Schaltungsanordnung zur Stromversorgung

Abstract

 Schaltungsanordnung (1) zur Strombegrenzung, die einen Hauptstrompfad (2) mit zumindest einer Kontaktstelle (3) mit Lichtbogenlöschbereich (4) aufweist, von der ein Abzweig (7) zu einem externen Anschluß (8) herausgeführt ist. Der Abzweig (7) ist über ein Kontaktmittel (6) im Bereich der vom elektrisch leitenden Lichtbogenplasma bei Öffnen der Kontaktstrecke erfüllt ist, angeschlossen. Die Strecken zwischen je einem Kontakt der Kontaktstelle (3) und dem Kontaktmittel (6) bestimmten die eingangsseitige und die ausgangsseitige Spannung beim Abschalten. Die Kontaktstelle (3), bzw. die Kontaktstellen, des Hauptstrompfades (2) wird durch einen Parallelzweig (15) mit einer weiteren Kontaktstelle (16), verzögerten Auslöser (18) und Strombegrenzungswiderstand (17) überbrückt, wobei ein Kontakt der weiteren Kontaktstelle (16) vom verzögerten (18) gesteuert wird.
Die Ausgangsseite ist gegen die Eingangsseite entkoppelt, wobei ausgangsseitig Strom und Spannungseinbrüche für Verbraucherzweige beim Abschalten vermieden werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung, die einen Hauptstrompfad mit zumindest einer Kontaktstelle mit Lichtbogenlöschbereich aufweist, und von dem ein Abzweig zu einem externen Anschluß herausgeführt ist. Ein derartiger Aufbau ist zunächst vergleichbar mit dem Aufbau eines dreipoligen Moduls, der Gegenstand einer Anmeldung mit älterem Zeitrang ist (EP: 90 113 093.0).

[0002] Die Strombegrenzung in elektrischen Verteilungen, insbesondere bei zentraler Strombegrenzung für mehrere nachgeschaltete Zweige, führt bei hoher Bogenspannung des Strombegrenzers zu starken, kurzzeitigen Spannungseinbrüchen in den an sich nicht gestörten Abzweigen. Außerdem kann durch die Kontaktöffnung des Strombegrenzers, wenn der Lichtbogen gelöscht ist, eine kurzzeitige Stromunterbrechung auftreten. Beide Einflüsse führen bei empfindlichen elektrischen Geräten, wie sie Schütze und Elektronikbauteile und entsprechend bestückte Geräte darstellen, in der Praxis zu Betriebsstörungen, die nicht hinzunehmen sind. So können die falschen Kontakte öffnen und andere Kontakte verschweißen. Derartige, mehreren Zweigen gemeinsam vorgeordnete Strombegrenzer werden häufig Vorautomaten genannt.

[0003] Vorautomaten sollen nachgeordnete Automaten in Verbraucherzweigen unterstützen bzw. gegen Überlastung schützen. Derartige Schutzschalter gegen Überstrom und Kurzschluß sollen zu nachgeordneten Schutzschaltern hinsichtlich Überstrom und Kurzschluß selektiv sein, damit jeweils nur der geringstmögliche Teil eines Netzsystems abgeschaltet wird, nämlich der Zweig, in dem der Kurzschluß oder die Ursache des Überstroms vorliegt. Selektivität ist ohne Schwierigkeit mit Schmelzsicherungen zu verwirklichen. Bei Schutzschaltern, beispielsweise sogenannten Leitungsschutzschaltern, läßt sich die Selektivität bezüglich Überstrom verhältnismäßig einfach realisieren. Die hierfür in der Praxis vorgesehenen thermischen Auslöser können ohne weiteres auf verschiedene Verzögerungen eingestellt werden, so daß immer der nachgeschaltete Schutzschalter, in dessen Zweig die Ursache des Überstroms liegt, eher als der vorgeschaltete Schutzschalter die Leitung trennt. Schwieriger ist es in der Praxis jedoch, Selektivität mit Schutzschaltern im Kurzschlußfall herzustellen. Die in der Praxis hierfür vorgesehenen magnetischen Auslöser, die darauf abgestimmt sind, besonders schnell anzusprechen, lassen sich nur mit besonderem Aufwand in Konstruktion und Beschaltung so bauen, daß zuerst der nachgeschaltete und dann der vorgeschaltete Schutzschalter die Leitung trennt. Andererseits werden Schutzschalter wegen ihres Komforts häufig bevorzugt.

