Abschäiteinrichtung für elektrische Stromkreise mit einem im Moment einer Abschaltung parallel zu einer Sicherung liegenden Schalter. Zum Unterbrechen von elektrischen Strom kreisen verwendet man ölschalter und Schmelzsicherungen, die auch für hohe Ab schaltleistungen gebaut werden können. Öl- schalter besitzen den Nachteil der Brennbar keit des Öls bei Explosionen, sind teuer und nehmen viel Platz weg.
Schmelzsicherungen dagegen brauchen kein 01, sie erhalten kleine Abmessungen auch bei hohen Abschalt- leistungen und sind daher billig in der Her stellung. Es sind Einrichtungen für grössere Abschaltleistungen bekannt, bei denen ein Trennschalter oder Hauptschalter im Moment einer Abschaltung parallel zu einer Siche rung geschaltet wird. Der Trennschalter führt den Betriebs- oder gurzschlussstrom. Bei einer Abschaltung wird der Trennschal ter geöffnet, und der Strom fliesst über die Sicherung und wird durch diese abgeschaltet.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, dass der Schmelzdraht ersetzt werden muss. Es sind nun Sicherungen bekannt, bei denen der Schmelzdraht nach dem Durch schmelzen automatisch ersetzt wird. Dies ist aber kompliziert und teuer und eignet sich darum nicht für die erwähnte Einrichtung. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wird erfindungsgemäss eine Flüssigkeitssicherung verwendet, bei der in einem Rohr leitende Flüssigkeit untergebracht ist, die beim Öffnen des Stromkreises aus dem Rohr aus gestossen- wird.
In der Zeichnung sind in Fig. 1 bis 13 Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäss der Erfindung schematisch dargestellt.
In Fig. 1 ist 4 die mit der leitenden Flüs sigkeit gefüllte Sicherung, die im Zuge der Leitung 1 angeordnet ist. Die Sicherung be sitzt zweckmässig einen rohrförmigen Behäl ter aus feuerfestem Isoliermaterial für die leitende Flüssigkeit mit Anschlussklemmen 3, die in die Flüssigkeit tauchen. Das Rohr 4 ist am obern Ende offen. Als leitende Flüs sigkeit kann zum Beispiel Wasser verwendet werden, dessen Leitfähigkeit durch Zusätze bekannter Art veränderlich ist. Bei An sprechen der Sicherung wird, wie in der bei Schmelzsicherungen mit Metalldraht bekann ten Art, der leitende Flüssigkeitsfaden teil weise verdampft und dadurch aus dem Siche rungsrohr ausgestossen.
Um die Sicherung wieder gebrauchsfähig zu machen, mass lei tende Flüssigkeit (Wasser) in das Rohr ein gefüllt werden. Dies kann zum Beispiel in der Weise geschehen, dass das Sicherungs rohr mit einem Vorratsbehälter,5 in Verbin dung steht, wobei in der Verbindungsleitung zwischen beiden ein Absperrorgan (Ventil) 6 angeordnet ist.
Parallel zu der Sicherung ist der den Betriebs- oder Kurzschlussstrom führende Schalter 2 angeordnet. Bei einer Abschaltung öffnet der Schalter 2 zuerst, und der Strom fliesst über die Sicherung, die den Strom end gültig abschaltet. Die Spannung am Schal ter entspricht dem Spannungsabfall über die Sicherung, so dass das Öffnen des Schalters ohne grosse Lichtbogenbildung erfolgt, indem die Sicherung als Schalterschützwiderstand kleinen Ohmwertes wirkt.
Die Wärmekapa zität der Sicherung ist so gross, dass der pa rallele Schalter eine genügend grosse Off- nungsbewegung vor dem Ansprechen der Sicherung zurückgelegt hat. Der Abschalt- vorgang geht also in der leitenden Flüssig keit, zum Beispiel in Wasser, vor sich, und es hat sich erwiesen, dass die Abschaltung ausserordentlich günstig verläuft.
Zur Sicherheit kann ein Schalter in Serie mit der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung an geordnet werden.
Das Sicherungselement kann auch in Reihe mit einem Hilfsschalter 9 zwischen Leitungen verschiedener Polaritäten ge schaltet werden, zum Beispiel zwischen einer Leitung 1 und Erde gemäss Fig. 2. Weitaus die meisten Kurzschlüsse entstehen - über einem Lichtbogen. Sobald der Lichtbogen ausgelöscht ist, kann der Betrieb über den betreffenden Anlageteil weitergeführt wer- den.
