DE460437C - Schutzschalter fuer Mehrphasenstromnetze - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
5. JUNI 1928

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M460437 KLASSE 21 G GRUPPE

Firma Paul Strobach in Görlitz*). Schutzschalter für Mehrphasenstromnetze.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. März 1926 ab.

Schutzschalter für Mehrphasenstromnetze zum Schnitz von an derartige Netze angeschlossenen Geräten, wie Motoren o. dgl., die bereits beim Ausbleiben des Netzstromes in einer Phase ansprechen, sind bekannt. Bei diesen Einrichltungen liegt in jeder Phasenleitung· ein Solenoid,, dessen Kern die beweglichen Kontakte von Schaltern trägt., die in dein Stromkreis eines weiteren Solenoids liegen. Der Kern dieses letzteren Solenoids bewirkt bei seiner bei Erregung des Solenoids erfolgenden Bewegung die Auslösung einer mechanischen Sperrung, welche einen vor dem zu schützenden Motor angeordneten Schalter in seiner Schließstellung hält. Beim Ausbledben des Stromes in einer Phase wird der betreffende Phasensolenoid stromlos, und sein Kern schließt den Stromkreis des Sicherungssolenoids, so daß die Auslösung der Sperrung und damit die sofortige Öffnung des Schalters erfolgt.

Eine derartige Einrichtung entspricht keineswegs den praktischen Bedürfnissen, und zwar hauptsächlich deswegen, weil sie lediglieh einen Schutz gegen Überlastungen beim Ausbleiben des Stromes in einer Phase, aber nicht gegen die bei Kurzschluß auftretenden plötzlichen starken Überströme oder gegen Erhitzung durch geringe Netzspannung gewährt.

Man hat nun bereits Schutzschalter vorgeschlagen, welche auch diese Störungen unwirksam machen sollen, und doch befriedigten solche Schalter nicht, da sie infolgte thermisch wirkender Auslösung lediglich bei unzulässiger Erwärmung ansprechen sollten und demgemäß der zu schützende Motor zunächst die auftretenden Überströme aufnahm und erst dann bei Erreichung der zulässigen Erwärmungsgrenze abgeschaltet wurde.

Der gleiche Mangel haftet auch einem anderen vorgeschlagenen Überstrom- und Nullstromschalter für Drehstromanlagen an, bei dem nur in zwei Phasen je eine Stromspule angeordnet ist. Die beiden Stromspulen sitzen auf einem gemeinsamen U-förmigen Eisenkern und wirken je auf einen schwenkbaren Überstrom- und einen Nullstromanker ein. Bleibt nun z. B. in der mittleren Phasenleitung, in der kein Relais angeordnet ist, der Strom aus, so steigt die Stromstärke in den beiden übrigen Phasen, wenn der zu schützende Motor mit halber Last läuft, etwa auf das i,6fache der Nennstromstärke an.

*) Von dem Palentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Georg Keller in Görlit\.

Diese Stromstärke genügt aber noch¹ nicht, die Überstromanker zum Ansprechen zu bringen, da >diese infolge der normalerweise auftretenden unvermeidlichen Stromstärke-Schwankungen im Netz auf etwa den dreifachen Wert des Nennstromes 'eingestellt sein müssen. Infolgedessen läuft der Motor unter Überschreitung der Nennstromstärke weiter, so daß eine allmähliche Erhitzung und Zerstörung der Wicklungen nicht verhindert wird. Es ist anderseits auch ein selbsttätiger Schalter für Mehrphasenstromanlagen bekannt, bei dem in jeder Phasienleitung ein Solenoid Hegt, wobei die Kerne sämtlicher Solenoide auf eine gemeinsame, bewegliche, den Schnappverschluß, des Schaltorganes betätigende Brücke einwirken. Die Kerne der Solenoide sind unmittelbar an die Enden der mehrarmigen Brücke angelenkt, während die Brücke selbst in ihrer Mitte mit Hilfe eines Kugelgelenks von einem federgespannten Organ getragen wird und auf der gegenüberliegenden Seite gegen das Widerlager eines an dem Schaltergriff angeordneten Sperfhakens anliegt. Diese Lösung der Übertragung der Bewegung der Solenoidkerne auf die Schaltbrücke ist eine Folge der Verwendung von Solenoiden und macht ein genaues und gleichmäßiges Ansprechlen des Sicherungssehalters unmöglich, so daß nicht nur Überströime tatsächlich auf den zu schützenden Teil vorübergehend gelangen können/ sondern überhaupt die unbedingt notwendige Sicherheit der Einrichtung nicht gewährleistet ist.

