurzschluß in der Hausanschlußleitung wird zur Abschaltung des Verbraucherstromes durch Selbstlöschung jeweils eines der beiden Netzthyristoren der erwähnte Halbleiterschalter durch ein Signal des Überstromdetektors bzw. durch ein Signal eines Kurzschlußdetektors stromleitend gemacht und dadurch der Steuerausgang so lange kurzgeschlossen gehalten, bis ein Signal des Überwachungsorganes zur Wiedereinschaltung des Verbraucherstromes abgegeben wird, wodurch das Signal des Überstromdetektors beendet wird.

Beispiel 3

Bei dieser Ausführungsform des schaltbaren Überstromschutzorganes besteht der Leitungsschutzschalter darin, daß der Reihenschaltung eines elektromechanischen Schaltschützes und einer Drossel ein Halbleiter-Schaltschütz mit zwei gegensinnig parallelen Netzthyristoren parallelgeschaltet ist. Das Halbleiter-Schaltschütz dient hier als Hilfsschaltmittel für insbesondere ein strom- und schaltlichtbogenfreies Trennen der Schaltschützkontakte voneinander beim Abschalten des Stromes. An der Drossel der erwähnten Reihenschaltung bildet sich durch den Stromanstieg beim Entstehen eines Überstromes eine impulsförmige Spannung, die am Halbleiter-Schaltschütz anliegt und die Zündung eines Netzthyristors ermöglicht, so daß derselbe durch das Signal des Überstromdetektors und/oder durch ein Signal eines Kurzschlußdetektors, vorzugsweise des als ein solcher verwendeten Überwachungsorganes, stromleitend aufgesteuert wird. Dasselbe der Steuereinheit des Halbleiter-Schaltschützes zugeleitete Signal wird gleichzeitig der Steuereinheit des elektromechanischen Schaltschützes zugeleitet, um das Halbleiterschaltglied des Relaisstromkreises für die Trennung der Schaltschützkontakte anzusteuern und den Erregerstrom dafür einzuschalten. Den Steuereinheiten der Schaltschütze muß dieses Signal, insbesondere zwecks fortwährender Ansteuerung der Netzthyristoren, länger andauernd als die Abschaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes zugeführt werden, damit die Netzthyristoren für den durch sie eingeschalteten Strom stromleitend bleiben und dadurch die Schaltschützkontakte bis zu ihrer Trennung stromarm gehalten werden. Das nach Beseitigung der Ursache eines Überstromes oder Kurzschlusses abgegebene Signal des Überwachungsorganes wird der Steuereinheit des elektromechanischen Schaltschützes zugeleitet, um das Halbleiterschaltglied des Relaisstromkreises für die Schließung der Schaltschützkontakte anzusteuern und den Erregerstrom dafür einzuschalten.

Dasselbe Signal kann gleichzeitig der Steuereinheit des Halbleiter-Schaltschützes zugeleitet werden, wenn die Schaltkontakte des elektromechanischen Schaltschützes auch lichtbogenfrei geschlossen werden sollen. Hierfür müssen die Netzthyristoren des Halbleiter-Schaltschützes durch das Signal länger als die Einschaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes stromleitend gehalten werden.

Durch die DE-PS 5 79 759 ist ein Schalter für die Schutzabschaltung eines Netzteiles im Drehstromnetz bekannt mit selbsttätiger Wiedereinschaltung, der seiner Bestimmung nach der oben unter Beispiel 1 beschriebenen Ausführungsvariante der Erfindung mit dem Unterschied entspricht, daß die Steuereinheit des Schutzschalters für wenigstens zwei der drei Drehstromphasen je einen Relaisstromkreis zur Trennung der Schaltkontakte und einen für zwei Netzphasen gemeinsamen Relaisstromkreis für die Schließung der Schalterkontakte aufweist.

Durch die DE-AS 11 66 910 ist eine Schaltung mit einem Kondensator C beschrieben, in welchem gespeicherte elektrische Energie für eine kurzzeitige Offenhaltung eines Hochspannungs- Leistungsschalters verwendet wird, der infolge eines Kurzschlusses geöffnet worden ist. Hiervon unterscheidet sich der in Verbindung mit der unter Beispiel 1 beschriebenen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehene Anschluß wenigstens des Relaisstromkreises für die Trennung der Schalterkontakte an eine in einem Kondensator gespeicherte Zusatzspannung, die der Betriebsspannung der Steuereinheit beim Einschalten des Erregerstromes aufgestockt wird, um die Schaltzeit bei der Kontakttrennung zu verringern.

Durch die US-PS 43 63 064 schließlich ist ein Überstromschutzorgan beschrieben, welches der oben unter Beispiel 2 beschriebenen Ausführungsvariante der Erfindung insoweit gleicht, als deren Leitungsschutzschalter als Halbleiter-Schaltschütz mit zwei gegensinnig parallelgeschalteten Thyristoren, jedoch nicht Netzthyristoren, ausgeführt ist und einer der zwei Steuerausgänge der zugehörigen Steuereinheit durch einen ihm parallel schaltbaren Halbleiterschalter kurzgeschlossen wird, wenn dieser durch ein Überstromsignal stromleitend geschaltet wird. Mit den übrigen Merkmalen unterscheidet sich diese Ausführungsvariante von dem bekannten Schutzorgan.

Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert, woraus auch je eine Ausführung des Überstromdetektors und des Überwachungsorganes ersichtlich ist. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Überstromschutzorgan für eine nach VDE 0100 Teil 732/03.83 errichtete Starkstromanlage,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Überstromschutzorganes gemäß der Erfindung entsprechend der oben skizzierten Ausführungsform 1,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Überstromschutzorganes gemäß der Erfindung entsprechend der oben skizzierten Ausführungsform 2 und

Fig. 4 das Blockschaltbild eines Überstromschutzorganes gemäß der Erfindung entsprechend der oben skizzierten Ausführungsform 3.

In den Fig. 2 bis 4 ist je ein Überstromschutzorgan gemäß der Erfindung für lediglich einen Phasenstromleiter einer Dreiphasenleitung dargestellt. Gleiche Elemente und Bestandteile der verschiedenen Ausführungen des Überstromschutzorganes sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist lediglich der mit Bezugszeichen E versehene Teil, nämlich die Hauseinführung, einer Starkstromanlage für die Stromversorgung eines Wohngebäudes dargestellt. Sie umfaßt die beim Eintritt in das Gebäude H beginnende Hauseinführungsleitung l und den Hausanschlußkasten HK, der Überstromschutzorgane Ü enthält, welche streifenförmige Sicherungen Si sind. Der Anlagenteil in Fig. 1 rechts neben der Verzweigung V der Hauseinführungsleitung zu den einzelnen Verbrauchergruppen heißt Verbraucheranlage, sie ist durch das Bezugszeichen A angedeutet.

In die Hausanschlußleitung l′, durch welche die Hauseinführungsleitung l mit einer Netzhauptleitung des Verteilungsnetzes N verbunden ist, sind zusätzlich Überstromschutzorgane Ü′ eingesetzt, die im Unterschied zu den Schutzorganen Ü der Hauseinführung schaltbar sind. Nach Fig. 1 sind die Überstromschutzorgane Ü′ unmittelbar hinter der Abzweigung A _N der Leitung l′ von der Netzhauptleitung eingesetzt, und zwar ein Überstromschutzorgan Ü′ in jedem Stromleiter l′ _R , l′ _S , l′ _T der Hausanschlußleitung l′, die ebenso wie die Netzhauptleitung des Verteilungsnetzes N und die Hauseinführungsleitung l dreiphasig ist, das heißt drei Phasenstromleiter neben einem Nulleiter MP enthält. Abzweigungen A _N weiterer dreiphasiger Hausanschlußleitungen l′ von derselben Netzhauptleitung sind in der Fig. 1 rechts eingezeichnet. Eine jede dieser Leitungen führt in ein anderes Gebäude und enthält gleiche schaltbare Überstromschutzorgane Ü′.

