DE102013113606A1

DE102013113606A1 - Lichtbogenabschwächungsanordnungen mit variabler Entlüftung und Dämpfung und Anordnungsverfahren

Info

Publication number: DE102013113606A1
Application number: DE102013113606.0A
Authority: DE
Inventors: Srinivas Naga Palvadi; Chandra Gopularam; Ravi Kumar
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Abb SpA It
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US8993916B2; US20140160634A1; CN103872611A; CN103872611B

Abstract

Es werden Anlagenschutzsysteme, Lichtbogeneinschlusseinrichtungen und Verfahren zur Anordnung von Lichtbogeneinschlusseinrichtungen offengelegt. In einem Beispiel enthält eine elektrische Isolationsstruktur, eine Leiterbasis (210), eine mit der Leiterbasis (210) verbundene und eine Isolationskammer (247) definierende Abdeckung (202), eine auf der Leiterbasis (210) in der Isolationskammer (247) angeordnete Einschlussabschirmung (206) und eine zwischen der Abdeckung (202) und der Einschlussabschirmung (206) positionierte Vorspannungsanordnung (246). Die Einschlussabschirmung (206) definiert eine Einschlusskammer (249), die dafür eingerichtet ist, die mehreren Elektrodenanordnungen (213) einzuschließen. Die Einschlussabschirmung (206) ist dafür eingerichtet, wenigstens teilweise die Lichtbogenprodukte in der Einschlusskammer (249) einzuschließen. Die Vorspannungsanordnung (246) ist dafür eingerichtet, der Einschlussabschirmung (206) zu ermöglichen, sich von der Leiterbasis (210) weg zu bewegen, um dadurch einen Spalt zwischen der Leiterbasis (210) und der Einschlussabschirmung (206) zu definieren, um die Entlüftung wenigstens eines Teils des Gases aus der Einschlusskammer (249) zu ermöglichen.

Description

Hintergrund
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind allgemein Stromanlagenschutzeinrichtungen und insbesondere Lichtbogenabschwächungssysteme zur Verwendung bei der Ableitung von Abgasen und Druck von einer Stelle der Lichtbogenerzeugung.
Bekannte elektrische Stromkreise und Schaltanlagen haben im Wesentlichen Leiter, die über einen Abstand mit Isolation, wie z.B. Luft oder Gas oder feste Dielektrika, 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. 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 immenser 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.
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 leitet 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 oder durch den Erdungspfad leiten. Die Abscheidung geladener Partikel aus dem Lichtbogenereignis auf den geerdeten Teilen des Lichtbogenabschwächungssystems bewirkt im Wesentlichen einen Stromfluss durch 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.
Kurzbeschreibung
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, der Lichtbogenprodukte einschließlich Lichtbogengasen erzeugt. Die Schaltkreisschutzeinrichtung enthält wenigstens ein Paar von Elektrodenanordnungen, eine Leiterbasis zum Befestigen der Elektrodenanordnungen darauf, eine auf der Leiterbasis in der Isolationskammer angeordnete Einschlussabschirmung, und eine zwischen der Abdeckung und der Einschlussabschirmung positionierte und mit wenigstens einer von der Abdeckung und der Einschlussabschirmung verbundene Vorspannungsanordnung. 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 Leiterpaares verbunden. Das wenigstens eine Paar von Elektrodenanordnungen ist in wenigstens einer Isolationskammer angeordnet. Die Einschlussabschirmung definiert eine Einschlusskammer, die wenigstens ein Paar von Elektrodenanordnungen einschließt. Die Einschlussabschirmung ist dafür eingerichtet, wenigstens teilweise die Lichtbogenprodukte in der Einschlusskammer einzuschließen. Die Vorspannungsanordnung ist dafür eingerichtet, der Einschlussabschirmung zu ermöglichen, sich von der Leiterbasis weg zu bewegen, um dadurch einen Spalt zwischen der Leiterbasis und der Einschlussabschirmung zu definieren, um die Entlüftung wenigstens eines Teils des Gases aus der Einschlusskammer zu ermöglichen.
In einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Isolationsstruktur zur Verwendung mit einer Schaltkreisschutzeinrichtung beschrieben, die mehrere Elektrodenanordnungen enthält, die jeweils eine Elektrode haben, die zum Erzeugen eines Lichtbogens eingerichtet sind. Der Lichtbogen erzeugt Lichtbogengase beinhaltende Lichtbogenprodukte. Die elektrische Isolationsstruktur enthält eine Leiterbasis, eine mit der Abdeckung verbundene und eine Einschlusskammer definierende Einschlussabschirmung, eine auf der Leiterbasis in der Isolationskammer angeordnete Einschlussabschirmung und eine zwischen der Abdeckung und der Einschlussabschirmung positionierte Vorspannungsanordnung. Die Einschlussabschirmung definiert eine Einschlusskammer, die dafür eingerichtet ist, die mehreren Elektrodenanordnungen einzuschließen. Die Einschlussabschirmung ist dafür eingerichtet, wenigstens teilweise die Lichtbogenprodukte in der Einschlusskammer einzuschließen. Die Vorspannungsanordnung ist mit wenigstens einer von der Abdeckung und der Einschlussabschirmung verbunden. Die Vorspannungsanordnung ist dafür eingerichtet, der Einschlussabschirmung zu ermöglichen, sich von der Leiterbasis wegzubewegen, um dadurch einen Spalt zwischen der Leiterbasis und der Einschlussabschirmung zu definieren, um die Entlüftung wenigstens eines Teils der Lichtbogengase aus der Einschlusskammer zu ermöglichen.
