DE3900606A1 - Schutz von elektrischen leitungen vor zu hoher erwaermung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz elektri­ scher Leitungen vor zu hoher Erwärmung infolge Strom­ durchfluß sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die ein elektrisches Schaltgerät mit einem magnetischen Schnellauslöser, mit einem Schaltwerk sowie mit einem Kontaktapparat aufweist.

Elektrische Leitungen, die in der Elektroinstallation verwendet werden, sind je nach ihrem Verwendungszweck mit Isolationen unterschiedlicher Güte versehen. Hierbei ist zu beachten, daß die Isolation, die im allgemeinen aus thermoplastischem Kunststoff besteht, eine bestimmte Dauertemperatur im Betrieb verträgt, die nur kurzzeitig überschritten werden darf, wenn sie nicht übermäßig al­ tern (verspröden) soll.

Unter zu hoher Erwärmung wird demgemäß die längerfristi­ ge Erwärmung auf eine solche Temperatur verstanden, bei der der Alterungsprozeß des Isoliermaterials verstärkt wird.

Zum Schutz von Leitungen vor zu hoher Erwärmung ist es bekannt, Schutzschalter einzusetzen, die auf Überlast­ ströme ansprechen und meist unter Benutzung von Thermo­ bimetallen den Stromfluß nach einer bestimmten Strom/ Zeit-Charakteristik abschalten. Dieses weit verbreitete in Leitungs- und Motorschutzschaltern zur Anwendung gelan­ gende Überwachungsprinzip ist mit dem Nachteil behaftet, daß nur der Strom überwacht wird, nicht aber die Tempe­ ratur der Leiterisolation, deren Alterung hierdurch maß­ geblich bestimmt ist.

Nachteilig ist auch, daß das Bimetall im Schutzschalter zunächst eine Verlustleistung verursacht, die zu einer bestimmten Temperaturerhöhung im Schaltgerät und damit auch in der Verteilung, in der das Schaltgerät angeord­ net ist, führt. Durch die gegenseitige Beeinflussung wird die Stromtragfähigkeit der Schutzschalter beein­ trächtigt, da durch den Wärmestau eine Temperaturerhö­ hung vom Schutzschalter erfaßt wird, die nicht der tat­ sächlichen Temperaturerhöhung in der zu schützenden Lei­ tung entspricht. Zur Anpassung an die tatsächliche Lei­ tertemperatur wäre demgemäß eine Temperaturkompensation erforderlich.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Schutz­ schalter nur auf den Strom und die vom Strom im Schalter verursachte Erwärmung reagiert, nicht aber auf die Lei­ tertemperatur, die von der Strombelastung der Art der Verlegung, z. B. einzeln oder in Bündeln, und von der Umgebungstemperatur abhängig ist. Aufgrund dieser Unzu­ länglichkeit wird bei dem derzeitigen Überlastschutz die zulässige Leitertemperatur häufig überschritten, wodurch sich die Lebensdauer der Leitung verringert.

Ausgehend vom vorstehend genannten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem auf einfache Weise die tatsächliche Leitungstem­ peratur als Kenngröße für ihren Schutz vor unzulässiger Erwärmung genutzt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Temperatur einer zu schützenden Leitung örtlich erfaßt wird, daß hierbei eine Meßgröße gebildet wird, die in ein Auslösesignal umgewandelt wird und bei Erreichen eines festgelegten Schwellwertes zur Beaufschlagung einer in der Leitung angeordneten Unter­ brechungsstelle benutzt wird, und daß hierauf der Über­ laststrom in der Leitung unterbrochen wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Tempera­ tursensor ein Signal abgibt, dessen Größe temperaturab­ hängig ist, daß der Temperatursensor mit dem elektri­ schen Schaltgerät verbunden ist und bei Erreichen eines festgelegten Schwellwertes dessen Auslösung hervorruft, um den Stromdurchfluß in der Leitung zu unterbrechen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Temperaturerfassung an der zu schützenden Leitung direkt erfolgt. Hierzu kann es je nach den ört­ lichen Gegebenheiten zweckmäßig sein, den Temperatursen­ sor unmittelbar neben dem elektrischen Schaltgerät oder aber räumlich von diesem getrennt anzuordnen, beispiels­ weise am Eingang in die Verteilung.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung ist ein blockartiger Temperatursensor mit einer Durchführung für die zu schützende Leitung vorgesehen, in welcher ein Thermofühler angeordnet ist und hierbei die zu schützende Leitung umgreift, so daß deren Temperatur nahezu verlustfrei erfaßt wird. Der blockartige Temperatursensor kann dabei für eine belie­ bige, der erforderlichen Anzahl der zu schützenden Lei­ tung entsprechende Zahl von Leitungen ausgestaltet sein, wobei jeder einzelnen Durchführung ein separater Thermo­ fühler zugeordnet ist, so daß Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Leitungen jeweils separat erfaßt und dem zugehörigen elektrischen Schaltgerät zugeleitet werden.

