DE4040359C2 - Einrichtung zum Kurzschlußschutz - Google Patents
Einrichtung zum KurzschlußschutzInfo
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- H02H3/021—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kurzschluß
schutz von Abzweigen in elektrischen Niederspannungsverteilun
gen mit einer Reihenschaltung eines Leitungsschutzschalters und
eines Verbrauchers im Hauptstromzweig und mit einem Über
brückungsstromzweig.
Der Kurzschlußschutz von Abzweigen in elektrischen Niederspan
nungsverteilungen wird üblicherweise mit Leitungsschutzschal
tern durchgeführt, deren Stromwärmeintegral, d. h. der Durchlaß-
I2t-Wert, unter der Belastungsgrenze des zu schützenden Lei
tungsquerschnittes liegt. Das zulässige Stromwärmeintegral
empfindlicher Geräte, wie beispielsweise elektronischer Ein
richtungen oder Steuereinrichtungen sowie Halbleiterschalter
und Stoßstromrelais, liegt jedoch bei vergleichbarer Nennstrom
auslegung um mehr als eine Größenordnung niedriger als der
Durchlaßwert eines strombegrenzenden Leitungsschutzschalters.
Für den Einsatz von empfindlichen Geräten in elektrischen Niederspannungsver
teilungen sind deshalb besondere Schutzmaßnahmen erforderlich.
Es ist ein Schalterschütz bekannt, das als Leitungsschutzschal
ter für ferngesteuerte Verbraucher verwendet werden kann. Diese
bekannte Einrichtung enthält in Reihe mit einem Leistungsschal
ter einen Halbleiterschalter, der im Nennbetrieb durch ein
Schütz überbrückt wird, welches die relativ hohe Verlustlei
stung (= I×1 V) des Halbleiters vermeidet. Ferner ist für den
Halbleiterschalter ein Überbrückungsstromzweig vorgesehen, der
eine Löscheinrichtung enthält. Im Kurzschlußfall wird durch den
beweglichen Kontakt des Leistungsschalters ein Lichtbogen gezo
gen, der den Überbrückungsstromzweig einschaltet.
Die Entla
stung des Halbleiterschalters erfolgt deshalb mit einer ent
sprechenden Verzögerung; außerdem kann der zeitliche Abbau der
induktiv gespeicherten Energie im Laststromkreis zu einem un
zulässigen Stromwärmeintegral führen (US 47 25 911).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zum Kurzschlußschutz von Abzweigen in elektrischen Niederspan
nungsverteilungen anzugeben, die im Falle eines Kurzschlusses
empfindliche Geräte am Verbraucher und Schalter im Lastkreis
mit geringer Zeitverzögerung entlastet.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs
1 gelöst. Der Überbrückungsschalter im Überbrückungsstromzweig,
vorzugsweise ein Halbleiterschalter, wird im Anstieg des Kurz
schlußstromes eingeschaltet und schützt dementsprechend mit
sehr kurzer Zeitverzögerung das empfindliche Gerät im Last
kreis. Er braucht diesen Entlastungsstrom jedoch nur kurze Zeit
zu führen, weil er anschließend durch den vorzugsweise mechani
schen Entlastungsschalter entlastet wird, der durch den Magnet
antrieb geschaltet wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung
Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer
Einrichtung zum Kurzschlußschutz gemäß der Erfindung schema
tisch veranschaulicht ist. In Fig. 2 ist die Lichtbogenspan
nung und in Fig. 3 der Kurzschlußstrom des Leitungsschutz
schalters in Abhängigkeit von der Zeit in einem Diagramm auf
getragen. Fig. 4 zeigt in einem Diagramm den Verlauf des Stro
mes des Halbleiterschalters im Überbrückungsstromzweig. Im Dia
gramm der Fig. 5 ist der Verlauf des Laststromes aufgetragen.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform mit mehreren Laststromkrei
sen veranschaulicht.
In der Ausführungsform einer Einrichtung zum Kurzschlußschutz
eines Abzweiges in einer Niederspannungsverteilung gemäß Fig.
