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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft einen Kompaktleistungsschalter mit einer Stromerfassungseinheit.
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Kompaktleistungsschalter („MCCB“) werden weitverbreitet verwendet, um elektrische Leitungen und Anlagen zu schützen und sind an ihrem rechteckigen Kunststoffgehäuse zu erkennen. Der MCCB überwacht einen Strom durch einen elektrischen Leiter und „löst aus“, um unter der Voraussetzung, dass bestimmte vorgegebene Kriterien, beispielsweise eine Überstrombedingung, erfüllt sind, die elektrische Schaltung zu öffnen und somit einen Stromfluss durch die Schaltung zu unterbrechen. Eine elektronische Auslöseeinheit („ETU“) ist eine Vorrichtung, die in Verbindung mit dem MCCB verwendet werden kann, um die auf Strom (und/oder Spannung) gegen Zeit basierende Auslöseantwort zu steuern. Die ETU ist eine programmierbare Vorrichtung, die einen Strom, der durch den Trennschalter fließt, misst und zeitbezogen misst und gegebenenfalls ein Auslösesignal initiiert.
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Stromerfassungstransformatoren erfassen einen Strom im Stromkreis und geben Stromsignale zur Verarbeitung an die ETU aus. Stromtransformatoren und Rogowski-Spulen überwachen den Strom im MCCB. Der Stromtransformator wird zur Leistungsversorgung der ETU ohne Verwendung externer Hilfsleistung verwendet. Der Stromtransformator gibt ein Stromausgangssignal an die ETU aus, das proportional ist zum Primärstrom, der ihn durchfließt. Die Rogowski-Spule wird zur sättigungsfreien Strommessung im Leiter des Trennschalters verwendet. Die Rogowski-Spule gibt ein Spannungsausgangssignal aus, das proportional ist zur Zeitableitung des Stroms, und kein Stromausgangssignal, wie herkömmliche Stromtransformatoren. Die Stromsensoren, seien sie thermisch-magnetisch, nur thermisch, nur magnetisch, nur Stromtransformatoren, nur Rogowski-Spulen oder eine Kombination aus Stromtransformatoren und Rogowski-Spulen, werden während der Montage im Inneren der Trennschalterummantelung des MCCB installiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Trennschalter eine Trennschalterummantelung auf, die einen inneren Abschnitt definiert und die eine gegossene Basis und eine abnehmbare Abdeckung aufweist. Die gegossene Basis weist eine Innenfläche und eine Außenfläche auf. Die Außenfläche der gegossenen Basis ist funktionsmäßig außerhalb des inneren Abschnitts der Trennschalterummantelung angeordnet, und die Außenfläche der Basis definiert mindestens einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum, der dafür ausgelegt ist, eine Stromerfassungseinheit aufzunehmen. Die gegossene Basis und die abnehmbare Abdeckung sind zusammenwirkend so angeordnet, dass sie den inneren Abschnitt der Trennschalterummantelung umschließen.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass der Trennschalter ferner mindestens eine Stromerfassungseinheit umfasst, die in dem mindestens einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum angeordnet ist, wobei die mindestens eine Stromerfassungseinheit von außerhalb der Ummantelung zugänglich ist, ohne die abnehmbare Abdeckung abnehmen zu müssen.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass die mindestens eine Stromerfassungseinheit ein Stromerfassungseinheit-Ummantelung und mindestens ein Stromerfassungselement aufweist, wobei die Stromerfassungseinheit-Ummantelung so angeordnet ist, dass sie zumindest einen Abschnitt des mindestens einen Stromerfassungselements abdeckt.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass die Stromerfassungseinheit-Ummantelung und das mindestens eine Stromerfassungselement als integrierte Einheit in dem mindestens einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum installierbar und daraus entnehmbar sind.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass der Trennschalter ferner einen Laststreifen (load strap) umfasst, das einem jeweiligen Pol des Trennschalters entspricht, wobei sich der Laststreifen vom inneren Abschnitt durch die gegossene Basis und in den mindestens einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum hinein erstreckt, und wobei ein Stromerfassungselement von jeder von der mindestens einen Stromerfassungseinheit um den Laststreifen herum angeordnet ist.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass der Trennschalter ferner ein leitendes Verbindungselement umfasst, das elektrisch mit dem Laststreifen gekoppelt ist, wobei mindestens ein Abschnitt der mindestens einen Stromerfassungseinheit funktionsmäßig zwischen der Außenfläche der gegossenen Basis und dem leitenden Verbindungselement angeordnet ist.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass der Trennschalter ferner einen Anschluss für jeden einzelnen Pol des Trennschalters umfasst, wobei jeder Anschluss elektrisch mit einem jeweiligen leitenden Verbindungselement gekoppelt ist.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass der Trennschalter ferner eine Schutzplatte umfasst, wobei das leitende Verbindungselement funktionsmäßig zwischen dem Laststreifen und der Schutzplatte angeordnet ist.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass der Trennschalter ferner eine elektronische Auslöseeinheit und einen elektrischen Verbinder für das mindestens eine Stromerfassungselement umfasst, wobei das mindestens eine Stromerfassungselement elektrisch mit der elektronischen Auslöseeinheit gekoppelt ist.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass der Trennschalter ferner einen Satz fester Kontakte, einen Satz beweglicher Kontakte und einen Betätigungsmechanismus umfasst, welcher so angeordnet ist, dass er den Satz beweglicher Kontakte in Bezug auf den Satz fester Kontakte betätigt, wobei der Betätigungsmechanismus, die festen Kontakte und die beweglichen Kontakte im inneren Abschnitt der Ummantelung angeordnet sind.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass eine Tiefe des Gehäuses in einem leitungsseitigen Abschnitt der Basis größer ist als eine Tiefe der Basis in einem lastseitigen Abschnitt der Basis.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass die gegossene Basis aus einem nichtleitenden Kunststoff gebildet ist.
