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Hintergrund
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Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen allgemein Stromanlagenschutzeinrichtungen und insbesondere Lichtbogenabschwächungssysteme, Vorrichtungen und Anordnungsverfahren, um Abgase und Druck von einer Stelle einer Lichtbogenerzeugung wegzuleiten und um einen Erdüberschlag in dem System zu begrenzen.
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Bekannte elektrische Stromkreise und Schaltanlagen haben im Wesentlichen Leiter, die über einen Abstand mit Isolation, wie z.B. Luft oder Gas oder feste Dielektrikas, getrennt sind. Wenn jedoch die Leiter zu nahe aneinander positioniert sind, oder wenn eine Spannung zwischen den Leitern die Durchschlagfestigkeit der Isolation zwischen den Leitern überschreitet, kann ein Lichtbogenüberschlag auftreten. Ein Lichtbogenüberschlag kann im Falle von Isolationsalterung, Nagetieren und bei nicht korrekten Wartungsprozeduren auftreten. Die Isolation zwischen den Leitern kann ionisiert werden, was die Isolation leitend macht und eine Lichtbogenausbildung ermöglicht.
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Ein Lichtbogenüberschlag bewirkt eine sprunghafte Freisetzung von Energie aufgrund eines Fehlers zwischen Phasenleitern, zwischen einem Phasenleiter und einem Neutralleiter oder zwischen einem Phasenleiter und einem Erdungspunkt. Lichtbogenüberschlagtemperaturen können 20000 °C erreichen oder überschreiten, was die Leiter verdampfen und die Bleche benachbarter Ausrüstungsplatten durchbrennen kann. Zusätzlich wird ein Lichtbogenfehler von der Freisetzung einer erheblichen Energiemenge in der Form von Hitze, intensivem Licht, Druckwellen und/oder Schallwellen begleitet, aufgrund welcher ein schwerer Schaden an den Leitern und benachbarter Ausrüstung auftreten kann. Im Allgemeinen sind ein einem Lichtbogenereignis zugeordneter Fehlerstrom und die dem Lichtbogenereignis zugeordnete Energie niedriger im Vergleich zu dem Fehlerstrom und der Energie in Verbindung mit einem verschraubten Kurzschlussfehler. Aufgrund inhärenter Verzögerung zwischen dem Schließen des Relais und der Fehlerfreischaltung des Leistungsschutzschalters kann ein riesiger Schaden an einer Fehlerstelle entstehen. Der Leistungsschutzschalter kann unter Verwendung eines schnelleren Auslösemechanismus betrieben werden, um den Schaden zu reduzieren. Selbst mit diesem Merkmal kann der Schaden nicht minimiert werden.
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Wenigstens einige bekannte Systeme verwenden ein Lichtbogenabschwächungssystem, um Energie sicher von der Stelle eines Lichtbogenüberschlages abzuleiten. Das Lichtbogenabschwächungssystem hat eine Einschlusseinrichtung/Kammer, die oft Elektroden oder Leiter enthält, die über einen Abstand getrennt sind und eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit dazwischen haben, um keinen Lichtbogenüberschlag ohne äußere Hilfe zu bewirken. Eine Plasmaerzeugungsvorrichtung ist in der Lichtbogeneinschlusskammer enthalten. Wenn ein Lichtbogenüberschlagereignis detektiert wird, emittiert die Plasmavorrichtung ablatives Plasmas in Richtung der Elektroden. Das ablative Plasma verringert die elektrische Impedanz zwischen den Elektroden und es kann ein elektrischer Lichtbogen zwischen den Elektroden ausgebildet werden. Der elektrische Lichtbogen lenkt die Energie aus der ersten Lichtbogenüberschlagzone zu der Lichtbogenkammer um, bis der Lichtbogenüberschlag abgebrochen oder gelöscht ist. Um Energie sicher von dem elektrischen Lichtbogen wegzuleiten, sollte die Lichtbogeneinschlusseinrichtung keinen zu hohen Strom in den Erdungspfad leiten. Die Abscheidung geladener Partikel aus dem Lichtbogenereignis auf den geerdeten Teilen bewirkt im Wesentlichen einen Stromfluss über den Erdungspfad. Um einen zu hohen Stromfluss über Erde zu vermeiden, werden zusätzliche Komponenten, wie z.B. Ladungssammler und/oder eine Beschichtung, wie z.B. Epoxid und/oder Keramik, verwendet, welche den Herstellungsprozess komplex machen und auch die Kosten erhöhen.
