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Elektrische Stromverteilungsanlage mit Uberstromschältgeräten, vorzugsweise
für Drehstrom Die Erfindung betrifft eine elektrische Stromverteilungsanlage mit
Überstromschaltgeräten, vorzugsweise für Drehstrom. In Bahn- und ähnlichen Gleichstromanlagen
ist zum Schutz mehrerer Leitungen, die mit normalen Überstromschaltern versehen
sind, diesen ein gemeinsamer Schnellschalter vorgeschaltet, so daß bei einem Kurzschluß
in einer abgehenden Leitung sowohl der zugehörige Überstromschalter als auch der
vorgeschaltete Schnellschalter ansprechen, der Schnellschalter aber früher auslöst
und einen Widerstand in den Stromkreis schaltet. Der später abschaltende Überstromsehalter
schließt bei seinem Ausschalten zugleich einen Stromkreis für das Wiedereinschalten
des Schalters. Für Drehstrom war es bisher nicht möglich, ähnlich wirkende Anlagen
auszuführen, da Drehstromschnellschalter mit den erforderlichen Eigenschaften nicht
zur Verfügung standen. Solche Schalter würden auch, wenn sie nach ähnlichen Grundsätzen
gebaut werden würden- wie die bekannten Gleichstromschnellschalter; so groß und
teuer werden, daß derartige Anlagen nicht mehr wirtschaftlich wären.
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Die bekannte GleichstromschnellschaIteranordnung hat außerdem den
.Nachteil, daß sie unbedingt Steuerleitungsverbindungen zwischen 'den Verteilungsschaltern
und dem vorgeschalteten Schnellschalter benötigt und daß nicht nur der ausgelöste
Verteilungsschalter, sondern auch andere Verteilungsschalter, die betriebsmäßig
in der Ausschaltstellung
stehen, durch ihren in der Ausschaltstellung
geschlossenen Wiedereinschaltkontakt den Einschaltmagneten des Schnellschalters
dauernd erregen, was diesen überlastet und eine Dauerausschaltung des Schnellschalters
unmöglich macht.
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Bei den bekannten Anlagen für Gleichstrom erfolgte die Auslösung des
den einzelnen überstromschaltern vorgeordneten Schnellschalters durch den unter
Federwirkung stehenden Tauchanker eines Überstromelektromagneten. Da nun das Vorschaltschütz
auch sehr hohen Kurzschlußströmen gewachsen sein muß und die einzige Kurzschlußsicherung
der gesamten Verteilungsanlage bildet und mit einer Unterstützung der Kurzschlußabschaltung
durch einen in Reihe liegenden Verteilungsschalter nicht gerechnet werden kann,
ist das Verschweißen der Kontakte dieses Schnellschalters unbedingt zu verhindern.
Mit der Ausführung der bei den bekannten Anlagen bisher gebräuchlichen Schnellschalter
ist dies jedoch keineswegs sichergestellt.
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Gemäß der Erfindung wird das Vorschaltschütz mit einem allen Polen
gemeinsamen oder mehreren je einem Pol zugeordneten, vom Kurzschlußstrom elektromagnetisch
betätigten Schlaggliedern versehen, welche die Schutzkontakte ohne Entregung des
Schaltmagneten dadurch öffnen, daß sie die Kontakte gegen Federwirkung hammerartig
von ihrem Kontaktträger wegschlagen. Ein solches elektromagnetisch von fern ein-
und ausschaltbares Schütz dient zugleich als vollwertiger Vorschalter, der auch
zum betriebsmäßigen Ein- undAusschalten der nachgeschalteten Gruppe sowie zur Auslösung
bei Unterspannung, geringer Überlastung, z. B. durch Bimetallrelais u. dgl., benutzt
werden kann.
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Die weitere Ausbildung der Erfindung ist an einem grundsätzlichen
Ausführungsbeispiel in Fig. i erläutert; Fig. a und 3 zeigen Ausführungsbeispiele.