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In jeder Ausführungsform des Trennschalters kann es von Vorteil sein, dass die gegossene Basis eine einstückige Einheit ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Kompaktleistungsschalter eine Trennschalterummantelung, die einen inneren Abschnitt definiert, einen Satz fester Kontakte, einen Satz beweglicher Kontakte und einen Betätigungsmechanismus und eine Stromerfassungseinheit auf. Die Trennschalterummantelung weist eine gegossene Basis und eine abnehmbare Abdeckung auf. Die gegossene Basis weist eine Innenfläche und eine Außenfläche auf. Die Außenfläche der gegossenen Basis ist funktionsmäßig außerhalb des inneren Abschnitts der Trennschalterummantelung angeordnet, und die Außenfläche der Basis definiert mindestens einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum, der dafür ausgelegt ist, eine Stromerfassungseinheit aufzunehmen. Die gegossene Basis und die abnehmbare Abdeckung sind zusammenwirkend so angeordnet, dass sie den inneren Abschnitt der Trennschalterummantelung umschließen. Der Betätigungsmechanismus ist dafür ausgelegt, den Satz beweglicher Kontakte in Bezug auf die festen Kontakte zu betätigen, und der Betätigungsmechanismus, die festen Kontakte und die beweglichen Kontakte sind innerhalb des inneren Abschnitts der Trennschalterummantelung angeordnet. Die Stromerfassungseinheit ist innerhalb des Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraums angeordnet und ist von außerhalb der Ummantelung zugänglich, ohne dass man die abnehmbare Abdeckung abnehmen muss.
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In jeder Ausführungsform des Kompaktleistungsschalters kann es von Vorteil sein, dass der Kompaktleistungsschalters ferner einen Laststreifen umfasst, der einem entsprechenden Pol des Trennschalters entspricht, wobei sich der Laststreifen vom inneren Abschnitt durch die gegossene Basis und in den mindestens einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum hinein erstreckt und jede von der mindestens einen Stromerfassungseinheit mindestens ein Stromerfassungselement aufweist, das um den entsprechende Laststreifen herum angeordnet ist.
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In jeder Ausführungsform des Kompaktleistungsschalters kann es von Vorteil sein, dass der Kompaktleistungsschalters ferner ein leitendes Verbindungselement umfasst, das elektrisch mit dem Laststreifen gekoppelt ist, wobei mindestens ein Abschnitt der mindestens einen Stromerfassungseinheit funktionsmäßig zwischen der Außenfläche der Basis und dem leitenden Verbindungselement angeordnet ist.
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Gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Kompaktleistungsschalters das Einführen eines Laststreifens, der einem jeweiligen Pol des Trennschalters entspricht, durch eine entsprechende Öffnung, die von einer gegossenen Basis einer Trennschalterummantelung definiert wird, und das Anordnen eines Betätigungsmechanismus, eines Satzes beweglicher Kontakte und eines Satzes fester Kontakte in einem inneren Abschnitt der Trennschalterummantelung. Eine abnehmbare Abdeckung ist so an der gegossenen Basis angeordnet, dass sie den inneren Abschnitt der Trennschalterummantelung umgibt. Mindestens eine Stromerfassungseinheit ist in dem mindestens einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum installiert, der von einer Außenfläche der gegossenen Basis definiert wird, wobei die Außenfläche der gegossenen Basis funktionsmäßig außerhalb des inneren Abschnitts der Trennschalterummantelung angeordnet ist, so dass das Stromerfassungselement der mindestens einen Stromerfassungseinheit den Laststreifen jedes jeweiligen Pol des Trennschalters umschließt.
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In jeder Ausführungsform des Verfahrens kann es von Vorteil sein, dass das Verfahren ferner umfasst, das vor dem Installieren der mindestens einen Stromerfassungseinheit die mindestens eine Stromerfassungseinheit durch Anbringen einer Stromerfassungseinheit-Ummantelung an mindestens einem Stromerfassungselement montiert wird.
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In jeder Ausführungsform des Verfahrens kann es von Vorteil sein, dass das Verfahren ferner das Anordnen der mindestens einen Stromerfassungseinheit zwischen der Außenfläche der gegossenen Basis und einem leitenden Verbindungselement, das am Laststreifen und einem Lastanschluss angebracht ist, umfasst.