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Kurzbeschreibung
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In einem Aspekt wird eine Schaltkreisschutzeinrichtung zur Verwendung bei einem Schaltkreis, der wenigstens ein Leiterpaar enthält, beschrieben. Die Schaltkreisschutzeinrichtung ist dafür eingerichtet, einen Lichtbogen zu erzeugen. Die Schaltkreisschutzeinrichtung enthält wenigstens ein Paar von Elektrodenanordnungen, eine Leiterbasis, die dafür eingerichtet ist, die Elektrodenanordnungen darauf zu unterstützen, eine mit der Leiterbasis verbundene und wenigstens eine eine Isolationskammer definierende Abdeckung, eine Einschlussabschirmung, die beweglich mit der Abdeckung in der Isolationskammer verbunden ist, und eine Isolationsanordnung, die mit wenigstens einem von der Abdeckung und Die Einschlussabschirmung verbunden ist. Eine erste Elektrodenanordnung des Paares der Elektrodenanordnungen ist elektrisch mit einem ersten Leiter von dem wenigstens einen Leiterpaar verbunden, und eine zweite Elektrodenanordnung des Paares der Elektrodenanordnungen ist elektrisch mit einem zweiten Leiter des wenigstens einen Paares von Leitern verbunden. Das wenigstens eine Paar von Elektrodenanordnungen ist in wenigstens einer Isolationskammer angeordnet. Die Einschlussabschirmung definiert eine Einschlusskammer, die dafür eingerichtet ist, durch den Lichtbogen erzeugte geladene Partikel einzuschließen. Die Einschlussabschirmung arbeitet so, dass sie sich in Bezug auf die Abdeckung in Reaktion auf eine Änderung im durch den Lichtbogen in der Einschlusskammer erzeugten Druck bewegt. Die Isolationsanordnung ist für die Verhinderung eingerichtet, dass die Abdeckung die Einschlussabschirmung berührt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenlegung ist eine elektrische Isolationsstruktur zur Verwendung mit einer Schaltkreisschutzeinrichtung, die mehrere Elektrodenanordnungen enthält. Jede Elektrodenanordnung von den mehreren Elektrodenanordnungen hat eine mit einem Elektrodenhalter verbundene Elektrode. Der elektrische Isolationsaufbau enthält eine Leiterbasis, eine mit der Leiterbasis verbundene Abdeckung, eine mit der Abdeckung verbundene und eine Einschlusskammer definierende Einschlussabschirmung, und eine mit wenigstens einem von der Abdeckung und der Einschlussabschirmung verbundene Isolationsanordnung. Die Einschlussabschirmung ist in der Abdeckung angeordnet und dafür eingerichtet, sich von der Leiterbasis in Reaktion auf durch einen Lichtbogen in der Einschlusskammer erzeugte eine Druckänderung wegzubewegen. Die Isolationsanordnung ist zur Verhinderung eingerichtet, dass die Abdeckung die Einschlussabschirmung berührt.
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Noch ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung zur Verwendung bei einem Schaltkreis, der ein Leiterpaar enthält. Die Schaltkreisschutzeinrichtung enthält eine Leiterbasis, eine eine Einschlusskammer definierenden Einschlussabschirmung, eine Abdeckung, eine Plasmaerzeugungsvorrichtung und ein Paar von Elektrodenanordnungen, die jeweils eine daran befestigte Elektrode haben. Das Verfahren beinhaltet die Befestigung des Paares der Elektrodenanordnungen an der Leiterbasis, die Verbindung der Einschlussabschirmung mit der Abdeckung mittels einer Isolationsanordnung zwischen der Einschlussabschirmung mit der Einschlussabschirmung dergestalt, dass die Abdeckung auf einen oberen Bereich der Abdeckung hin und davon weg bewegt werden kann, eine Verbindung der Abdeckung mit der Leiterbasis dergestalt, dass das Paar der Elektrodenanordnungen in der Einschlusskammer angeordnet ist, und eine elektrische Verbindung des Paares der Elektrodenanordnungen mit dem Paar der Leiter.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Blockdarstellung eines exemplarischen Stromverteilungssystems, das dazu genutzt werden kann, elektrische Energie (d.h. elektrischen Strom und Spannung), die von einer elektrischen Energiequelle erhalten wird, an eine oder mehrere Lasten zu verteilen.
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2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Lichtbogenabschwächungssystems zur Verwendung mit dem Energieverteilungssystem von 1.
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3 ist eine perspektivische schematische Darstellung eines in 2 dargestellten exemplarischen Lichtbogenabschwächungssystems.
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4 ist ein vergrößerter Querschnitt der Isolatorscheibe des in 2 dargestellten Lichtbogenabschwächungssystems.
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5 ist ein vergrößerter Querschnitt der Schnittstelle der inneren Abschirmung mit der Oberseite der Abdeckung des in 2 dargestellten Lichtbogenabschwächungssystems.
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6 ist ein Ablaufflussdiagramm eines Verfahrens zur Anordnung eines in 2 dargestellten Lichtbogenabschwächungssystems.
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Detaillierte Beschreibung
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Exemplarische Ausführungsformen von Systemen und Vorrichtungen zur Verwendung mit einem Schaltkreisschutzsystem werden hierin beschrieben. Diese Ausführungsformen verbessern den Abfluss von Abgasen, Wärme und Druck aus dem Schaltkreisschutzsystem nach der Erzeugung eines Lichtbogens. Beispielsweise empfängt das Schaltkreisschutzsystem ein Signal, das die Detektion eines primären Lichtbogenüberschlages in einem mit dem Schaltkreisschutzsystem verbundenen Stromsystem darstellt. Das Schaltkreisschutzsystem erzeugt einen sekundären Lichtbogen, um die von dem primären Lichtbogenüberschlag erzeugte Energie von dem Stromsystem weg zu transportieren. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen verwenden das Vorhandensein von Abgasen, die durch den Lichtbogenüberschlag erzeugt werden, um die Führung von dem Lichtbogenüberschlag erzeugter Energie aus einem Anlageneinschluss auszulösen, ohne einen Stromfluss durch eine Erdungssicherung zu bewirken, was das Schaltkreisschutzsystem und jede andere in dem Anlageneinschluss positionierte elektrische Anlage vor dem Erdschluss schützt.
