-
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Schutzvorrichtung zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers, welcher der Schutzvorrichtung elektrisch nachgeschaltet ist, vor einem Kurzschlussstrom in einem Mehrphasenwechselstromnetz.
-
In einem elektrischen Energieversorgungsnetz kann ein Schutz vor einem elektrischen Kurzschluss aus sicherheitstechnischen Gründen erforderlich sein. Dieser Kurzschlussschutz kann mit einem strombegrenzenden Schaltelement, beispielsweise mit einer Sicherung und/oder einem Leistungsschutzschalter realisiert sein. Das strombegrenzende Schaltelement kann ausgebildet sein, bei einem Überschreiten eines Stromstärkegrenzwertes den elektrischen Stromfluss von dem elektrischen Energieversorgungsnetz zu einem elektrischen Verbraucher zu unterbinden.
-
Die effektive Schutzwirkung des strombegrenzenden Schaltelements wird mittels des Durchlassstroms, welcher den Maximalwert des elektrischen Stromes vor dem Begrenzen durch das strombegrenzende Schaltelement, und/oder mittels der Auslöseenergie, welche die notwendige Energiemenge für ein Auslösen des strombegrenzenden Schaltelements definiert, beschrieben. Die Schutzwirkung kann auf Grundlage von Anschlusswerten des elektrischen Energieversorgungsnetzes und/oder einer Impedanz, welche bei einem elektrischen Kurzschluss wirksam ist, unterschiedlich realisiert sein.
-
Bekannte Schutzvorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass bei dem Überschreiten des Stromstärkegrenzwertes eines elektrischen Stroms, welcher nur kurzzeitig fließt, beispielsweise ein Anlaufstrom eines elektrischen Motors die Schutzvorrichtung auslöst, wobei eine Abschaltung der Stromversorgung nicht notwendig gewesen wäre. Ferner können bekannte Schutzvorrichtungen eine Latenzzeit zwischen dem Überschreiten des Stromstärkegrenzwertes und dem Unterbinden des elektrischen Stromflusses zu dem elektrischen Verbraucher aufweisen, wobei während dieser Latenzzeit die elektrische Stromstärke weiter ansteigen und außerhalb einer für den elektrischen Verbraucher zulässigen Maximalstromstärke liegen kann.
-
-
Die
US 5 422 462 A beschreibt leitfähige Garne und leitfähige Drähte, die zumindest an ihren Oberflächen isolierende Eigenschaften aufweisen.
-
Aus der
DE 10 2004 026 458 A1 ist eine Kontroll- und Überwachungseinrichtung zur Vermeidung von Überhitzungen bei flexiblen, textilen Flächenheizelementen bekannt, die aus mindestens zwei sich gegenüberliegenden Kontaktleitern aus elektrisch leitfähigen, unisolierten Fasern oder Drähten bestehen, zwischen denen mehrere Heizleiter verlaufen, welche mit den Kontaktleitern elektrisch leitend verbunden sind.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine effizientere Schutzvorrichtung zum Unterbinden eines Fließens eines Kurzschlussstroms zu einem elektrischen Verbraucher bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.
-
Die vorliegende Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine Schutzvorrichtung gelöst werden kann welche zumindest zwei voneinander elektrisch isolierte, elektrische Leitungen aufweist, welche elektrische Energie zu dem elektrischen Verbraucher liefern, wobei zwischen den elektrischen Leitungen bei Erreichen eines Stromstärkegrenzwertes in einer der elektrischen Leitungen, elektrisch verbunden werden, um ein Fließen des elektrischen Stromes mit einer Stromstärke oberhalb des Stromstärkegrenzwertes zu dem elektrischen Verbraucher zu unterbinden. Insbesondere fließt nach dem Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den zumindest zwei elektrischen Leitungen ein elektrischer Strom zwischen den elektrischen Leitungen und insbesondere nicht zu dem elektrischen Verbraucher.