In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung zur Verwendung bei einem Schaltkreis beschrieben, der wenigstens ein Leiterpaar enthält, wobei die Schaltkreisschutzeinrichtung eine Leiterbasis, eine eine Einschlusskammer definierende Einschlussabschirmung, eine Abdeckung, und wenigstens ein Paar von Elektrodenanordnungen enthält, die zum Erzeugen eines Lichtbogens eingerichtet sind. Der Lichtbogen erzeugt Lichtbogengase beinhaltende Lichtbogenprodukte. Das Verfahren beinhaltet die Befestigung des wenigstens einen Paares von Elektrodenanordnungen an der Leiterbasis, die Verbindung der Einschlussabschirmung mit der Abdeckung mittels einer Isolationsanordnung zwischen der Einschlussabschirmung mit der Einschlussabschirmung dergestalt, dass sich die Abdeckung in Bezug auf die Abdeckung bewegen kann, um einen Spalt zwischen der Einschlussabschirmung und der Leiterbasis zu definieren, um Lichtbogengase aus der Einschlusskammer zu entlüften, die Verbindung der Abdeckung mit der Leiterbasis dergestalt, dass das wenigstens eine Paar der Elektrodenanordnungen in der Einschlusskammer angeordnet und die Einschlussabschirmung auf der Leiterbasis angeordnet ist, die elektrische Verbindung einer ersten Elektrodenanordnung des Paares der Elektrodenanordnungen mit einem ersten Leiter des wenigstens einen Leiterpaares und die elektrische Verbindung einer zweiten Elektrodenanordnung des Paares der Elektrodenanordnungen mit einem zweiten Leiter des wenigstens einen Leiterpaares.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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.
2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Lichtbogenabschwächungssystems zur Verwendung mit dem in 1 dargestellten Energieverteilungssystem.
3 ist eine vereinfachte schematische Darstellung der in 2 dargestellten exemplarischen Lichtbogeneinschlusseinrichtung.
4 ist eine Explosionsansicht der in 2 dargestellten exemplarischen Lichtbogeneinschlusseinrichtung.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnittes der in 2 dargestellten exemplarischen Lichtbogeneinschlusseinrichtung.
6 ist eine weitere exemplarische Lichtbogeneinschlusseinrichtung zur Verwendung mit dem in 1 dargestellten Energieverteilungssystem.
7 ist ein Ablaufflussdiagramm eines Verfahrens zur Anordnung einer in 2 dargestellten Lichtbogeneinschlusseinrichtung.
Detaillierte Beschreibung
Exemplarische Ausführungsformen von Systemen und Vorrichtungen zur Verwendung mit einem Schaltkreisschutz werden hierin beschrieben. Insbesondere werden exemplarische Ausführungsformen von Systemen und Vorrichtungen zur Verwendung in Lichtbogenabschwächungssystemen beschrieben. Diese Ausführungsformen verbessern den Abfluss ionisierter Gase, von Wärme, Metallsplittern und Druck aus dem Schaltkreisschutzsystem, nachdem ein Lichtbogenüberschlag erzeugt wurde. Beispielsweise kann das Lichtbogenschutzsystem ein Signal empfangen, das die Detektion eines primären Lichtbogenüberschlages in einem durch das Lichtbogenschutzsystem überwachten Stromsystem anzeigt. Das Lichtbogenschutzsystem kann dann einen sekundären Lichtbogen erzeugen, um die Energie aus dem primären Lichtbogen an das Lichtbogenabschwächungssystem oder die Einschlusseinrichtung zu übertragen. Ferner verbessern diese Ausführungsformen in geeigneter Weise die Nennleistung der Einrichtung, den Abfluss von Abgasen, Wärme, Metallsplittern und Druck, die durch den sekundären Lichtbogen erzeugt werden, aus einer Lichtbogeneinschlusskammer an den Anlageneinschluss, der das Lichtbogeneinschlusssystem enthält.
Einige exemplarische Ausführungsformen der Lichtbogeneinschlusseinrichtung enthalten eine Einschlussabschirmung, innerhalb welcher ein sekundärer Lichtbogen erzeugt wird. Die Einschlussabschirmung stellt einen variablen Entlüftungspfad zum Entlüften von Gasen, Druck usw. bereit, die von dem sekundären Lichtbogen erzeugt werden. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen die Abschirmung beweglich mit einer Abdeckung (welche an einer Leiterbasis befestigt ist) verbunden, was eine Bewegung der Einschlussabschirmung in Bezug auf die Basis ermöglicht. Diese bewegliche Verbindung ermöglicht eine Öffnung zwischen dem unteren Bereich der Einschlussabschirmung und dem oberen Bereich der Leiterbasis, die ein Entlüftungspfad für die Lichtbogenabsonderungen und Metallsplitter ist. Der Anhebebetrag für die Einschlussabschirmung hängt von dem internen Druck ab, der aufgrund des Lichtbogenereignisses erzeugt wird. Der Betrag der Anhebung definiert die Entlüftungsfläche für die Lichtbogenabsonderung, Metallsplitter und die Druckwelle. Das Vorliegen eines beweglichen Mechanismus, der durch einen Mechanismus, wie z.B. durch einen Federmechanismus zwischen der Abdeckung und/oder der Abschirmung und der Einschlussabschirmung erzeugt wird, bewirkt ein variables Entlüftungssystem. In anderen Ausführungsformen können andere Mechanismen als Federn verwendet werden. Beispielsweise ein komprimierbares Material zwischen dem oberen Bereich und den Einschlussabschirmungen, eine geteilte Einschlussabschirmung, welcher sich in Teilen bewegen kann, federbelastetet Druckklappen, einen Dämpfermechanismus zwischen Abschirmungen, usw., kann einen ähnlichen Effekt ergeben. Mit dem variablen Entlüftungssystem kann eine Konstruktion, die auf mehrere Lichtbogen und/oder Fehlerströme zugeschnitten ist, erreicht werden. Ferner kann die Feder (oder ein anderer Vorspannungsmechanismus) abhängig von der Bemessung der Lichtbogeneinschlusseinrichtung und der gewünschten (oder erforderlichen) Entlüftung variiert werden. Ferner begrenzt die Platzierung der Einschlussabschirmung in einem Schlitz in der Leiterbasis und die Halterung der Einschlussabschirmung in dem Schlitz aufgrund einer Vorspannungskraft die transportbezogene Anhebung der Einschlussabschirmung (d.h., die Bewegung der Einschlussabschirmung, wenn die Anordnung bewegt oder anderweitig transportiert wird). Dieses stellt sicher, dass für den sicheren dielektrischen Betrieb der Einrichtung ausgelegte Zwischenräume während des Transportes nicht unterbrochen werden. Der durch die Feder oder die Vorspannungselementanordnung erzeugte Dämpfungseffekt kann auch die Befestigungsanforderungen der Lichtbogeneinschlusskammer vermindern, indem die durch das Lichtbogenereignis erzeugten Schockwellen gedämpft werden. Ferner enthalten einige Ausführungsformen blasenförmige Ausbildungen oder Abweichungen auf der Innenoberfläche der Einschlussabschirmung, welche die Schockdruckwelle diffundieren, um dadurch die Verstärkung des Schockdruckes aufgrund von Reflexionen von den Wänden der Einschlussabschirmung zu reduzieren.