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1 ist eine schematische Blockdarstellung eines exemplarischen Stromverteilungssystems 100, das dazu genutzt werden kann, elektrischen Strom (d.h. Strom und Spannung), die aus einer elektrischen Stromquelle 102 erhalten werden, an eine oder mehrere Lasten 104 zu verteilen. Das Stromverteilungssystem 100 enthält mehrere elektrische Verteilungsleitungen 106, die Strom empfangen, wie z.B. den dreiphasigen Wechselstrom (AC) aus der elektrischen Stromquelle 102. Alternativ kann das Stromverteilungssystem 100 jede beliebige Anzahl von Phasen von Strom über eine beliebige geeignete Anzahl von elektrischen Verteilungsleitungen 106 empfangen, die eine Funktion des Stromverteilungssystems 100 wie hierin beschrieben ermöglichen.
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Die elektrische Stromquelle 102 beinhaltet beispielsweise ein elektrisches Stromverteilungsnetzwerk oder "Netz", einen Dampfturbinengenerator, einen Gasturbinengenerator, einen Windkraftanlagengenerator, einen hydroelektrischen Generator, eine Solarpendelanordnung und/oder jede beliebige andere Einrichtung oder System, die elektrischen Strom erzeugen. Die Lasten 104 beinhalten beispielsweise Maschinen, Motoren, Beleuchtung und/oder andere elektrische und elektromechanische Anlagen einer Herstellungs-, Stromerzeugungs oder Verteilungseinrichtung.
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Elektrische Verteilungsleitungen 106 sind als mehrere Leiter 110 angeordnet. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhalten die Leiter 110 einen ersten Phasenleiter 112, einen zweiten Phasenleiter 114 und einen dritten Phasenleiter 116. Der erste Phasenleiter 112, zweite Phasenleiter 114 und dritte Phasenleiter 116 sind mit einem Anlagenschutzsystem 118 verbunden, um eine erste Stromphase, eine zweite Stromphase bzw. eine dritte Stromphase zum Anlagenschutzsystem 118 zu übertragen.
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In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Anlagenschutzsystem 118 eine Schaltanlageneinheit, die das Stromverteilungssystem 100 und/oder Lasten 104 gegen einen elektrischen Fehler schützt, der in dem Stromverteilungssystem 100 auftreten kann. Insbesondere trennt das Anlagenschutzsystem 118 Lasten 104 von den elektrischen Verteilungsleitungen 106 (und von der elektrischen Energiequelle 102), um den Strom zu unterbrechen, wenn ein Lichtbogenüberschlagereignis 120 detektiert wird. Alternativ ist das Anlagenschutzsystem 118 ein beliebiges anderes Schutzsystem, das es dem Stromverteilungssystem 100 ermöglicht, selektiv einen elektrischen Stromfluss zu den Lasten 104 zu verhindern.
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So wie hierin verwendet, bezieht sich ein "Lichtbogenüberschlagereignis" auf eine sprunghafte Freisetzung von Energie aufgrund eines Fehlers zwischen zwei elektrischen Leitern. Die sprunghafte Freisetzung von Energie kann Druckwellen, Schockwellen, sehr hohe Temperaturen, Metallsplitter, akustische Wellen, Gase und/oder Licht (zusammen hierin manchmal als "Lichtbogenprodukte" bezeichnet) in der Nähe des Fehlers, beispielsweise in dem Anlagenschutzsystem 118 und/oder dem Stromverteilungssystem 100 bewirken.
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In einer exemplarischen Ausführungsform enthält das Anlagenschutzsystem 118 eine Steuerung 122, die eine Prozessor 124 und einen mit dem Prozessor 124 verbundenen Speicher 126 enthält. Der Prozessor 124 steuert und/oder überwacht den Betrieb des Anlagenschutzsystems 118. Alternativ enthält das Anlagenschutzsystem 118 einen beliebigen anderen geeigneten Schaltkreis oder Vorrichtung zum Steuern und/oder Überwachen des Betriebs des Anlagenschutzsystems 118.
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Es dürfte sich verstehen, dass sich der Begriff "Prozessor" im Wesentlichen auf jedes programmierbare System einschließlich Systemen und Mikrocontrollern, Schaltkreisen mit verringertem Instruktionssatz (RISC), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), programmierbare Logikschaltungen, und jeden anderen Schaltkreis oder Prozessor bezieht, die in der Lage sind, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Die vorstehenden Beispiele sind lediglich exemplarisch und sollen somit in keiner Weise die Definition und/oder Bedeutung des Begriffes "Prozessor" einschränken.
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Das Anlagenschutzsystem 118 enthält eine Schaltkreisunterbrechungseinrichtung 128, die mit dem ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 verbunden ist. Die Schaltkreisunterbrechungseinrichtung 128 wird durch eine Steuerung 122 gesteuert oder aktiviert, um den durch den ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 fließenden Strom zu unterbrechen. In einer exemplarischen Ausführungsform enthält die Schaltkreisunterbrechungseinrichtung 128 einen Schaltkreisunterbrecher, Schütz, Schalter und/oder jede beliebige andere Einrichtung, die eine steuerbare Unterbrechung durch die Steuerung 122 ermöglicht.
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Ein Lichtbogenabschwächungssystem 130, das auch manchmal als ein Abschwächungssystem 130 für elektrische Fehler oder Schaltkreisschutzeinrichtung 130 bezeichnet wird, ist mit einer Schaltkreisunterbrechungseinrichtung 128 über den ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 verbunden. Zusätzlich ist die Steuerung 122 übertragungstechnisch mit dem Lichtbogenabschwächungssystem 130 verbunden.