[0004] Viele Vorautomaten arbeiten nach dem Prinzip, eine Kontaktstelle zunächst unter Ziehung eines Lichtbogens ohne Schaltschloß vorübergehend zu öffnen und wieder einzuschalten. Erst nach mehrmaligem Aus- und Einschalten, häufig auch Pumpen genannt, wird erforderlichenfalls eine endgültige Abschaltung durchgeführt. Mehrere Vorschläge befassen sich damit, das geschilderte Pumpen zu vermeiden (DE-C-3 133 200, DE-C-3 137 727, DE-C-3 316 230). Hierbei ist es an sich bekannt, von einem Hauptstrompfad einen Abzweig zu einem eigenen externen Anschluß herauszuführen, wobei im Ruhezustand dieser Abzweig durch eine Kontaktstelle abgetrennt ist (DE-C-3 316 230, Figuren 2 bis 5). Der Abzweig wird zugeschaltet, wenn die Trennstelle im Hauptstrompfad öffnet. Wenn ein Auslösemagnet im Abzweig anspricht, wird die Trennstelle oder Kontaktstelle im Hauptstrompfad wieder geschlossen, also durchverbunden, und die Trennstelle im Abzweig wieder geöffnet (Spalte 9, Zeilen 4-10). Wenn ein Kurzschluß hinter dem Schutzschalter in seiner Wirkung vermindert wird und sich eine Netzspannung wieder aufbaut, führt der Stromanstieg im Abzweig nach verschiedenen internen Schaltungsmaßnahmen dazu, daß die Trennstelle im Hauptstrompfad wieder leitend geschaltet wird. Für in der Praxis verfügbare Bauelemente soll dadurch der Schwellwert für eine Wiedereinschaltung genauer definiert werden als es bei einer Wiedereinschaltung bei fallenden Stromwerten, wie es von anderen Vorschlägen bekannt ist, möglich wäre. Eine derartige Wiedereinschaltung ist dann erwünscht, wenn der Kurzschluß in einem Zweig nicht mehr auftritt, wenn also beispielsweise ein nachgeordneter Schutzschalter den schadhaften Zweig abgetrennt hat. Die Versorgung der intakten Zweige ist dann sichergestellt.

[0005] Ein anderer bekannter Weg zur Strombegrenzung wird mit sogenannten Limitern beschritten. Limiter beruhen auf dem Prinzip, den Strom über eine Schaltstrecke im Abschaltfall zusätzlich dadurch zu begrenzen, daß weitere strombegrenzende Mittel eingeschaltet werden. Von Einrichtungen, die dem Hauptstrompfad nachgeordnet sind, werden hierbei jedoch keine Ströme abgeleitet. Ströme abzuleiten (EP: 90 113 093.0) und nicht nur eine Strombegrenzung durchzuführen, ermöglicht weitere Wirkungsweisen, beispielsweise die Entkopplung eines Eingangsstromkreises vom Ausgangsstromkreis, was bei einer größeren Induktivität im Ausgang besonders zum Tragen kommen kann. Limiter, die dagegen nur eine Strombegrenzung im Hauptstrompfad bewirken sollen, sind in den verschiedenartigsten Ausführungen bekannt (beispielsweise EP-A-0 350 825). Bei Limitern soll die Spannung für weitere Verteilungszweige so lang wie möglich aufrechterhalten werden.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung zu entwickeln, die Selektivität zu Schutzschaltern in nachgeordneten Zweigen ermöglicht und kurzzeitige Spannungseinbrüche sowie Stromunterbrechungen vermeidet.