Schaltbar ist ein Überstromschutzorgan gemäß der Erfindung durch Verwendung eines Leitungsschutzschalters L als Bestandteil, der mittels einer Steuereinheit St, die gegebenenfalls Signalverstärker enthält, geöffnet wird und dadurch den Strom in dem Stromleiter abschaltet, in welchen das Überstromschutzorgan eingesetzt ist, sobald dieser Stromleiter Überstrom führt, und der Leitungsschutzschalter geschlossen wird und dadurch den Strom in dem Stromleiter wieder einschaltet, sobald die Ursache des Überstromes beseitigt ist. Überstrom wird durch einen Überstromdetektor D mit einem Stromsensor W _st erfaßt und an einen Eingang I der Steuereinheit St signalisiert. Durch ein Überwachungsorgan O wird ein Signal als Kriterium für die Beseitigung der Überstromursache gebildet, welches einem Eingang II der Steuereinheit zugeleitet wird. Der Leitungsschutzschalter wird jeweils durch Wirkungsverbindung mit dem Steuerausgang III von St in dem entsprechenden Sinne betätigt.

Die genannten Bestandteile L, St, O und D mit W _st bilden zusammen je ein schaltbares Überstromschutzorgan.

Die drei schaltbaren Überstromschutzorgane in den Stromleitern l′ _R , l′ _S , l′ _T der dreiphasigen Hausanschlußleitung l′ sind in ein gemeinsames Schutzgehäuse G, dessen Hauptmerkmale oben angegeben sind, eingeschlossen, wie es aus den Fig. 2 bis 4 zu ersehen ist, wo jedesmal ein Überstromschutzorgan Ü′ von drei gleichen solcher Schutzorgane dargestellt ist.

Das in der Fig. 2 dargestellte Überstromschutzorgan Ü _R enthält ein elektromechanisches Schaltschütz Sch als Leitungsschutzschalter mit einem in der Schließstellung gezeigten Schaltkontaktpaar K,K, bestehend aus einem feststehenden und einem schwenkbaren Schaltkontakt. Die zugehörige Steuerung St besteht aus zwei Relaisstromkreisen für elektromagnetische Betätigung mit je einer Erregerspule e₁ bzw. e₂ und je einem kontaktlosen Relaissschaltglied, und zwar Thyristoren T 1 bzw. T 2, in Reihenschaltung, die am Ausgang eines sie einspeisenden Netzgleichrichters Gl parallelgeschaltet sind. Dieser ist über einem Netztransformator Tr an die Netzphase (hier R) angeschlossen, von welcher der zu schützende Stromleiter (hier l′ _R ) abzweigt.

Die Erregerspulen sind Zylinderwicklungen mit je einem in und längs der Spulenachse bewegbaren, stabförmigen Betätigungsmagnet m 1 bzw. m 2, welcher mechanisch gekoppelt mit einem auf den schwenkbaren Schaltkontakt K schlagenden Stößel nach Art eines Schlagankers ausgebildet ist. In der Fig. 2 ist der Stößel durch je eine gegen K gerichtete Pfeilspitze und die mechanische Kopplung durch je eine Wirkungslinie veranschaulicht. Durch ein der Steuerelektrode des Thyristors T 1, die den Eingang I von St bildet, zugeleitetes Zündsignal des unten näher beschriebenen Überstromdetektors D wird der Erregerstrom in der Spule e 1 eingeschaltet und dadurch der Betätigungsvorgang zur Trennung der Schaltkontakte K mittels des zugeordneten Stößels ausgelöst. Durch ein der Steuerelektrode des Thyristors T 2, die den Eingang II von St bildet, zugeleitetes Zündsignal des unten näher beschriebenen Überwachungsorganes O wird in der Spule e 2 der Erregerstrom eingeschaltet, wodurch der Betätigungsvorgang zur Schließung der Schaltschützkontakte K mittels des zugeordneten Stößels ausgelöst wird. Die erwähnten Wirkungslinien bilden jeweils einzeln einen mit III bezeichneten Betätigungsausgang der Steuereinheit St. Nach Fig. 2 bilden die zwei Relaisstromkreise mit den Thyristoren T 1 und T 2 eine Gegentaktschaltung, die jedesmal durch ein Signal des Überstromdetektors mit der Einschaltung des Erregerstromes in der Spule e 1 in Betrieb gesetzt wird, alsdann durch das Signal des Überwachungsorganes O der Erregerstrom in der Spule e 2 eingeschaltet wird, mit dessen Verschwinden die Gegentaktschaltung außer Betrieb gesetzt wird. Enthält sie, wie in Fig. 2, einen Löschkondensator C _L und liefert der Netzgleichrichter Gl eine lückenfreie Gleichspannung oder wird das Signal des Detektors D verlängert bis zur Abgabe des Signales des Organes O, dann fließt der mittels des Thyristors T 1 eingeschaltete Erregerstrom bis zur Einschaltung des (zweiten) Erregerstromes mittels des Thyristors T 2, wodurch T 1 zwangsweise gelöscht wird, und dieser Erregerstrom fließt bis zur Einschaltung des Erregerstromes mittels des Thyristors T 1, wodurch wiederum T 2 zwangsweise gelöscht wird, und so fort. Dadurch besteht der Vorteil, daß die Schaltschützkontakte K,K durch die oben erwähnten Betätigungsmittel jeweils in der eingenommenen Schaltstellung, unabhängig von vorhandenen oder nicht vorhandenen gleichwirkenden Mitteln, welche bei den mechanischen Schaltschützen üblich sind, gesichert festgehalten werden und überdies jede Umschaltung in die jeweils andere Schaltstellung durch die dabei sich gegenseitig unterstützenden Betätigungsmittel beschleunigt wird.

Dieselben Vorteile ergeben sich, wenn die Thyristoren T 1 und T 2 durch Schalttransistoren als Halbleiterschaltglieder ersetzt sind und die Signale von D und O zur Ansteuerung jeweils verlängert sind bis zur Abgabe des nächstfolgenden (von O bzw. D), auch bei nicht lückenfreier Gleichspannung des die Relaisstromkreise einspeisenden Netzgleichrichters.

Die erwähnten Maßnahmen, womit ein beschleunigtes Umschalten der Schaltschützkontakte erreicht wird, sind bei dem Überstromschutzorgan nach Fig. 2 dadurch noch ergänzt, daß unter Verwendung der links neben der Figur dargestellten Ladeschaltung mit gesteuertem Ladeschalter S _L für einen Kondensator C die Schaltschützkontakte jeweils mit einer kürzeren Betätigungszeit als ohne Ladeschaltung voneinander getrennt werden, so daß auch eine entsprechend geringere Ansprechverzögerung der Betätigungsmittel des zugeordneten Relaisstromkreises erreicht wird. Die Ladeschaltung ist durch einen Gleichrichter mit einer zusätzlichen Sekundärwicklung w _z des Netztransformators Tr verbunden, die für eine mehrfach höhere Spannnung als die dem Netzgleichrichter Gl zugeführte Spannung ausgelegt ist. Ein erhöhtes Leistungsgewicht des Transformators ist dafür nicht erforderlich. Der Kondensator C wird auf eine entsprechend hohe Gleichspannung über einen Widerstand und den Ladeschalter S _L aufgeladen, die für eine gewünschte kurze Betätigungszeit, zum Beispiel 10 bis 20 Millisekunden, bemessen wird. Beide Relaisstromkreise sind an der mit a bezeichneten Stelle an die hohe Gleichspannung am Ausgang a der Ladeschaltung angeschlossen.