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In einer exemplarischen Ausführungsform enthält das Anlagenschutzsystem 118 auch wenigstens einen ersten oder Stromsensor 132 und wenigstens einen zweiten oder zusätzliche Sensoren 134, wie z.B. optische, akustische, Spannungs-, Drucksensoren usw. Der Stromsensor 132 ist mit dem ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 zum Messen und/oder Detektieren des durch die Leiter 112, 114 und 116 fließenden Stroms verbunden oder darum herum angeordnet. Alternativ ist ein getrennter Stromsensor 132 mit dem ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 zum Messen und/oder Detektieren des durch die Leiter 112, 114 und 116 fließenden Stroms verbunden oder darum herum angeordnet. In einer exemplarischen Ausführungsform ist der Stromsensor 132 ein Stromtransformator, eine Rogowski-Spule, ein Hall-Effekt-Sensor und/oder ein Nebenschlusswiderstand. Alternativ kann der Stromsensor 132 jeden beliebigen anderen Sensor beinhalten, der eine Funktion des Anlagenschutzsystems 118 wie hierin beschrieben ermöglicht. In einer exemplarischen Ausführungsform erzeugt jeder Stromsensor 132 ein oder mehrere Signale, die einen gemessenen oder detektierten Strom repräsentieren (hierin nachstehend als "Stromsignale" bezeichnet), der durch den ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 fließt und der die Stromsignale an die Steuerung 122 überträgt.
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Ein zusätzlicher Sensor 134 in einer exemplarischen Ausführungsform misst und/oder detektiert ein Ereignis eines Lichtbogenüberschlages beispielsweise durch Messen oder Detektieren einer erzeugten Lichtwelle, eines erzeugten akustischen Druckes, einer Spannungsreduzierung des Systems, eines barometrischen Druckes auf einer oder mehreren vordefinierten Ebenen und/oder einer Anhebung einer Abdeckung des Schutzsystems 118 in dem Anlagenschutzsystem 118, die durch ein Lichtbogenüberschlagereignis 120 erzeugt werden. Der zusätzliche Sensor 134 erzeugt ein oder mehrere Signale, die die gemessene oder detektierte Größe (manchmal hierin als "Sensorsignale" bezeichnet) repräsentiern und überträgt die Sensorsignale an die Steuerung 122.
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Die Steuerung 122 analysiert die Stromsignale und das Signal aus dem zusätzlichen Sensor 134, um zu ermitteln und/oder zu detektieren, ob das Lichtbogenüberschlagereignis 120 aufgetreten ist. Insbesondere vergleicht die Steuerung 122 die zusätzlichen Signale mit einer oder mehreren Regeln oder Schwellenwerten, um zu ermitteln, ob die zusätzlichen Signale Hinweise auf ein Lichtbogenereignis 120 enthalten. Wenn die Steuerung 122 auf der Basis der zusätzlichen Signale ermittelt, dass das Lichtbogenereignis 120 aufgetreten ist, überträgt die Steuerung 120 ein Auslösesignal an die Schaltkreisschutzeinrichtung 128 und überträgt ein Aktivierungssignal an das Lichtbogenabschwächungssystem 130. Die Schaltkreisschutzeinrichtung 128 unterbricht den Stromfluss durch den ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 in Reaktion auf das Auslösesignal. Das Lichtbogenabschwächungssystem 130 leitet Energie aus dem Lichtbogenereignis 120 um und/oder entlädt sie in ein Lichtbogenabschwächungssystem 130, das hierin vollständiger beschrieben wird.
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2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Lichtbogenabschwächungssystems 130 und 3 ist eine perspektivische schematische Darstellung eines exemplarischen Lichtbogenabschwächungssystems 130. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines (in 2 dargestellten) Abschnittes A des Lichtbogenabschwächungssystems 130 und 5 ist eine vergrößerte Ansicht des (in 2 dargestellten) Abschnittes B des Lichtbogenabschwächungssystems 130.
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In einer exemplarischen Ausführungsform enthält das Lichtbogenabschwächungssystem 130 eine (in 2 dargestellte) Abdeckung 202, eine (hierin auch als eine Einschlussschale oder Einschlussabschirmung bezeichnete) (in den 2–5 dargestellt) Schockabschirmung 206, eine (in den 2 und 4 dargestellte) Isolationsanordnung 207 und eine (in den 2 und 3 dargestellte) Leiteranordnung 208.