-
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung eine Schutzvorrichtung zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers, welcher beispielsweise der Schutzvorrichtung elektrisch nachgeschaltet ist, vor einem Kurzschlussstrom. Die Schutzvorrichtung umfasst eine Leitungsanordnung mit einer ersten elektrischen Leitung und einer zweiten elektrischen Leitung zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie, wobei die erste elektrische Leitung eine erste Leitungsengstelle mit einem reduzierten Leitungsquerschnitt und die zweite elektrische Leitung eine zweite Leitungsengstelle mit einem reduzierten Leitungsquerschnitt aufweisen, wobei die erste Leitungsengstelle und die zweite Leitungsengstelle aneinander angrenzend angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Schutzvorrichtung zumindest eine Isolationsschicht, welche die erste Leitungsengstelle von der zweiten Leitungsengstelle elektrisch isoliert, wobei die zumindest eine Isolationsschicht temperaturabhängig thermisch zerstörbar ist. Die erste Leitungsengstelle und/oder die zweite Leitungsengstelle sind durch einen Stromfluss elektrisch erwärmbar und die zumindest eine Isolationsschicht ist thermisch beaufschlagbar, um die zumindest eine Isolationsschicht bei Erreichen einer vorbestimmten Stromstärke des Stroms durch die Leitungsanordnung thermisch zu zerstören und dadurch die erste elektrische Leitung mit der zweiten elektrischen Leitung elektrisch leitend zu verbinden. Die zumindest eine Isolationsschicht ist durch eine Ummantelung der ersten elektrischen Leitung und/oder der zweiten elektrischen Leitung gebildet.
-
Es kann insbesondere vorteilhaft sein, die Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie zu unterbinden, falls ein elektrischer Strom mit einer Stromstärke außerhalb eines Toleranzbereichs des elektrischen Verbrauchers fließt. Dies kann insbesondere bei einem elektrischen Kurzschluss und/oder Erdschlusses gegeben sein. Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung kann mittels der elektrischen Verbindung zwischen den zwei elektrischen Leitungen eine Bypass-Verbindung zum Ableiten des Kurzschlussstroms bereitstellen. Der Kurzschlussstrom fließt über die Bypass-Verbindung und nicht zu dem elektrischen Verbraucher. Eine der Schutzvorrichtung elektrisch vorgeschaltete Abschaltvorrichtung, welche insbesondere mit einer Verzögerung gegenüber der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung auslöst, kann den Kurzschlussstrom aufnehmen und beispielsweise eine der elektrischen Leitungen unterbrechen, um den Stromfluss zu dem elektrischen Verbraucher zu unterbinden.
-
Die elektrischen Leitungen können einen ohmschen Widerstand aufweisen, sodass eine elektrische Verlustleistung auftreten kann, welche in Wärme umgesetzt wird und die Temperatur der elektrischen Leitungen erhöht. Die Temperatur der Isolationsschicht kann durch Wärmeleitung von den elektrischen Leitungen zu der Isolationsschicht erhöht werden. Da die Verlustleistung proportional zu der Stromstärke des durch die elektrischen Leitungen fließenden elektrischen Stroms sein kann, kann vorteilhafterweise die Temperatur der elektrischen Leitungen als Maß für die Stromstärke des elektrischen Stroms genutzt werden.
-
Die Leitungsengstellen können zueinander mit einer mechanischen Spannung, insbesondere einer Druck- und/oder Biegespannung beaufschlagt sein, sodass nach einer thermischen Zerstörung der Isolationsschicht die Leitungsengstellen insbesondere durch zumindest teilweise Relaxation der mechanischen Spannung in direkten elektrischen Kontakt gebracht werden können. Weiterhin kann ein elektrischer Kontakt zwischen den Leitungsengstellen durch einen Funkenüberschlag, insbesondere in Form eines Lichtbogens zwischen den Leitungsengstellen hergestellt sein. Dies kann durch das Fließen des Kurzschlussstroms mit einer hohen Stromstärke, beispielsweise einer Stromstärke in dem Bereich von 500 A bis 1500 A oder in dem Bereich von 10 kA bis 100 kA realisiert sein.