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. 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.
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.
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.
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.
So wie hierin verwendet, bezieht sich ein "Lichtbogenüberschlagereignis" auf eine sprunghafte Freisetzung von Energie aufgrund eines Fehlers zwischen wenigstens zwei elektrischen Leitern. Leiter können Leiter beinhalten, die mit unterschiedlichen Phasen, einer Phase und einem Erdleiter, einer Phase und einem Neutralleiter oder zwischen drei Phasen verbunden sein können. 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.
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 eine Vorrichtung zum Steuern und/oder Überwachen des Betriebs des Anlagenschutzsystems 118.
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.
Das Anlagenschutzsystem 118 enthält eine Trenneinrichtung 128, die mit dem ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 verbunden ist. Die Trenneinrichtung 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 Trenneinrichtung 128 einen Leitungsunterbrecher, Schütz, Schalter und/oder jede beliebige andere Einrichtung, die eine steuerbare Unterbrechung durch die Steuerung 122 ermöglicht.
Ein Lichtbogeneinschlusssystem 130 oder eine Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 ist mit einer Trenneinrichtung 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.
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.
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.
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 die Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130. Die Schaltkreisschutzeinrichtung 128 unterbricht den Stromfluss durch den ersten Phasenleiter 112, zweiten Phasenleiter 114 und dritten Phasenleiter 116 in Reaktion auf das Auslösesignal. Eine Auslöseeinheit in einer Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 gibt ein Auslösesignal an eine Plasmaerzeugungseinrichtung aus, um Plasma zwischen Elektroden zu injizieren, um ein sekundäres Lichtbogenereignis zu erzeugen, das die Lichtbogenenergie aus dem Anlagenschutzsystem in die Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 umleitet.
2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Lichtbogenabschwächungssystems 130 und 3 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130. 4 ist eine Explosionsansicht einer Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 und 5 ist eine Querschnittsansicht eines (in 2 dargestellten) Abschnittes A der Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130.
In einer exemplarischen Ausführungsform enthält die Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 eine Abdeckung 202, eine Schockabschirmung 206 (z.B. eine Einschlussschale oder Einschlussabschirmung) (in den 2 und 3 dargestellt), eine (in den 2 dargestellte) Vorspannungsanordnung 246 und eine (in 2 und 3 dargestellte) Leiteranordnung 208.
Wie in 2 dargestellt, enthält die Leiteranordnung 208 eine Leiterbasis 210 und eine Leiterabdeckung 212 mit mehreren (nicht dargestellten) dazwischen positionierten isolierten 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. Jede Elektrodenanordnung 213 enthält eine Lichtbogenquellenelektrode 216 und eine Elektrodenunterstützung 214. Die Elektrodenunterstützung 214 hat einen Innenleiter 215. Die Lichtbogenquellenelektrode 216 ist starr auf dem Innenleiter 215 der Elektrodenunterstützung 214 befestigt. Ein Außenkörper 217 der Elektrodenunterstützung 214 besteht aus einem isolierendem Material. Jede Elektrodenunterstützung 214 ist starr auf einer Leiterabdeckung 212 befestigt und in einem Abstand angeordnet, um einen (nicht dargestellten) Elektrodenspalt zwischen den Lichtbogenquellenelektroden 216 zu definieren. Jeder elektrische Leiter 215 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, die Abdeckung 202 und die Einschlussabschirmung 206 bereitzustellen.
Eine Lichtbogenauslöseeinrichtung, wie z.B. eine Plasmaerzeugungseinrichtung 230, ist in der Nähe des Spaltes 257 angeordnet. Beispielsweise kann die Plasmaerzeugungseinrichtung 230 mittig in Bezug auf die Lichtbogenquellenelektroden 216 angeordnet sein und ist dafür eingerichtet, einen Zwischenraum in dem Spalt zu ionisieren. In einer Ausführungsform injiziert die Plasmaerzeugungseinrichtung 230 Plasma und/oder einen Strahl von Elektronen, um den Zwischenraum zu ionisieren und die Durchschlagfestigkeit des Mediums abzuschwächen, um einen sekundären Lichtbogenfehler in Reaktion auf ein Signal zu erzeugen, das einen primären Lichtbogenüberschlag in dem mit der Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 verbundenen Stromsystem anzeigt. In Betrieb erzeugen die Lichtbogenquellenelektroden 216 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 heiße ionisierte Abgase, Akustik- und Druckwellen, und/oder Metallsplitter (d.h., Lichtpogenprodukte in der Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130.