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Einer Drehstromverteilungsanlage mitden Hauptleitungen R, S, T, an
welchen eine Gruppe von Überstromschaltern oder Schützen II, III usw. angeschlossen
ist, ist ein Überstromschütz I vorgeschaltet. D:ie Verte.ilu@ngs-CTh,erstromschütz@e
II und II I «-erden durch Erregen ihrer Schaltmagneten- g mittels der Eindruckknöpfe
i. bzw. Au.sdruckknöpfe 1a. ein- und ausgeschaltet. Parallel zum Eindruckknopf liegen
die durch eine Hilfskontaktbrücke k beim Einschalten schließenden Selbsthaltekontakte
na.
Das Schütz 1I ist z. B. zum Schutz eines Motors bestimmt und mit Wärmeauslösern
j sowie Schnellauslösern s versehen, die bei Überlastung bzw. Kurzschluß über eine
Auslösestange t einen im Stromkreis der Schaltspule g liegenden Auslösekontakt o
öffnen, der den Schaltmagneten g entregt und dadurch das Schütz 11 auslöst.
Das Schütz III und die folgenden sind in ähnlicher Weise ausgebildet, wobei als
Kurzschlußauslöser entweder magnetische Schnellauslöser oder auch lediglich Wärmeauslöser
vorgesehen sein können.
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Der Gruppe 11, III ... ist ein Überstromschütz vorgeschaltet,
das mit Schnellauslösern f versehen ist. Durch Einschalten des Betätigungsschalters
a wird über den Auslöcekontakt b der Schaltmagnet d erregt und schaltet das Schütz
I ein. Parallel zu den Schutzkontakten liegen Begrenzungswiderstände e, die so bemessen
sind, daß sie beim Auslösen des Vorschaltschützes I den Kurzschlußstrom auf einen
Wert begrenzen, der die Schaltleistung und Kurzsehlußfestigkeit der Schütze II,
III einschließlich der Wärmeauslöser j nicht überschreitet. Das Vorschaltschütz
ist so ausgebildet, däß durch das Ansprechen seiner Schnellauslöser f die Öffnung
der Kontakte um den für das Einschalten der Widerstände e erforderlichen Weg schneller
erfolgt als das Öffnen der Kontakte der Verteilungsschütze 1I, 11I. -Zu diesem Zweck
kann das Vorschaltschütz beispielsweise in an sich bekannter bzw. vorgeschlagener
Weise mit einem Schlaganker c oder ähnlichen Schlaggliedern versehen sein, die bei
Kurzschluß die Ausschaltbewegung der Schutzkontakte bewirken oder unterstützen und
Kontaktverschweißungen verhindern. Statt- eines einzigen Schlagankers kann auch
in jedem Pol ein Schlaganker oder ähnlich wirkendes Schlagglied vorgesehen -sein.
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Die Anordnung wirkt wie folgt: Entsteht in der Anlage ein Kurzschluß,
z. B. hinter dem Schütz II an der mit einem Pfeil bezeichneten Stelle, so sprechen
sowohl die Schnellauslöser s des Verteilungsschützes II als auch die Schnellauslöser
f des Vorschaltschützes I an. Am Verteilungsschütz II wird hierdurch der Auslösekontakt
o unterbrochen und zweckmäßig in der Offenstellung in bekannter Weise durch eine
Klinke w gesperrt. Das Schütz würde daher durch Entregung des Schaltmagneten g den
Kurzschlußstrom auszuschalten versuchen, Da es jedoch nur für geringe Schaltleistung
ausgelegt ist, würde es durch den zu hohen Kurzschlußstrom beschädigt werden; z.