-
Dadurch, dass die zumindest eine Isolationsschicht durch eine Ummantelung der ersten elektrischen Leitung und/oder der zweiten elektrischen Leitung gebildet ist, wird der Vorteil erreicht, dass die Isolationsschicht die zumindest eine elektrische Leitung vor Berührung und/oder vor elektrischem Kontakt mit einem weiteren Leiter schützt. Die Isolationsschicht kann ferner beide elektrische Leitungen und/oder weitere elektrische Leitungen umschließen und diese dadurch elektrisch voneinander trennen.
-
In einer Ausführungsform schmilzt und/oder verdampft die zumindest eine Isolationsschicht bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur der zumindest einen Isolationsschicht. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass mit der Schmelztemperatur der Isolationsschicht eine elektrische Leistungsmenge definiert sein kann, welche von den elektrischen Leitungen transportiert wird, bei welcher das Bilden einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen vorgesehen ist. Die elektrische Leistungsmenge kann durch eine Zeitdauer und die Stromstärke, des durch die elektrischen Leitungen fließenden elektrischen Stroms definiert sein.
-
Das Verdampfen und/oder Schmelzen der Isolationsschicht kann ein nicht reversibler Prozess sein, sodass zwischen den Leitungsengstellen nach einem Schmelzen und/oder Verdampfen der Isolationsschicht die Isolationsschicht nicht mehr vorhanden ist. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Leitungsengstellen kann durch einen direkten Kontakt der Leitungsengstellen oder durch einen Funkenüberschlag, respektive Lichtbogen zwischen den Leitungsengstellen realisiert sein.
-
In einer Ausführungsform ist mittels einer auswählbaren Charakteristik, insbesondere einer Dicke, der zumindest einen Isolationsschicht ein Zeitintervall vorbestimmt, nach welchem die zumindest eine Isolationsschicht bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur durch die erste Leitungsengstelle und/oder die zweite Leitungsengstelle, elektrisch leitend und/oder zerstört ist. Die vorbestimmte Temperatur kann beispielsweise 260°C betragen oder darüber liegen, wobei die Isolationsschicht gegenüber Temperaturen unterhalb von beispielsweise 155°C unverändert die elektrische Isolierung der Leitungsengstellen realisiert. Dieses Temperaturverhalten kann beispielsweise mit einer Isolationsschicht bestehend aus einem Isolierlack und/oder einem Kunststoff, insbesondere einem Polyurethan realisiert sein.
-
Durch die temperaturabhängige Zerstörung der Isolationsschicht respektive Herstellung einer leitfähigen Verbindung zwischen der ersten Leitungsengstelle und der zweiten Leitungsengstelle, kann über den Querschnitt der Leitungsengstellen und/oder der Dicke der Isolationsschicht das Zeitintervall nach dem eine leitende Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen hergestellt ist, eingestellt werden. Je größer die Querschnittsfläche der Leitungsengstellen, desto kleiner kann der elektrische Widerstand sein und desto kleiner ist die elektrische Verlustleistung, die bei Durchfließen der Leitungsengstellen in Wärme umgewandelt wird. Mit einer geringeren Wärmemenge kann die Temperatur der Isolationsschicht geringer sein. Dadurch kann über die Querschnittsfläche der Leitungsengstellen vorteilhafterweise die maximal mögliche Stromstärke eines durch die elektrischen Leitungen fließenden elektrischen Stroms eingestellt werden, bei welcher die Isolationsschicht zerstört wird.
-
Ferner kann durch die Dicke der Isolationsschicht die Zeitdauer eingestellt werden, welche benötigt wird, um die Isolationsschicht zu zerstören. Dies erreicht den Vorteil, dass mit einer Dicke der Isolationsschicht eine Latenzzeit zwischen dem Fließen eines elektrischen Stroms durch die elektrischen Leitungen mit einer vorbestimmten Stromstärke und der thermischen Zerstörung der Isolationsschicht eingestellt werden kann.