1 ist ein Verbraucher 2, beispielsweise ein Wechselstrommotor,
in Reihe mit einem empfindlichen Schalter, beispielsweise einem
Halbleiterschalter 4, und einem Leitungsschutzschalter 6, der
vorzugsweise mit einem in der Fig. 1 nicht dargestellten fern
gesteuerten Antrieb versehen sein kann, an die Phase L und
einem mit N bezeichneten Rückleiter angeschlossen, der bei
spielsweise ein Nulleiter oder im Falle eines Drehstromnetzes
auch ein Mittelpunktleiter sein kann. Im Laststromkreis ist
ferner eine Auswerteeinrichtung angeordnet, beispielsweise
ein Stromwandler 8. Der Verbraucher 2 und der
empfindliche Schalter 4 sind durch einen Überbrückungsstrom
zweig 10 überbrückt, der in einen ersten Teilstromzweig 12 und einen zweiten
Teilstromzweig 13 aufgeteilt ist. Der erste Teil
stromzweig 12 enthält einen Überbrückungsschalter 14 mit sehr
geringer Einschaltverzögerung, der vorzugsweise ebenfalls ein
Halbleiterschalter sein kann und dessen in der Fig. 1 nicht
näher bezeichnete Steuerelektrode mit dem Sekundärkreis des
Stromwandlers 8 verbunden ist, was in der Fig. 1 lediglich durch
eine gestrichelte Wirkungslinie angedeutet ist. Der zweite
Teilstromzweig enthält einen Entlastungsschalter 16, der
vorzugsweise ein mechanischer Schalter sein kann, dessen Ma
gnetantrieb 18 im Überbrückungsstromzweig 10 angeordnet sein kann.
Tritt im Laststromkreis am Verbraucher 2 ein Kurzschluß mit
einem Kurzschlußstrom von beispielsweise IK = 3000 A auf, so
entsteht am Leitungsschutzschalter (Schalter) 6 gemäß dem Diagramm der Fig.
2, in dem die Spannung US an diesem Schalter 6 über der Zeit
t in ms aufgetragen ist, zur Zeit t1 ein geringer Spannungsan
stieg, der durch den Innenwiderstand des Leitungsschutzschal
ters 6 bedingt ist. Zugleich steigt der Kurzschlußstrom IK
gemäß dem Diagramm der Fig. 3, in dem der Kurzschlußstrom IK
über der Zeit t aufgetragen ist, mit einer Anstiegsgeschwindig
keit von beispielsweise 1,3 kA/ms an. Dieser Kurzschlußstrom IK
wird vom Stromwandler 8 erfaßt und löst gemäß dem Diagramm der
Fig. 4, in dem der Brückenstrom IB über der Zeit t aufgetragen
ist, bei einem einstellbaren Stromwert von beispielsweise 450 A
zur Zeit t2 ein Steuersignal für den Überbrückungsschalter 14
aus, der den Brückenstrom IB einschaltet und damit gemäß dem
Diagramm der Fig. 5, in dem der Laststrom IL über der Zeit t
aufgetragen ist, den Laststrom IL auf einen für den empfindli
chen Halbleiterschalter 4 oder für einen empfindlichen Ver
braucher 2 unschädlichen Wert begrenzt. Zur Zeit t3 öffnet ge
mäß Fig. 2 der Kontakt des Leitungsschutzschalters 6, es wird
ein Lichtbogen gezogen, wodurch die Spannung US auf etwa 420 V
ansteigt. Der Brückenstrom IB im Überbrückungsstromzweig 10
steigt gemäß Fig. 4 noch auf einen Wert von beispielsweise
IB = 1400 A an, bis der Entlastungsschalter 16 durch den Ma
gnetantrieb 18 eingeschaltet wird und mit einer Schaltverzöge
rung von etwa 1 ms zur Zeit t4 den Brückenstrom IB übernimmt.
Während der Zeit von t2 bis t4 wird der Brückenstrom IB vom
Überbrückungsschalter 14 getragen. Der Begrenzungswiderstand 19
mit einem Widerstandswert von beispielsweise etwa 20 mOhm wird
nach den Widerstandsverhältnissen der beiden Teilstromzweige 12,
13 derart bemessen, daß der zweite Teilstromzweig 13 niederohmiger
ist als der erste Teilstromzweig 12. Aufgrund dieser niederohmigen
Überbrückung von beispielsweise 1 bis 3 mOhm klingt der Last
strom IL innerhalb etwa 3 ms auf Null ab. Das Stromwärmeinte
gral im Laststromkreis beträgt dabei etwa I2 t = 270 A²·s und
beispielsweise etwa 790 A²·s am Überbrückungsschalter 14 und
ist somit erheblich geringer als das Stromwärmeintegral im
Lastkreis bei einer Abschaltung eines Kurzschlußstromes von
IK = 3000 A mit dem strombegrenzenden Leitungsschutzschalter 6
ohne den Überbrückungsstromzweig 10. In diesem Fall würde das
Stromwärmeintegral etwa 5700 A²·s betragen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Einrich
tung gemäß Fig. 6 sind sowohl der Entlastungsschalter 16 als
auch der Magnetantrieb 18 im Leitungsschutzschalter 6 inte
griert. Da in dieser Ausführungsform der Magnetantrieb 18 vom
Kurzschlußstrom IK durchflossen wird, erfolgt die Einschaltung
des Entlastungsschalters 16 in entsprechend kürzerer Zeit, so
daß der Überbrückungsschalter 14 im Überbrückungsstromzweig 10
in entsprechend kürzerer Zeit entlastet wird. In dieser Ausfüh
rungsform können beispielsweise an den Phasenleiter L mehrere
Verbraucher angeschlossen sein, von denen in der Figur nur zwei
angedeutet und mit 2 und 3 bezeichnet sind. Der Verbraucher 3
soll ebenfalls mit einem empfindlichen Halbleiterschalter 5 in
Reihe geschaltet sein. In dieser Ausführungsform können die
einzelnen Laststromkreise zweckmäßig jeweils mit einer getrenn
ten Wiedereinschaltsperre versehen sein, die auf den zugeord
neten Halbleiterschalter 4 oder 5 wirkt.
