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Überstromschutz Elektrische Geräte sind gegen länger andauernde Überströme
empfindlich und müssen gegen deren schädigende Wirkung geschützt werden. Man baut
daher in den Stromkreis Geräte, beispielsweise von Motoren, Überstromrelais, ein,
welche bei drohender Gefahr einen Kontakt öffnen oder schließen und damit die Unterbrechung
des gefährlichen Stroms einleiten.
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Wie zu jedem elektrischen Vorgang gehört auch zur Auslösung eines
Schalters, der den gefährlichen Strom unterbricht, eine bestimmte elektrische Energie.
Dieselbe kann einer fremden Stromquelle entnommen werden, sofern eine solche vorhanden
ist. Muß sie erst bereitgestellt werden, etwa in Form einer Akkumulatorenbatterie,
so bedeutet dies einen zusätzlichen, nicht unerheblichen Aufwand, der bei diesem
Beispiel durch die Pflege der Batterie noch erhöht wird. Es liegt daher der Gedanke
nahe, die benötigte Energie dem zu unterbrechenden Strom selbst zu entnehmen. Es
wird aber nur selten möglich sein, diesen Strom unmittelbar über die überstromrelais
und den Auslöser zu leiten, weil er wegen seiner Größe erhebliche Anforderungen
an die Strombahn und die Anschlüsse der Relais und Auslöser stellt. Es ist daher
einfacher und zweckmäßiger, proportional untersetzende Stromwandler vorzusehen.
Die Sekundärwicklungen dieser Stromwandler liefern dann den Strom für die überstromrelais
und die Energie für die Auslösung.
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Die Dinge liegen verhältnismäßig einfach, wenn in jedem Strang einer
Drehstromleitung ein Stromwandler liegt, ein Überstromrelais und ein Auslöser. Dies
setzt voraus, daß der dreipolige Schalter drei voneinander unabhängige Auslöser
hat, die alle auf die gleiche Schalterklinke arbeiten. Meist haben die Schalter
der Einfachheit wegen nur einen Auslöser. Daraus ergibt sich das Problem: Wie muß
geschaltet werden, daß trotz dieses einen Auslösers eine sichere Auslösung zustande
kommt, wenn in irgendeinem der drei Stränge ein Überstrom auftritt, gleichgültig
ob das die Energie liefernde Netz einen durch einen Nulleiter fixierten Sternpunkt
hat oder nicht.
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Bekannt ist, in jeden der drei Stränge des Drehstromsystems zur Überwachung
einen Stromwandler zu legen. Gleicherweise ist es bekannt, den Sekundärstrom eines
jeden der drei Wandler durch ein Überstromrelais fließen zu lassen, das bei Überschreiten
eines eingestellten Stromwertes einen Kontakt betätigt, der das Ausschalten des
Schalters und damit die Unterbrechung des Stromes veranlaßt.
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Es darf nun die Auslösespule vom Wandlerstrom erst dann durchflossen
werden, wenn ein Relaiskontakt angesprochen hat. Man schließt daher im Normalbetrieb
die Auslösespule über die Relaiskontakte kurz, so daß die Wandlerströme an der Auslösespule
vorbeifließen. Es ist in diesem Zusammenhang daher auch bekannt, die die Auslösespule
kurzschließenden Relaiskontakte hintereinanderzuschalten. Durch diese Maßnahme ist
jedes Relais für sich imstande, den Kurzschluß der Auslösespule aufzuheben und damit
die Auslösung einzuleiten. Das bisher über das Zusammenarbeiten und den Zusammenschluß
von Wandlern, Überstromrelaiskontakte und Auslösespulen Gesagte ist allgemein bekannt.
Es kommt für jede überstromauslösung in Betracht, die unter Zuhilfenahme von Wandlerenergie
arbeitet.
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Eine vollständige überstromauslösung ist jedoch mit dem bisherigen
noch nicht gegeben. Insbesondere ist die Frage, in welcher Art die Wandlerenergie
auf die Auslösespule übertragen werden soll, noch offengelassen.
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In Fig. 1 ist der soweit angedeutete Stand der Technik veranschaulicht.