Der vorerwähnte Überstromdetektor D und, gleichfalls vorerwähnt, das Überwachungsorgan O bilden die übrigen Bestandteile auch des in der Fig. 2 dargestellten Überstromschutzorganes Ü′. Bei diesem dient, wie ersichtlich, das kurze Leitungs- oder Kabelstück des Stromleiters l′ _R zwischen Schaltschützkontaktpaar K,K und Ausgangsklemme Kl _A desselben als Stromsensor W _st zur Erfassung von im Stromleiter l′ _R auftretenden Überströmen. An dem Leitungsstück sind zwei Fühlleitungen f angeschlossen, die über eine Diskriminator- oder Filterschaltung F mit dem Eingang einer Gleichrichterbrücke Gr nach Graetz verbunden sind. Am Ausgang von Gr ist eine Schwellwertstufe st angeschlossen, welche einer Kippstufe k mit Verstärker vorgeordnet ist. Die Bestandteile F, Gr, st, k bilden zusammen mit W _st den Überstromdetektor D. Seinen Ausgang bildet der Ausgang von k, der durch Signalleitungen einmal mit dem Steuereingang I von St, das heißt mit der Steuerelektrode des Thyristors T 1, und einmal mit dem Steuereingang b der erwähnten Ladeschaltung verbunden ist.

Die Filterschaltung F ist eigens für Durchlaß der induktiven Komponente der am Leitungsstück von l′ _R abgegriffenen Spannung ausgebildet und der Schwellwert der Stufe st ist so hoch bemessen, daß er nicht größer ist als der Spannungswert der induktiven Komponente, welcher dem Anstieg di/dt des Stromes in der Hausanschlußleitung l′ _R bei einem Kurzschluß entspricht. Damit wird nur im Fall eines Kurzschlusses ein Signal der Schwellwertstufe abgegeben und dadurch am Ausgang der Kippstufe k das Zündsignal für die Auslösung des Betätigungsvorganges zur Trennung der Schaltkontakte von Sch und für die Einschaltung des Ladestromes in der Ladeschaltung für den Kondensator C erzeugt. Das Zündsignal wird bereits bei der Entstehung eines Kurzschlusses erzeugt, so daß während des dadurch ausgelösten Betätigungsvorganges der Kurzschlußstrom vorerst noch ansteigt und durch die Trennung der Schaltkontakte abgeschaltet wird, bevor er so groß wird, daß die Spannung des Verteilungsnetzes bei der Abzweigung der kurzgeschlossenen Hausanschlußleitung unzulässig weit absinkt.

Ein Überstromdetektor D, wie vorangehend beschrieben, ist zusätzlich für die Erfassung von Überströmen, die nicht infolge eines Kurzschlusses auftreten, eingerichtet, zum Beispiel mit einer zusätzlichen Schwellwertstufe, welche eingangsseitig über eine zusätzliche Gleichrichterbrücke mit Fühlleitungen verbunden ist, die vor der Filterschaltung F von den Leitungen f abzweigen. Ausgangsseitig ist diese Schwellwertstufe mit dem Eingang der Kippstufe k verbunden. Ihr Schwellwert ist so bemessen, daß ein Zündsignal erst erzeugt wird, wenn ein Überstrom einen vorgegebenen Wert erreicht.

Das Überwachungsorgan O des Überstromschutzorganes nach Fig. 2 besteht im wesentlichen aus einem Spannungsteiler, der von den zwei in Reihe geschalteten Primärwicklungen w 1, w 2 zweier Spannungswandler W 1, W 2 gebildet wird. Dieser Spannungsteiler verbindet innerhalb des Schutzgehäuses G von Ü′ _R die Eingangs-Anschlußklemme Kl _E des Stromleiters l′ _R mit der Ausgangs-Anschlußklemme Kl _A des Nulleiters MP, er ist somit an die zwischen dem Netzphasenleiter R und MP besehende Phasenspannung (Sternspannung) angeschlossen. Sein durch die Verbindung der Primärwicklungen w 1, w 2 gebildeter Spannungsteilungspunkt ist mit der Ausgangs-Anschlußklemme des Stromleiters l′ _R verbunden. An der Sekundärwicklung w _s des Spannungswandlers W 2, über dessen Primärwicklung w 2 die Stromleiter l′ _R und MP an den Ausgangs-Anschlußklemmen Kl _A verbunden sind, ist ein Signalumformer angeschlossen. Dieser enthält am Eingang eine Gleichrichterbrücke Gr und nachgeordnet eine Umformerstufe U, deren Ausgang mit dem Steuereingang II der Steuereinheit St, das heißt mit der Steuerelektrode des Thyristors T 2 verbunden ist.

Während der Stromversorgung des Hausanschlusses (Schaltschütz Sch ist geschlossen) besteht an der Sekundärwicklung w _s eine Wechselspannung mit einem durch das Übersetzungsverhältnis von W 2 bestimmten, für die Signalbildung geeigneten kleinen Amplitudenwert als Teil des Amplitudenwertes der Netzphasenspannung. An der Sekundärwicklung w _s verschwindet die Wechselspannung, wenn Kurzschluß in der Hausanschlußleitung l′ _R auftritt, und sie besteht solange nicht oder ist zu klein für die Signalbildung, als die Hausanschlußleitung kurzgeschlossen bzw. niederohmig überbrückt ist. Die Wechselspannung an w _s kehrt wieder, sobald der Kurzschluß bzw. die Ursache eines Überstromes beseitigt ist. Durch die erwähnten Bestandteile Gr und U des Signalumformers wird diese Wechselspannung in ein rechteckförmiges Steuersignal für den Thyristor T 2 der Steuereinheit St umgeformt, durch das der Erregerstrom in der Erregerspule e 2 eingeschaltet wird und der Betätigungsvorgang zur Schließung der Schaltschützkontakte für die Wiedereinschaltung des Stromes ausgelöst wird. Die Länge des Steuersignals kann zweckmäßig auf eine Zeitdauer, beginnend bei Wiederkehr der Wechselspannung an w _s , begrenzt sein, die nicht kürzer als die Betätigungszeit für die Schließung der Schaltkontakte K, K ist, damit nach Schließung derselben der Erregerstrom abgeschaltet wird. Steuersignale mit begrenzter Zeitdauer, gebildet durch ein Überwachungsorgan O wie vorangehend beschrieben, sowie auch durch einen Überstromdetektor D gebildete Steuersignale mit begrenzter Zeitdauer erfüllen den erwähnten Zweck, wenn damit Transistoren als Halbleiterschaltglieder T 1 und T 2 anstatt Thyristoren angesteuert werden oder wenn abschaltbare Thyristoren oder Thyristoren mit Einzellöschung in einer dazu angepaßten Steuereinheit St verwendet werden.