-
In einer Ausführungsform sind die erste Leitungsengstelle und die zweite Leitungsengstelle unbeweglich ausgebildet, um eine Abstoßung der ersten Leitungsengstelle und der zweiten Leitungsengstelle voneinander zu unterbinden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Leitungsengstellen einen festen Abstand zueinander aufweisen, sodass beispielsweise ein Funkenüberschlag zwischen den Leitungsengstellen bei einer vorbestimmten Stromstärke und/oder Spannung eines durch die Leitungsengstellen fließenden Stroms realisiert sein kann. Der Stromfluss durch die Leitungsengstellen kann ferner eine Lorentzkraft hervorrufen, welche eine Abstoßung der Leitungsengstellen voneinander hervorrufen kann. Diese Abstoßung kann durch die Fixierung der Leitungsengstellen vorteilhaft unterbunden werden.
-
In einer Ausführungsform umfasst die Schutzvorrichtung eine Leiterplatte, wobei die erste Leitungsengstelle und die zweite Leitungsengstelle auf der Leiterplatte fixiert sind. Die Leiterplatte kann ferner von der Isolationsschicht umschlossen sein, sodass lediglich an Eingangsanschlüssen und/oder Ausgangsanschlüssen der zwei elektrischen Leitungen jeweils eine elektrische Verbindung mit einer Zuleitung einer Versorgungsnetzanschlussleitung respektive einem elektrischen Verbraucher realisiert sein kann. Die Leiterplatte kann mittels der Isolationsschicht elektrisch isoliert und/oder vor Berührung geschützt sein.
-
In einer Ausführungsform ist die zumindest eine Isolationsschicht bei einem Fließen eines elektrischen Einschalt- und/oder Nennstroms durch die erste elektrische Leitung und/oder die zweite elektrische Leitung in einem vorbestimmten Zeitintervall, zerstörungsfrei ausgebildet, wobei die Stromstärke des elektrischen Einschalt- und/oder Nennstroms ein Vielfaches, insbesondere ein Fünffaches oder Zehnfaches der Stromstärke eines dauerhaft durch die erste elektrische Leitung und/oder die zweite elektrische Leitung fließenden elektrischen Stroms beträgt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Schutzvorrichtung die Energieversorgung zu dem elektrischen Verbraucher bei dem Fließen eines zeitlich begrenzten Einschalt- und/oder Nennstroms aufrechterhält. Insbesondere wird die Energieversorgung nicht vorzeitig unterbrochen.
-
Ein dauerhaft durch die Schutzvorrichtung zu dem elektrischen Verbraucher fließender elektrischer Strom kann beispielsweise eine Stromstärke in dem Bereich von 1 A bis 100 A, insbesondere 6,5 A aufweisen, wobei die Stromstärke des elektrischen Nennstroms das Zehnfache der Stromstärke des dauerhaft fließenden elektrischen Stroms, insbesondere 65 A betragen kann. Der Einschaltstrom fließt während eines Zeitintervalls von 0,1 s bis 10 s, insbesondere 2 s, wobei während dieses Zeitintervalls die Isolationsschicht nicht thermisch zerstört sein kann. Insbesondere kann der Nennstrom zu verschiedenen, zeitlich beabstandeten Zeitpunkten fließen, ohne dass die Isolationsschicht thermisch zerstört wird.
-
In einer Ausführungsform ist die zumindest eine Isolationsschicht durch einen Isolationslack auf und/oder eine Ummantelung um die erste Leitungsengstelle und/oder die zweite Leitungsengstelle gebildet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass beispielsweise bereits mit einer Isolationsschicht versehene elektrische Leitungen zur Herstellung der Leitungsengstellen genutzt werden können. Insbesondere können Wickeldrähte, welche mit einem Isolierlack und/oder einem Kunststoff beschichtet sind verwendet werden, welche eine vorbestimmte Temperatur- und/oder Spannungsfestigkeit aufweisen. Der Isolierlack kann beispielsweise ein Kupferlack sein, welcher auf einem Draht aufgebracht ist. Der Kunststoff kann insbesondere ein mehrstufiges Polyurethan sein.