Die Abdeckung 202 enthält einen oberen Bereich 232, eine Lippe und/oder einen flachen Vorsprung 234 und eine sich zwischen dem oberen Bereich 232 und der Lippe 232 erstreckende Seite 236. Die Lippe 232 enthält mehrere (nicht dargestellte) Befestigungsöffnungen, die zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) entsprechenden Befestigungsmechanismus, wie z.B. eines Schraubbolzens, dimensioniert sind, um sie mit der Leiterabdeckung 212 zu verbinden. Der obere Bereich 232 und die Seite 236 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. Die Abdeckung 202 hat auch als Entlüftungslöcher 248 bezeichnete Öffnungen 235, um Gase und andere Lichtbogenabsonderungen zu entlüften, die durch das Lichtbogenereignis in der Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 bewirkt werden. In der dargestellten Ausführungsform befinden sich die Entlüftungslöcher 235 auf der Seite 226 der Abdeckung. In weiteren Ausführungsformen können sich die Entlüftungslöcher 235 auf dem oberen Bereich 232 der Abdeckung 202 befinden. Ferner können Entlüftungslöcher 235 an nur einer oder mehr als einer Stelle einschließlich in einer Umfangsanordnung um die Abdeckung 202 angeordnet sein. In dieser exemplarischen Ausführungsform verlassen die Lichtbogenabsonderungen die Einrichtung 118 direkt zu der Umgebung der Abdeckung 202 über die Entlüftungslöcher 235. 6 ist eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130, in welcher Lichtbogenabsonderungen aus der Anlagenschutzeinrichtung 118 unter Anwendung von (in Strichlinien dargestellten) über den Entlüftungslöchern 235 liegenden Kaminen 600 geleitet werden. In der in 6 dargestellten Ausführungsform sind Entlüftungslöcher 235 in der Abdeckung 202 an einer Stelle hinter den Kaminen 600 definiert.
Wie in 2 und 3 dargestellt, ist die Schockabschirmung 206 so dimensioniert, dass sie die Elektroden 216 abdeckt, und ist über den Elektroden 216 in der Isolationskammer 247 angeordnet. Die Schockabschirmung 206 enthält einen oberen Bereich 238 und eine Seite 240, die im Wesentlichen eine Einschlusskammer 249 in der Isolationskammer 247 definieren. Die Elektrodenanordnungen 213 sind im Wesentlichen in der Einschlusskammer 249 dergestalt angeordnet, dass die durch die Plasmaerzeugungseinrichtung 230 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 242 sind in dem oberen Bereich 238 ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen sind Entlüftungsöffnungen 242 auf der Seite 240 der Schockabschirmung 206 angeordnet.
Eine Vorspannungsanordnung 246 ist zwischen der Abdeckung 202 und der Schockabschirmung 206 positioniert. Die Vorspannungsanordnung 246 verbindet im Wesentlichen die Abdeckung 202 mit der Schockabschirmung 206, spannt die Schockabschirmung 206 gegenüber der Abdeckung 202 vor, spannt die Schockabschirmung 206 gegenüber der Leiterbasis 210 vor, ermöglicht eine Bewegung der Schockabschirmung 206 in Bezug auf die Abdeckung 202, behält die Ausrichtung zwischen der Schockabschirmung 206 und der Abdeckung 202 bei, wenn sich die Schockabschirmung 206 in Bezug auf die Abdeckung 202 bewegt, und/oder ermöglicht eine variable Entlüftung wenigstens einiger Lichtbogenprodukte aus der Einschlusskammer 249. In der exemplarischen Implementation ist die Vorspannungsanordnung 246 mit der Abdeckung 202 und der Schockabschirmung 206 verbunden. In weiteren Implementationen kann die Isolationsanordnung nur mit einer von der Abdeckung 202 und der Schockabschirmung 206 verbunden sein. Die Vorspannungsanordnung 246 verhindert einen direkten Kontakt und eine elektrische Verbindung zwischen der Abdeckung 202 und der Schockabschirmung 206. Geladene Partikel, die in der Einschlusskammer 249 während des sekundären Lichtbogenereignisses erzeugt werden, werden dadurch an einer Verbindung mit der Abdeckung 202 gehindert. Die Vorspannungsanordnung 246 enthält einen Ausrichtungspfosten 244 (2), der in der Mitte der Schockabschirmung 206 angeordnet und mit der Schockabschirmung 206 verbunden ist. Eine Isolatorscheibe 231 ist an der Mitte des oberen Bereichs 232 der Abdeckung 202 mit mehreren Befestigungsmechanismen montiert. Die Isolatorscheibe 231 ist aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebaut und enthält eine (in 4 dargestellte) Öffnung 248, die zur Aufnahme eines entsprechenden Ausrichtungspfostens 244 bemessen ist, um dadurch die verschiebbare Verbindung der Schockabschirmung 206 mit der Abdeckung 202 zu ermöglichen. Somit arbeitet die Schockabschirmung 206, indem sie sich relativ zur Abdeckung 202 in Reaktion auf Änderungen im Druck bewegt, der durch einen Lichtbogen in der Einschlusskammer 249 erzeugt wird.
Ein Vorspannungselement 250 spannt die Schockabschirmung 206 in einer Richtung von dem oberen Bereich 232 der Abdeckung 202 weg vor. In einer Ausführungsform ist das Vorspannungselement 250 eine Feder. In weiteren Ausführungsformen ist das Vorspannungselement 250 ein Dämpfer, eine flexible Komponente, ein kombinierbares Material, eine faltbare Schockabschirmung mit einem steifen Anschlagmechanismus oder irgendeine andere beliebige Art eines Vorspannungselementes. In dem Falle, dass eine entgegengesetzte und stärkere Kraft auf die Schockabschirmung 206 und die zugeordnete Vorspannungskomponente 250 ausgeübt wird, gleiten die Schockabschirmung 206 und ein befestigter Ausrichtungspfosten 244 parallel zu dem Ausrichtungspfosten dergestalt, dass der Ausrichtungspfosten 244 in der Öffnung 248 verbleibt, während sich die Schockabschirmung 206 von der Leiterbasis 210 weg und zu der Abdeckung 202 hin bewegt.