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Gemäß Darstellung in den 2 und 5 enthält die Leiteranordnung 208 eine Leiterbasis 210 und eine Leiterabdeckung 212 mit mehreren (nicht dargestellten) darin positionierten elektrischen Leitern. Jeder elektrische Leiter ist mit einer Elektrodenanordnung 213 verbunden. In der exemplarischen Implementation enthält das System 130 ein Paar von Elektrodenanordnungen 213 und ein Paar von elektrischen Leitern, wobei jede Elektrodenanordnung 213 mit einem anderen Leiter des Paares elektrischer Leiter verbunden ist. Insbesondere ist eine erste Elektrodenanordnung 213 des Paares von Elektrodenanordnungen 213 mit einem ersten Leiter des Paares elektrischer Leiter verbunden, und eine zweite Elektrodenanordnung 213 des Paares von Elektrodenanordnungen 213 ist mit einem zweiten Leiter des Paares elektrischer Leiter verbunden. Andere Ausführungsformen können eine oder mehrere Elektrodenanordnungen 213 und mehr oder weniger Leiter enthalten. Die Elektrodenanordnung 213 enthält eine Lichtbogenquellenelektrode 218 und eine Elektrodenunterstützung 214. Die Elektrodenunterstützung 214 hat einen Innenleiter 219. Die Lichtbogenquellenelektrode 218 ist starr auf dem Innenleiter 219 der Elektrodenunterstützung 214 befestigt. Ein Außenkörper 221 der Elektrodenunterstützung 214 besteht aus einem (in 2 dargestellten) isolierendem Material. Jede Elektrodenunterstützung 214 ist starr auf einer Leiterabdeckung 212 befestigt. Die Lichtbogenquellenelektroden 218 sind in einem Abstand angeordnet, um einen Elektrodenspalt 250 zwischen den Lichtbogenquellenelektroden 218 zu definieren. Jeder (nicht dargestellte) elektrische Leiter erstreckt sich durch die Leiterbasis 210 hindurch, um die Elektroden 218 mit einer (nicht dargestellten) Stromquelle, wie z.B. einer Stromschiene, zu verbinden. Die Leiterbasis 210 und die Leiterabdeckung 212 können aus jedem geeigneten elektrisch isolierendem Material und Verbundwerkstoffen bestehen, um eine elektrisch isolierende Unterstützung für Elektroden 218 bereitzustellen.
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Eine Lichtbogenauslöseeinrichtung. wie z.B. eine Plasmaerzeugungseinrichtung 216, ist in der Nähe des Spaltes angeordnet. Beispielsweise kann die Plasmaerzeugungseinrichtung 216 mittig in Bezug auf die Lichtbogenquellenelektroden 218 angeordnet sein und ist dafür eingerichtet, den vollen oder einen Teil des Zwischenraums in dem Spalt zu ionisieren. In einer Ausführungsform injiziert die Plasmaerzeugungseinrichtung 216 Plasma als eine Lichtbogenerzeugungstechnik, um einen sekundären Lichtbogenfehler in Reaktion auf ein Signal zu erzeugen, das einen primären Lichtbogenüberschlag in dem mit dem Lichtbogenabschwächungssystem 130 verbundenen Stromsystem anzeigt. In Betrieb erzeugen die Lichtbogenquellenelektroden 218 einen Lichtbogen, wie z.B. einen sekundären Lichtbogen, zur Verwendung bei der Vernichtung von Energie in Verbindung mit einem in einem Schaltkreis detektierten primären Lichtbogenüberschlag, und erzeugen somit Abgase, Hitze und Druck in dem Lichtbogenabschwächungssystem 130. Eine Erosion der Elektroden 218 während der Erzeugung des Lichtbogens erzeugt geladene Partikel, die mit der Schockabschirmung 206 in Berührung kommen können.
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Die Abdeckung 202 enthält einen oberen Bereich 220, eine Lippe und/oder ebene Oberfläche 222 und eine sich zwischen dem oberen Bereich 220 und der Lippe 222 erstreckende Seite 246. Die Lippe 222 enthält mehrere (nicht dargestellte) Befestigungsöffnungen, die zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) entsprechenden Befestigungsmechanismus, wie z.B. eines Schraubbolzens, dimensioniert sind, um die mit der Leiterabdeckung 212 zu verbinden. Der obere Bereich 220 und die Seite 246 definieren im Wesentlichen eine Isolationskammer 247, in welcher Elektrodenanordnungen 213 angeordnet sind. Die Abdeckung 202 ist so dimensioniert, dass sie die Schockabschirmung 206 abdeckt und die Schockabschirmung 206 innerhalb der Isolationskammer 247 einschließt. Gemäß Darstellung in 3 hat die Abdeckung 202 auch als Entlüftungslöcher 248 bezeichnete Öffnungen 248, um Lichtbogenabsonderungen zu entlüften, die durch das Lichtbogenereignis in der Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 bewirkt werden. In der dargestellten Ausführungsform befinden sich die Entlüftungslöcher 248 auf der Seite 226 der Abdeckung 202. In weiteren Ausführungsformen befinden sich die Entlüftungslöcher 248 auf dem oberen Bereich 220 der Abdeckung 202. Einige Ausführungsformen enthalten mehr oder weniger Entlüftungslöcher 248 und/oder anders angeordnete Entlüftungslöcher 248. In der dargestellten Ausführungsform können die Lichtbogenabsonderungen die Einrichtung 118 direkt durch die Entlüftungslöcher 248 verlassen. In weiteren Ausführungsformen können die Auslassaustrittsentlüftungslöcher 248 von einem (nicht dargestellten) mit der Abdeckung 202 verbundenen Kamin erfasst und ausgegeben werden.