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In jeder Ausführungsform des Verfahrens kann es von Vorteil sein, dass das Verfahren ferner das Prüfen, Ersetzen oder visuelle Erkennen von mindestens einer von der mindestens einen Stromerfassungseinheit ohne Abnehmen der abnehmbaren Abdeckung umfasst.
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Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen deutlicher werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung genau herausgestellt und ausdrücklich beansprucht. Die obigen und weitere Aspekte, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen klarer werden, wobei:
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1 eine perspektivische Außenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Trennschalters ist;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Trennschalterinneren ist;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Trennschalters ist;
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4 eine perspektivische Explosionsansicht eines Abschnitts des Trennschalters ist;
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5 eine perspektivische Ansicht des Trennschalters mit einem Ausführungsbeispiel für Anschlüsse und eine Anschlussabdeckung ist; und
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6 eine perspektivische Explosionsansicht der Anschlüsse, der Anschlussabdeckung und des Trennschalters ist.
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Die ausführliche Beschreibung erklärt Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine äußere Gestaltung eines Trennschalters 10 mit gegossenem Gehäuse bzw. eines Kompaktleistungsschalters. Der Trennschalter 10 weist eine Trennschalterummantelung 12 auf, und die Trennschalterummantelung 12 ist ein gegossenes Gehäuse 14 und weist eine abnehmbare Abdeckung 16 und eine gegossene Basis 22 auf. Wie weiter in 2 dargestellt ist, trägt die gegossene Basis 22 die funktionellen Komponenten des Trennschalters 10, die allgemein mit 18 bezeichnet sind, innerhalb des inneren Abschnitts 20 der Trennschalterummantelung 12. In der dargestellten Ausführungsform weist die gegossene Basis 22 ferner eine Anzahl von Wänden 24 auf, aber die Wände können alternativ oder zusätzlich von der abnehmbaren Abdeckung 16 ausgehen. Ebenso kann optional eine Mittelabdeckung verwendet werden, die zwischen der abnehmbaren Abdeckung 16 und der Basis 22 angeordnet ist. Die Basis 22 weist eine Innenfläche 26 und eine Außenfläche 28 auf. Die Komponenten 18 des Trennschalters 10 sind auf der Innenfläche 26 der gegossenen Basis 22 angeordnet. Die Innenfläche 26 kann eine beliebige Anzahl von Trennvorsprüngen/-wänden 30 und Einkerbungen 32 zum Aufnehmen der verschiedenen Komponenten 18 für jeden Pol des jeweiligen Trennschalters 10 aufweisen. Ein Teil der funktionellen Komponenten 18 des Trennschalters kann anhand einer automatischen Montage auf der Innenfläche 26 der Basis 22 innerhalb der Basis 22 montiert werden, was eine Verkürzung der Montagezeit für den Trennschalter bewirkt. Die Basis 22 ist aus einem nicht-leitenden Kunststoffmaterial gebildet, das so ausgewählt ist, dass es gute Wärmebeständigkeitseigenschaften ermöglicht, um eine Verformung durch die Komponenten 18 des Trennschalters unter Überlaststrombedingungen zu vermeiden. Solch ein Kunststoffmaterial kann unter anderem ein thermoplastisches Material, einen duroplastischen Kunststoff und Mischungen davon beinhalten, die in die erforderliche Form der Basis 22, die die funktionelle Komponenten 18 des Trennschalters aufnehmen soll, gegossen werden können. Die Basis 22 kann außerdem mit mehreren Erhebungen und Vertiefungen versehen sein, um eine robotische Montage der Komponenten 18 des Trennschalters auf der gegossenen Basis 22 zu erleichtern.
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Nachdem die Komponenten 18 des Trennschalters auf der Innenfläche 26 der gegossenen Basis 22 montiert worden sind, sei es automatisch, manuell oder in einer Kombination aus automatisch und manuell, wird die Abdeckung 16, wie in 1 dargestellt, fest auf der Basis 22 angebracht. Die Abdeckung 16 weist einen Hebelschlitz 34 auf, durch den ein Betätigungshebel 36 des Trennschalters 10 passt. Die Abdeckung 16 ist ebenfalls aus einem gegossenen Kunststoffmaterial gebildet. Der innere Abschnitt 20 des Trennschalters 10 wird von der Abdeckung 16 und der Basis 22 umschlossen.
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Wie ebenfalls in 1 dargestellt ist, sind eine elektronische Auslöseeinheit („ETU“) 38 und ein Bemessungsstrommodul 40 mit der ETU 38 gekoppelt. Die ETU 38 des Trennschalters 10 löst nötigenfalls aus, um einen Stromkreis zu öffnen und daher einen Stromfluss zu unterbrechen. Die ETU 38 weist Mikroprozessorplattformen auf, die so gestaltet sind, dass sie einen zuverlässigen Schutz gewährleisten. Verschiedene Arten von Schutz, wie Überlast, Kurzschluss und Fehlerstrom(Erdschluss)-Schutz, sind mit der ETU 38 möglich und können so programmiert werden, dass sie verschiedenen Anforderungen gerecht werden. Das Bemessungsstrommodul 40 setzt einen Stromnennwert fest, das heißt einen maximalen kontinuierlichen Strom, der während jeder einzelnen Phase in der elektronischen Schaltung zulässig ist, und gibt einen vorgegebenen Stromnennwert an die ETU 38 aus. Wie nachstehend näher beschrieben wird, ist der Stromtransformator 42 des Trennschalters 10 elektrisch mit der ETU 38 gekoppelt und gibt einen Strom an die ETU 38 aus. Der dargestellte Trennschalter 10 zeigt einen dreipoligen Trennschalter 10, aber es können beliebig viele Pole im Trennschalter 10 verwendet werden. Der Stromtransformator 42 wird innerhalb jedes Pols der geschützten Schaltung verwendet, um den Strom im Stromkreis auf einer kontinuierlichen Basis abzutasten.