Die Vorspannungsanordnung 246 beherbergt einen Ausrichtungspfosten 244 und eine Vorspannungskomponente 250 und dient als eine Bewegungsführung einer Schockabschirmung 206 während eines Lichtbogenereignisses. Die Vorspannungsanordnung 246 verhindert einen Kontakt zwischen der Schockabschirmung 206 und der Abdeckung 202. Ein Erdschlussstrom wird eliminiert, indem ein Kontakt zwischen der Schockabschirmung 206 und der Abdeckung 202 vermieden wird. Zusätzlich ist ein Lichtbogenabschwächungssystem 130 auf dem oberen Bereich einer beweglichen Montageplattform 237 unter Verwendung von Isolatoren 239 montiert. Im Einsatz kann das Lichtbogeneinschlusssystem 130 in einem (nicht dargestellten) Schrank oder Gestell montiert sein. Die bewegliche Montageplattform 237 ermöglicht eine Relativbewegung des Einschlusssystems 130 zu dem Gestell, auf welchem es montiert ist. In einer installierten/Gebrauchsposition in Bezug auf das Gestell kann das Lichtbogeneinschlusssystem 130 wenigstens teilweise eingeschlossen und nicht zugänglich sein. Die bewegliche Montageplattform 237 ermöglicht eine Bewegung des Einschlusssystems 130 aus dem Gestell in eine Position, die einen Zugriff auf das Lichtbogeneinschlusssystem 230 ermöglicht, ohne das Lichtbogeneinschlusssystem 130 aus dem Gestell zu trennen. Die bewegliche Montageplattform 237 befindet sich auf Erdpotential. Isolatoren 239 sind für die dielektrischen Anforderungen des Systems ausgewählt. Diese Anordnung unterbricht den Erdungspfad von dem Lichtbogeneinschlusssystem 130 zu dem Gestell aufgrund der Isolatoren 239. Die Pfadlänge über der Oberflächen von der Befestigungsstelle der Abdeckung 202 zu den Isolatoren 239 verbessert die dielektrische Durchschlagfestigkeit der Einrichtung und vermeidet die Ausbildung eines Erdungspfades aufgrund von Kriechstrom. Durch die Vermeidung, dass die Montageplattform 237 elektrisch mit dem Lichtbogeneinschlusssystem 130 verbunden ist, kann der Erdungspfad der Vorrichtung 130 vermieden und/oder kontrolliert werden, und mit der Montageplattform 237 während eines Lichtbogenereignisses in Berührung kommende Bedienungspersonen werden vor dem hohen Strom des Lichtbogens geschützt. Der Montagemechanismus auf den Isolatoren 239 und der Isolatorscheibenmechanismus 230 können jedes Auftreten eines Erdüberschlagfehlers während eines Lichtbogenüberschlages verhindern.
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 Inches). 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 geeigneten Wert haben. Die Nut 204 ist dafür eingerichtet, einen unteren Bereich 244 der Seitenoberfläche 226 der Schockabschirmung dergestalt aufzunehmen, dass Abgase in der Einschlusskammer 249 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 Einschlusskammer 249 ausreicht, um ein Gleiten der Schockabschirmung 206 parallel zu dem Ausrichtungspfosten in einer Richtung weg von der Leiterabdeckung 212 zu bewirken, bewegt sich die Seitenoberfläche 240 der Schockabschirmung 206 unter Erzeugung eines Spaltes zwischen dem unteren Bereich 220 und der Nut 204, durch welchen Abgase innerhalb der Einschlusskammer 249 entweichen können. Die Bewegung trägt zur Schockwellendämpfung bei. Aufgrund der gedämpften Schockwelle werden die resultierenden Kräfte auf einer oder mehreren Klemmschrauben, welche die Abdeckung mit der Leiterbasis verbinden, reduziert und die resultierende Belastung auf der Struktur minimiert.
Die Verschiebungsstrecke der Schockabschirmung 206 ist eine Funktion des innerhalb der Schockabschirmung 206 enthaltenen Druckes und der vertikalen entgegengesetzten Kraft, die auf die Schockabschirmung 206 durch die Vorspannungskomponente 250 ausgeübt wird. Der Druck der Schockabschirmung 206 ist auch eine Funktion des Lichtbogenstroms und der Lichtbogendauer. Höhere Lichtbogenströme erzeugen größere Drücke in der Einschlusskammer 249. Um eine verbesserte Entlüftung bei höheren Strömen bereitzustellen (d.h., höheren Drücken in der Einschlusskammer 249), kann die Schockabschirmung 206 sich auf die Leiterabdeckung 212 (oder Leiterbasis 210) zu oder davon weg bewegen, um Gase aus dem unteren Abschnitt 220 der Schockabschirmung 206 freizugeben. Jedoch kann zuviel zusätzliche Entlüftung ein Problem bei der Lichtbogenaufrechterhaltung im Falle eines niedrigeren Lichtbogenstroms aufgrund einer schlechten Zurückhaltung von Gasen bereiten. Eine zu starke Entlüftung von Abgasen von den Elektroden 216 weg führt zu unzureichenden Mengen an Ionen/geladenen Partikeln in dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 216, um den sekundären Lichtbogen aufrechtzuerhalten, bis die stromaufwärts liegende Schaltkreiskomponente den Fehler freischaltet. Deionisierung erhöht die dielektrische Durchschlagfestigkeit und löscht den Lichtbogen in der Lichtbogenkammer, was zu einer erneuten Lichtbogenzündung an der primären Lichtbogenfehlerstelle führt. Somit führt die exemplarische Konstruktion einer Verwendung einer Vorspannungskomponente 250 zwischen der Schockabschirmung 206 und der Abdeckung 202 zu einer variablen Belüftungsanordnung.