Der Signalumformer des Überwachungsorganges O kann schließlich eine Kippstufe für die Signalbildung und eine vorgeordnete Schwellwertstufe anstelle einer Umformerstufe U enthalten, damit durch Einstellung eines genügend hohen Schwellwertes die Abgabe eines Steuersignales und somit Schließung der Schaltschützkontakte K, K entsprechend sicher verhindert wird, wenn ein Kurzschluß oder Ursache eines Überstromes nicht vollständig beseitigt ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform eines Überstromschutzorganes Ü′ _R ist, wie unter Beispiel 2 beschrieben und in den Grundzügen weiter erläutert, ein Halbleiter-Schaltschütz mit zwei gegensinnig parallelgeschalteten Netzthyristoren Th 1, Th 2 als Leitungsschutzschalter L anstelle eines elektromechanischen Schaltschützes verwendet. Nach Fig. 3 enthält die zugehörige Steuereinheit St einen Steuerimpulsgeber, welcher über den Spannungswandler W 2 des Überwachungsorganes an das als Stromquelle zur Bildung von Steuerimpulsen dienende Verteilungsnetz N angeschlossen ist. Hierfür ist der Spannungswandler zur Übertragung der benötigten Leistung an den Steuerimpusgeber wie ein Netztransformator ausgeführt mit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis .

Unabhängig von der Ausführung des Spannungswandlers W 2, wird das Überwachungsorgan O in seiner ihm zugedachten eigentlichen Funktion und gleichzeitig als Kurzschlußdetektor verwendet. Ein Überstromdetektor D ist daher bei der hier beschriebenen Ausführung eines Überstromschutzorganes zusätzlich nur dann vorgesehen, wenn der Verbraucherstrom bereits beim Erreichen eines festgelegten Überstromwertes abgeschaltet werden soll. In der Fig. 3 ist dieser Überstromdetektor mit seinen Bestandteilen f, Gr, st, k der Vollständigkeit halber gezeichnet, allerdings ohne Anschluß an einen Stromsensor W _st mittels der Fühlleitungen f. Durch ein Signal dieses Überstromdetektors D beim Auftreten eines Überstromes im Phasenleiter l′ _R der Hausanschlußleitung wird der dem Ausgang III der Steuereinheit St parallel liegende Halbleiterschalter T _k , hier ein Schalttransistor, stromleitend gesteuert und dadurch der Steuerausgang III kurzgeschlossen. Den Netzthyristoren Th 1, Th 2 des Leitungsschutzschalters L werden dann keine Steuerimpulse mehr zugeführt, so daß deren Stromleitung durch Selbstlöschung beendet wird und der Verbraucherstrom abgeschaltet wird. Der Schalttransistor kann auch durch ein Signal eines Kurzschlußdetektors stromleitend gesteuert werden. Das Signal des Überwachungsorganes O zur Wiedereinschaltung des Verbraucherstromes wird über eine Signalleitung r an den Rücksetzeingang der Kippstufe k von D abgezweigt, wodurch T _k gesperrt wird, so daß dann die Steuerimpulse den Netzthyristoren des Leitungsschutzschalters L wieder zugeführt werden.

Es werden steuerfähige Steuerimpulse durch Gleichrichtung und Umformung der auf die Sekundärwicklung w _s des Spannungswandlers W 2 übertragene, herunterübersetzten Phasenwechselspannung u _R , welche voll am Verbraucher liegt, erzeugt mittels der Gleichrichterbrücke Gr und der Umformerstufe U. Diese bilden den Steuerimpulsgeber und sind wie bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform eines Überstromschutzorganes nachgeordnete Bestandteile des Überwachungsorganes O. Ohne weitere Mittel und Maßnahmen ist das Überwachungsorgan mit dem als Netztransformator des Steuerimpulsgebers ausgeführten Spannungswandler W 2 zugleich als Kurzschlußdetektor ausgebildet. Tritt ein Kurzschluß in der Hausanschlußleitung l′ auf, so verschwindet die am Spannungswandler W 2 liegende Phasenwechselspannung u _R , so daß keine Steuerimpulse mehr erzeugt werden. Die Netzthyristoren des Leitungsschutzschalters werden jeweils bei einem Nulldurchgang des Verbraucherstromes selbsttätig gelöscht und der Verbraucherstrom abgeschaltet. Schon während der Verbraucherstrom in den zeitlichen Stromverlauf bei Kurzschluß übergeht, wird die Amplitude der am Spannungswandler W 2 liegenden Phasenwechselspannung so klein, daß keine steuerfähigen Steuerimpulse gebildet werden.

Nach der Abschaltung des Verbraucherstromes liegt die volle Phasenwechselspannung u _R am Spannungswandler W 1 des Überwachungsorganes O, solange der Kurzschluß fortbesteht. Nach Beseitigung des Kurzschlusses liegt sie vorübergehend so lange an der einen Spannungsteiler bildenden Reihenschaltung der Spannungswandler-Primärwicklungen w 1 und w 2, als die Netzthyristoren des Leitungschutzschalters L nicht stromleitend sind. Das Windungszahlverhältnis w 2/w 1 der Spannungswandler-Primärwicklungen ist so gewählt, daß der Spannungsanteil von u _R an der Primärwicklung w 2 unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses w 2/w _s des Wandlers W 2 hinreichend groß ist für die Erzeugung zündfähiger Steuerimpulse. Sind schließlich die Netzthyristoren Th 1 Th 2 stromleitend, dann liegt die volle Phasenwechselspannung u _R wieder an der Primärwicklung des Wandlers W 2.

Bei einer weiteren Ausführungsform eines Überstromschutzorganes Ü′ _R gemäß der Erfindung, dargestellt in der Fig. 4 und unter Beispiel 3 beschrieben und in den Grundzügen näher erläutert, besteht der Leitungsschutzschalter L in der Kombination eines Halbleiter-Schaltschützes nach Fig. 3 und eines elektromechanischen Schaltschützes nach Fig. 2 in Reihe geschaltet mit einer Drossel (Reihendrossel Dr), die zueinander parallelgeschaltet sind. Bei dieser Ausführungsform wird der Verbraucherstrom über das für Normalstromversorgung dauernd geschlossen gehaltene elektromechanische Schaltschütz zugeführt. Das Halbleiter-Schaltschütz dient als Hilfsschaltmittel, damit im Falle eines Kurzschlusses oder eines Überstromes in der Hausanschlußleitung die Schaltschützkontakte K, K bei möglichst geringer Strombelastung oder sogar lichtbogenfrei voneinander getrennt werden.

In beiden Fällen wird durch das Signal des Überstromdetektors D und/oder des Überwachungsorganes O das Halbleiter-Schaltschütz stromleitend gemacht, wobei der Netzthyristor, welcher durch den beim Anstieg des Kurzschlußstromes i _k an der Drossel Dr bestehenden Spannungsimpuls in der Vorwärtsrichtung beansprucht ist, gezündet und stromleitend aufgesteuert wird.

Hierdurch wird für den Kurzschlußstrom ein niederohmiger Nebenschluß für die Drossel bei noch beschlossenem Schaltschütz Sch eingeschaltet, so daß über den Nebenstromzweig und die mit dem Nulleiter MP kurzgeschlossene Hausanschlußleitung l′ _R der weitaus größte Anteil des ansteigenden Kurzschlußstromes fließt, während der Stromzweig mit Sch und Dr mit einem entsprechend kleinen Anteil belastet ist, welcher auch viel langsamer ansteigt. Das Signal des Überstromdetektors und/oder des Überwachungsorganes wird gleichzeitig der Steuereinheit St des elektromechanischen Schaltschützes zugeleitet, um den Erregerstrom des Relaisstromkreises für die Trennung der Schaltschützkontakte einzuschalten. Werden am Ende derAbschaltzeit des Schaltschützes Sch dessen Schaltkontakte voneinander getrennt und der kleine Anteil von i _k abgeschaltet, dann fließt der auf den Nebenstromzweig kommutierte Anteil von i _k weiterhin und wird durch Selbstlöschung des stromführenden Netzthyristors im nächstfolgenden Strom-Nulldurchgang ausgeschaltet.