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Gemäß Darstellung in den 2 und 3 ist die Schockabschirmung 206 so bemessen, dass sie die Elektroden 218 abdeckt und ist über den Elektroden 218 in der Isolationskammer 247 angeordnet. Die Schockabschirmung 206 enthält einen oberen Bereich 224 und eine Seite 226, die im Wesentlichen eine Einschlusskammer 249 in der Isolationskammer 247 definieren. Die Elektrodenanordnungen 213 können im Wesentlichen in der Einschlusskammer 249 dergestalt angeordnet sein, dass die durch die Plasmaerzeugungseinrichtung 216 und Elektroden 218 erzeugte sekundäre Lichtbogenquelle durch die Schockabschirmung 206 in der Einschlusskammer 249 entweder eingeschlossen oder teilweise eingeschlossen wird. Ferner werden geladene Partikel und andere Lichtbogenprodukte, wie z.B. Druckwellen hoher Intensität, hohe Temperaturen, Metallsplitter, Gase und/oder Licht, in der Einschlusskammer 249 eingeschlossen oder teilweise eingeschlossen. Mehrere Abgasentlüftungsöffnungen 257 sind in dem oberen Bereich 224 ausgebildet. Die Seite 226 der Schockabschirmung 206 hat mehrere strukturelle Ausbildungen 258, wie z.B. Blasen, Vertiefungen, Abweichungen usw., um die Reflexionen aus der durch ein Lichtbogenereignis erzeugten Schockwelle zu diffundieren und/oder eine durch ein Lichtbogenereignis erzeugte Schockwelle innerhalb der Einschlusskammer 249 zu reduzieren.
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Eine Isolationsanordnung 207 ist zwischen der Abdeckung 202 und der Schockabschirmung 206 positioniert. In der exemplarischen Implementation ist die Isolationsanordnung mit der Abdeckung 202 und der Schockabschirmung 206 verbunden. In weiteren Implementationen kann die Isolationsanordnung nur mit einem von der Abdeckung 202 und der Schockabschirmung 206 verbunden sein. Die Isolationsanordnung 207 verhindert einen direkten Kontakt und eine elektrische Verbindung zwischen der Abdeckung 202 und der Schockabschirmung 206. Während des sekundären Lichtbogenereignisses in der Einschlusskammer erzeugte geladene Partikel werden dadurch an einer Verbindung mit der Abdeckung 202 gehindert. Die Isolationsanordnung 207 enthält einen Ausrichtungspfosten 208 (2 und 4), der in der Mitte der Abdeckung 202 angeordnet und mit der Schockabschirmung 206 verbunden ist. Eine Isolatorscheibe 230 ist an der Mitte des oberen Bereichs 220 mit mehreren Befestigungsmechanismen 232 befestigt. Die Isolatorscheibe 230 ist aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebaut und enthält eine Öffnung 234, die für die Aufnahme des Ausrichtungspfostens 228 dimensioniert ist, um damit eine verschiebbare Verbindung der Schockabschirmung 206 mit der Abdeckung 202 zu ermöglichen. Somit arbeitet die Schockabschirmung 206 so, dass sie sich in Reaktion auf durch einen Lichtbogen in der Einschlusskammer erzeugte Druckveränderungen in Bezug auf die Abdeckung 202 bewegt. Eine flexible Komponente 236 umgibt den Ausrichtungspfosten 228 und drückt die Schockabschirmung 206 in eine von dem oberen Bereich 220 der Abdeckung 202 weggerichtete Richtung. In der exemplarischen Ausführungsform ist die flexible Komponente 236 eine Feder 236. In weiteren Ausführungsformen kann die flexible Komponente 236 jede beliebige andere geeignete flexible Komponente sein. In dem Falle, dass eine entgegengesetzte und stärkere Kraft auf die Schockabschirmung 206 und die zugeordnete Feder 236 ausgeübt wird, gleiten die Schockabschirmung 206 und der angebrachte Ausrichtungspfosten 228 parallel zu dem Ausrichtungspfosten dergestalt, dass der Ausrichtungspfosten 228 innerhalb der Öffnung 234 verbleibt, während sich die Schockabschirmung 206 von der Leiterbasis 210 weg und in Richtung zur Abdeckung 202 bewegt.
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Die Isolatorscheibe 230 beherbergt den Ausrichtungspfosten 228 und die Feder 236 und dient als eine Führung für die Bewegung der Schockabschirmung während eines Lichtbogenereignisses. Die Isolatorscheibe 230 verhindert einen Kontakt zwischen der Schockabschirmung 206 und der Leiterabdeckung 212. Ein Erdüberschlagstrom wird beseitigt, indem ein Kontakt zwischen der Schockabschirmung 206 und der Abdeckung 202 vermieden wird. Zusätzlich ist das Lichtbogenabschwächungssystem 130 an dem oberen Bereich einer beweglichen Befestigungsplattform 237 unter Verwendung von Isolatoren 239 befestigt. Im Einsatz kann das Lichtbogenabschwächungssystem 130 in einem Geräteschrank oder (nicht dargestellten) Gestell montiert werden. Die bewegliche Befestigungsplattform 237 ermöglicht dem Lichtbogenabschwächungssystem 237 eine Bewegung in Bezug auf das Gestell, auf welchem es montiert ist. In einer eingebauten/Gebrauchs-Position in Bezug auf das Gestell kann das Lichtbogenabschwächungssystem 130 wenigstens teilweise eingeschlossen und unzugänglich sein. Die bewegliche Befestigungsplattform 237 ermöglicht eine Bewegung des Lichtbogenbeschränkungssystems 130 aus dem Gestell in eine Position, die einen Zugang zu dem Lichtbogenabschwächungssystem 230 ermöglicht, ohne das Lichtbogenabschwächungssystem 130 aus dem Gestell zu lösen. Die bewegliche Befestigungsplattform 237 befindet sich auf Erdpotential. Isolatoren 239 sind für die dielektrischen Anforderungen des Systems ausgewählt. Diese Anordnung unterbricht den Erdungspfad von dem Lichtbogenabschwächungssystem 130 zu dem Gestell aufgrund der Isolatoren 239. Die Pfadlänge über der Oberfläche von der Befestigungsstelle der Abdeckung 202 zu den Isolatoren 239 verbessert die Durchschlagfestigkeit der Einrichtung und vermeidet die Ausbildung eines Erdungspfades aufgrund von Kriechstrom. Durch die Verhinderung, dass die Befestigungsplattform 237 elektrisch mit dem Lichtbogenabschwächungssystem 130 verbunden ist, kann der Erdungspfad der Einrichtung 130 vermieden und/oder gesteuert werden, und mit der Befestigungsplattform 237 während eines Lichtbogenüberschlagereignisses in Kontakt kommende Personen werden vor dem hohen Strom des Lichtbogens geschützt. Der Befestigungsmechanismus auf den Isolatoren 239 und der Mechanismus 230 der Isolatorscheibe können jedes Auftreten eines Erdüberschlagfehlers während eines Lichtbogenüberschlages verhindern.
