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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Verteilungssystem nach Oberbegriff
des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Reduzieren von ausblasgasbedingten Störungen nach
Oberbegriff des Anspruchs 6, ein Abschirmungselement nach Oberbegriff
des Anspruchs 10, und ein Schaltgerät nach Oberbegriff des Anspruchs
13.
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Bei
elektrischen Verteilungssystemen werden Schaltgeräte, wie
der in der 1 gezeigte Leistungsschalter,
häufig
in größeren Stückzahlen
eingesetzt. Um Platz zu sparen, werden die Schaltgeräte dann
nahe zueinander montiert, was zu einer gewissen Kurzschlussanfälligkeit
des elektrischen Verteilungssystems führt.
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Wenn
ein Stromkreis wegen Kurzschlusses ausgeschaltet wird, können durch
das beim Ausschalten heraustretende Plasma und Gas – im Folgenden
Ausblasgas – weitere
Kurzschlüsse
in demselben oder in einem weiteren Stromkreis verursacht werden,
da das Plasma elektrisch leitend ist. Das Ausblasgas eines ersten
Kurzschlusses kann weitere Kurzschlüsse verursachen, was zu einer
Kurzschlusskaskade mit noch mehr Plasma und verdampftem Metall führen kann.
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Außerdem kann
es ausblasgasbedingt zu einem Überschlag
auf geerdete Teile kommen, etwa wenn das Ausblasgas in einem geerdeten
Schaltschrank austritt. Dann kann es vorkommen, dass die Schaltschrankwand
beschädigt
oder zerstört
wird und dass der Schaltschrank folglich erneuert werden muss, was
im schlimmsten Fall zu einem längeren Anlagenstillstand
führt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Wahrscheinlichkeit der ausblasgasbedingten
Störungen
in einem elektrischen Verteilungssystem zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe kann mit einem elektrischen Verteilungssystem nach Anspruch
1 oder mit einem Verfahren nach Anspruch 6 gelöst werden, nämlich wenn
das elektrische Verteilungssystem mit mindestens zwei mehrphasigen
Schaltgeräten
mindestens ein Abschirmungselement aufweist, das ausgebildet ist,
mindestens einige der Anschlüsse
eines ersten mehrphasigen Schaltgerätes vor den Ausblasgasen eines
zweiten, anschlussseitigen mehrphasigen Schaltgerätes zu schützen.
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Die
Aufgabe kann auch mit einem Abschirmungselement nach Anspruch 10,
das bevorzugt ein Abdeckplättchen
ist oder aufweist, gelöst
werden. Das Abschirmungselement weist mindestens ein Halterungsmittel
auf, mit dem das Abschirmungselement an das zu schützende Schaltgerät bzw. an
dessen Anschlussleitungen befestigbar ist.
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Die
unter- bzw. nebengeordneten Ansprüche beschreiben vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung.
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Wenn
das Abschirmungselement mindestens einen Kantenbereich aufweist,
dessen Form einen Durchlass für
mindestens eine der Anschlussleitungen des ersten Schaltgerätes definiert,
kann das Abschirmungselement auf eine einfache Weise zu dem elektrischen
Verteilungssystem fixiert werden.
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Wenn
das Abschirmungselement mindestens einen Fingerschutz aufweist,
der ausgebildet ist, mindestens eine der Anschlüsse des ersten Schaltgerätes bzw.
des zweiten Schaltgerätes
gegen Berührung
zu schützen,
kann die Fingersicherheit erhöht
werden.
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Vorteilhaft
ist eine Oberfläche
des Abschirmungselements aus nichtentzündbarem Material. Wenn die
Oberfläche
des Abschirmungselements aus elektrisch nicht leitendem Material
ist, werden die Ausblasgase nicht so leicht am Abschirmungselement
kurzgeschlossen. Insbesondere kann das Material Kunststoff sein
oder aufweisen.
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Im
Folgenden werden in 2 bis 6 der beigefügten Zeichnungen
einige Beispiele der möglichen
Ausführungsformen
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Schutzgerät;
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2 ein
Abschirmungselement;
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3 ein
elektrisches Verteilungssystem mit zwei Schaltgeräten;
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4 ein
elektrisches Verteilungssystem mit drei Schaltgeräten;
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5, 6 ein
Abschirmungselement mit Fingerschutz;
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7 ein
elektrisches Verteilungssystem mit zwei Verbraucherabzweigen; und
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8 ein
Abschirmungselement.