Im Falle von Lichtbögen mit niedrigem Strom kann der Druck der Gase nicht ausreichend sein, um die Schockabschirmung 206 aufgrund der auf die Abschirmung 206 durch die Feder 250 ausgeübten Vorspannungskraft zu bewegen. Im Gegensatz kann im Falle von hohen Lichtbogenströmen der höhere Druck der Gase ausreichen, um der Kraft der Vorspannungskomponente 250 entgegenzuwirken und eine Wegbewegung der Schockabschirmung 206 von der Leiterabdeckung 212 zu bewirken, während die Vorspannungskomponente 250 dagegendrückt und dass die Gase durch einen zwischen dem unteren Bereich der Schockabschirmung 206 und der ringförmigen Nut 204 erzeugten Zwischenraum entlüftet werden. Da ein Teil des Erzeugungsschocks und das Vorliegens von Gasen sich aus dem durch die Schockabschirmung 206 und die zugeordnete Vorspannungskomponente 250 reduzierten Lichtbogen ergeben, werden die Klemmungsanforderungen für die Befestigung der Abdeckung 202 an der Leiterabdeckung 212 reduziert. Zusätzlich zur Bereitstellung einer variablen Entlüftung erzeugt die Vorspannungskomponente 250 eine Vorspannung, welche die Schockabschirmung 206 dergestalt in ihrer Lage hält, dass der untere Abschnitt 220 innerhalb der Nut 204 und der Leiterabdeckung 212 verbleibt. Somit verschieben beispielsweise durch eine Bewegung des Lichtbogeneinschlusssystems 130 bewirkte Schwingungen und in dem Lichtbogeneinschlusssystem 130 induzierte Schwingungen die Schockabschirmung 206 und belüften dadurch nicht unabsichtlich die Lichtbogeneinschlusskammer 249. Ferner ist, wenn die Abschirmung 206 nicht in ihrer korrekten Lage gehalten wird, der Abstand von den Elektroden 216 zu der Schockabschirmung 206 nicht gleichmäßig, was eine Verschlechterung des dielektrischen Betriebsverhaltens der Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 bewirkt.
Eine Auswahl der Steifigkeit der Vorspannungskomponente 250 wird gemäß den Entlüftungsanforderungen in Bezug auf den Nennwert des Lichtbogenstroms der Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 ausgeführt. Beispielsweise wird eine Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 mit einem höheren Nennwert des Lichtbogenstroms eine steifere Vorspannungskomponente 250 haben als eine Lichtbogeneinschlusseinrichtung 130 mit einem niedrigeren Nennwert des Lichtbogenstroms. Eine exemplarische Strecke 255, um die sich die Schockabschirmung 206 während eines Lichtbogenereignisses anhebt, ist in 3 dargestellt. Mit der geeigneten Auswahl der Vorspannungskomponente 250 kann die Bemessung der Einrichtung in jeder Richtung in der Größe erweitert werden.
In der exemplarischen Ausführungsform hat die Schockabschirmung 206 mehrere strukturelle Ausbildungen 53, wie z.B. Blasen, Vertiefungen, Abweichungen usw., um die Reflexionen aus dem durch ein Lichtbogenereignis erzeugten Schockdruck zu diffundieren und/oder eine Schockdruckwelle innerhalb einer Einschlusskammer 249 zu reduzieren, die durch ein Lichtbogenereignis erzeugt wird. Diese mechanischen Ausgestaltungen 253 reduzieren die Größe des Schockwellendruckes aufgrund eines Lichtbogenereignisses in der Einschlusseinrichtung 130. Dadurch reduzieren die mechanischen Ausgestaltungen 253 die Klemmanforderungen für die Befestigung der Abdeckung 202 an der Leiterabdeckung 212.
Während des Betriebs analysiert die (in 1 dargestellte) Steuerung 122 die Stromsignale und die Messsignale, 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 230 zur Emission einer Wolke von ablativem Plasma. Insbesondere emittiert die Plasmaerzeugungseinrichtung 230 das Plasma in den (in 2 dargestellten) Spalt 257, der zwischen den (in 2 dargestellten) Lichtbogenquellenelektroden 218 definiert ist. Das Plasma verringert eine Impedanz zwischen den Spitzen der Elektroden 216, um eine Ausbildung eines sekundären Lichtbogenüberschlages zu ermöglichen. Der sekundäre Lichtbogenüberschlag setzt Energie frei, welche Metallsplitter, Wärme, Druck, Licht und/oder Schall beinhaltet. Die Abgase werden durch den unteren Bereich 220 der Schockabschirmung 206 geführt, während sie sich von der Leiterabdeckung aufgrund der Ansammlung von Gasen wegbewegt.
Die Strecke und die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Schockabschirmung (d.h., die Einschlussabschirmung) 206 in Bezug auf die Leiterabdeckung 212 bewegt, wird durch eine oder mehrere Vorspannungskomponenten 250 gesteuert, die über einer oberen Oberfläche 238 der Einschlussabschirmung 206 platziert sind. Gemäß der exemplarischen Ausführungsform ist die Einschlussabschirmung 206 dafür eingerichtet, sich angenähert 1,27 cm (0,5 Inches) von der Leiterabdeckung 212 weg zu bewegen, um durch den Lichtbogen erzeugten Gasen zu ermöglichen, durch einen Spalt zwischen der Einschlussabschirmung 206 und der Leiterabdeckung 212 zu entweichen.