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Eine ringförmige Nut 204 ist in einem Abschnitt der Leiterabdeckung 212 definiert. Die ringförmige Nut 204 erstreckt sich von einer oberen Oberfläche 252 der Leiterabdeckung 212 zu der Leiterbasis 210 in der Leiterabdeckung 212. In der exemplarischen Ausführungsform hat die Nut 204 eine Tiefe von ca. 1,27 cm (0,5 Zoll). In der exemplarischen Ausführungsform erstreckt sich die Nut 204 zu einem Abschnitt der Leiterabdeckung 212, die in einem vorbestimmten Abstand 256 von der Leiterbasis 210 positioniert ist. Die Nut 204 ist auch teilweise durch zwei beabstandete Vorsprünge 254a und 254b definiert, die sich über einen Abstand 260 von der Oberfläche 252 weg erstrecken. Der Abstand 256 und der Abstand 260 können jeden beliebigen Wert haben. Die Nut 204 ist dafür eingerichtet, einen unteren Abschnitt 244 der Seitenoberfläche 226 der Schockabschirmung dergestalt aufzunehmen, dass Abgase nicht entweichen können, wenn die Schockabschirmung 206 in der Richtung gegen die Abdeckungsoberseite 220 vorgespannt ist. Wenn der durch die Abgase erzeugte Druck innerhalb der Schockabschirmung 206 ausreicht, um ein Gleiten der Schockabschirmung 206 parallel zu dem Ausrichtungspfosten in einer Richtung gegen die Leiterabdeckung 212 zu bewirken, bleibt die Schockabschirmungsseite 226 dergestalt in der Nut 204, dass Abgase innerhalb der Schockabschirmung 206 nicht zwischen dem unteren Abschnitt 224 der Seitenoberfläche 226 und der Nut 204 entweichen können. Wenn die Schockabschirmung 206 in die Richtung gegen die Leiterabdeckung 212 dergestalt gleitet, dass der der obere Bereich 224 der Schockabschirmung den oberen Bereich 220 der Abdeckung berührt (welche geerdet ist), wandert der durch die Schockabschirmung 206 eingeschlossene Lichtbogen durch den oberen Bereich 224 der Schockabschirmung und nach Erde. Diese Ausgestaltung schließt Energie aus dem Lichtbogen innerhalb der Schockabschirmung 206 und der Einschlusseinrichtung 130 ein.
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Während des Betriebs analysiert die (in 1 dargestellte) Steuerung 122 die Stromsignale und die Signale aus dem zusätzlichen Sensor 134, um zu ermitteln und/oder zu detektieren, ob ein Lichtbogenüberschlagereignis 120 aufgetreten ist. In Reaktion auf die Detektion veranlasst die (in 1 dargestellte) Steuerung 122 die (in 2 dargestellte) Plasmaerzeugungseinrichtung 216 zur Emission einer Wolke von ablativem Plasma. Insbesondere emittiert die Plasmaerzeugungsvorrichtung 216 das Plasma in den (in 2 dargestellten) Spalt 284, der zwischen den Lichtbogenquelleelektroden 218 (dargestellt in 2) definiert ist. Das Plasma verringert eine Impedanz zwischen den Spitzen der Elektroden 218, um eine Ausbildung eines sekundären Lichtbogenüberschlages zu ermöglichen. Der sekundäre Lichtbogenüberschlag setzt Energie frei, welche Metallsplitter, Wärme, Druck, Licht und/oder Schall beinhaltet.
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Der sekundäre Lichtbogenüberschlag kann einen Strom aufgrund einer Ladungsabscheidung aus Abgasen erzeugen. Die Abgase werden durch die Schockabschirmung 206 zurückgehalten oder teilweise zurückgehalten, die sie veranlasst, sich in eine Richtung gegen die Leiterabdeckung 212 aufgrund der Ansammlung der Gase zu bewegen. Die geladenen Partikel aus dem Plasma und die Metallsplitter werden auf der Schockabschirmung 206 abgeschieden. Die abgeschiedenen Ladungen können einen Potentialanstieg der Schockabschirmung 206 bewirken. Die Bewegung der leitenden Schockabschirmung bewirkt dessen Kontakt mit der Abdeckung 202, was eine elektrische Verbindung erzeugt, die dem durch die Schockabschirmung erfassten Potential ermöglicht, einen Strom durch die Abdeckung 202 fließen zu lassen, sofern er nicht verhindert wird. Die Isolatorscheibe 230 in der Abdeckung 202 verhindert den direkten Kontakt zwischen der Schockabschirmung 206 und der Abdeckung 202.