[0007] Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt durch eine Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1. Sie weist einen Hauptstrompfad mit zumindest einer Kontaktstelle mit Lichtbogenlöschbereich auf, von dem ein Abzweig von einem Kontaktmittel zu einem externen Anschluß herausgeführt ist. Der Abzweig ist in dem Bereich, der vom elektrisch leitenden Lichtbogenplasma beim Öffnen der Kontaktstelle erfüllt wird, angeordnet. Je nach Wahl der Strecken zwischen einem der Kontakte, der Kontaktstelle und dem Kontaktmittel kann die Spannung auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite der Schaltanordnung, jeweils bezogen auf den herausgeführten Abzweig im Abschaltzustand beeinflußt bzw. gewählt werden.

[0008] Der externe Anschluß wird gewissermaßen durch das Lichtbogenplasma an den Hauptstromzweig angeschlossen. Da die Lichtbogenspannung, wie üblich, über der Netzspannung liegt, und der Abzweig einen geringen komplexen Widerstand, insbesondere eine niedrige Impedanz, aufweist, fließt im Fall eines Kurzschlusses an nachgeordneter Stelle zur Schaltungsanordnung der Kurzschlußstrom im wesentlichen über den Abzweig. Die Lichtbogenspannung der Schaltungsanordnung stabilisiert die Spannung, weshalb der Strom im Abzweig nicht über ein gewisses Maß ansteigt. Der Abzweig teilt den Gesamtstrom praktisch in zwei Teilkreise, in einen eingangsseitigen bzw. transformatorseitigen und in einen ausgangsseitigen bzw. verbraucherseitigen Teilstromkreis.

[0009] Die Kontaktstelle, bzw. die Kontaktstellen, des Hauptstrompfades sind durch einen Parallelzweig mit einer weiteren Kontaktstelle mit verzögertem, beispielsweise thermischem Auslöser und Strombegrenzungswiderstand überbrückt. Hierbei wird ein Kontakt der weiteren Kontaktstelle vom verzögerten Auslöser gesteuert. Nach der Unterbrechung des Stromes in einem verbraucherseitigen Zweig übernimmt der Strombegrenzungswiderstand im Parallelzweig bei offener, also unterbrochener, Kontaktstelle für kurze Zeit die Stromversorgung der übrigen Zweige auf der Verbraucher bzw. Ausgangsseite. Hierdurch wird die entkoppelnde Wirkung der Schaltungsanordnung weiter gefördert. Die weitere Kontaktstelle, die vom verzögerten Auslöser gesteuert wird, sorgt dafür, daß bei unzulässig langer Stromdauer sich der Parallelzweig nicht unzulässig erwärmen kann. Ein Sensor für Stromfluß im Parallelzweig kann vorteilhafterweise eine Wiedereinschaltsperre beaufschlagen. Wenn der Kurzschluß in einem Verbraucherzweig noch nicht abgeklungen ist, kann die Schaltungsanordnung dann nicht wieder eingeschaltet werden.

[0010] Bei der eingangs geschilderten Schaltung nach Art eines Vorautomaten (DE-C-3 316 230) kann sich eine Entkopplung durch zwei Teilstromkreise wegen des zunächst unterbrochenen Abzweigs nicht einstellen. Der Abzweig soll dort vielmehr in der Endphase des Abschaltvorgangs ein Wiedereinschalten des Hauptstrompfades bewirken.