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Dieselben
Bezugszeichen weisen auf ähnliche
strukturelle Teile in den sämtlichen
Figuren hin.
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In 1 ist
ein Schutzgerät 10 dargestellt, das
beispielsweise als Leistungsschalter ausgeführt werden kann.
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Ein
Schutzgerät
ist definitionsmäßig ein
ein- oder mehrphasiges Schaltgerät,
das ausgebildet ist, einen elektrischen Kreis gegen Kurzschluss
und evtl. auch gegen Überlast
zu schützen.
Besondere Beispiele von Schutzgeräten sind Leistungsschalter,
Leitungsschutzschalter und Lasttrennschalter.
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Das
Schutzgerät 10 ist
ausgebildet, einen ein- oder mehrphasigen elektrischen Strom zu
schalten, indem es mindestens ein bewegliches Schaltstück (in 1 innerhalb
des Gehäuses
des Schutzgeräts 10)
für die
zu schaltenden Phasen aufweist. Die beweglichen Schaltstücke sind
ausgebildet, die eingangsseitigen Anschlüsse 11 von den respektiven ausgangsseitigen
Anschlüsse 12 zu
trennen oder mit ihnen elektrisch leitend zu verbinden. Die Anschlüsse 11, 12 sind
bevorzugt als Klemmanschlüsse
ausgeführt.
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Das
Schutzgerät 10 wird
eingangsseitig mit einer Verkabelung 14 eingespeist. Ausgangsseitig führt eine
Verkabelung 14 zu einem weiteren Schaltgerät oder zu
einem elektrischen Verbraucher, wie z. B. zu einem Motor.
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Das
Schutzgerät 10 kann
Trennwände 19 zwischen
den einzelnen eingangs- bzw. ausgangsseitigen Anschlüssen 11, 12 aufweisen.
Damit kann die Kriechstrecke und somit auch die Gerätesicherheit
erhöht
werden.
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Das
Schutzgerät 10 ist
ausgebildet, im Falle eines Kurzschlusses zwischen den einzelnen
Phasen bzw. zwischen mindestens einer Phase und der Erde, die eingangsseitigen
Anschlüsse 11 von
den respektiven ausgangsseitigen Anschlüsse 12 zu trennen.
Dann wird die Schaltstellungsanzeige 13, wie z. B. eine
Handhabe, von ihrer EIN-Stellung 16 zu einer Tripped-Stellung 18 gebracht.
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Bevorzugt
ist die Schaltstellungsanzeige 13 ausgebildet, die beweglichen
Kontakte, z. B. durch ein Schaltschloss, derart zu steuern, dass
durch Stellen der Schaltstellungsanzeige 13 in die AUS-Stellung 17 die
eingangsseitigen Kontakte 11 von den ausgangsseitigen Kontakten 12 getrennt
werden.
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Während der
Kurzschlussabschaltung tritt aus dem Schutzgerät 10 Ausblasgas, das
aus Plasma mit vergastem Kontaktmaterial besteht.
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Damit
ein einigermaßen
kontrollierbarer Ausblasgasaustritt möglich wäre, ist das Gehäuse des Schutzgerätes 10 mit
Ausblasöffnungen 15,
die zu der Schaltkammer bei den festen und beweglichen Kontakten
führen,
versehen. Insbesondere können Ausblasöffnungen 15 im
Gehäuse
eingangs- sowie ausgangsseitig vorsehen sein.
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Die
Ausblasöffnungen 15 können insbesondere
als dünne
schlitzförmige
Aussparungen im Gehäuse
ausgeführt
sein.
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2 zeigt
ein Abschirmungselement 20 zum Reduzieren von ausblasgasbedingten
Störungen
in einem elektrischen Verteilungssystem mit mindestens zwei Schaltgeräten. Das
Abschirmungselement 20 ist bevorzugt in Form eines Abdeckplättchens
implementiert. Das Abschirmungselement 20 kann in einem
elektrischen Verteilungssystem universell einsetzbar und leicht
nachrüstbar
sein. Mit dem Einsatz eines Abschirmungselements 20 können auch
unter Umständen
die angegebenen Mindestabstände
zwischen spannungsführenden
Teilen reduziert werden.