Das Auslöschen des Lichtbogens ge schieht meistens durch Abschalten des be treffenden Anlageteils. Dies bedeutet aber einen Betriebsunterbruch bis zum Wiederein- schalten, was viel Zeit in Anspruch nimmt, besonders wenn eine Synchronisierung vor genommen werden muss. Bei der Einrichtung gemäss Fig. 2 wird das Löschen des Licht bogens durch eine Reduktion der Spannung erreicht, indem der Hilfsschalter 9 das Siche rungselement einschaltet.
Dadurch wird im Moment der Abschaltung der Schalter 10 über den Lichtbogen parallel zur Sicherung gelegt. Der Strom wird nach dem Verschwin den des Lichtbogens über das Sicherungs element fliessen, wodurch die Flüssigkeit ver dampft und den Strom abschaltet, wie eine Schmelzsicherung. Der Hilfsschalter wird wieder geöffnet und das Sicherungselement mit Flüssigkeit gefüllt, so dass der normale Betriebszustand ohne irgendwelche Schalter auslösung oder Betriebsunterbruch hergestellt wird.
Um keine direkten Kurzschlüsse ein zuleiten, lässt man die Flüssigkeit des Siche rungselementes einen solchen Widerstand be sitzen, dass der Kurzschlusslichtbogen beim Parallelschalten gelöscht wird. Sollte der Lichtbogen durch das Einschalten des Siche rungselementes nicht verschwinden, so wird der Schalter 10 geöffnet. Da die Sicherung nicht abgeschaltet hat, liegt sie parallel zum Schalter, wodurch der Abschaltvorgaug des letzteren stark begünstigt wird. Nach dem Abschalten des Schalters 10 wird der Strom über das Sicherungselement fliessen, wodurch dieses in der beschriebenen Weise den Strom abschaltet.
Die Abmessungen des Schalters können somit klein gehalten und die Herstel lungskosten verringert werden. Die Wärme kapazität des Sicherungselementes muss den Verhältnissen angepasst werden, so dass die Sicherung nicht zu früh und auch nicht nach zu langer Zeit den Strom abschaltet, um zu gewährleisten, dass eine Öffnung des Schal ters erfolgt, wenn die Sicherung eingeschaltet ist.
Um beim Öffnen des Schalters 10 die Sicherung gleichzeitig einzuschalten, wird der Hilfsschalter 9 mit dem Schalter 10 ge.- kuppelt. Gegebenenfalls kann es zweckmässig sein, eine zeitliche Verschiebung bei Betäti- gung der beiden Schalter vorzusehen, so dass der Hilfsschalter erst dann geschlossen wird, wenn der Schalter 10 einen gewissen Weg zurückgelegt hat.
Da es selten vorkommt, dass ein Schalter für mehr als eine Energierichtung benützt wird, genügt meistens die Anordnung nach Fig. 2-. In den Fällen, wo auf beiden Seiten des Schalters Kurzschlüsse auftreten können, wird zu beiden Seiten desselben ein Siche rungselement angeordnet, wie Fig.3 zeigt. Liegt der Kurzschluss rechts vom Schialter, wird die Sicherung links eingeschaltet und umgekehrt.
Die Fig. 4 zeigt eine Einrich tung, bei der bei Verwendung einer Siche rung in Reihe mit einem Hilfsumschalter 14, je nach der Energierichtung die Siche rung an die eine oder andere Seite des Schalters angeschlossen wird. Darin ist 11 ein Stromwandler und 12 ein Spannungs- wandler, welche das Richtungsrelais 13 steuern. Das Relais steuert den Umschalter 1,4 je nach der Energierichtung, das heisst im Falle eines Kurzschlusses, wird der Um schalter nach der einen oder andern Seite ge legt, bevor die Abschaltung erfolgt.
Für die selektive Abschaltung ist es zweckmässig, die Schalter 10 und die Hilfs schalter 9 mit selektiv wirkenden Relais be kannter Art auszurüsten, wie zum Beispiel Fig.5 zeigt. 11 ist ein Stromwandler, 1'2 ein Spannungswandler, 1.5 ein Selektivrelais, zum Beispiel Distanzrelais, 16 und 17 sind die Betätigungsspulen des Hilfs- bezw. Hauptschalters.