[0011] Im transformatorseitigen Teilstromkreis sorgt die Schaltungsanordnung nach der Erfindung zur Strombegrenzung durch die Lichtbogenspannung und insbesondere bei niedriger Induktivität des Eingangsstromkreises für eine rasche Unterbrechung. Im ausgangsseitigen bzw. verbraucherseitigen Teilstromkreis kann durch geeignete Wahl der Anordnung des Kontaktmittels in Bereich des Lichtbogenplasmas die Spannung für diesen Teillichtbogen zwischen dem Kontaktmittel und dem zugeordneten Kontakt der Kontaktstelle eingestellt werden. Bei Verwendung von Lichtbogenlöschblechen kann man beispielsweise die Spannung durch die Anzahl der Lichtbogenteilstrecken zwischen den Löschblechen die Spannung einstellen. Bei vier Teillichtbogenstrecken zu in der Praxis üblichen 25 V ergibt sich für dieses Beispiel eine Spannung von 100 V. Die Induktivität auf der Verbraucherseite bewirkt, daß der Kurzschlußstrom in diesen Teilkreis über den Abzweig nicht abrupt unterbrochen wird. Für einen Kurzschluß von 5 kA bei cos 0̸ = 0,6 und bei 240 V Netzspannung und 100 V Bogenspannung erhält man beispielsweise eine Abklingzeit von 1 bis 2 ms des Kurzschlußstromes. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird der Ausgangskreis vom Eingangskreis entkoppelt, wobei der ausgangsseitige Verbraucherkreis nach dem Prinzip einer elektrischen Freilaufschaltung Spannung und Strom länger aufrecht erhält als auf der Eingangsseite.

[0012] Die Schaltungsanordnung kann insbesondere so genutzt werden, daß deren Hauptstrompfad in den Außenleiter, früher Phasenleiter genannt, eines Netzes eingeschaltet ist und daß deren Abzweig an den Neutralleiter des Netzes angeschlossen wird. Bei einer Ausführung mit mehreren Hauptstrompfaden können diese in die Außenleiter eines Netzes eingeschaltet werden, wobei die Abzweige an den Neutralleiter des Netzes angeschlossen werden. Die Abzweige können auch miteinander elektrisch verbunden werden, ohne Anschluß an den Neutralleiter. Man hat dann eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung für ein elektrisch mehrpoliges Netz.

[0013] Wesentlich ist, daß durch die Schaltungsanordnung im Fall eines Kurzschlusses in einem Zweig auf der Ausgangsseite, beispielsweise in einem von mehreren Verbraucherzweigen, die Spannung für die übrigen ausgangsseitigen Verbraucherzweige auf einen konstruktiv vorbestimmten Wert begrenzt werden, und zwar unabhängig von der Spannung des insgesamt an der Kontaktstelle entstehenden Lichtbogens.

[0014] Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:

In FIG 1

ist die Schaltungsanordnung, eingesetzt in einem Netz, dargestellt.

In FIG 2

ist eine Schaltungsanordnung für drei elektrische Pole und einen Neutralleiter wiedergegeben.

[0015] Die Schaltungsanordnung 1 zur Strombegrenzung, nach Figur 1, weist einen Hauptstrompfad 2 mit einer Kontaktstelle 3 auf. Im Lichtbogenlöschbereich 4 sind im Ausführungsbeispiel Lichtbogenlöschbleche 5 angeordnet. Von einem Kontaktmittel 6 in dem Bereich, der vom elektrisch leitenden Lichtbogenplasma beim Öffnen der Kontaktstelle erfüllt wird, ist ein Abzweig 7 zu einem externen Anschluß 8 herausgeführt. Die Strecken 9 und 10 zwischen jeweils einem Kontakt der Kontaktstelle und dem Kontaktmittel 6 bestimmen die Aufteilung der Spannung auf der Eingangsseite, beispielsweise 11, und auf der Ausgangsseite, beispielsweise 12, jeweils gemessen zwischen dem eingangsseitigen Anschluß 13 und dem externen Anschluß 8 und dem ausgangsseitigen Anschluß 14 und dem externen Anschluß 8. Im Aufführungsbeispiel nach Figur 1 weist die Kontaktstelle 3 zwei bewegliche Kontakte auf.