Anschließend an die nähere Beschreibung des Überstromschutzorganes nach Fig. 4 werden Bemessungsregeln für eine funktionsgerechte Ausführung eines aus der Parallelschaltung des Stromzweiges mit Sch und Drossel Dr und des Stromzweiges mit dem Halbleiter-Schaltschütz bestehenden Leitungsschutzschalters L in Verbindung mit einem Beispiel (Stromversorgungsanlage) erläutert.

Bei dem Überstromschutzorgan mit dem Leitungsschutzschalter L nach Fig. 4 ist die Steuereinheit St des elektromechanischen Schaltschützes Sch wie die nach Fig. 2 ausgebildet, und zwar mit Thyristoren T 1 und T 2 als Halbleiterschaltglieder der zwei Relaiskreise in Gegentaktschaltung. Der Steuereinheit kann zwecks zusätzlicher Verminderung der Abschaltzeit des Schaltschützes Sch auf 10 ms und kürzer erforderlichenfalls eine Ladeschaltung, wie links in Fig. 2 dargestellt, zugeordnet sein. Die Steuereinheit für die Netzthyristoren Th 1 und Th 2 des Halbleiter-Schaltschützes ist ein Signalverstärker mit einem Signaleingang I, welchem von der Umformerstufe U des Überwachungsorganes O abgeleitete Signale zugeführt werden, und einem Steuerausgang III zu den Netzthyristoren, die in der gleichen Weise wie bei der entsprechenden Steuereinheit nach Fig. 3 angesteuert werden. Die Steuereinheit St nach Fig. 4 wird jedoch aus dem Netzgleichrichter Gl über die Verbindung der zwei Relaisstromkreise mit Strom versorgt. Ein Überstromschutzorgan nach Fig. 4 kann bedarfsweise einen Überstromdetektor D und ein Überwachungsorgan O enthalten. D und O sind dann beiden Schaltschützen Sch und Th 1, Th 2 gemeinsam zugeordnet. Das in Fig. 4 dargestellte Überstromschutzorgan hingegen enthält nur das Überwachungsorgan O und gemeinsam zugeordnet, das zugleich als Kurzschlußdetektor verwendet wird. Hierfür ist die Steuerfunktion der Umformerstufe U entsprechend ausgebildet, zum Beispiel mit einem Signalausgang, welcher über eine negierende Kippstufe n, die eine vorgegebene Zeitkonstante aufweist, mit dem Signaleingang I der Steuereinheit St für das Halbleiterschaltschütz verbunden ist, und einem Steuerausgang für die Thyristoren T 1 und T 2 der Steuereinheit St für das Schaltschütz Sch. An dem Steuerausgang von U besteht bei an der Sekundärwicklung w _s des Spannungswandlers W 2 vorhandener Wechselspannung ein steuerfähiger Dauerimpuls, rechteckförmig mit einer stufenförmigen hinteren Flanke, wenn die Wechselspannung einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Der Steuerausgang ist einmal direkt mit dem Steuereingang II von St (Steuerelektrode des Thyristors T 2) und einmal über eine signalumkehrende Kippstufe k _u mit dem Steuereingang I (Steuerelektrode des Thyristors T 1) verbunden. Bei Kurzschluß in der Hausanschlußleitung l′ _R verschwindet die Wechselspannung an der Sekundärwicklung w _s , so daß am Steuerausgang von U der steuerfähige Dauerimpuls und am Signalausgang das Signal der Umformerstufe scharf abbrechen. Dadurch wird der Steuerelektrode von T 1 ein steuerfähiger Dauerimpuls zugeführt und der Erregerstrom für die Trennung der Schaltschützkontakte eingeschaltet. Gleichzeitig wird der Steuereinheit für das Halbleiter-Schaltschützes ein Steuersignal für die Aufsteuerung des jeweils zündfähigen Netzthyristors mit einer Zeitdauer zugeleitet, die länger als die Abschaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes ist. Nach Beendigung des Steuersignales wird der mittels des Halbleiter-Schaltschützes eingeschaltete Kommutierungsstrom durch Selbstlöschung des stromführenden Netzthyristors im nächstfolgenden Strom- Nulldurchgang ausgeschaltet, seine Wiedereinschaltung in Gegenpolarität mittels des zweiten Netzthyristors geschieht nicht. Durch Beseitigung des Kurzschlusses wird die Primärwicklung des Spannungswandlers W 2 als Bestandteil des induktiven Spannungsteilers W 1,W 2 von O, an dem die Netzphasenspannung u _R liegt, wieder spannungsführend und die Wechselspannung an der Sekundärwicklung w _s kehrt wieder. Am Steuerausgang der Umformerstufe U entsteht dadurch wie oben beschrieben, der für das Halbleiterschaltglied T 2 der Steuereinheit St steuerfähige Dauerimpuls und gleichzeitig verschwindet der Dauerimpuls, welcher das Halbleiterschaltglied T 1 stromleitend erhält, während die Schaltschützkontakte K,K voneinander getrennt sind, falls der Netzgleichrichter Gl eine lückende Gleichspannung liefert. Durch den Dauerimpuls, welcher nun der Steuerelektrode des Halbleiterschaltgliedes T 2 zugeführt wird, wird der Erregerstrom für die Schließung der Schaltschützkontakte eingeschaltet.

Mit dem Spannungsteiler W 1,W 2 in Reihe liegt, wie aus Fig. 4 und aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ein Schaltmittel q, beispielsweise ein elektromagnetisch betätigter, und zwar fernbetätigter Ruhekontakt, welcher normalerweise durch einen Erregerstrom in der Schließstellung gehalten wird, jedoch durch die sich infolge eines Kurzschlusses voneinander trennenden Schaltschützkontakte K,K kovalent betätigt, in die Offenstellung gebracht wird, in welcher der Kontakt von q so lange verbleibt, als der Erregerstrom unterbrochen ist. Zu diesem Zweck ist der Erregerstromkreis von q ausgehend in Form einer Leitungsschleife durch die Ausgangsklemme Kl _A aus dem Schutzgehäuse G herausgeführt und zusammen mit der Hausanschlußleitung l′ _R bis zur Hauseinführung E (s. Fig. 1) verlegt. Damit wird es, besonders bei einer mit Netz- und Hausanschlußleitungskabel im Erdboden befindlichen Überstromschutzvorrichtung, ermöglicht, daß nach Instandsetzung eines durch Kurzschluß zerstörten Hausanschlußkabels der Kontakt des Schaltmittels q durch Wiederherstellung der bei der Zerstörung des Hausanschlußkabels unterbrochenen Leitungsschleife, ohne Gefährdung durch die Netzspannung, fernbetätigt in die Schließstellung gebracht werden kann. Der Spannungsteiler W 1,W 2 wird somit an die Netzphasenspannung angeschlossen und die Wiederschließung der Schaltschützkontakte eingeleitet. Das fernbetätigte Schaltmittel q kann auch als Halbleiterrelais ausgeführt sein, es kann ferner bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform verwendet werden.