Das Sicherungselement 4 in den Fig. 2 und 5 kann gleichzeitig als Überspannungs- achutzwiderstand verwendet werden, indem eine Funkenstrecke 8 parallel zum Ililfs- sehalter 9 geschaltet wird.
Damit die Sicherung nicht unzeitig mit Flüssigkeit gefüllt wird, wird der Hahn 6 mit dem Schalter 10 -oder dem Hilfsschalter gekuppelt, und zwar so, dass der Hahn ge- schlossen wird, wenn der Schalter öffnet, und öffnet, wenn der Hauptschalter geschlos sen wird. Bei Verwendung der Einrichtung reit Hilfsschalter muss der Hahn mit dem Hilfsschalter geschlossen und geöffnet wer den.
Die Sicherung wird zweckmässig derart ausgebildet, dass die Wartung, insbesondere das Nachfüllen der Flüssigkeit möglichst vermieden wird, dass der Abschaltvorgang im Sicherungselement exakt und immer gleich verläuft, damit ein Versagen nicht vorkommen kann und dass der Widerstands wert des Sicherungselementes beliebig ein gestellt werden kann, damit das Element für alle Verhältnisse anpassungsfähig ist.
Um die Verluste der Flüssigkeit durch Verspritzung und ein Nachfüllen oder War tung zu vermeiden, kann das Sicherungs element so ausgebildet sein, dass die aus dem Rohr ausgestossene Flüssigkeit in einer ge schlossenen Haube oder Auffanggefäss ge sammelt und dem Rohr über eine Leitung von oben oder von unten her wieder zuge führt wird. Fig. 6 und 7 zeigen einige Aus führungsbeispiele.
Das geschlossene Auffanggefäss 18 (Fig. 6) ist dem Sicherungsrohr 4 unmittelbar an gebaut. Beim Ansprechen der Sicherung wird die Flüssigkeit in das Auffanggefäss ausgestossen, in dem Raum 20 aufgefangen und die gebildeten Dämpfe kondensiert. Beim Wiederfüllen des Sicherungselementes wird der Hahn oder Ventil 6 der Rohrverbindung 19 geöffnet. Die Betätigung geschieht zum Beispiel in Abhängigkeit des Überbrückungs schalters 2 (Fig. 1) oder des Hilfsschalters 9 (Fig. 2), wie oben beschrieben.
Wenn es erwünscht ist, dass das Siche rungselement sofort nach dem Ansprechen wieder gefüllt wird, wird das Auffanggefäss so angeordnet, wie Fig. 7 zeigt. Bei dieser Anordnung kann das Auffanggefäss als Elek trode verwendet werden.
Damit der Abschaltvorgang exakt und immer gleich verläuft, muss es gewährleistet sein, dass die Verdampfung im Sicherungs- rohr immer an der gleichen Stelle beginnt. Dies kann - einfach durch eine Verjüngung des Sicherungsrohres erreicht werden, wie Fig. 9 und 1(Y zeigen, so dass eine Stromkon zentration und damit eine intensive Erwär mung an dieser Stelle entsteht. Durch die Dimensionen der Verjüngung ist die mini male Stromstärke, bei welcher das Siche rungselement anspricht respektive abschaltet, gegeben.
Hat die verwendete Flüssigkeit einen. relativ hohen spezifischen Widerstand, kann eine Stromkonzentration dadurch er reicht werden, dass die Elektrode, au welcher die Verdampfung beginnen soll, mit einem in die Flüssigkeit hineinragenden Stift ver sehen wird.
Ist es erwünscht, die Ansprechstromstärke je nach den Verhältnissen zu ändern, zum Beispiel in zeitlicher Abhängigkeit eines Schaltvorganges, so kann die Wärmekapa zität oder der Widerstand oder beide zusam men im ganzen Sicherungsrohr oder in einem Teil desselben einstellbar gemacht werden.
In der Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel, wie dies erreicht werden kann, schematisch im Längsschnitt dargestellt. Mit 4 ist das zum Beispiel mit Wasser gefüllte, einseitig offene Isolierrohr bezeichnet, an dem die Ar inaturen 3 für den Anschluss der Leitungen des zu sichernden Stromkreises angebracht sind.