Gemäß Darstellung in 7 beinhaltet ein Verfahren 700 zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung die Befestigung 702 wenigstens eines Paares von Elektrodenanordnungen an einer Leiterbasis. Eine Plasmaerzeugungseinrichtung wird an einer Leiterabdeckung befestigt. Eine eine Einschlusskammer definierende Einschlussabschirmung wird mit der Abdeckung dergestalt verbunden, dass die Einschlussabschirmung in Bezug auf die Leiterabdeckung so betätigt werden kann, dass sie einen Spalt zwischen der Einschlussabschirmung und der Leiterabdeckung zum Entlüften von einem Lichtbogen in der Einschlusskammer erzeugter Gase erzeugt. Das Verfahren beinhaltet die Verbindung, 706, der Abdeckung mit der Leiterbasis dergestalt, dass das wenigstens eine Paar von Elektrodenanordnungen in der Einschlusskammer angeordnet ist. Eine erste Elektrodenanordnung des wenigstens einen Paars von Elektrodenanordnungen wird elektrisch mit einem ersten Leiter des wenigstens einen Leiterpaares verbunden, 708. Eine zweite Elektrodenanordnung des wenigstens einen Paars von Elektrodenanordnungen wird elektrisch mit einem zweiten Leiter des wenigstens einen Leiterpaares verbunden, 710.
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 können 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.
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.
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.
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.
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.
Es werden Anlagenschutzsysteme, Lichtbogeneinschlusseinrichtungen und Verfahren zur Anordnung von Lichtbogeneinschlusseinrichtungen offengelegt. In einem Beispiel enthält eine elektrische Isolationsstruktur, eine Leiterbasis 210, eine mit der Leiterbasis 210 verbundene und eine Isolationskammer 247 definierende Abdeckung 202, eine auf der Leiterbasis 210 in der Isolationskammer 247 angeordnete Einschlussabschirmung 206 und eine zwischen der Abdeckung 202 und der Einschlussabschirmung 206 positionierte Vorspannungsanordnung 246. Die Einschlussabschirmung 206 definiert eine Einschlusskammer 249, die dafür eingerichtet ist, die mehreren Elektrodenanordnungen 213 einzuschließen. Die Einschlussabschirmung 206 ist dafür eingerichtet, wenigstens teilweise die Lichtbogenprodukte in der Einschlusskammer 249 einzuschließen. Die Vorspannungsanordnung 246 ist dafür eingerichtet, der Einschlussabschirmung 206 zu ermöglichen, sich von der Leiterbasis 210 weg zu bewegen, um dadurch einen Spalt zwischen der Leiterbasis 210 und der Einschlussabschirmung 206 zu definieren, um die Entlüftung wenigstens eines Teils des Gases aus der Einschlusskammer 249 zu ermöglichen.
Bezugszeichenliste

100: Stromverteilungssystem
102: elektrische Stromquelle
106: elektrische Verteilungsleitungen
110: Leiter
112: erster Phasenleiter
114: zweiter Phasenleiter
116: dritter Phasenleiter
118: Anlagenschutzsystem
120: Lichtbogenereignis
122: Steuerung
124: Prozessor
126: Speicher
128: Trenneinrichtung
130: Lichtbogeneinschlusseinrichtung
132: Sensor
134: zusätzliche Sensoren
202: Abdeckung
204: Nut
206: Schockabschirmung
208: Leiteranordnung
210: Leiterbasis
212: Leiterabdeckung
213: Elektrodenanordnung
214: Elektrodenunterstützung
215: Innenleiter
216: Lichtbogenquellenelektroden
217: Außenkörper
220: unterer Abschnitt
230: Plasmaerzeugungseinrichtung
231: Isolatorscheibe
232: oberer Bereich
234: flacher Vorsprung
235: Entlüftungslöcher
236: Seite
237: bewegliche Montageplattform
238: oberer Bereich
239: Isolatoren
240: Seite
242: Abgasentlüftungsöffnungen
244: Ausrichtungspfosten
246: Vorspannungsanordnung
247: Isolationskammer
248: Öffnung
249: Einschlusskammer
250: Vorspannungskomponente
252: obere Oberfläche
253: mechanische Ausgestaltungen
255: Strecke
256: Strecke
257: Spalt
260: Strecke
600: Kamine
700: Verfahren
702: befestigen
704: verbunden
706: verbinden
708: verbunden
710: verbunden

Claims

Schaltkreisschutzeinrichtung (130) zur Verwendung bei einem Schaltkreis, der wenigstens ein Leiterpaar enthält, wobei die Schaltkreisschutzeinrichtung (130) dafür eingerichtet ist, einen Lichtbogen zu erzeugen, wobei die den Lichtbogen erzeugenden Lichtbogenprodukte Lichtbogengase beinhalten und wobei die Schaltkreisschutzeinrichtung (130) aufweist: wenigstens ein Paar von Elektrodenanordnungen (213), wobei eine erste Elektrodenanordnung des Paares von Elektrodenanordnungen (213) elektrisch mit einem ersten Leiter des wenigstens einen Leiterpaares verbunden ist, und eine zweite Elektrodenanordnung des Paares von Elektrodenanordnungen (213) elektrisch mit einem zweiten Leiter des wenigstens einen Leiterpaares verbunden ist, wobei das wenigstens eine Paar von Elektrodenanordnungen (213) dafür eingerichtet ist, den Lichtbogen zu erzeugen; eine Leiterbasis (210) zum Montieren der Elektrodenanordnungen (213) darauf; eine mit der Leiterbasis (210) verbundene und wenigstens eine Isolationskammer (247) definierende Abdeckung (202), wobei das wenigstens eine Paar von Elektrodenanordnungen (213) in der wenigstens einen Isolationskammer (247) angeordnet ist; eine auf der Leiterbasis (210) in der Isolationskammer (247) angeordnete Einschlussabschirmung (206), wobei die Einschlussabschirmung (206) eine das wenigstens eine Paar von Elektrodenanordnungen (213) einschließende Einschlusskammer (249) definiert, wobei die Einschlussabschirmung (206) dafür eingerichtet ist, wenigstens teilweise Lichtbogenprodukte in der Einschlusskammer (249) einzuschließen; und eine Vorspannungsanordnung (246), die zwischen der Abdeckung (202) und dem Einschlussabschirmung (206) positioniert und mit wenigstens einer von der Abdeckung (202) und dem Einschlussabschirmung (206) verbunden ist, wobei die Vorspannungsanordnung (246) dafür eingerichtet ist, der Einschlussabschirmung (206) zu ermöglichen, sich von der Leiterbasis (210) weg zu bewegen, um dadurch einen Spalt zwischen der Leiterbasis (210) und dem Einschlussabschirmung (206) zu definieren, um das Entweichen von wenigstens einem Teil der Lichtbogengase aus der Einschlusskammer (249) zu ermöglichen.