B. können die Bimetallauslöser j überhitzt werden, die Schutzkontakte durch Phasenüberschläge
unbrauchbar gemacht und gegebenenfalls das ganze Schütz durch sekundäre innere Überschläge
zerstört werden. Dies wird dadurch verhindert, daß die Schnellauslöser f des Vorschaltschützes
den Schlaganker c so schnell auf die Kupplung ts schlagen lassen, daß dessen Kontakte
sich schneller öffnen als die des Verteilungsschützes II und hierdurch die Strombegrenzungswiderstände
e in den Kurzschlußstromkreis schalten. Hierbei kann gegebenenfalls durch den Schlaganker
oder einen besonders schnell ansprechenden, nicht dargestellten Überstromanker auch
der Auslösekontakt b mit großer Geschwindigkeit geöffnet werden, so däß auch die
Schaltspule d des Vorschältschützes entregt wird. Das nach Einschalten der Begrenzungswiderstände
e öffnende Verteilungsschütz 1I ist nunmehr in der Lage, den begrenzten Kurzschlußstrom
ohne Schaden abzuschalten. Die Schnellauslöser f sind so bemessen, daß der Schlaganker
c auch durch den begrenzten Kurzschlußstrom in seiner angezogenen Lage festgehalten
wird und somit die Kontakte des Vorschaltschützes geöffnet bleiben. Nach Abschalten
des begrenzten Kurzschlußstromes durch II hört jedoch diese magnetische Haltekraft
auf, 'und das Vorschaltschütz schaltet durch die Zugkraft der Schaltspule d wieder
ein. Die Unterbrechung der -Stromzufuhr
für die Verteilungsgruppe
dauert also vom Auftreten des Kurzschlußstromes an nur so lange, wie das Schütz
II zum Ausschalten und das Vorschaltschütz I zum Wiedereinschalten gebrauchen. Diese
Zeit läßt sich ohne Schwierigkeiten in der Größenordnung von einer bis zu wenigen
Hundertstelsekunden halten, so daß die Stromunterbrechung sich auf angeschlossene
Motoren u. dgl. nicht merklich auswirkt.
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Wenn, wie in der Fig. i gestrichelt angedeutet, der Schlaganker c
im angezogenen Zustand durch eine Klinke r festgehalten wird oder andere Verklinkungseinrichtungen
zur Erzielung eines besonders schnellen Öffnens der Kontakte des Vorschaltschützes
oder zur Verhinderung des Rückprellens der Kontakte vorgesehen sind, so kann gemäß
der weiteren Erfindung ein kleiner Entsperrmagnet q vorgesehen sein, der nach dem
Abschalten des begrenzten Kurzschlußstromes durch den ausgelösten Verteilungsschalter
derart betätigt wird, daß er diese Sperrung wieder aufhebt. Hierzu kann z. B. an
der Auslösestange t des Schützes 1I ein Hilfskontakt p vorgesehen sein, der beim
Ansprechen der Schnellauslöser s geschlossen wird und das Schließen des Erregerstromkreises
für den Entsperrmagneten q so weit vorbereitet, daß das Schütz II nach Erreichen
seiner Ausschaltstellung durch Schließen weiterer Hilfskontakte n die Erregung des
Entsperrmagneten q bewirkt. Dieser zieht dann die Klinke r nach rechts, so daß der
Schlaganker c unter dem Zug seiner Gegenfeder v in seine Ruhe-Lage zurückkehrt,
der Auslösekontakt b wieder geschlossen wird und die Kontakte des Schützes I unter
dem Zug der Schaltspule d sich wieder schließen können.
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Der durch die Schaltauslöser s geschlossene Vorbereitungskontakt p
ist im allgemeinen erforderlich, weil andernfalls durch betriebsmäßig in der Ausschaltstellung
stehende Verteilungsschalter der Entsperrmagnet q durch die geschlossenen Hilfskontakte
n dieser Schalter dauernd erregt und somit die ordnungsgemäße Sperrung des Vorschaltschützes
durch die Klinke r beim Auslösen verhindert wäre.
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Die Schaltung der übrigen Verteilungsschalter ist entsprechend der
des Schützes II, wobei die Hilfskontakte p und n dieser Schalter mit denen der übrigen
Verteilungsschalter entsprechend parallel liegen.