Befindet sich der Temperatursensor räumlich getrennt von der Unterbrechungsstelle in der Leitung, d. h. vom elek­ trichen Schaltgerät, so ist er mittels einer Signallei­ tung mit diesem verbunden. Dabei ist es gemäß der Erfin­ dung zweckmäßig, den Temperatursensor, der ggf. eine Verstärkerschaltung besitzt, mit dem Schnellauslöser im elektrischen Schaltgerät zu verbinden. Hierdurch wird eine unverzügliche Unterbrechung des Stromflusses in der überlasteten Leitung herbeigeführt, auch wenn die in dem elektrischen Schaltgerät vorgesehenen Überlast-Schutz­ einrichtungen noch nicht angesprochen haben.

Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung kann Anwendung finden bei Leitungsschutzschaltern, Motorschutzschaltern und Hauptsicherungsautomaten mit konventioneller und mit elektronischer Auslösung, bei denen die bisher übliche Überlast-Absicherung mittels Bimetall durch den Tempera­ tursensor ersetzt werden kann.

Bei Verwendung in Selbstschaltern mit elektronischer Auslösung ist vorgesehen, daß die vom Temperatursensor kommenden temperaturabhängigen Signale auf den Diffe­ renzstromsensor einwirken und diesen dann zur Auslösung bringen.

Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Thermorelais-Ersatz an Schützen geeignet.

Die Vorteile die sich mit der Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung verbinden sind evident. So wird beispielsweise der Strom bei der Überlast abgeschaltet, bei der die Grenz­ temperatur am Leiter überschritten wird unabhängig von dem zu schützenden Leiterquerschnitt. Hierdurch wird letztlich die Leiterausnutzung verbessert. Außerdem wer­ den erheblich geringere Verlustleistungen in dem zur Absicherung vorgesehenen Schaltgeräten erzeugt, was zu deutlich geringeren Temperaturen in Verteilern führt.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispieles sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Schaltungsskizze eines elek­ trischen Schaltgerätes mit direkt angeschlos­ senem Temperatursensor,

Fig. 2 eine elektrische Schaltungsskizze mit einem vom elektrischen Schaltgerät getrennt angeord­ neten Temperatursensor,

Fig. 3 eine Frontansicht eines Temperatursensors für vier Leiter,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein elektrisches Schaltgerät 10 schema­ tisch in Seitenansicht dargestellt, das ein ein Schalt­ schloß aufweisendes Schaltwerk 12, eine Meß- und Aus­ werteeinheit 14, einen elektromagnetischen Schnellauslö­ ser 16 sowie einen Kontaktapparat 18 aufweist.

Unmittelbar neben dem elektrischen Schaltgerät 10 ist ein Temperatursensor 20 angeordnet, der an das elektri­ sche Schaltgerät 10 anschließt und über eine Signallei­ tung 22 mit der Meß- und Auswerteeinheit 14 verbunden ist.

Der Temperatursensor 20 besitzt eine hier im Längs­ schnitt gezeigte zylindrische Durchführung 24, durch welche ein mit einer Isolierung 26 versehener Leiter 28 zum elektrischen Schaltgerät 10 hindurchgeführt ist.