Demgegenüber besteht nun die Erfindung in einem Schutzschalter für Mehrphasenstromnetze, bei dem für jede Phase ein vom Netzstrom durchflossener Elektromagnet angeordnet ist und durch die Einwirkung der von den Elektromagneten bewegbaren Teile auf eine allen Elektromagneten gemeinsame Sichjaltbrücke sowohl beim Ausbleiben des Stromes als auch bei Auftreten von Überstrom eine selbsttätige Unterbrechung des Netzstramkreises bewirkt wird; jedoch ist für diesen Schalter die Kombination folgender Merkmale das Wesentliche:

Jeder Elektromagnet wirkt auf mindestens zwei an seinem Magnetkörper schwenkbar gelagerte Anker ein, von denen der eine mit von der Dauer oder Stärke der Magneterregung abhängiger, einstellbarer Verzögerung bei Überschreitung 'einer festgelegten Stromstärke angezogen wird, während der andere Anker bei StromfLuß jedler Größe ständig am Magnetkörper anliegt und beim Ausbleiben des Stromes sofort abfällt; die Anker sämtlicher Magnete bewirken, und zwar jeder für sich bei jeder Bewegung auf mechanischem oder elektromagnetischem Wege die Öffnung .einer für die Phasenkontakte gemeinsamen Schaltbrücke, so daß Überströme überhaupt nicht auf den zu schützenden Teil übertreten können.

Es ist durch Inbetriebnahme von derartigen Schaltern festgestellt worden, daß sie in keinem Falle Überströme auf den zu schützenden Teil gelangen lassen.

Die Verwendung von Elektromagneten, bei denen eine Spule mit zwei Ankern zusammenwirkt, von denen der eine bei Stromfluß bestimmter Größe angezogen gehalten wird und erst bei Sinken des Stromes unter eine bestimmte Stromstärke abfällt, während der andere Anker bei Auftreten einer anormalen Stromstärke angezogen wird, ist bei sogenannten Maximal- und Minimalschaltern für Gleichstrom bekannt. Es handelt sich im Falle der Erfindung aber um einen Möhrphasenstromschutzhalter, und gerade bei diesem bringt die Verwendung derartiger Elektromagnete eine Reihe wesentlicher Vorteile mit sich, aus der sich die praktische Überlegenheit des Schalters ergibt.

Zunächst gestattet die Anordnung der schwenkbaren Anker eine mechanische Bewegung der Schaltbrücke, also den Fortfall der bei den bekannten Schutzschaltern notwendigen Kontakte, die stets eine Störungsquelle bedeuten und Unsicherheit in das ganze System hineintragen. Aber selbst bei elektromagnetischer Steuerung der Schaltbrücke kann man mit einem einzigen Kontakt auskommen, da sämtliche Anker den gleichen beweglichen Kontaktteil beeinflussen können, was ebenfalls bei den bekannten mit Solenoiden arbeitenden Schaltern nicht möglich ist. Es läßt sich ferner der Stromverbrauch der Spulen herabsetzen und auch deren Kurzschlußfestigkeit erheblich erhöhen, indem der bei Stromfluß ständig anliegende Anker durch Anüegen am Eisenkern einen Teil des Eisenwegesj also des Kraftlinienweges, ständig geschlossen halten kann, wie dies gemäß der weiteren Erfindung; vorgeschlagen wird.