Um das gleiche Sicherungselement für verschiedene Stromstärken verwenden zu können, ist ein Einsatz 21 aus Isoliermaterial vorgesehen. Durch verschiedene Anordnung des Isoliereinsatzes innerhalb des Sicherungs elementes wird dieses für verschiedene Strom stärken benutzbar. Wird zum Beispiel der Isoliereinsatz aus der ausgezogenen Lage in die gestrichelte Lage gebracht, so wird er reicht, dass der Querschnitt des Wasserfadens verkleinert wird, so dass ein kleinerer Strom zu seiner Erwärmung und Verdampfung er forderlich ist und infolgedessen die Siche rung bei einer geringeren Stromstärke an spricht, als wenn der Einsatz 2 sich in der ausgezogenen Lage befindet. Die Lageverän derung des Einsatzes kann zum Beispiel durch einen vom Strom durchflossenen Elek tromagneten 22 herbeigeführt werden.
Auf diese Weise ist es ferner möglich, das gleiche Sicherungselement für die ver schiedensten Stromstärken dadurch verwend bar zu machen, dass man Isoliereinsäfze ver schiedener Abmessungen verwendet, die aus wechselbar sind. Durch besondere Gestal tung des Sicherungsrohres und der Einsätze lässt sich auch eine Unverwechselbarkeit der Sicherung schaffen.
Der gleiche Zweck kann dadurch erreicht werden, dass Luft in die Flüssigkeit des Sicherungselementes eingeblasen wird. Die Veränderung des Flüssigkeitswiderstandes kann auch dadurch erzielt werden, dass nor malerweise für die Füllung des Sicherungs elementes eine Flüssigkeit grosser Leitfähig keit, zum Beispiel Salzwasser, verwendet wird, das selbsttätig bei einer Abschaltung durch eine Flüssigkeit kleinerer Leitfähig keit, zum Beispiel Süsswasser, ersetzt wird.
Der Verlauf des Schaltvorganges im Sicherungselement wird durch die Dimensio- iten des Sicherungsrohres, zum Beispiel durch das Verhältnis zwischen. Durchmesser und Länge, beeinflusst. Sollte es erwünscht sein, den Widerstandswert des Rohres mit den günstigsten Dimensionen zu reduzieren, so kann dies dadurch geschehen, dass ein Teil der Flüssigkeitssäule durch einen Leiter. zum Beispiel ein Metallrohr, überbrückt wird. Fig.9 und 10 zeigen einige Ausführungs beispiele.
In Fig. 9 ist das Sicherungsrohr 4 durch ein Metallrohr 23 verlängert. Die nötige Iso lationsstrecke des Isolierrohres 4 ist für die Abschaltspannung sehr gering, aber um die Abschaltung zu sichern, muss die aus- Flüssigkeitssäule und ihre Füh rung länger sein als die des Isolierrohres. Dies wird einfach durch die Verlängerung 2,3 erreicht. Da diese aus Metall besteht, ist der obere Teil der Flüssigkeitssäule über brückt, so dass der Widerstandswert des Sicherungselementes nur durch die Länge und Durchmesser des Isolierrohres 3 gegeben ist.
Die Verlängerung 23 enthält einige Lö cher 24, damit das Wiederfüllen des Siche rungsrohres ohne Schwierigkeiten erfolgen kann.
In Fig. 10 ist ein Metallzylinder 25 im Sicherungsrohr angeordnet, welcher den grössten Teil der Flüssigkeitssäule über brückt. Sein Gewicht ist den Abschalt- verhältnissen angepasst. Beim Ansprechen des Sicherungselementes wird 25 mit der Flüs sigkeit ausgestossen, und die Abschaltung er folgt. Das Rohr<B>26</B> dient als Führung, so dass 25 wieder in das Sicherungsrohr zurück fällt. 2,6 kann gleichzeitig als Luftdämpfung dienen, indem die Löcher 26 am Ende der Bewegung von 25 abgeschlossen werden, so dass die Luft nicht ausströmen kann.
Die leitende Verbindung zwischen dem Zylinder 25 und Auffanggefäss 18, welches als Strom anschluss dient, wird durch die Flüssigkei- & hergestellt, kann aber auch durch eine fle- rible Verbindung 27 erfolgen. Der Metall einsatz 2,5 kann als Konus ausgebildet sein, so dass die freie Öffnung des Sicherungs rohres allmählich vergrössert wird.
Die Oberfläche kann je nach Bedarf höher oder niedriger gewählt werden, wie es zum Beispiel durch A und B (Fig. 9 und 10) an gedeutet ist.