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Fig. 2 zeigt ein dreipoliges Vorschaltschütz einer anderen Ausführungsform,
von der Seite gesehen. Durch Schließen des Betätigungsschalters a wird über den
normalerweise geschlossenen Auslösekontakt b die Schaltspule d zwischen die Phasen
R und -S gelegt; so daß der Schaltmagnet io seinen Anker g anzieht. Am Anker 9 sind
drei starre Kontaktträger 8 isoliert befestigt, in denen die beweglichen Kontaktstücke
5 gegen den Druck der Kontaktdruckfedern 7 schwenkbar gelagert sind. Wenn der Anker
9 unter normalen Verhältnissen angezogen wird, so legen sich die beweglichen Schaltstücke
5 unter Spannung der Kontaktdruckfedern 7 auf die festen Schaltstücke 4, so daß
das Schütz eingeschaltet ist. In jedem Schalterpol ist ein durch eine Hauptstromspüle
t erregter Magnet 1q. mit einem Schlaganker 2 vorgesehen. Bei Kurzschluß schlägt
der Schlaganker 2 des betroffenen Pols mit großer Geschwindigkeit gegen den Druck
einer Rückdruckfeder 15 auf einen Schlagbolzen 3, der seinerseits das bewegliche
Schaltstück 5 gegen den Drück der Feder 7 vom Kontaktträger 8 abschlägt. Dabei wird
der Kontakt 5 nur so weit geöffnet, wie zum Einschalten des Begrenzungswiderstandes
e und Löschen des dabei entstehenden Lichtbogens erforderlich ist. Der Schlaganker
:2 wird durch den einfallenden Klinkenhebel r in der angezogenen Lage gesperrt,
so daß keine Rückprellung der beweglichen Schaltstücke 5 eintreten kann. Gegebenenfalls
kann mit dem Klinkenhebel r der Auslösekontakt b verbunden sein, der durch das Ansprechen
des Schlagankers geöffnet und durch das Einfallen der Klinke r in der geöffneten
Stellung gesperrt wird. Der Auslösekontakt b liegt im Stromkreis der Schaltspule
d und öffnet nach der durch den Schlagbolzen bewirkten Öffnung des Kontaktes 5 den
Stromkreis der Schaltspule d, so daß derAnkerg mit allen drei Polen des Schützes
in die Ausschaltstellung fällt, die durch die gestrichelte Lage 6 der beweglichen
Schaltstücke 5 angedeutet ist. Die ausgezogenen Teile der Fig. 2 zeigen also die
Stellung unmittelbar nach dem Ansprechen des Schlagankers 2, jedoch vor dem Abfallen
des. Schaltankers g. Für die strombegrenzende Wirkung ist jedoch die Öffnung des
Auslösekontaktes b nicht unbedingt erforderlich. Unter der Wirkung des Kurzschlußstromes
sprechen auch die Auslöser s des betroffenen Verteilungsschalters an, öffnen dessen
Auslösekontakte o (Fig. i) und schließen den Hilfskontakt p; die Auslösestange
t wird in dieser Stellung durch eine Klinke w verklinkt. Durch die Öffnung
des Auslösekontaktes o löst das Verteilungsschütz II aus, und zwar etwas später
als das Vorschaltschütz, und unterbricht den Reststrom. Dabei wird durch die Ausschaltbewegung
des Verteilungsschützes auch der Hilfskontakt n geschlossen und dadurch der Entsperrmagnet
q erregt. Der Anker q wird daher nach oben gezogen und dreht durch Schlag auf den
Hebebi den Klinkenhebel y gegen den Uhrzeigersinn. Dadurch wird der Schlaganker
2 entsperrt, kehrt unter dem Druck der Federn 15 und 7 in seine Ausgangslage zurück,
und der Auslösekontakt b wird wieder- geschlossen, so daß das Vorschaltschütz unter
dem Zug seines Schaltmagneten io wieder einschaltet.
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Um die Wiedereinschaltzeit zu verkürzen, kann der Auslösekontakt b
wegfallen bzw. überbrückt werden. Dann wird beim Ansprechen des Schlagankers 2 lediglich
das Schaltstück 5 über den Schlagbolzen 3 in die dargestellte Lage bewegt; ohne
daß der Schaltmagnet io entregt wird. Bei der Entsperrung durch den Entsperrmagneten
q hat der Kontakt 5 dann unter dem Druck der Feder 7 lediglich den kleinen Weg bis
zum Auftreffen auf das feste Schaltstück 4 zurückzulegen. Will man dagegen das Vorschaltschütz
ausschalten, so wird der Schalter a geöffnet und dadurch der Schaltmagnet io
entregt,
so. daß der Schaltanker 9 die Schaltstücke in die Stellung 6 bewegt. ' In Fig.3
ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt; und zwar ebenfalls in der Stellung,
die das Vorschaltschütz unmittelbar nach dem Ansprechen des Schlagankers einnimmt.