Dabei bedeuten 1, 2, 3 die sekundären Wicklungen der auf die einzelnen Phasen verteilten
Wandler, 4, 5, 6 die überstromrelais und 7, 8, 3 die in Reihenschaltung in den Kurzschlußkreis
der Auslösespule 10 gelegten Relaiskontakte. Für den weiteren Zusammenschluß der
in Fig. 1 wiedergegebenen Einzelteile zu einer vollständigen Auslösung mittels Stromwandlerenergie
sind mehrere Möglichkeiten bekannt.
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Um insbesondere sicherzustellen, daß trotz des Vorhandenseins nur
einer Auslösespule am Schalter etwaige Überströme möglichst gleichmäßig auf die
Auslösespule wirken, sind Zwischenwandler mit Anzapfungen verwendet worden, deren
Sekundärwick-
Jung die Auslösespule speist und die primär von den
vom Hauptstrom durchflossenen Wandlern gespeist werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen überstromschutz für mit Drehstrom
betriebene Geräte, der gegenüber dem vorstehend geschilderten Aufwand eine erhebliche
Vereinfachung darstellt. Er hat des weiteren den Vorteil, daß in jedem denkbaren
Störungsfall eine sichere Auslösung zustande kommt. Er besteht wie die bekannten
überstromschutzschaltungen aus je einem Stromwandler mit reihengeschaltetem Überstromrelais
pro Phase und einem gemeinsamen Auslöser, dessen Spule über die in Reihe geschalteten
Relaiskontakte kurzgeschlossen ist.
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Gemäß der Erfindung sind zwei der Reihenschaltungen Wandlersekundärwicklung-Überstromrelais
an die Klemmen der Auslösespule angeschlossen und ist die dritte Reihenschaltung
zwischen zwei Relaiskontakten angeschlossen, während zwischen den anderen Relaiskontakten
und der Sternpunktverbindung der Reihenschaltungen eine Kurzschlußleitung gelegt
ist.
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Es ist zwar schon eine mit Wandlerstromauslösung arbeitende Fehlerschutzeinrichtung
für mit Drehstrom betriebene Geräte bekanntgeworden, die aus je einem Stromwandler
mit reihengeschaltetem überstromrelais je Phase und einem gemeinsamen Auslöser besteht.
Die Auslösespule liegt dabei im sekundärseitigen Summenweg der drei Phasenstromwandler.
Die Kurzschlußleitung des erfindungsgemäßen Überstromschutzes ist hier nicht vorhanden.
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Während die erfindungsgemäße Schutzschaltung den Charakter des reinen
überstromschutzes besitzt und demzufolge von ihr keine Unsymmetrien erfaßt werden,
erfäßt die bekannte Fehlerschutzeinrichtung sowohl Unsymmetrien als auch Überströme.
Das Ansprechen auf Unsymmetrien ist aber durchaus nicht immer erwünscht; so beispielsweise
beim Typ des starr geeerdeten Netzes, nämlich beim Netz mit Nullleiter. Hängen an
einem solchen Netz über insbesondere mit Nulleitern versehenen Abzweigen eine Reihe
von Verbrauchern, so werden bei einer Ausrüstung der Verbraucher mit dem bekannten
Schutz für den Fall einer irgendwie auftretenden Nullpunktverlagerung sämtliche
Verbraucher abgeschaltet. Der Grund dafür ist, daß die Spannungsunsymmetrie überallhin
übertragen wird. Trotzdem die zur Nullpunktverlagerung führende Störstelle auf einen
ganz bestimmten Verbraucher beschränkt ist, werden alle anderen Verbraucher mit
abgeschaltet.
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Ein anderer, hierher gehörender Fall ist der eines Erdschlusses auf
einer Phase. In diesem Falle würde der erfindungsgemäße überstromschutz, da über
das eine Relais nur ein schwacher Strom fließt, überhaupt nicht zum Ansprechen kommen.
Das Gegenteil würde auftreten,=wenn die bekannte Fehlerschutzeinrichtung benutzt
werden würde. Das nicht sofortige Ansprechen einer Schutzschaltung auf einen Erdschluß
kann aber insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn es sich bei der zu schützenden
Anlage beispielsweise um eine Speiseanlage für Verbraucher handelt, die unter anderem
auch eine lebenswichtige Anlage oder Steuervorrichtung mit Strom versorgt. Hier
kann die Aufrechterhaltung der lebenswichtigen Anlage oder Steuervorrichtung von
entscheidendem Wert sein.