[0016] Die Schaltungsanordnung 1 ist mit einem Parallelzweig 15 versehen, in dem eine weitere Kontaktstelle 16 und ein Strombegrenzungswiderstand 17 angeordnet sind. Die weitere Kontaktstelle 16 wird von einem thermischen Auslöser 18 gesteuert. Am eingangsseitigen Anschluß 13 ist ein Versorgungsnetz mit einem elektrischen Pol 19 und einem Neutralleiter 20 angeschlossen, wobei der Neutralleiter am externen Anschluß 8 des Abzweigs 7 angeschlossen ist. Am ausgangsseitigen Anschluß 14 ist eine Verteilung mit den Verbraucherzweigen 21 und 22 angeschlossen. Im Verbraucherzweig 21 ist ein komplexer Widerstand 23 mit dem Realteil 24, dem Widerstand und dem Imaginärteil 25, der Impedanz, veranschaulicht. Weiter ist ein Zweigschalter 26 in diesem Verbraucherzweig angeordnet. In den weiteren Zweigen 22 sind Verbraucher 27 veranschaulicht, die durch nicht dargestellte Zweigschalter einoder ausgeschaltet werden.

[0017] Auf der Eingangsseite 11 sind die im Eingangskreis des Netzes vorhandenen Widerstände mit dem komplexen Widerstand 28 dargestellt. Beim Ansprechen der Schaltungsanordnung 1 bildet sich ein eingangsseitiger Stromkreis 29 und ein ausgangsseitiger Stromkreis 30.

[0018] Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 2 sind die Außenleiter 31, 32 und 33 an Hauptstrompfade 2 angeschlossen, die jeweils durch eine Löschblechanordnung veranschaulicht sind. Sie weisen jeweils einen Parallelzweig 15 auf. Ihre Abzweige 7 sind jeweils am Neutralleiter 20 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel dient die Schaltungsanordnung dazu, einen dreiphasigen Verbraucher 34, z. B. einen Motor, zu schützen. In die Parallelzweige 15 kann jeweils ein Sensor für Stromfluß angeordnet sein, der eine Wiedereinschaltsperre der als Schutzschalter besonderer Art dienenden Schaltungsanordnung beaufschlagt.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung (1) zur Strombegrenzung, die einen Hauptstrompfad (2) mit zumindest einer Kontaktstelle (3) mit Lichtbogenlöschbereich (4) aufweist, von dem ein Abzweig (7) von einem Kontaktmittel (6) zu einem externen Anschluß (8) herausgeführt ist, wobei die Strecken zwischen einem Kontakt der Kontaktstelle und dem Kontaktmittel (6) die Aufteilung der Spannung auf der Eingangsseite (11) und auf der Ausgangsseite (12) der Schaltungsanordnung bezogen auf den herausgeführten Abzweig (7) während des Abschaltvorgangs bestimmen, und wobei die Kontaktstelle (3), bzw. die Kontaktstellen, des Hauptstrompfades (2) durch einen Parallelzweig (15) mit einer weiteren Kontaktstelle (16), verzögerten Auslöser (18) und Strombegrenzungswiderstand (17) überbrückt wird, wobei ein Kontakt der weiteren Kontaktstelle (16) vom verzögerten Auslöser (18) gesteuert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, deren Hauptstrompfad (2) in den Außenleiter, früher Phasenleiter genannt, eines Netzes eingeschaltet ist und deren Abzweig (7) an den Neutralleiter (20) des Netzes angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hauptstrompfade (2) in die Außenleiter (31, 32, 33) eines Netzes eingeschaltet sind, deren Abzweige (7) miteinander elektrisch verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander elektrisch verbundenen Abzweige (7) an den Neutralleiter (20) des Netzes angeschlossen sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor für Stromfluß im Parallelzweig (15) eine Wiedereinschaltsperre beaufschlagt.

Zeichnung