Durch das Auftreffen des Schlagbolzens 3 ist der bewegliche Kontakt 5 so weit geöffnet
worden, daß er auf einen ortsfesten Zwischenkontakt 13 auftrifft, der mit dem festen
Kontakt q. über einen Begrenzungswiderstand e verbunden ist. Schaltet nun der Verteilungsschalter
den Reststrom ordnungsgemäß ab, so verschwindet die Zugkraft des Schlagmagneten
1q., der Schlaganker 2 wird durch die Federn 15 und 7 zurückgedrückt, und der Kontakt
5 legt sich unter dem Druck der Feder 7 wieder auf den festen Gegenkontakt q. auf,
so daß die Stromversorgung der Verteilungsgruppe wiederhergestellt ist.
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Für den Fall jedoch, daß der Verteilungsschalter den Reststrom nicht
ordnungsgemäß ausschalten sollte, ist die Anordnung so getroffen, daß durch das
Ansprechen des Schlagankers auch der Auslösekontakt b geöffnet wird, um den Schaltmagneten
io zu entregen, so daß der Schaltanker 9 losgelassen und die Schutzkontakte in die
Stellung 6 bewegt werden. Diese Vorgänge vollziehen sich jedoch so langsam, daß
der Verteilungsschalter normalerweise genügend Zeit hat, den Reststrom vor dem Abfallen
des Schaltankers 9 abzuschalten. Bei ordnungsgemäßer Abschaltung des Reststromes
durch den Verteilungsschalter bleiben also die Kontakte 5 auf dem Zwischenkontakt
13 stehen, bis nach dem Abschalten des Reststromes durch den Verteilungsschalter
der Schlaganker wieder zurückgedrückt sowie der Auslösekontakt b und die Kontakte
5 wieder geschlossen werden. Erfolgt die Abschaltung des Reststromes jedoch nicht
ordnungsgemäß, so wird durch das Öffnen des Auslösekontaktes b und Entregung des
Schaltmagneten io kurze Zeit nach dem Ansprechen des Schlagankers das Vorschaltschütz
ausgeschaltet, wobei die beweglichen Kontakte die Stellung 6 einnehmen und den Reststrom
zwischen den Kontakten 6 und 13 abschalten. Um dem Verteilungsschalter auf alle
Fälle genügend Zeit zumAbschalten zu lassen, kann die Anordnung so getroffen sein,
daß der Auslösekontakt b mit einer kleinen Verzögerung gegenüber dem Ansprechen
des Schlagankers geöffnet wird. Die Begrenzungswiderstände e sind daher nur kurzzeitig
eingeschaltet und können somit entsprechend schwach bemessen werden.
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Sorgt man dafür, daß der Auslösekontakt b in der Offenstellung unabhängig
vom Schlaganker 2 gesperrt wird, was in Fig. 3 nicht dargestellt ist, so kann das
Vorschaltschütz nicht wieder eingeschaltet werden, ehe diese Sperrung, z. B. von
Hand, aufgehoben ist. Man kann daher als Verteilungsschalter oder -schütze solche
ohne Freiauslösung verwenden, die einfacher und billiger sind. Wird nämlich mittels
eines solchen Verteilungsschalters auf einen Kurzschluß geschaltet und der Handgriff
des Schalters festgehalten oder der Eindruckknopf dauernd gedrückt oder ist der
Schalter hängengeblieben, so schaltet das Vorschaltschütz den Kurzschluß einschließlich
des Reststromes ab und kann erst nach Aufhebung der Sperre des Auslösekontaktes
b wieder eingeschaltet werden. Die Sperrung des Vorschaltschützes in der Ausschaltstellung
6 kann auch auf andere Weise, z. B. durch mechanische oder elektromagnetische Sperrglieder,
bewirkt werden.
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Statt den beweglichen Kontakt 5 gegen seine Kontaktdruckfeder 7 vom
festen Kontakt wegzubewegen, kann natürlich bei entsprechender Abwandlung der Anordnung
auch umgekehrt der feste Kontakt q. gegen die Kraft einer ihn gegen den beweglichen
Kontakt drückenden Feder von dem beweglichen Kontakt wegbewegt werden, wobei letzterer
nicht federnd ausgebildet zu sein braucht, sondern starr an seinem Kontaktträger
befestigt sein kann.