Als Beispiel einer Stromversorgungsanlage sei die für eine Ortsrandwohnsiedlung mit 10 Hausanschlüssen betrachtet, die durch eine 0,5 km lange Netzhauptleitung des Verteilungsnetzes, ein gebräuchliches Niederspannungskabel VPE, mit Strom versorgt wird. Von dieser Hauptleitung zweigen in der Wohnsiedlung 10 parallelgeschaltete verkabelte Hausanschlußleitungen ab, die zu einzelnen Mehrwohnungs- und zu kleinen Gruppen von Einwohnungshäusern führen. Jede Hausanschlußleitung sei für eine Nennstromaufnahme der angeschlossenen Verbraucher von 100 A bei 220 Volt Anschlußspannung ausgelegt und jede enthält die drei Phasenanschlußleitungen l′ _R l′ _S l′ _T sowie den Nulleiter MP. Unter Berücksichtigung, daß auch Kurzschlüsse einer Phasenanschlußleitung allein und des Nulleiters verursacht werden können, muß eine jede Phasenanschlußleitung einer Hausanschlußleitung ein Überstromschutzorgan Ü′ aufweisen. In dem wahrscheinlichen Fall, daß durch gewaltsame Einwirkung alle drei Phasenanschlußleitungen und der Nulleiter einer der zehn verkabelten Hausanschlußleitungen zerstört werden, gehen die Phasenströme i _R , i _S , i _T in den Leitungen l′ _R , l′ _S , l′ _T in Phasenkurzschlußströme i _k)R , i _k)S , i _k)T über, die im Zeitpunkt des Kurzschlusses mit der jeweiligen Polarität der Phasenströme anzusteigen beginnen. Je früher während einer Halbschwingung eines Phasenstromes der Zeitpunkt des Kurzschlusses liegt, desto höher kann während derselben Halbschwingung der betreffende Phasenkurzschlußstrom innerhalb seiner durch die Zeitkonstante

des Kurzschlußstromkreises gegebenen Anstiegszeit werden. (R _M bedeutet ohmscher Leitungswiderstand einer Phasenleitung ph des Verteilungsnetzes N, L _M bedeutet Leitungsinduktivität von ph, l _s Induktivität der Drossel Dr [ph=R,S,T]). Bildet sich bei einem Kurzschluß der drei Phasenanschlußleitungen der Kurzschlußstrom in einer dieser drei Leitungen nicht mehr aus, weil sich der Kurzschluß in einem Zeitpunkt mit zu kleinem Zeitabstand, zum Beispiel 30°el, vor dem Ende der betreffenden Halbschwingung des Phasenstromes ereignet, so kann er sich in mindestens einer der anderen Phasenanschlußleitungen voll ausbilden. Sein zeitlicher Verlauf i _k (t) läßt sich mit guter Näherung unter der vereinfachenden Einschränkung angeben, daß während der Anstiegszeit des Kurzschlußstromes die Generatorspannung E _ph der gleichnamigen Phase ph des Veteilungsnetzes konstantbleibend den Effektivwert _ph aufweist. Sie sei so groß bemessen, daß auch der Effektivwert jeder Phasenanschlußspannung u _ph für die Verbraucher bei Nennbelastung des 3-Phasen-Netzes N 220 V beträgt.

Die Beziehung

gibt den zeitlichen Verlauf des Kurzschlußstromes in der betreffenden Phasenanschlußleitung l′ _ph und in der Leitung der Netzphase ph wieder (i _ph (0) bedeutet den Stromwert 100 A des Phasenstromes im Zeitpunkt des Kurzschlusses t=0).

In der Beziehung (1) ist der Einfluß der kapazitiven Ströme und der Ableitungsströme der dreiphasigen Netzleitung (R S T MP) sowie der vernachlässigbar kleine ohmsche Widerstand r des Phasenanschlußleitungsabschnittes zwischen Eingangsklemme Kl _E und Ausgangsklemme Kl _A (Fig. 4) nicht berücksichtigt.

Zu berücksichtigen ist jedoch, daß der zeitliche Verlauf des Kurzschlußstromes nach Beziehung (1) während seiner Anstiegszeit durch die Induktivitäten l _s der Drosseln Dr beeinflußt wird, welche in den Phasenanschlußleitungen l′ _ph der neun anderen von den zehn von der dreiphasigen Netzhauptleitung abzweigenden parallelgeschalteten Hausanschlußleitungen l′, in denen beispielsgemäß keine Kurzschlüsse aufgetreten sind, liegen. Der hierdurch veränderte Verlauf läßt sich mit den speziellen Daten R _M =0,12 Ω, L _M =0,125 mH eines 0,5 km langen Niederspannungskabels für die dreiphasige Netzhauptleitung N und mit l _s = 0,05 mH als partikuläre Lösung für i _k (0)=100 A darstellen durch

i _ks (t) = (-9,17 _ph + 95,1)exp - 0,654t + (0,84 _ph + 4,9)exp - 6,19t + 8,33 _ph [A] (2)

Aus der Beziehung (2) bestimmt sich die Stromanstiegsgeschwindigkeit im Zeitpunkt des Kurzschlusses di _k /dt (0) = 0,77 _ph -92,5 A/_msek.

Mithin ergibt sich, daß im Zeitpunkt des Kurzschlusses ein Spannungsimpuls mit der Impulshöhe di _k /dt(0)l _s an der Drossel Dr gebildet wird. Mit den Daten des vorliegenden Beispiels _ph =340 V und l _s =0,05 mH beträgt sie 8,5 V.

Durch den Spannungsimpuls wird er in Durchlaßrichtung vorgespannte Netzthyristor des Halbleiter-Schaltschützes, welches im Nebenstromzweig des elektromechanischen Schaltschützes Sch und der Drossel Dr der kurzgeschlossenen Phasenanschlußleitung l′ _R liegt (vgl. Fig. 4), für die Einschaltung des Kurzschlußstromes in diesem Nebenstromzweig aufsteuerungsbereit gehalten. Gleichzeitig wird das Zündsignal des Kurzschlußdetektors O beiden Netzthyristoren des Halbleiter-Schaltschützes zugeleitet. Die Induktivität der Drossel Dr ist nach dem Größenwert di _k /dt (0) der aus (2) bestimmten Stromanstiegsgeschwindigkeit von i _ks bemessen, so daß der Spannungsimpuls die zur Aufsteuerung des gezündeten Netzthyristors erforderliche Impulshöhe aufweist. Außerdem ist die Drossel Dr so ausgeführt, daß die Impulshöhe des Spannungsimpulses ungefähr 0,1 msek lang unverändert bleibt, damit auch hemmungsbedingt verzögerte Aufsteuerungen mit Einschaltzeiten ermöglicht werden, die länger als die bei Thyristoren erreichten Einschaltzeiten von beispielsweise 15 µsek sind. Eine dafür geeignete Drossel, die aufgrund der Wechselfeldpermeabilität ihres Magnetkernes bei einer Gleichstromdurchflutung von 100 A eine Induktivität von beispielsweise 0,05 mH aufweist, ist aus praktischen Gründen als sogenannte Einleiterdrossel mit Schnittbandkernen Drk aus einem weichmagnetischen Werkstoff in Kreisform oder vorzugsweise in Rechteckform ausgeführt, welche nach Fig. 4 über der Phasenanschlußleitung l′ _R aneinander gestapelt sind. Eine solche Drossel kann zum Beispiel mit einer kleinen Anzahl Schnittbandkerne aus Silizium-Texturblech hergestellt werden, von denen jeder Kern die Abmessungen 25 cm Eisenweglänge, 4 cm Kernhöhe und 6,8 cm² Kernquerschnitt aufweist und jeder mittels Spannungsverschlüsse zusammengespannt ist. Dafür werden vier oder zwölf dieser Schnittbandkerne benötigt, je nach dem wie groß, nämlich 0,01 mm beziehungsweise 0,1 mm, die Luftspalte Sp zwischen ihren Trennflächen eingestellt sind.