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Nun wird die perspektivische Innenansicht des Trennschalters 10 in 2 betrachtet, wo einige von den funktionellen Komponenten 18 des Trennschalters 10 dargestellt sind. Man beachte, dass hierin zwar eine bestimmte Anordnung der funktionelle Komponenten 18 beschrieben ist, aber auch andere Anordnungen übernommen werden können, um anderen Ausgestaltungen und Zwecken gerecht zu werden. Ferner können zusätzliche Komponenten 18 aufgenommen werden, um den Trennschalter 10 zu vervollständigen. Der Trennschalter 10 weist allgemein ein Kontaktsystem 44, einen Betätigungsmechanismus 46, eine (nicht dargestellte) Welle, eine Bogenkammer 48, einen Leitungsstreifen (line strap) 50 und einen Laststreifen 52 auf. Der Trennschalter 10 weist außerdem eine Stromerfassungseinheit 54 auf, wie nachstehend näher beschrieben wird. Das Kontaktsystem 44, das manchmal als Stromweg oder stromführendes System des Trennschalters 10 bezeichnet wird, beinhaltet einen Satz fester und einen Satz beweglicher Kontakte 43, 45. Die festen Kontakte 43 sind elektrisch mit den Leitungsstreifen 50 verbunden, und die beweglichen Kontakte 45 werden von einem beweglichen Kontaktarm 56 getragen, der elektrisch mit dem Laststreifen 52 verbunden ist. In einem Ausführungsbeispiel kann die elektrische Verbindung über ein (nicht dargestelltes) flexibles Kupfergeflecht stattfinden. In einem normalen „Ein“- oder geschlossenen Zustand des Trennschalters 10 sind die festen und beweglichen Kontakte 43, 45 aufgrund eines an die beweglichen Kontakte 45 angelegten mechanischen Drucks physisch miteinander verbunden, wobei der Kontaktarm 56 bewegt wird, um einen Kontakt zwischen den beweglichen Kontakten 45 und den festen Kontakten 43 herzustellen. In einem „Aus“ oder offenen Zustand des Trennschalters 10 sind die beweglichen Kontakte 45, beispielsweise durch eine Öffnungsfeder, von den festen Kontakten 43 getrennt, wie in 2 dargestellt. Das Kontaktsystem 44 schließt oder unterbricht den Stromkreis auf Basis von Strombedingungen, führt einen Nennstrom, ohne zu warm zu werden, sorgt unter normalen Bedingungen für einen angemessenen Kontakt- und Niederdruck, um die Kontakte 43, 45 geschlossen zu halten, sorgt für eine ausreichende Kraft, um das Kontaktsystem 44 unter anomalen Bedingungen mit einer gewünschten Geschwindigkeit zu öffnen, und sorgt für eine dielektrische Isolierung, wenn die Kontakte in einem offenen Zustand sind.
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Der Betätigungsmechanismus 46 dient als Energiespeichervorrichtung für den Trennschalter 10. Der Betätigungsmechanismus 46 weist eine Anordnung auf, um potentielle Energie zu speichern, die freigesetzt wird, wenn ein Schaltsignal an den Trenner 10 geschickt wird. Die potentielle Energie kann beispielsweise durch Verformen einer Feder eines Haupt-Betätigungsmechanismus im Trennschalter 10 gespeichert werden. Alternativ dazu wird potentielle Energie durch Druckluft, durch Hydraulikdruck usw. gespeichert. Sobald diese gespeicherte Energie in Form von kinetischer Energie freigesetzt wird, bewegt sich der bewegliche Kontakt 45, da die beweglichen Kontakte 45 über die Kontaktarme 56 durch Kopplung mit der auch als Antriebswelle bezeichneten Welle und dann mit dem Betätigungsmechanismus 46 mechanisch verbunden sind. Die Welle dient als Verbindungselement zwischen dem Betätigungsmechanismus 46 und dem Kontaktsystem 44 und hilft dabei, die Bewegung vom Betätigungsmechanismus 46 auf das Kontaktsystem 44 zu übertragen.