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Das
Abschirmungselement 20 weist mindestens ein Halterungsmittel 21 auf,
mit dem das Abschirmungselement 20 an das zu schützende Schaltgerät bzw. an
dessen Anschlussleitungen befestigbar ist. Das mindestens eine Halterungsmittel 21 ist
bevorzugt als mindestens einer Kantenbereich ausgeführt, dessen
bzw. deren Form Durchlässe 22 für mindestens
eine der Anschlussleitungen der Verkabelung 14 definiert
bzw. definieren.
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Bevorzugt
ist das Abschirmungselement 20 aus einem nicht entzündlichen,
flexiblen, und elektrisch nicht leitenden Material. Als nichtentzündliches Material
wird in diesem Zusammenhang bevorzugt das Material gemeint, das
nach der Underwriters Laboratories UL94-Norm (Tests for Flammability
of Plastic Materials for Parts in Devices and Applications) die
Klasse V-0 erreicht. Es ist aber auch möglich, Materialien aus den
Klassen V-1 bzw. V-2 zu benutzen. Der Abstand c zwischen den Durchgängen 22 ist
an die zu schützenden
Anschlüsse
angepasst. Es ist auch möglich,
dass mindestens eine Oberfläche
des Abschirmungselements 20; 50 aus nichtentzündbarem
und elektrisch nicht leitendem Material ist.
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Der
Durchmesser des als Leitungsdurchführung dienenden Durchlasses 22 bzw.
der als Leitungsdurchführungen
dienenden Durchlässe 22 ist bzw.
sind bevorzugt an die angeschlossene Verkabelung 14 angepasst.
Bevorzugt sind die Durchlässe 22 kleiner
als der Außendurchmesser
der anzuschließenden
Verkabelung 14. So kann das Abschirmungselement 20 auch
auf eine einfache Weise fixiert werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Abschirmungselements 80, die in der 8 gezeigt
ist, sind die einzelnen Durchlässe 22 als
Durchgangspaare ausgeführt,
wenn zwei Anschlussleitungen pro Anschluss 11, 12, 31, 42 anzuschließen sind.
Der Abstand k3 wird am Besten zu den Abständen der
Anschlüsse
angepasst.
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3 zeigt
ein elektrisches Verteilungssystem mit einem Schutzgerät 10 und
einem weiteren Schaltgerät 30 in
einem Stromkreis, das ein zu dem Schutzgerät 10 nachgeschaltetes
Schaltgerät
ist.
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Das
Schaltgerät 30 kann
ein elektronisches, ein mechanisches, oder ein elektromechanisches Schaltgerät sein,
wie z. B. ein Relais, ein Schütz
oder ein Motorstarter. Es ist ausgebildet, einen mehrphasigen elektrischen
Strom zu schalten. Dabei kann es ausgebildet sein, betriebsmäßige Ströme und/oder Kurzschluss
und/oder Überlastströme zu schalten.
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Das
Schaltgerät 30 wird
an die vom Schutzgerät 10 kommenden
Leitungen 14 mit seinen eingangsseitigen Anschlüssen 31 angeschlossen.
Ein elektrischer Verbraucher wie ein Motor, oder ein weiteres Schaltgerät kann zu
dem Schaltgerät 30 angeschlossen
werden.
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Analog
zu 3 zeigt 4 ein elektrisches Verteilungssystem
mit einem Schutzgerät 10 und zwei
weiteren Schaltgeräten 30, 40 in
einem Stromkreis. Das Schaltgerät 40 ist
ein zu dem Schutzgerät 10 vorgeschaltetes
Schaltgerät
und wird mit seinen ausgangsseitigen Anschlüssen 42 an die zu
dem Schutzgerät 10 gehende
Verkabelung 14 angeschlossen.