Eine sehr wichtige Folge der Anordnung der Elektromagnet© mit schwenkbaren Ankern in der vorgeschlagenen Weise ist schließlich noch diejenige, daß es gelingt, das Schließen der Kontakte des Phasenschalters vollkommen unmöglich zu machen, sobald eine Störung in der. Netzleitung vorhanden ist, z. B. bei Kurzschluß. Bei den bekannten Einrichtungen kann der Schalter ohne weiteres eingelegt werden und können damit die Überströme auf den zu schützenden Teil übertreten, da lediglich die iden Schalter in seiner Schließstellung haltende Sperrung ausgerückt bleibt. Wenn also auch der Schalter beim Loslassen des Handgriffs in diesem Falle sofort wieder ausschnappt, so gelan-

gen doch, wenn auch nur für kurze Zeit, die Überströme zu dem zu schützenden Teil und können dort Zerstörungen verursachen.

Bei dem Schalter gemäß der Erfindung läßt sich dies in einfacher Weise dadurch vollkommen unmöglich machen, daß der von den Ankern sämtlicher Magnete bewegbare Teil eine Sperrung- zur Auslösung bringt, welche in dem Gestänge zwischen dem Schalt griff und der Schaltbrücke angebracht ist, so daß die Verbindung zwischen dem Schaltgriff und der Schaltbrücke gelöst wird, bevor die Phasenkontakte geschlossen werden können.. Durch diese Einrichtung wird auch die bei den bekannten Schutzschaltern auftretende Erscheinung einer kritischen Zone, in welcher die Ausschaltvorrichtungen nicht ansprechen, vollkommen in Fortfall gebracht. Ein weiterer Vorteil der Anordnung der

ao Elektromagnete gemäß der Erfindung besteht darin, daß jeder Elektromagnet auf drei schwenkbare Anker einwirken kann, wobei gegenüber den bekannten Elektromagneten, mit drei von der gleichen Spule beeinflußten Ankern bei der Anordnung gemäß der Erfindung zwei Anker unter der Einwirkung einer Feder-, Gewichts- oder Ölbremse stehen. Die Hemmungsfeder des einen Ankers wird gemäß der Erfindung derart eingestellt, daß dieser Anker nur bei Kurzschluß, also sehr starken und plötzlich auftretenden Überströmen, sofort anspricht, während der andere erst bei längerer Stromüberlastung, d.h. bei geringen, aber längere Zeit dauernden Überschreitungen der Nennstromstärke, angezogen wird.

Die Verzögerung in dem letzteren FaUa kann in an sich bekannter Weise mittels einer Flüssigkeitsbremse erfolgen. Gegenüber den bisherigen Vorschlägen wird aber gemäß der weiteren Erfindung die Anordnung so getroffen, daß als Bremsflüssigkeit das öl wirkt, in welchem der ganze Schalter gelagert ist. Eine derartige ölbremsung kann naturgemäß auch bei anderen elektrischen Geräten Verwendung finden. Zweckmäßig wird der als Bremskolben wirkende Teil in einem nur einseitig offenen Zylinder gelagert, dessen Endwand mit Durchtrittsöffnungen für das Öl versehen ist.

Auf der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 9 zwei Schaltungsanordnungen für Drehstrommotoren und ferner Einzelheiten des Schalters selbst dargestellt. Im einzelnen zeigen

Abb. ι das eine Schaltungsschema,

Abb. 2 eine Darstellung des Steuerungsorganes in einer Ausführungsform,
Abb. 3 das zweite Schaltungsschema,
Abb. 4 das Steuerungsorgan in einer zweiten besonderen Ausführungsform,

Abb. 5 bis 9 verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten des oben erwähnten Elektromagneten mit den zugehörigen Ankern.

In sämtlichen Abbildungen sind /, //, /// die Netzleitungen für die drei Phasen, die am Motor M endigen und über die Phasenschaltkontakte Sj, S₁₁, Sm verlaufen.

Im Falle der Abb. 1 führt jede der Netzleitungen weiter über je einen Elektromagneten Ef, Eu, Em und bildet je eine W^Ticklung derselben, so daß diese Elektromagnete vom Netzstrom selbst erregt werden.