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Die Bogenkammer 48, die auch als Löschvorrichtung oder Lichtbogenkammer bezeichnet wird, beinhaltet ein hochdielektrisches Ummantelungsmaterial mit Lichtbogenplatten, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Wenn sich die beweglichen Kontakte 45 öffnen und von den festen Kontakten 43 weg bewegen, wird ein Lichtbogen erzeugt. Der Lichtbogen wird gelenkt und springt zwischen den Lichtbogenplatten der Lichtbogenkammer 48 hin und her, bis er in der Lichtbogenkammer 48 getilgt oder gelöscht worden ist.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die oben beschriebenen funktionelle Komponenten 18 einschließlich des Kontaktsystems 44, des Betätigungsmechanismus 46, der Welle (Traverse) und der Lichtbogenkammer 48 auf der Innenfläche 26 der gegossenen Basis 22 montiert. Eine Tiefe der Basis 22 in einem leitungsseitigen Abschnitt 58 ist größer als eine Tiefe der Basis 22 an einem lastseitigen Abschnitt 60. Der Grund dafür ist, dass eine Stromerfassungseinheit 54 des Trennschalters 10, die normalerweise um den Laststreifen 52 herum vorgesehen ist, nicht in der Basis 22 angeordnet ist und daher dafür kein Innenraum im inneren Abschnitt 20 der Ummantelung 12 der Stromerfassungseinheit 54 reserviert werden muss. Nun wird auf 3 und 4 Bezug genommen, wo dargestellt ist, dass die Außenfläche 28 der Basis 22 eine geformte Eintiefung oder einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 am lastseitigen Abschnitt 60 der Basis 22 aufweist. Der Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 weist eine Öffnung 64 auf, durch die der Laststreifen 52 aus dem Inneren 20 der Ummantelung 12 aus der Basis 22 heraus verläuft, und der Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 und der Laststreifen 52 sind von der Außenfläche 28 der Basis 22 aus zugänglich. Der Leitungsstreifen 50 kann auch von der Außenfläche 28 der Basis 22 aus zugänglich sein, aber am leitungsseitigen Abschnitt 58. Der gegossene Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 weist eine Hohlraumendfläche 66, die von einem Abschnitt der Außenfläche 28 der Basis 22 gebildet wird, und Hohlraumwände 68 auf, die von der Hohlraumendfläche 66 ausgehen.
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Ein gezeigtes Beispiel für eine Stromerfassungseinheit 54 in 3 und 4 ist im gegossenen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 angeordnet. Die Stromerfassungseinheit 54 weist eine Öffnung 70 auf, durch die hindurch sich der Laststreifen 52 erstrecken kann. Der Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 ist so groß, dass er die Stromerfassungseinheit 54 angemessen, aber fest sitzend aufnehmen kann. Das heißt, die Stromerfassungseinheit 54 beinhaltet einen Außenrand, der im Wesentlichen zu einem Innenrand des Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraums 62 passt, so dass die Stromerfassungseinheit 54 nach der Installation in Bezug auf den Laststreifen 52 zumindest relativ stationär bleibt. Die Stromerfassungseinheit 54 weist ferner eine Stromerfassungseinheit-Ummantelung 72 auf, die verwendet werden kann, um zumindest einen Teil der Oberflächen der Stromerfassungselemente 74 innerhalb der Stromerfassungseinheit 54 zu schützen, beispielsweise deren Innenflächen (die dem Laststreifen 52 zugewendet sind), um sie vor dem Laststreifen 52 zu schützen, der sich durch die Öffnung 70 in der Stromerfassungseinheit 54 erstreckt. Die Stromerfassungseinheit-Ummantelung 72 ist aus einem isolierenden Material, unter anderem aus einem Thermoplasten, einem thermischen Polymer usw. gebildet. Bei der Installation wird die Stromerfassungseinheit 54 im Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 so angeordnet, dass die Ummantelung 72, die aus einem isolierenden Material besteht, für eine Isolierung des Laststreifens 52 von den Stromerfassungselementen 74 sorgt. Die Stromerfassungseinheit-Ummantelung 72 kann so gestaltet sein, dass sie die Stromerfassungseinheit 54 als integrierte Einheit zusammen hält, so dass die Stromerfassungseinheit 54 einschließlich der Stromerfassungseinheit-Ummantelung 72 und der Stromerfassungselemente 74 als integrale Einheit in den Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 einführbar und herausnehmbar ist.
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Beispiele für Stromerfassungselemente 74 in der Stromerfassungseinheit 54 beinhalten eine Rogowski-Spule 76 und eine Stromtransformatorbaugruppe 42, aber Varianten der Stromerfassungseinheit 54 können auch nur die erstgenannte oder nur die letztgenannte, ebenso wie andere oder zusätzliche Sensoren beinhalten. Der Stromtransformator 42 wird zur Leistungsversorgung der ETU 38 ohne die Verwendung einer externen Hilfsleistung verwendet, während die Rogowski-Spule 76 zur sättigungsfreien Messung von Strom im Leiter des Trennschalters 10 verwendet wird. Die Stromerfassungselemente 74 sind nötig, um den Strom zu erfassen und dann der ETU 38 zu ermöglichen, für einen Schutz zu sorgen. Ein Wechselstrom in einem Leiter entwickelt ein Magnetfeld, und die Interaktion dieses Feldes und der am Feld liegenden Rogowski-Spule 76 lässt eine induzierte Spannung innerhalb der Rogowski-Spule 76 entstehen, die proportional ist zur Änderungsrate des gemessenen Stroms. Die Stromerfassungselemente 74 einschließlich des Stromtransformators 42 und der Rogowski-Spule 76 sollten die Laststreifen 52 nicht berühren, und daher beinhaltet die Stromerfassungseinheit-Ummantelung 72 zumindest eine Innenfläche 78, die dazu dient, die Stromerfassungselemente 74 vom Laststreifen 52 zu isolieren.