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In einer Fortführung des Erfindungsgedankens ist ferner parallel zum
mittleren Relaiskontakt im Kurzschlußkreis der Auslösespule ein spannungsabhängiger
Widerstand geschaltet. Auf diese Weise werden Überspannungen, die an dem dem mittleren
Relaiskontakt zugeordneten Wandler auftreten können, auf ein erträgliches Maß herabgemindert.
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In der Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen überstromschutzes
schematisch wiedergegeben. Aus der Schaltung nach Fig. 1 wiederkehrende Teile sind
dabei mit gleichbleibenden Kennzahlen ausgezeichnet.
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Wie durch Strichlierung angedeutet, wirken in der angegebenen Reihenfolge
die Überstromrelais 4, 5, 6 auf die Kontakte 7, 8, 9 im Kurzschlußzweig der Auslösespule
10. Die Reihenschaltung aus Wandler 1 und überstromrelais 4 liegt am linksseitigen
und die Reihenschaltung aus Wandler 3 und überstromrelais 6 am rechtsseitigen Ende
des Kurzschlußzweiges. Die Reihenschaltung aus Wandler 2 und Überstromrelais 5 ist
zwischen den Relaiskontakten 7 und 8 an den Kurzschlußzweig angeschlossen. Parallel
zum mittleren Relaiskontakt 8 liegt der spannungsabhängige Widerstand 13.
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Öffnet der Kontakt 7 infolge eines Überstromes im Wandler 1, dann
fließt dieser Strom über die Auslösespule 10, den Kontakt 9 sowie
die Leitungen 11
und 12 zurück zum Wandler 1.
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Bei Öffnung des Kontaktes 8 infolge eines überstromes im Wandler 2
wird ein über den Kontakt 9 und die Leitungen 11, 12 geführter Auslösekreis gebildet,
in dem die Auslösespule 10 und die Parallelschaltung vom Stromkreiszweig
1, 4 und Stromkreiszwei 2, 5 in Reihe zueinander liegen. Über die Auslösespule 10
fließt dann ein die Auslösung bewirkender Strom, der der geometrischen Summe der
Ströme in den beiden Wandlern 1, 2 entspricht. Sollte die geometrische Summe der
beiden Ströme durch die Wicklungen 1 und 2 Null sein, was bei zweipoligem Kurzschluß
bei nicht festgehaltenem Sternpunkt des Drehstromsystems der Fall ist, dann kommt
keine Auslösung zustande, so lange nur der Kontakt 8 offen ist. Nun bleibt es aber
nicht dabei, da der Strom im Wandler 1 in diesem Falle ebenso groß ist wie der Strom
im Wandler 2, öffnet zwangläufig auch der Kontakt 7, so daß der Strom vom Wandler
1 über die Auslösespule 10 fließt und damit die Auslösung herbeiführt. Damit, daß
der Kontakt 7 auch öffnet, ist der Strom im Wandler zunächst unterbrochen. Wenn
auch dieser Zustand nur sehr kurze Zeit besteht, so können doch beträchtliche Überspannungen
in der Sekundärwicklung des Wandlers 2 entstehen. Durch den parallel zum Kontakt
8 liegenden spannungsabhängigen Widerstand 13 werden diese auf ein erträgliches
Maß herabgesetzt.
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Öffnet der Kontakt 9 infolge eines Überstromes im Wandler 3, dann
fließt der Strom des Wandlers 3 über die Auslösespule 10 und löst aus.
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Bei Öffnung der Kontakte 8,9 durch Überstrom in den Wandlern
2, 3 wird ein Auslösekreis gebildet, in dem die Auslösespule 10, die Parallelschaltung
vom Stromkreiszweig 1, 4 und Stromkreiszweig 2, 5 und und der Stromkreiszweig 3,
6 in Reihe liegen. Die Auslösespule 10 wird dann von einem die Auslösung bewirkenden
Strom beeinflußt, der der geometrischen Summe der Ströme in den Wandlern 1, 2, 3
entspricht.
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Fallen ein oder gar zwei Wandler aus, so daß nur ein Wandler Strom
führt, so kommt immer noch eine sichere Auslösung zustande, sofern der dem Wandler
zugehörige Relaiskontakt öffnet.