Die Durchführung 24 ist mit Elementen ausgestattet, die auf Temperaturänderungen infolge Erwärmung reagieren und aktiv, z. B. Thermoelemente, oder passiv, z. B. Heißlei­ ter oder NTC-Widerstände, ein elektrisches Signal abgibt.

Die Eichung der erfindungsgemäßen Anordnung im Hinblick auf die geforderten Auslösebedingungen erfolgt durch Einstellung der Meß- und Auslöseeinheit 14 auf die ge­ wünschte Auslösekennlinie des elektrischen Schaltgerätes 10.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt, wobei jedoch der Temperatursensor 20 räum­ lich getrennt vom elektrischen Schaltgerät 10 angeordnet ist. Zur Übertragung der vom Temperatursensor 20 ausge­ henden Signale auf in Fig. 2 gezeigte Merkmale sind mit den entsprechenden Bezugsziffern, die aus Fig. 1 bekannt sind, versehen.

Fig. 3 zeigt die Frontansicht eines Temperatursensors 20, der vier nebeneinanderliegende Durchführungen 24 besitzt, von denen eine mit einem elektrischen Leiter 28 bestückt ist.

Der Temperatursensor 20 ist, wie bereits aus den Fig. 1 bzw. 2 ersichtlich, als quaderförmiger Block ausgebil­ det. Die zylindrischen Durchführungen 24 sind quer zu seiner Längsachse im Abstand zueinander angeordnet, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Zur Ver­ bindung mit der Meß- und Auswerteeinheit in den zugeord­ neten elektrischen Schaltgeräten, die in dieser Darstel­ lung nicht gezeigt sind, dient eine Signalleitung 23, die entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Leiter­ durchführungen mehrpolig ausgeführt ist.

In Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 3 ge­ zeigte Anordnung wiedergegeben. Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich, daß der quaderförmige Temperatur­ sensor 20 Haltelaschen 21 besitzt, die zur Befestigung an einer Unterlage dienen. Die weiteren Merkmale sind mit den entsprechenden Bezugsziffern versehen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Schutz elektrischer Leitungen vor zu hoher Erwärmung, z. B. infolge Überlaststrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur einer zu schützenden Leitung örtlich erfaßt wird, daß hierbei eine Meßgröße gebildet wird, die in ein Auslösesignal umgewandelt wird und bei Erreichen eines festgelegten Schwellwertes zur Beaufschlagung einer in der Leitung angeordneten Unter­ brechungsstelle benutzt wird, und daß hierauf der Strom in der Leitung unterbrochen wird.

2. Vorrichtung zum Schutz elektrischer Leitungen vor unzulässiger Erwärmung, z. B. infolge Stromdurchfluß, mit einem elektrischen Schaltgerät, das einen magneti­ schen Schnellauslöser, ein ein Schaltschloß aufweisendes Schaltwerk sowie einen Kontaktapparat aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (20) mit der zu schützenden Leitung in Wirkverbindung steht und deren Temperatur erfaßt, und daß der mit dem elektrischen Schaltgerät (10) zusammenarbeitende Temperatursensor (20) ein temperaturabhängiges Signal abgibt, das bei Erreichen eines festgelegten Schwellwertes die Auslösung des Schaltgerätes hervorruft, um dem Stromfluß in der Leitung (28) zu unterbrechen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Temperatursensor (20) und das elektri­ sche Schaltgerät (10) unmittelbar benachbart nebeneinan­ der angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Temperatursensor (20) und das elektri­ sche Schaltgerät (10) räumlich getrennt angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (20) einen Thermofühler besitzt, der in einer Durchführung (24) für die zu schützende Leitung (28) angeordnet ist, in welcher er die Leitung (28) umgreift und deren Tempe­ ratur weitgehend verlustfrei erfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (20) für jede zu schützende Leitung eine mit Thermofühler versehene Durchführung (24) besitzt, die von den anderen Durchführungen (24) im Abstand angeordnet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperaturerfassung an der zu schützenden Leitung direkt erfolgt.