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Obwohl die dargestellte Stromerfassungseinheit-Ummantelung 72 für jede Stromerfassungseinheit 54 die darin enthaltenen Stromerfassungselemente 74 separat abdeckt, können in einem anderen Ausführungsbeispiel beliebig viele der Stromerfassungseinheiten 54 über ihre jeweiligen Stromerfassungseinheit-Ummantelungen 72 aneinander befestigt sein. In einer solchen Ausführungsform wären zwei oder mehr von den Stromerfassungseinheiten 54 gleichzeitig innerhalb ihrer jeweiligen Hohlräume 62 installierbar.
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Wie in 5–6 dargestellt ist, können, um eine Verbindung mit externen Stromkreisen zu ermöglichen, die vom Trennschalter 10 geschützt werden sollen, Lastanschlüsse 80 mit dem Trennschalter 10 installiert werden, die vor Ort installiert oder in der Fabrik montiert werden können. Der dargestellte Trennschalter 10 weist als Beispiele dienende angebrachte Lastanschlüsse 80 und eine Lastanschlussabdeckung 94 auf. Die Lastanschlüsse 80 werden über ein leitendes Verbindungselement 84, das, wie dargestellt, eine Streifenform aufweisen kann, elektrisch mit dem Laststreifen 52 verbunden. Aufgrund der plattenähnlichen oder streifenähnlichen Struktur des leitenden Verbindungselements 84 und der Stirnfläche 86 des Laststreifens 52 liegt das leitende Verbindungselement 84 im Wesentlichen auf einer Höhe und in einer einander zugewandten Beziehung mit der Stirnfläche 86 des Laststreifens 52. Wie in 3 dargestellt ist, kann zumindest ein Teil der Stromerfassungseinheit 54, wenn diese im Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 sitzt, im Wesentlichen auf einer Höhe liegen mit der Stirnfläche 86 des Laststreifens 52, kann aber von der Außenfläche 28 der Basis 22 direkt angrenzend an den Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 leicht zurückgesetzt sein. Die Lastanschlüsse 80 sind über die leitenden Verbindungselemente 84 mit den Laststreifen 52 verbunden, und dadurch sind die Stromerfassungseinheiten 54 zwischen der gegossenen Basis 22 und den leitenden Verbindungselementen 84 angeordnet. Einkerbungen 92 können in der Seitenwand 24 am lastseitigen Abschnitt 60 des Gehäuses 14 vorgesehen sein, um die leitenden Verbindungselemente 84 darin auszurichten. Eine Schutzplatte 88 deckt die leitenden Verbindungselemente 84 ab und überlappt die Stromerfassungseinheiten 54 und die Lastanschlüsse 80 und gibt ihnen zusätzlichen Schutz. Die Schutzplatte 88 kann nichtleitend sein, und die leitenden Verbindungselemente 84 sind funktionsmäßig zwischen der Schutzplatte 88 und den Stirnflächen 86 der Laststreifen 52 angeordnet. Die Anschlussabdeckung 94 sitzt auf der Schutzplatte 88 angrenzend an die Wand 24 am lastseitigen Abschnitte 60 des Gehäuses 14. Die Anschlussabdeckung 94 umgibt die Lastanschlüsse 80 in Kombination mit der Ummantelung 12 des Lastschalters 10.
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Die Stromerfassungseinheit 54 kann elektrische Verbinder 90, die schematisch in 6 dargestellt sind, für die Stromerfassungselemente 74 aufweisen, unter anderem für die elektrischen Drähte, Kabelschwänze, Stifte oder elektrischen Kontakte, um die Stromerfassungselemente 74 elektrisch mit der ETU 38 zu koppeln. Zum Beispiel kann die Stromerfassungseinheit 54 in einem Ausführungsbeispiel Anschlussstifte als elektrische Verbinder 90 beinhalten, so dass eine Installation der Stromerfassungseinheit 54 im Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 die Anschlussstifte an Anschlussstift-Aufnahmeöffnungen im Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 ausrichtet, was dazu dienen kann, die Stromerfassungseinheit 54 elektrisch mit der ECU 38 zu verbinden. Alternativ dazu kann die gegossene Basis 22 Anschlussstifte aufweisen, die von ihr ausgehen und die in Anschlussstift-Aufnahmeöffnungen in der Stromerfassungseinheit 54 eingeführt werden, um die Stromerfassungseinheit 54 elektrisch mit der ETU 38 zu verbinden. Ein einer noch anderen, alternativen Ausführungsform einer elektrischen Verbindung können die Stromerfassungselemente 74 / die Stromerfassungseinheit 54 und die gegossene Basis 22 zusammenwirkende elektrische Kontakte aufweisen, ähnlich wie die elektrischen Kontakte zwischen Batterien und einer batteriebetriebenen Vorrichtung. Eine Verbindung kann mit einer flexiblen Kontaktregion hergestellt werden, die federartige Eigenschaften hat, um zu gewährleisten, dass ein elektrisches Signal zuverlässig übertragen wird.