Eine Drossel Dr mit gleicher Wirkung und Eignung für die gewünschte Ausbildung des Spannungsimpulses kann zum Beispiel auch mit einer Anzahl von Schnittbandkernen aus einer Kobalt- Eisen-Legierung mit etwa 50% Kobalt, die entsprechende Abmessungen haben, hergestellt werden. Ferner kommen dafür Kreisringkerne aus einem Ferritmaterial in Betracht. Von solchen Ringkernen, die beispielsweise eine mittlere Eisenweglänge von 25 cm, 1,3 cm, Kernhöhe und den Kernquerschnitt von 2,5 cm² aufweisen, wird zur Herstellung einer Drossel mit der angegebenen Eignung zwar eine Anzahl 40 benötigt, jedoch müssen solche Ringkerne nicht mit Luftspalte versehen werden, weil sie eine reduzierte Eisenweglänge von einigen 0,01 mm schon aufweisen und damit aussreichend starke Scherung ihrer Hystereseschleife.

Durch die Induktivität l _s der Drossel und die Gesamtlänge, das ist die Summe der Kernhöhen der aneinandergestapelten Drosselkerne, ist auch der Stromwert im Zeitpunkt der Trennung der Schaltkontakte des elektromechanischen Schaltschützes Sch bestimmt, auf den der Kurzschlußteilstrom i₂ in dem Stromzweig, in welchem das Schaltschütz Sch und Drossel Dr liegen, angestiegen ist, nachdem der große Kurzschlußteilstrom i₁ im Nebenstromzweig mit dem Halbleiter-Schaltschütz eingeschaltet worden ist. Der zeitliche Verlauf der Teilströme i₁ und i₂ ergibt sich als durch den zeitlichen Verlauf i _k (t) nach der Beziehung (2) bestimmte partikuläre Lösung. Der zweite Summand in der Beziehung (2) ist schon bei t=0,5 msek vernachlässigbar klein und kann darin weggelassen werden, so daß die Beziehung (2), wie auch die Beziehung (1), nur noch einen Exponentialausdruck mit jeweils gleichen Exponenten enthält, nämlich exp -0,654 t einmal. Damit und speziell mit den obigen Werten für R _M , L _M und l _s = 0,05 mH in der Beziehung (2) ergibt sich für den zeitlichen Verlauf des Stromes i₂ in der Drossel Dr die Beziehung

Hierin bedeuten:

in mΩ
r _B  Bahnwiderstand eines Netzthyristors Th in mΩ,
r₁ ohmscher Widerstand des Nebenstromzweiges, in welchem das Halbleiter-Schaltschütz ist,
in mΩ
r₂ ohmscher Widerstand des Stromzweiges, in welchem Sch und Dr liegen,
in Volt
U _s  Schleusenspannung eines Netzthyristors Th,
_ph  Effektivwert der Generatorspannung der Netzphase ph,
t Zeitdauer des Kurzschlußstromes in msek

Der Bahnwiderstand (Ersatzwiderstand) von Netzthyristoren liegt im Bereich 0,16 . . . 0,2 mΩ, die Schleusenspannung bei 1,1 Volt.

Es seien nun die Widerstände r₁ und r₂ der beiden Stromzweige, die beispielsweise bandförmige Stromleiter sein können, so groß bemessen, daß r _B +r₁≈0,3 mΩ und r₂≈0,6 mΩ. Damit folgt aus der Beziehung (3), daß der Teilstrom i₂ in Dr und den geschlossenen Schaltkontakten K, K bei t = 10 msek vom Anfangswert i _ph (0) = 100 A auf 430 A angestiegen ist. Das ist in diesem Beispiel der größte Wert des Teilstromes i₂, der nur erreicht wird, wenn der Zeitpunkt des Kurzschlusses ganz früh in einer Halbschwingung des Phasenstromes i _ph liegt. Nur in diesem Fall und wenn die Schaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes Sch nur 10 msek lang ist, werden dessen Schaltkontakte bei größter Strombelastung voneinander getrennt. Im Vergleich hierzu ergibt sich mit den obigen Daten aus der hier nicht wiedergegebenen Beziehung für i₁(t), daß der kommutierte Teilstrom i₁ bei t = 5 msek seinen Höchstwert von 2660 A erreicht und bei t = 10 msek noch 2470 A ist.

Generell ergibt sich aufgrund der Beziehung (3), daß der Anstieg des Teilstromes i₂ über den Anfangswert i _ph (0) im Zeitpunkt des Kurzschlusses hinaus vermindert wird, wenn die Drossel Dr eine größere Induktivität l _s aufweist, sofern die Summe der Widerstände r _B +r₁+r₂ kleiner als 0,1 mΩ bemessen ist. Mit zum Beispiel 0,1 mH = l _s und mit den sonst unveränderten obigen Daten des Kurzschlußstromkreises ist der Teilstrom i₂ bei t = 10 msek um 175 A über den Anfangsstrom i _ph (0) hinaus angestiegen. Eine andere Möglichkeit zur Verminderung des Teilstromanstieges wird in der Verwendung von Thyristoren Th mit einer Schleusenspannung U _s kleiner als 1 Volt gesehen. Hierfür bieten sich Thyristoren auf Verbindungshalbleiterbasis an. Mit zum Beispiel l _s = 0,1 mH, U _s = 0,6 V und sonst unveränderten obigen Daten ist der Teilstrom i₂ bei t = 10 msek um 127 A über den Anfangsstrom hinaus angestiegen.

Durch Verminderung des Stromanstieges wird erreicht, daß die Schaltkontakte K,K bei geringerem Teilstrom i₂, das heißt stromarm, voneinander getrennt werden können. Zudem wird dabei mit größerer Wahrscheinlichkeit verhindert, daß sich Schaltlichtbögen stabil ausbilden können, oder es können bei der Kontakttrennung nur Schaltfunken entstehen, die für die Schaltkontakte aber nicht schädlich sind.

In den beschriebenen Ausführungsformen ist eine Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung ohne prinzipielle Abänderungen für die Stromversorgung aus anderen als den öffentlichen Wechselstromnetzen, beispielsweise aus Betriebsnetzen der Industrie, aus Bordnetzen und dergleichen autonomen Netzen anwendbar. Für die Stromversorgung aus Gleichstromnetzen sind als Netzthyristoren Th zwangsgelöschte Thyristoren oder künftig etwa verfügbare abschaltbare Leistungsthyristoren anzuwenden, denen entsprechende Steuermittel zugeordnet sind.