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Gemäß Darstellung in 6 beinhaltet ein Verfahren 300 zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung 130 die Befestigung 302 wenigstens eines Paares von Elektrodenanordnungen an einer Leiterbasis, wobei jede Elektrodenanordnung eine darauf montierte Elektrode hat. Eine Plasmaerzeugungseinrichtung wird auf einer Leiterabdeckung befestigt. Eine Einschlussabschirmung und eine Abdeckung werden zusammen mit einer Isolationsanordnung zwischen der Einschlussabschirmung und der Abdeckung dergestalt verbunden, 302, dass die Einschlussabschirmung in der Lage ist, sich zu der Leiterabdeckung hin und davon weg zu bewegen, ohne einen elektrischen Kontakt mit der Abdeckung herzustellen. In einigen Implementationen enthält die Isolationsanordnung eine isolierende Scheibe und einen Federmechanismus. Das Verfahren beinhaltet die Verbindung, 306, der Abdeckung mit der Leiterbasis dergestalt, dass wenigstens ein Paar von Elektrodenanordnungen in der Einschlusskammer angeordnet ist. Das wenigstens eine Paar von Elektrodenanordnungen wird elektrisch mit dem Leiterpaar verbunden, 308. Das Verfahren beinhaltet die Anordnung, 310, der Leiterbasis an den Isolatoren und die Befestigung der Isolatoren auf einer beweglichen Befestigungsplattform, um die Abschwächungseinrichtung beweglich und/oder verstellbar zu machen.
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Exemplarische Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Verwendung in Einrichtungen für den Schutz von Stromverteilungsanlagen sind vorstehend im Detail beschrieben. Die Vorrichtungen sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern der Betrieb der Verfahren und/oder der Komponenten des Systems und/oder der Vorrichtungen kann unabhängig und getrennt von anderen Operationen und/oder hierin beschriebenen Komponenten genutzt werden. Ferner können die beschriebenen Operationen und/oder Komponenten auch in Kombination mit anderen Systemen, Verfahren und/oder Vorrichtungen definiert oder genutzt werden und sind nicht auf die Ausführung nur mit den hierin beschriebenen Systemen und Verfahren und Speichermedien beschränkt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer exemplarischen Stromverteilungsumgebung beschrieben ist, sind Ausführungsformen der Erfindung mit zahlreichen anderen allgemeinen oder speziellen Stromverteilungsumgebungen oder Ausgestaltungen betreibbar. Die Stromverteilungsumgebung soll keinerlei Einschränkung bezüglich des Schutzumfangs oder der Nutzung oder der Funktionalität jedes Aspektes der Erfindung nahelegen. Ferner sollte die Stromverteilungsumgebung nicht als solche interpretiert werden, die irgendeine Abhängigkeit oder Notwendigkeit bezüglich irgendeiner oder einer Kombination von Komponenten hat, die in der exemplarischen Betriebsumgebung dargestellt sind.
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Die Reihenfolge der Ausführung oder Durchführung der Operationen in den Ausführungsformen der hierin dargestellten und beschriebenen Erfindung ist nicht wichtig, sofern es nicht anderweitig angegeben ist. Das heißt, die Operationen können in jeder Reihenfolge durchgeführt werden, soweit es nicht anders spezifiziert ist, und Ausführungsformen der Erfindung können zusätzliche oder weniger Operationen als die hierin offengelegten beinhalten. Beispielsweise wird in Betracht gezogen, das die Ausführung oder Durchführung einer speziellen Operation, vor, gleichzeitig oder nach einer anderen Operation innerhalb eines Schutzumfangs von Aspekten der Erfindung liegt.
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Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel "einer, eines, eine", "der, die, das" und "besagter, besagte, besagtes" die Bedeutung haben, dass eines oder mehrere von den Elementen vorhanden sein können. Die Begriffe "aufweisend", "enthaltend" und "habend" sollen einschließend sein und die Bedeutung haben, dass zusätzliche weitere Elemente außer den aufgelisteten Elementen vorhanden sein können.
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Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
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Eine Schaltkreisschutzeinrichtung 130 ist dafür eingerichtet, einen Lichtbogen zu erzeugen, der zur Nutzung mit einem Schaltkreis vorgesehen ist, der wenigsten ein Leiterpaar enthält. Die Schaltkreisschutzeinrichtung enthält wenigstens ein Paar von Elektrodenanordnungen 213, die elektrisch mit dem Leiterpaar verbunden sind, und eine Leiterbasis 210, zum Unterstützen der Elektrodenanordnungen 213. Die Schutzeinrichtung enthält eine eine mit der Leiterbasis 210 verbundene und wenigstens eine eine Isolationskammer 247 definierende Abdeckung 202. Die Elektrodenanordnungen 213 sind in der Isolationskammer 247 angeordnet. Eine Einschlussabschirmung 206 ist beweglich mit der Abdeckung 202 verbunden. Die Einschlussabschirmung 206 definiert eine Einschlusskammer 249, die dafür eingerichtet ist, durch den Lichtbogen erzeugte geladene Partikel einzuschließen. Die Einschlussabschirmung 206 arbeitet so, dass sie sich in Bezug auf die Abdeckung 202 in Reaktion auf eine durch den Lichtbogen in der Einschlusskammer 249 erzeugte Druckänderung bewegt. Eine Isolationsanordnung 207 ist zur Verhinderung eingerichtet, dass die Abdeckung 202 die Einschlussabschirmung 206 berührt.