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Eine
der Erfindung zugrunde liegende Beobachtung ist, dass das Ausblasgas
von einem Schutzgerät 10 die
Anschlüsse
eines darüber
oder darunter montierten Schaltgerätes kurzschließen kann,
wobei im elektrischen Kreis ein weiterer Kurzschluss entstehen kann.
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In
der 7, in der drei Schutzgeräte 10, 40 und 70 vertikal übereinander
montiert dargestellt sind, wird ein besonders kritischer Fall dargestellt, wobei
durch das Ausblasgas eines für
den elektrischen Verbraucher M1 zugeordneten ersten Schutzgerätes 10 die
eingangsseitigen Anschlüsse
eines zu einem anderen Verbraucherabzweig, hier für den elektrischen
Verbraucher M2, gehörenden
Schutzgerätes 70 getroffen
werden. Da als Folge ein übergeordnetes
bzw. vorgeschaltetes Schutzgerät 40 den Kurzschluss
abschalten muss, kann das zur Abschaltung von verschiedenen Abzweigen
und dadurch auch zu einer längeren
Stillzeit der Anlage führen kann.
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Das
Problem kann besser vermieden werden durch Einsetzen eines Abschirmungselements 20 den
zwei Schutzgeräten 10, 70.
Das Abschirmungselement 20 wird daher zwischen dem Schutzgerät 10 und
einem dazu vor- oder nachgeschaltetem Schaltgerät 30, 40 bzw. 70 von
den zu schützenden Anschlüssen eingesetzt.
Dabei kann die Höhe 1 des Abschirmungselements 20 bevorzugt
so ausgewählt werden,
dass die Anschlüsse 31 bzw. 42 des
schützenden
Schaltgerätes 30, 40 gegen
Ausblasgase geschützt
werden.
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Daher
werden die Maße
k1, k2 für die Halterungsmittel 21 bzw.
Durchlässen 22 so
ausgewählt, dass
der Anschlussbereich AB der zu schützenden Anschlüsse komplett
abgedeckt ist.
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Bei
Sammelschienensystemen sind Schaltgeräte 10, 30, 40 häufig in
mehreren Reihen direkt untereinander angeordnet. Besonders bei hohen Spannungen
und hohen Kurzschluss-Durchlasswerten kann es vorkommen, dass die
Ausblasgase des abzuschaltenden Schutzgerätes 10 direkt auf
die Anschlüsse
des über halb
bzw. unterhalb angeordneten Schaltgerätes treffen und somit einen
weiteren Kurzschluss einleiten.
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Zum
einen schaltet dieses zweite Schaltgerät ebenso aus, obwohl es durchaus
möglich
ist, dass es als Schutzgerät
einen anderen Stromkreis gegen Überlast
und/oder Kurzschluss schützt,
und dass es in diesem anderen Stromkreis momentan kein Kurzschluss
besteht.
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Zum
anderen kann es aber auch passieren, dass dadurch ein Überschlag
auf geerdete Teile eingeleitet wird, was im schlimmsten Fall das
Sammelschienensystem, den Schaltschrank oder ähnlich zerstört.
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Mit
einem Abschirmungselement 20 kann in dem oben beschriebenen
Fall das zusätzliche
Auslösen
eines weiteren Schutzgerätes
beim Abschalten eines Kurzschlusses eines anderen vermieden werden.
Auch kann mit einem Abschirmungselement 20 ein Überschlag
zu geerdeten Teilen bzw. Anschlusskurzschlüssen bei Anlagen mit sehr hohen
prospektiven Kurzschlussströmen
besser vermieden werden.
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5 und 6 zeigen
ein Abschirmungselement 50 mit Fingerschutz 53,
wobei der Fingerschutz 53 mittels an die Durchlässe 22 zusätzlich ein- oder
beidseitig angespritzten Laschen realisiert werden kann. Mit einem
Abschirmungselement 50 kann eine totale Fingersicherheit
erreicht werden.
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Anstatt
das Abschirmungselement 20, 50 an der Verkabelung
zu fixieren, kann das zu schützende Schaltgerät 30, 40 ein
Halterungsmittel, insbesondere eine Halterung z. B. mit einer oder
zwei seitlichen Führungen,
aufweisen, das ausgebildet ist, das Abschirmungselement 20, 50 beispielsweise
als Nutenstein aufzunehmen.