Die beweglichen Kantakte der Schalter 5/, Sn, Sm hängen mechanisch untereinander durch eine Brücke α zusammen. Diese Brücke bildet den Anker eines Elektromagneten b, dessen Wicklung c im Nebenschluß zu den Leitungen/ und /// Hegt. Die Zuleitung zu diesen Wicklungen führt über sechs hintereinandergeschaltete Kontakte^ bis d_e derart, daß beim Unterbrechen eines dieser Kontakte die Erregerwicklung für den Magneten b sofort unterbrochen und dieser demnach stromlos gemacht ist.

Die Kerne der Elektromagnete Ej, Eu, Em besitzen mit Ausnahme des Falles der Abb. 6 und 9 Doppel-T-Form, und es sind am unteren Querbalken des T-Stückes im Falle der Abb. 1 rechts und links je ein Ankert/ und e_r schwenkbar derart gelagert, daß ihre freien Enden, unter dem Einfluß des Magnetisierungsstromes stehend, dem Kern- ; körper genähert werden können. Anderseits j wirken diese freien Enden der Anker ei und e_r ! mit einem Kontaktglied der Kontakte d_± bis d_e in der Weise zusammen, daß bei Vollführen der einen Schwenkbewegung jeder der Anker das ihm zugeordnete, !entsprechend verlängerte Kontaktglied mitnimmt und damit den betreffenden Kontakt d₁ bis d_e aufhebt.

Die Anker ei und e_r stehen weiter unter ! dem Einfluß je einer Zugfeder fi und f_r, wobei die Zugfeder f_r wiederum in der aus Abb. 2 ersichtlichen Weise in ihrer Spannung dadurch einstellbar ist, daß das Widerlager g, an einem Führungsglied h gegenüber einer Skala/ einstellbar ist.

Wie diese Abb. 2 noch im einzelnen zeigt, kann der Ankern auf einen entgegen einer Feder j auf dem Kern des Magneten E¹ längsverschieblich gelagerten Stab k einwirken, dessen linkes Ende I keilförmig gestaltet ist und damit auf einen zweiten, entgegen einer Feder tn längsverschieblichen Stab λ einwirkt, dessen unteres Ende ο sich gegen das bewegliche Glied des Kontaktes d₂ legt. Auf dieses Glied wirkt ferner noch ein an dem Ankern befestigter Druckstabp.

In gleicher Weise sind .die Magnete Eu und Em im Falle der Abb. I ausgerüstet. Der linke Ankere/ ist durch seine Feder/^ so abgestimmt, daß der geringste durch 'den

Magneten £7 fließende Strom genügt, um den Anker angezogen zu halten. Setzt dieser Stromfluß aus, was z. B. beim Ausbleiben des Sltromes in einer Phase der Fall ist, so fällt der der betreffenden Phase zugeordnete Anker sofort ab und unterbricht den Stromkreis fur den Haltemagneten b. Der rechte Ankern ist dagegen durch Einstellung der Feder/, für verschieden starke Überstoöttne berechnet und wird erst bei entsprechende! Erregung· des Magneten Ej angezogien. Dieses Anziehen erfolgt aber bei Auftreten des betreffenden Überstromes ohne jede Verzögerung:. Der Anker verschiebt bei seiner Anzugsbewegung den Stab k nach links, wodurch wiederum der Stab η entgegen der Feder m abwärts bewegt und der Kontakt^ aufgehoben wird. Damit wird gleichzeitig der über den Magnieten δ verlaufende Stromkreis unterbrochen, die auf die Brücke a ausgeübte Haltewirkung hört auf, und die Kontakte Sr, Sn, Sm werden aufgehoben und somit der Motor stillgesetzt. Gleichzeitig hört der Sitromlauf durch die Magmete Er, En, Em auf, und es fallen die Ankern sämtlicher Magnete ab. Selbst bei einem erneuten Einlegen des Hauptschalters würde sonach kein Stromfluß durch den Magneten b stattfinden, und der Schalter würde jedesmal wieder ausfällen.