Ist es erwünscht, den Widerstandswert im Stromkreis des Sicherungselementes über den Eigenwert des letzteren zu erhöhen, so wird ein Zusatzwiderstand in Serie mit dem Ele ment geschaltet.
Wenn eine Sicherung angesprochen hat, so ist sie nicht wieder betriebsbereit, bevor die Flüssigkeit ins Sicherungsrohr zurück gelaufen ist. Sollte eine Überspannung wäh rend dieser Zeit entstehen, muss dieselbe auch abgeleitet werden können. Dies kann einfach durch Parallelschalten eines Hornes 28 zum Sicherungselement 4 erreicht werden (ver gleiche Fig.ll). Entsteht eine Überspan nung während das Sicherungselement leer ist, so spricht das Horn 28 an und leitet die Überspannung ab.
Wenn das Sicherungsrohr gefüllt wird, ist es zum Lichtbogen am Horn 28 parallelgeschaltet und wirkt wie ein Schalterschutzwiderstand, so dass der Licht bogen auslöscht und der Strom über das Sicherungselement fliesst, welches den Strom endgültig abschaltet und der Lichtbogen am Horn verlöscht.
Bei den obigen Ausführungen ist an genommen worden, dass das Sicherungs element fest ist, während der Parallelschalter bewegt wird. Es ist natürlich auch möglich, das Sicherungselement zu bewegen und das 'Überbrückungsstück festzuhalten. Dies hat den Vorteil, dass es keiner besonderen Ein richtung bedarf, um das Füllen in Abhängig keit des Schaltvorganges zu bringen. Fig. 12 und 13 zeigen einige Ausführungsbeispiele., bei welchen das Wiederfüllen durch Kippen des Sicherungselementes erfolgt. Die Dämp fung kann auch durch eine Federanordnung erzielt werden.
Mit den Armaturen 3 und 18 sind beson dere Kontakte 2:9 verbunden, an die die Zu- und Ableitung angeschlossen sind und die den Stromübergang in die Flüssigkeit der Sicherung vermitteln. Diese Kontakte sind durch die Bürsten 2 überbrückt, die den Be triebsstrom führen. Das Sicherungsrohr ist um den Drehpunkt 30 drehbar. Beim Dre hen der Sicherung in der Pfeilrichtung wird die Überbrückung der Sicherung aufgehoben, und der Strom fliesst über die Sicherung, welche den Strom abschaltet. Dabei wird die Flüssigkeit in den Auffang- oder Sammel- raum 18 befördert.
Für das Wiedereinschal- ten wird das Rohr 4 in die gezeichnete Lage gebracht, wobei die Flüssigkeit in das Rohr 4 zurückläuft und die Sicherung wieder be triebsbereit ist. Die Verbindung zwischen dem Rohr 4 und dem Sammelgefäss 1.8 wird zweckmässig so ausgebildet, dass das Ein- und Auslaufen der Flüssigkeit in das Gefäss 18 entweder beschleunigt oder verzögert wird. Eine Verzögerung des Wiederfüllens des Sicherungsrohres kann gegebenenfalls auch dadurch erreicht oder unterstützt werden, dass die in Abb. 12, dargestellte Trennwand 31 vorgesehen wird, die mit Öffnungen ent sprechender Bemessung versehen ist.
Dies ist besonders dann von Wichtigkeit, wenn. die Sicherung überbrückt werden muss, bevor das Rohr mit Flüssigkeit gefüllt ist, um eine vor zeitige Abschaltung zu vermeiden. Der Dreh punkt 30 des Sicherungsrohres wird zweck mässig in den Schwerpunkt verlegt, wie Fig. 13 zeigt, um die Beschleunigungsarbeit so weit wie möglich zu reduzieren.
Um die beim Ansprechen der Sicherung eintretende Erwärmung der Flüssigkeit zu beseitigen, ist eine Kühlung derselben er forderlich. Diese kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass sowohl das Auffang gefäss, als auch der Sammelraum, sowie die Armaturen mit Kühlrippen ausgerüstet wer den.
Es können ohne weiteres mehrere Siche rungen in Reihe geschaltet werden. Um einen unerwünschten Überschlag zu vermei den, kann das Sicherungselement nach der Abschaltung noch um einen kleinen Winkel weiter gedreht werden, wobei die Verbin dungen zwischen der Stromzufuhr und dem Sicherungselement am Ende der Bewegung aufgehoben werden.