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Ein Verfahren zur Montage des Trennschalters 10 mit dem gegossenen Gehäuse bzw. des Kompaktleistungsschalters beinhaltet das Einführen des Laststreifens 52 für jeden Pol des Trennschalters 10 durch eine entsprechende Öffnung 64 in der gegossenen Basis 22 und das Anordnen der funktionellen Komponenten 18 an der Innenfläche 26 der gegossenen Basis 22. Die abnehmbare Abdeckung 16 wird fest an der gegossenen Basis 22 angebracht, um die Trennschalterummantelung 12 zu bilden. Mindestens eine Stromerfassungseinheit 54 wird in mindestens einem Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62 installiert, der in der Außenfläche 28 der gegossenen Basis 22 geformt ist, so dass das Stromerfassungselement 74 der mindestens einen Stromerfassungseinheit 54 einen Außenrand des Laststreifens 52 für jeden Pol des Trennschalters 10 umschließt.
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Durch Montieren der Stromerfassungseinheit 54 außerhalb des Trennschalters 10 kann in einem späten Stadium der Montage entschieden werden, welche Art von Erfassungselement 74 oder welche Kombination aus Erfassungselementen 74 verwendet werden soll. Falls eine Stromerfassungseinheit innerhalb eines Trennschalters installiert würde, müsste in einem viel früheren Stadium der Montage entschieden werden, welcher Sensor verwendet werden soll. Um den Strom, der durch den leitenden Weg der einzelnen Pole fließt, wirksam zu erfassen, müssen die Erfassungselemente 74 um den Stromweg herum verlaufen. Die Konstruktion des Trennschalters 10 macht es möglich, den gesamten Trennschalter 10 zusammenzusetzen, wobei sich die Laststreifen 52 des Trenners 10 für Kundenanschlusspunkte durch die Ummantelung 12 hindurch erstrecken. Die Stromerfassungseinheit 54 wird dann außerhalb des Trennschalters 10 um die Laststreifen 52 herum montiert. Die Erfassungseinheit 54 weist eine eigene dünne Ummantelung 72 auf, so dass die Komponenten, Stromerfassungselemente 74 darin nicht frei liegen, wodurch eine Isolierung und ein Schutz bereitgestellt wird. Die gegossene Basis 22 des Trennschalters mit dem gegossenen Gehäuse 10 bzw. des Kompaktleistungsschalters ist so konstruiert, dass die Stromerfassungseinheit 54 von den internen Komponenten 18 des Trennschalters 10 getrennt sind.
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Man beachte, dass die Stromerfassungseinheiten zwar relativ klein sind, aber bei einem Kompaktleistungsschalter des Standes der Technik einen großen Prozentanteil des Innenraums einnehmen. Durch Verlagern der Erfassungseinheiten 54 im Trennschalter 10 an die Außenseite der Ummantelung 12 bleibt im inneren Abschnitt 20 mehr Platz für die Anordnung der funktionellen Komponenten 18, was sich auf die Gesamtgröße des Trennschalters 10 auswirkt. Der Trennschalter kann durch Verschieben der Stromerfassungseinheiten 54 an die äußersten Ränder des Trennschalters 10 und Eliminieren der Möglichkeit eines Konflikts mit anderen Komponenten 18 innerhalb des Trennschalters 10 erheblich verkleinert werden. Die Größenbeschränkungen der Ummantelungen der Kompaktleistungsschalter des Standes der Technik beschränken die Geometrie des Kerns des Stromtransformators auf eine Größe, die gerade ausreicht, um eine Betriebsleistung für die ETU-Schaltung bereitzustellen, ohne bei den höheren Ampere-Nennzahlen aufgrund der geringen Induktanz des kleineren Kerns gesättigt zu werden.
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Ebenso müssen während der Montage von Kompaktleistungsschaltern des Standes der Technik, wenn Stromerfassungselemente im Inneren installiert werden, diese um den Laststreifen herum gehen. Wenn der Laststreifen flexibles Kupfergeflecht beinhaltet, das direkt mit ihm verschweißt ist und das auch am entgegengesetzten Ende mit Kupferkontaktarmen verschweißt ist, die ihrerseits Teil einer viel größeren Baugruppe einschließlich der Traverse, der anderen beiden Pole und des Betätigungsmechanismus sind, müssten die Stromerfassungselemente, um die Stromerfassungselemente in dieser Anordnung anbringen zu können, zu den ersten Komponenten gehören, die vor dem Schweißen innerhalb der Baugruppe montiert werden. Dann muss die gesamte Baugruppe als Ganzes in der Ummantelung des Trennschalters montiert werden, was ein schwieriger Vorgang ist und was es erforderlich macht, dass die Nennwerte der Stromerfassungselemente schon vor der Montage des Trennschalters bestimmt und ausgewählt werden. Somit ermöglicht der hierin beschriebene Trennschalter 10 die gemeinsame Herausnahme der Stromerfassungselemente 74 aus dieser Baugruppe und ermöglicht eine Auswahl des Stromsensors in einem Endstadium der Montage.