Im Falle der Abb. 3 ist zusätzlich zu den beiden Ankern ei und e_r noch ein dritter Anker ^_n vorgesehen, an dessen freiem Ende mittels einer Stange^ ein Kolben/⁴ angreift, der in einem, beispielsweise mit Öl gefüllten Zylinders beweglich ist. Dicht vor dem Kolben befinden sich in seiner Ruhestellung Öffnungen δ in der Zylinderwandung·, durch die aus dem Ölbad, in welchem der ganze Schalter gelagert ist, Öl in das Zylindermnere und umgekehrt übertreten kann. Vorn ist der ■Zylinder durch einen Deckel mit öffnungen abgedeckt zu denken, die durch einen Schieber mehr oder weniger freigegeben werden können. Bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens/· fließt das Öl zuniächst durch die Öffnungen ö rasch ab, bis der Kolben über die Öffnungen, hinweggeglitten ist. Dann wird seine Bewegung durch die Drosselung am Deckel abgebremst.

In diesem Falle wirkt der Ankern wie oben beschrieben. Der Anker e_r wirkt bei plötzlichen, Überlastungen, also beispielsweise bei Kurzschlüssen, sofort, während der Anker e_ri nach längere Zeit andauernden Überlastungen auf das bewegliche Glied des Kontaktes d₂ an sich in gleicher Weise einwirkt wie der Anker e_r. Es sind sonach in diesem Falle drei unterschiedlich, wirkende Anker zu verzeichnen, und zwar wiederum bei jedem der Magnete Ej, Ea, Em.

Die Anker selbst können dabei entweder in der aus Abb. 5 ersichtlichen Weise, die an sich dem Schema der Abb. 3 entnommen ist, an dem Kern des Magneten angeordnet sein. Es kann aber auch gemäß Abb. 6 der Magnetkörper dreifach unterteilt sein, wobei dann der Kern jedes einzelnen Magneten U-förmige Gestalt erhält und die Wicklungen der einzelnen. Kerne hintereinandergeschaltet sind. ,

Im Falle der Abb. 7 und 8, in denen (die Abb. 8 einen Grundriß zu Abb. 7 darstellt, sind die Anker wiederum sämtlich an einem Körper befestigt, aber an drei Seiten desselben angebracht.

Es ist zweckmäßig, eine solche Form der Anker zu wählen, bei denen der Eisenweg aus zwei oder mehreren Teilen besteht. Beispielsweise ist hierzu die in Abb. 4, 5 und 7 gezeigte Doppel-T-Form geeignet, bei der sich der Eisenweg in die Zweige A und B teilt (Abb. 4 und 5). Der ZweiigB wird bei Stromifluß jeder Größe ständig geschlossen gehalten, da der Ankern (Abb. 4) in diesem Falle standig anliegt. Hierdurch wird eine wesentliche Herabsetzung des Stromverbrauchs und eine Erhöhung der Kurzschlußfestigkeit der Spule erreicht, was wiederum zur Sicherheit des ganzen Schalters beiträgt.

Der offene Teilyl des Eisenweges ist derart bemessen, daß bei Stromzunahme eine Anziehung des oder der anderen Anker e_r und ^₁ (Abb. 4) stattfindet.

Schließlich, zeigt Abb. 9 eine weitere Ausbildungsforrn, bei welcher eine Unterteilung in zwei Körper zu verzeichnen ist und zwei Anker an dem einen Kern befestigt sind, während der dritte für sich an einem besonderen Kern sitzt.

Abb. 4 zeigt schließlich eine Ausbildung des Siteuerungsorganes nebst Zubehör, bei welchem die Bewegung der Anker ei, e_rxmde_n rein mechanisch ausgenutzt wird. Die freien Enden der Anker sind zu (diesem Zweck mit Stangen^ ausgerüstet, die auf das freie Ende einer entgegen einer Druckfeder U drehbar beweglichen^ für alle Anker gemeinsamen Klinker einwirken können. Die Klinke sperrt mit einer Nase w eine Gegennase einer Stange*, die an der Schaltbrücke α angreift und die außerdem durch den Handgriff y unter Vermittlung des zweiarmigen Hebels 2 bewegt werden kann.