Schaltkreisschutzvorrichtung (130) nach Anspruch 1, wobei die Vorspannungsanordnung (246) wenigstens ein Vorspannungselement (250) aufweist, das dafür eingerichtet ist, eine Strecke und Geschwindigkeit zu steuern, mit welcher sich die Einschlussabschirmung (206) von der Leiterbasis (10) entfernt.
Schaltkreisschutzvorrichtung (130) nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung (202) mehrere Entlüftungsöffnungen (235) aufweist, die in Umfangsrichtung darauf angeordnet und dafür eingerichtet sind, wenigstens einen Teil der Lichtbogengase aus der wenigstens einen Isolationskammer (247) zu entlüften.
Schaltkreisschutzvorrichtung (130) nach Anspruch 1, das ferner wenigstens einen mit der Abdeckung (202) verbundenen Kamin (600) aufweist, wobei die Abdeckung (202) wenigstens eine Entlüftungsöffnung aufweist, die dafür eingerichtet ist, wenigstens einen Teil der Lichtbogengase aus der wenigstens einen Isolationskammer (247) zu entlüften, und wobei der wenigstens eine Kamin über der wenigstens einen Entlüftungsöffnung liegt.
Schaltkreisschutzvorrichtung (130) nach Anspruch 1, wobei die Schockabschirmung wenigstens eine mechanische Ausgestaltung (253) aufweist, die dafür eingerichtet ist, eine Schockdruckwelle innerhalb der Einschlusskammer (249) zu reduzieren.
Verfahren zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung (130) zur Verwendung bei einem Schaltkreis, der wenigstens ein Leiterpaar enthält, wobei die Schaltkreisschutzeinrichtung (130) eine Leiterbasis (210), eine eine Einschlusskammer (249) definierende Einschlussabschirmung (206), eine Abdeckung (202), und wenigstens ein Paar von Elektrodenanordnungen (213) enthält, die zum Erzeugen eines Lichtbogens eingerichtet sind, wobei die den Lichtbogen erzeugende Lichtbogenprodukte Lichtbogengase beinhalten und das Verfahren die Schritte aufweist: Befestigen des wenigstens einen Paares von Elektrodenanordnungen (213) an der Leiterbasis (210); Verbinden der Einschlussabschirmung (206) mit der Abdeckung (202) dergestalt, dass die Einschlussabdeckung zum Bewegen in Bezug auf die Abdeckung betrieben werden, um einen Spalt zwischen der Einschlussabschirmung (206) und der Leiterbasis (210) zu definieren, um Lichtbogengase aus der Einschlusskammer (249) zu entlüften; Verbinden der Abdeckung (202) mit der Leiterbasis (210) dergestalt, dass das wenigstens eine Paar von Elektrodenanordnungen (213) in der Einschlusskammer (249) angeordnet und die Einschlussabschirmung (206) auf der Leiterbasis (210) angeordnet ist; elektrisches Verbinden einer ersten Elektrodenanordnung (213) des Paares der Elektrodenanordnungen (213) mit einem ersten Leiter des wenigstens einen Leiterpaares; und elektrisches Verbinden einer zweiten Elektrodenanordnung (213) des Paares der Elektrodenanordnungen (213) mit einem zweiten Leiter des wenigstens einen Leiterpaares.
Verfahren zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung (130) gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt der Verbindung der Einschlussabschirmung (206) mit der Abdeckung (202) den Schritt der Verbindung der Einschlussabschirmung (206) mit der Abdeckung (202) mit einer Vorspannungsanordnung (246) aufweist, die wenigstens ein Vorspannungselement (250) aufweist, das dafür eingerichtet ist, eine Strecke und Geschwindigkeit zu steuern, mit welcher die Einschlussabschirmung (206) betrieben werden kann, um sich in Bezug auf die Abdeckung (202) zu bewegen.
Verfahren zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung (130) gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt der Verbindung der Abdeckung (202) mit der Leiterbasis (210) den Schritt der Verbindung der Abdeckung (202) mit einer Leiterbasis (210) aufweist, die eine ringförmige Nut aufweist, die zur Aufnahme eines unteren Abschnittes der Einschlussabschirmung (206) eingerichtet ist.
Verfahren zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung (130) gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt der Verbindung der Abdeckung (202) mit der Leiterbasis (210) den Schritt der Verbindung der Abdeckung (202) mit der Leiterbasis (210) mit einer Vorspannungsanordnung (246) und mit dem unteren Abschnitt der in der ringförmigen Nut angeordneten Einschlussabschirmung (206) aufweist, wobei die Vorspannungsanordnung (246) dafür eingerichtet ist, eine Wegbewegung der Einschlussabschirmung (206) von der Leiterbasis (210) zu ermöglichen, um einen Spalt zwischen der ringförmigen Nut und dem Einschlussabschirmung (206) zu definieren, um wenigstens einen Teil der Gase aus der Einschlusskammer (249) zu entlüften.
Verfahren zum Anordnen einer Schaltkreisschutzeinrichtung (130) gemäß Anspruch 6, in welchem der Schritt der Verbindung der Einschlussabschirmung (206) mit der Abdeckung (202) den Schritt der verschiebbaren Verbindung der Einschlussabschirmung (206) mit der Abdeckung (202) mittels einer Vorspannungsanordnung (246) aufweist.