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Ferner sorgt der Trennschalter 10 für eine verbesserte Genauigkeit der Stromerfassungseinheit 54. Da die Stromerfassungseinheit 54 an eine festgelegte Stelle gesetzt wird, wo die maximale Leitermenge (Laststreifen 52) durch ihre Öffnung 70 hindurch verläuft, und sich die Stromerfassungseinheit 54 in Bezug auf den Laststreifen 52 kaum bewegt, weil der Außenrand der Stromerfassungseinheit 54 einem Innenrand des Hohlraums 62 im Wesentlichen gleich ist, sind die Genauigkeit und die Empfindlichkeit verbessert. Außerdem ist die Sensorprüfung verbessert, da der Trennschalter 10 mit der außen angeordneten Stromerfassungseinheit 54 ein einfaches Prüfen und Kalibrieren der Stromerfassungselemente 74 am Trennschalter 10 in der Fertigungsanlage oder auch in der Wartungseinrichtung mit verblüffender Leichtigkeit ermöglicht, da ein Entfernen der abnehmbaren Abdeckung 16 ebenso wenig nötig ist wie eine andere Art der Demontage des Gehäuses 12.
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Die Verwendung der Begriffe erste, zweite usw. bedeutet keine Reihenfolge oder Bedeutung, sondern die Begriffe erste, zweite usw. werden nur verwendet, um ein Element vom anderen zu unterscheiden. Ferner bedeutet die Verwendung der Begriffe ein, eine usw. keine Beschränkung der Menge, sondern bedeutet vielmehr das Vorhandensein mindestens eines der damit bezeichneten Dinge. Obwohl die Erfindung ausführlich in Verbindung mit nur einer beschränkten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte klar geworden sein, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um jede beliebige Anzahl von Variationen, Abänderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen, die hier nicht beschrieben worden sind, die aber mit dem Gedanken und Bereich der Erfindung in Einklang stehen, einzubeziehen. Außerdem wurden zwar verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, aber es sei klargestellt, dass Aspekte der Erfindung auch nur einige von den beschriebenen Ausführungsformen beinhalten können. Somit soll die Erfindung nicht als beschränkt auf die obige Beschreibung betrachtet werden, sondern wird nur vom Bereich der beigefügten Ansprüche beschränkt.
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Ein Trennschalter 10 weist eine Trennschalterummantelung 12 auf, die einen inneren Abschnitt 20 definiert und die eine gegossene Basis 22 und eine abnehmbare Abdeckung 16 beinhaltet. Die gegossene Basis 22 weist eine Innenfläche 26 und eine Außenfläche 28 auf. Die Außenfläche 28 der gegossenen Basis 22 ist funktionsmäßig außerhalb des inneren Abschnitts 20 der Trennschalterummantelung 12 angeordnet, und die Außenfläche 28 der Basis 22 definiert mindestens einen Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum 62, der dafür ausgelegt ist, eine Stromerfassungseinheit 54 aufzunehmen. Die gegossene Basis 22 und die abnehmbare Abdeckung 16 sind zusammenwirkend so angeordnet, dass sie den inneren Abschnitt 20 der Trennschalterummantelung 12 umgeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Trennschalter
- 12
- Ummantelung
- 14
- Gegossenes Gehäuse
- 16
- Abnehmbare obere Abdeckung
- 18
- Funktionelle Komponenten
- 20
- Innerer Abschnitt
- 22
- Gegossene Basis
- 24
- Wände
- 26
- Innenfläche
- 28
- Außenfläche
- 30
- Trennvorsprung/-wand
- 32
- Einkerbungen
- 34
- Hebelschlitz
- 36
- Betätigungshebel
- 38
- ETU
- 40
- Bemessungsstrommodul
- 42
- Stromtransformator
- 43
- Fester Kontakt
- 44
- Kontaktsystem
- 45
- Beweglicher Kontakt
- 46
- Betätigungsmechanismus
- 48
- Lichtbogenkammer
- 50
- Leitungsstreifen
- 52
- Laststreifen
- 54
- Stromerfassungseinheit
- 56
- Kontaktarm
- 58
- Leitungsseitiger Abschnitt
- 60
- Lastseitiger Abschnitt
- 62
- Stromerfassungseinheit-Aufnahmehohlraum
- 64
- Öffnung
- 66
- Hohlraumstirnfläche
- 68
- Hohlraumwand
- 70
- Öffnung
- 72
- Stromerfassungseinheit-Ummantelung
- 74
- Stromerfassungselement
- 76
- Rogowski-Spule
- 78
- Innenfläche (der Ummantelung 72)
- 80
- Lastanschluss
- 84
- Leitendes Verbindungselement
- 86
- Stirnfläche
- 88
- Schutzplatte
- 90
- Elektrischer Verbinder
- 92
- Einkerbung
- 94
- Lastanschlussabdeckung