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Die Abschaltung des Reststromes nach dem Einschalten der Widerstände
e kann, wenn der Zwischenkontakt 13 vermieden werden soll, in an sich bekannter
Weise auch durch einen Schalter oder ein Schütz bewirkt werden, dessen Kontakte
im Widerstandsstromkreis liegen. Dieses Schütz ist in normaler Weise überhaupt nicht
belastet, da es in Reihe mit dem Widerstand e durch die Kontakte des Vorschaltschützes
kurzgeschlossen ist, und hat nur sehr kurzzeitig den Reststrom zu führen sowie ihn
abzuschalten; es kann daher sehr klein und billig bemessen werden.
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Falls ein Kurzschluß in den Zuleitungen vom Vorschaltschütz zu den
Verteilungsschaltern eintreten sollte, tritt ebenfalls nach der Abschaltung des
Reststromes die beschriebene Sperrung des Vorschaltschützes ein:.
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Als Vorschaltschütze können Luft- oder Ölschütze verwendet werden.
Die elektromagnetisch betätigten Einrichtungen zur beschleunigten Kontaktöffnung
des Vorschaltschützes brauchen nicht unbedingt schlagartig auf die vom Schaltanker
gesteuerten oder die gegenüberliegenden festen Kontakte zu wirken, sondern können
auch in jeder anderen geeigneten Art im öffnenden bzw. im i öffnungsbeschleunigenden
Sinn auf die Kontakte einwirken, z. B. durch Zugwirkung auf die Kontakte, durch
Fortbewegen eines Abstützgliedes oder einer Verklinkung für die festen oder beweglichen
Kontakte od. dgl.
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Die zweistufige Abschaltung (zunächst Widerstandseinschaltung, sodann
Abschaltung des Reststromes) kann auch in anderer Weise erzielt werden, z. B. in
kinematischer Umkehrung der Fig. 3, dadurch, daß die Widerstandseinschaltung durch
eine schnelle Ausschaltbewegung des festen Kontaktes q. erfolgt, der normalerweise
durch eine Klinke, Feder od. dgl. festgehalten bzw. gegen den beweglichen Kontakt
gedrückt und durch den Kurzschlußstrom elektromagnetisch entklinkt oder sonstwie
vom beweglichen Kontakt entfernt wird, während sodann durch die Ausschaltbewegung
der beweglichen Kontakte, z. B. durch Entregen des Schaltmagneten, der Reststrom
abgeschaltet wird.
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Die Anordnung ist für Nieder- und Hochspannungsanlagen geeignet. Ihr
Vorteil gegenüber den
üblichen Verteilungsanlagen besteht in einer
erheblichen Ersparnis an Platz und Kosten, da die Verteilungsschalter bei durch
die örtlichen Netzverhältnisse gegebener Kurzschlußstromstärke viel schwächer bemessen
sein können, als wenn sie für die volle Abschaltleistung ausgelegt wären. Durch
das besonders rasche Ansprechen des Vorschaltschützes werden die thermischen und
elektrodynamischen Beanspruchungen aller Teile der Kurzschlußstrombahn, insbesondere
von Wärmeauslösern, Stromwandlern, Meßinstrumenten,Trennschaltern, Kabelendverschlüssen
usw., außerordentlich gering gehalten, so daß diese Teile entsprechend schwächer
ausgelegt werden können; denn sowohl die Dauer als auch die Höhe des Kurzschlußstromes
werden durch das schnelle Ansprechen des Vorschaltschützes, das z. B. in der Größenordnung
von einer bis zu wenigen Tausendstelsekunden liegt, auf einen Bruchteil der bei
den üblichen Selbstschaltern auftretenden Beanspruchungen herabgedrückt. Schmelzsicherungen,
die heute noch vielfach den Überstromschützen zum Schutz gegen Kurzschlüsse vorgeschaltet
werden, werden durch die Erfindung entbehrlich gemacht und dadurch nicht nur lästige
Betriebspausen für das Auswechseln von Schmelzsicherungen vermieden, sondern auch
in jedem Fall eine allpolige Abschaltung des vom Kurzschluß betroffenen Stromkreises
erzwungen.