In einer Einrichtung zum Kurzschlußschutz eines mehrphasigen
Verbrauchers erhält vorzugsweise jede Phase eine Schutzein
richtung gemäß Fig. 1. Die dazu erforderlichen Bauelemente
können zweckmäßig in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Für die Halbleiterschalter 4 und 5 sowie den Leitungsschutz
schalter 6 kann zweckmäßig eine in den Figuren nicht darge
stellte zentrale Netzüberwachungseinheit vorgesehen sein, welche
diese Schalter steuert. Als Netzüberwachungseinheit kann
auch ein Computer mit einem Bussystem vorgesehen sein, der die
Steuersignale für die Halbleiterschalter 4, 5 sowie den
Leitungsschutzschalter 6 und gegebenenfalls auch der Stromer
fassungseinrichtung 8, den Überbrückungsschalter 14 und
den Entlastungsschalter 16 verarbeitet.
Claims (12)
1. Einrichtung zum Kurzschlußschutz von Abzweigen in
elektrischen Niederspannungsverteilungen mit einer Reihenschaltung
eines Leitungsschutzschalters und eines Verbrauchers
im Hauptstromzweig und mit einem Überbrückungsstromzweig,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Überbrückungsstromzweig (10) zwischen einem Phasenleiter (L) und einem Rückleiter (N) angeordnet ist,
- - daß der Überbrückungsstromzweig (10) einen ersten und einen zweiten Teilstromzweig (12, 13) enthält,
- - daß der erste Teilstromzweig (12) einen vom Hauptstrom gesteuerten Überbrückungsschalter (14) enthält und
- - daß der zweite Teilstromzweig (13) einen Entlastungsschalter (16) enthält, der mit einem entweder vom Hauptstrom oder vom Strom durch den Überbrückungsstromzweig (10) gespeisten Magnetantrieb (18) gekoppelt ist (Fig. 1).
2. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Teilstromzweig
(12) eine Reihenschaltung des Überbrückungsschalters (14)
mit einem Begrenzungswiderstand (19) enthält.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Magnetantrieb (18)
im Überbrückungsstromzweig (10) angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Magnetantrieb (18)
im Hauptstromzweig angeordnet ist (Fig. 6).
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Magnetantrieb des
Leitungsschutzschalters (6) zum Einschalten
des Entlastungsschalters (16) und zum Ausschalten des Leitungsschutzschalters
(6) vorgesehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Entlastungsschalter
(16) mit seinem Magnetantrieb (18) im Leitungsschutzschalter
(6) integriert ist (Fig. 6).
7. Einrichtung nach Anspruch 1 für mehrere Verbraucher,
wobei jeder Verbraucher von einem eigenen Laststromkreis
gespeist wird, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Laststromkreis mit einer Wiedereinschaltsperre
versehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung mehrphasig
aufgebaut ist, wenn ein mehrphasiger Verbraucher am Abzweig
angeschlossen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Leitungsschutzschalter
(6) mit einem ferngesteuerten Antrieb versehen ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei dem Verbraucher ein
empfindlicher Schalter vorgeschaltet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß für den empfindlichen
Schalter, vorzugsweise ein Halbleiterschalter (4, 5) und den
Leitungsschutzschalter (6) eine zentrale Netzüberwachungseinheit
vorgesehen ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Netzüberwachungseinheit
ein Computer mit einem Bussystem vorgesehen ist, der
Steuersignale für den Halbleiterschalter (4, 5), den
Leitungsschutzschalter (6), die Stromerfassungseinrichtung (8),
den Überbrückungsschalter (14) und den Entlastungsschalter
(16) verarbeitet.
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DE4040359A1 DE4040359A1 (de) | 1992-07-02 |
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