Claims (9)

1. Schutzvorrichtung für die Stromversorgung von Wohn- und Betriebsgebäuden und dergleichen Gebäuden, insbesondere für Stromversorgungsanlagen (A) von Wohnhäusern, mit je einem Überstromschutzorgan (Ü) zum Schutz der Stromleitungen (l _R , l _S , l _T ) im Bereich der Hauseinführung (E), die mit dem Verteilungsnetz (N) durch von dessen Phasenleitern (R, S, T) abzweigenden Hausanschlußleitungs-Stromleitern (l′ _R , l′ _S , l′ _T ) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Überstromschutzorgan (Ü′) in jedem Stromleiter (l′ _R , l′ _S , l′ _T ) einer Hausanschlußleitung (l′) kurz hinter ihrer Abzweigung (N _A ) vom Verteilungsnetz (N) vorgesehen ist, welches enthält einen Leitungsschutzschalter (L),
eine den Leitungsschutzschalter betätigende Steuereinheit,
einen Überstromdetektor (D),von welchem der Steuereinheit ein die Abschaltung des Stromes mittels des Leitungsschutzschalters steuerndes Signal zugeleitet wird, wenn in einem Stromleiter (l′ _R, l′_S, l′_T) der Hausanschlußleitung ein Überstrom entsteht, und ferner enthält
ein Überwachungsorgan (O), von welchem der Steuereinheit ein die Wiedereinschaltung des Stromes mittels des Leitungsschutzschalters steuerndes Signal zugeleitet wird, wenn die Ursache des Überstromes beseitigt ist, wobei letzteres duch das Überwachungsorgan (O) unter Verwendung einer Prüfspanung festgestellt wird, die aus der am Eingang (Kl _E ) des zusätzlichen Üerstromschutzorgans (Ü′) auch im Überstromfall anstehenden Phasenleiterspannung abgeleitet wird.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übestromschutzorgane (Ü′) sämtlicher Stromleiter (l′ _R , l′ _S , l′ _T ) einer Hausanschlußleitung in einem gemeinsamen Schutzgehäuse (G) untergebracht sind, welches stoß- und schlagfest ausgebildet und hermetisch dicht verschließbar ist und für jeden Stromleiter (l′ _R , l′ _S , l′ _T ) sowie für den Nulleiter (MP) der Hausanschlußleitung eine Eingangs- und eine Ausgangs-Anschlußklemme (Kl _E bzw. Kl _A ) aufweist.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromdetektor (D) eine Kippstufe (k) mit einer eingangsseitig vorgeordneten Schwellwertstufe (st) enthält, welche am Ausgang einer Gleichrichterbrücke (Gr) nach Graetz angeschlossen ist, deren Eingang durch Fühlleitungen (f) mit einem in der Leitung des zu überwachenden Stromes liegenden Stromsensor (W _st ) verbunden ist, und daß die Schwellwertstufe einen in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des Stromsensors und einem festzulegenden Mindestwert des Stromanstieges bemessenen Schwellwert aufweist, bei dem die Abschaltung des Stromes bewirkt werden soll.

4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (Dr), welche mit dem Leitungsschutzschalter (L) unmittelbar in Reihe geschaltet ist (Reihendrossel), als Stromsensor (W _st ) dient.

5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Überwachungsorgan (O) mit einem Spannungsteiler aus zwei Primärwicklungen (w 1, w 2) von zwei Spannungswandlern (W 1, W 2) in Reihenschaltung ausgeführt ist, der an die zwischen dem Netzphasenleiter (R, S, T), von welchem der zu schützende Stromleiter (l′ _R , l′ _S , l′ _T ) der Hausanschlußleitung abzweigt, und dem Nulleiter (MP) bestehende Spannung angeschlossen ist und die Verbindung der zwei Primärwicklungen (w 1, w 2) an die Ausgangs-Anschlußklemme (Kl _A ) des zu schützenden Stromleiters angeschlossen ist,
und daß ein die Wiedereinschaltung des Stromes steuerndes Signal von einer Sekundärwicklung (w _s ) des Spannungswandlers (W 2) dessen Primärwicklung (w 2) mit einem ihrer Wicklungsenden am Nulleiter (MP) angeschlossen ist, der Steuereinheit (St) für den Leitungsschutzschalter (L) über Signalumformer (Gr, U) zugeleitet wird.

6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 5 und einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitungsschutzschalter (L) ein elektromechanisches Schaltschütz (Sch) ist,
und daß die zugehörige Steuereinheit (St) zwei Relaisstromkreise zur elekromagnetischen Betätigung der Schaltschützkontakte (K) aufweist, wovon ein Relaisstromkreis zur Trennung der Schaltschützkontakte bei der Abschaltung des Stromes mit einem durch das Signal des Überstromdetektors (D) und/oder durch das Verschwinden des Signals des Überwachungsorganes (O) bei einem Kurzschluß in der Hausanschlußleitung aufgesteuerten Halbleiterschaltglied (T 1) dient und ein Relaisstromkreis zur Schließung der Schaltschützkontakte (K) bei der Wiedereinschaltung des Stromes mit einem durch das wiederkehrende Signal des Überwachungsorganes (O) nach Beseitigung der Ursache des Überstromes bzw. des Kurzschlusses aufgesteuerten Halbleiterschaltglied (T 2) bestimmt ist, wobei beide Relaisstromkreise je eine Erregerspule (e 1, e 2) für einen Betätigungsmagneten enthalten und an eine aus dem Verteilungsnetz (N) gespeiste Gleichstromquelle (Gl) angeschlossen sind.

7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Relaisstromkreis zur elektromechanischen Trennung der Schaltschützkontakte (K) beim Einschalten des Erregerstromes an einen Kondensator (C) mit einer Gleichspannung angeschlossen ist, die größer ist als die Spannung der Gleichstromquelle (Gl).

8. Schutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 5 und einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitungsschutzschalter (L) ein Halbleiter-Schaltzschütz mit zwei gegensinnig parallelgeschalteten Netzthyristoren (Th 1, Th 2) ist,
und daß die zugehörige Steuereinheit (St) einen Steuerimpulsgeber und einen für beide Netzthyristoren gemeinsamen Steuerausgang aufweist, welcher durch einen ihm parallelgeschalteten Halbleiterschalter (T _k ) kurzgeschlossen wird, wenn dieser zur Abschaltung des Stromes durch Selbstlöschung der Netzthyristoren durch ein Signal des Überstromdetektors (D) stromleitend gesteuert wird, das bis zur Abgabe eines Signales des Überwachungsorganes (O) zur Wiedereinschaltung des Stromes durch Aufsteuerung der Netzthyristoren (Th 1, Th 2) andauert.

9. Schutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsschutzschalter (L) darin besteht, daß der Reihenschaltung eines elektromechanischen Schaltschützes und einer Reihendrossel (Dr) ein Halbleiter-Schaltschütz mit zwei gegensinnig parallelgeschalteten Netzthyristoren (Th 1, Th 2) parallelgeschaltet ist,
daß das elektromechanische Schaltschütz (Sch) eine zugehörige Steuereinheit (St) und das Halbleiter-Schaltschütz eine Steuereinheit (St) mit Signalverstärker aufweist, beide Schaltschütze jedoch einen Überstromdetektor (D) und ein Überwachungsorgan (O) gemeinsam aufweisen,
daß der Steuereinheit des Halbleiter-Schaltschützes das Signal des Überstromdetektors und/oder ein beim Verschwinden des Signales des Überwachungsorganes gebildetes Signal zugeleitet wird, um die Netzthyristoren stromleitend aufzusteuern, damit der Strom auf das Halbleiter-Schaltschütz kommutiert wird, und dieses Signal bzw. diese Signale gleichzeitig der Steuereinheit des elektromechanischen Schaltschützes (Sch) zugeleitet wird bzw. werden und beiden Steuereinheiten länger andauernd als die Abschaltzeit des elektromechanischen Schaltschützes zugeführt wird bzw. werden,
daß hingegen das Signal des Überwachungsorganes (O) zur Wiedereinschaltung des Verbraucherstromes wenigstens dem Halbleiterschaltglied (T 2) des Relaisstromkreises für die Wiederschließung der Schaltschützkontakte (K, K) zugeleitet wird.