Gelangt einer der Anker e_t, e_r oder r_n in der oben beschriebenen Weise zur Wirkung, so wird die Klinke ν nach links verschoben. Die Stange * fällt mit der Brücke α abwärts], und der Hauptschalter wird ausgelöst. Durch den Handgriff y kann er wieder eingelegt werden, wobei die Klinke ν die Sperrung wieder übernimmt.

Claims (8)

1. Patentansprüche: I

   ι. Schutzschalter für Mehrphasenstromnetze;, bei dem für jede Phase ein vom j Netzstrom durchflossener Elektromagnet angeordnet ist und durch (die Einwirkung der von den Elektromagneten bewegbaren Teile auf eine allen Elektromagneten gemeinsame Schaltbrücke sowohl beim Ausbleiben des Stromes als auch bei Auftreten von Überstrom eine selbsttätige Unterbrechung des Netzstromkreises bewirkt wird, gekennzeichnet durch die Vereinigung; folgender an sich bekannter Merkmale:

   Jeder Elektromagnet wirkt auf mindestens zwei an seinem Magnetkörper schwenkbar gelagerte Anker ein, von denen der eine mit von der Dauer oder Stärke der Magneterregung abhängiger, einstellbarer Verzögerung bei Überschreitung einer festgelegten Stromstärke angezogen wird, während der andere Anker bei Stromfluß jeder Größe ständig am Magnetkörper anliegt und beim Ausbleiben des Stromes sofort abfällt;

   die Anker sämtlicher Magnete bewirken, und zwar jeder für sich bei jeder Bewegung auf mechanischem oder elektromagnetischem Wege die Öffnung einer für die Phasenkontakte gemeinsamen Schaltbrücke, so daß Überströme überhaupt nicht auf den zu schützenden Teil übertreten können.
2. 2. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltbrücke (a) den Anker eines Elektromagneten (b) bildet, dessen Erregungsstrom über Kontakte (Ji₁ bis d₆) verläuft, die beim Abfallen eines der Anker (ei) oder beim Anziehen eines der Anker (e_r) geöffnet werden.
3. 3. Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltbrücke (a) in ihrer Schließstellung durch eine federnde Klinke (v) gehalten wird, deren Federkraft vorübergehend 'durch die Abfallbewegung· des Ankers (ei) oder Anziehungsbewegung eines der Anker (e_r) überwunden wird.
4. 4. Schutzschalter nach Anspruch 1 und 2 oder ι und 3, gekennzeichnet durch einen dritten, ebenfalls schwenkbar am Magnetkörper i E₁, E₁₁, Em) gelagerten Anker (e_n), der bei längerer Stromüberlastung verzögert angezogen wird, während der andere Anker (e_r) bed Kurzschluß sofort anspricht.
5. 5. Schutzschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Anker sämtlicher Magnete auf die gleiche, die Auslösung des Schalters bewirkende Einrichtung, z. B. federnde Klinke (v), einwirken.
6. 6. Schutzschalter nach Anspruch 1 oder 4, bei welchem die Verzögerung in der Anzugsbewegung durch eine Flüssigkeitsbremse bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Bremsflüssigkeit das Öl dient, in welchem der ganze Schalter gelagert ist.
7. 7. Schutzschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskolben (r) in einem Bremszylinder arbeitet, der einseitig offen ist und in seiner Endwand Durchtrittsöffnungen (ö) für das Öl aufweist.
8. 8. Schutzschalter nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (B, Abb. 4 und 5) des Eisenweges des Kernes der Elektromagnete durch den einen Anker bei Stromfiuß durch die Spule ständig geschlossen gehalten wird, während der noch offene Teil (A) des Eisenweges derart bemessen ist, daß eine Bewegung· des oder der anderen Anker bei Stromzunahme stattfindet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.