-
Die Ummantelung kann ausgebildet sein die Leitungsengstellen und/oder die elektrischen Leitungen zumindest teilweise zu umschließen. Insbesondere kann durch eine umschließende elektrische Isolierung der elektrischen Leitungen und insbesondere der Leitungsengstellen mittels der Isolationsschicht eine Isolation realisiert sein
-
In einer Ausführungsform umfasst die Leitungsanordnung eine dritte elektrische Leitung, welche ausgebildet ist, den elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen, und eine dritte Leitungsengstelle aufweist, welche angrenzend an die erste Leitungsengstelle und/oder die zweite Leitungsengstelle angeordnet ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Schutzvorrichtung für Mehrphasenwechselstromnetze, insbesondere Drehstromnetze verwendbar ist, welche drei voneinander unterschiedliche Zuleitungen zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie aufweisen. Die Zuleitungen können mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, wobei jede Zuleitung eine von den weiteren Zuleitungen abweichende Phase aufweisen kann.
-
In einer Ausführungsform sind die erste Leitungsengstelle, die zweite Leitungsengstelle und die dritte Leitungsengstelle angrenzend aneinander angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass mit dem Fließen eines Kurzschlussstroms in einer der Leitungsengstellen eine elektrische Verbindung zwischen allen Leitungsengstellen hergestellt sein kann. Die Isolationsschicht zwischen den Leitungsengstellen kann durch das Fließen des Kurzschlussstroms zerstört sein, sodass die erste, zweite und dritte Leitungsengstelle elektrisch miteinander verbunden sein können.
-
In einer Ausführungsform ist die zumindest eine Isolationsschicht zwischen der ersten Leitungsengstelle, der zweiten Leitungsengstelle und der dritten Leitungsengstelle angeordnet, wobei die zumindest eine Isolationsschicht ausgebildet ist, die Leitungsengstellen jeweils von den weiteren Leitungsengstellen elektrisch zu isolieren. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auch die dritte elektrische Leitung mit der dritten Leitungsengstelle von der ersten elektrischen Leitung und der zweiten elektrischen Leitung elektrisch isoliert sein kann. Die Isolationsschicht, welche insbesondere mit der ersten, zweiten und dritten Leitungsengstelle verbunden ist, kann ausgebildet sein, bei dem Fließen eines Kurzschlussstroms in einer der Leitungsengstellen eine elektrische Verbindung zwischen allen Leitungsengstellen zu realisieren. Die Isolationsschicht kann durch separate, benachbarte Leitungsisolierungen und/oder ein kontinuierliches Medium, in welches die Leitungsengstellen eingebettet sind, gebildet sein.
-
Die benachbarten Leitungsisolierungen können in mechanischem, insbesondere auch in wärmeleitendem Kontakt zueinander stehen, sodass eine thermische Beaufschlagung in einem Bereich der Leitungsisolierung mittels Wärmeleitung über die Leitungsisolierungen auch eine thermische Beaufschlagung der verbleibenden Leitungsisolierungen realisiert sein kann. Ebenso kann eine lokal beschränkte thermische Beaufschlagung der Isolationsschicht mittels Wärmeleitung in der Isolationsschicht eine thermische Beaufschlagung der gesamten Isolationsschicht oder zumindest weiterer Teilbereiche der Isolationsschicht realisieren. Die thermische Beaufschlagung der Isolationsschicht kann insbesondere durch einen Wärmetransport von den Leitungsengstellen zu der Isolationsschicht realisiert sein.
-
In einer Ausführungsform sind die erste Leitungsengstelle und die zweite Leitungsengstelle in einem ersten Kontaktbereich angrenzend aneinander, insbesondere gekreuzt angeordnet. Der erste Kontaktbereich kann insbesondere einen räumlich vorbestimmten Bereich für die thermische Zerstörung der Isolationsschicht darstellen, an welchem eine elektrische Verbindung mit der jeweils verbleibenden Leitungsengstelle realisiert werden kann. Insbesondere kann die Isolationsschicht in dem ersten Kontaktbereich eine in Bezug auf die weiteren Bereiche der Isolationsschicht abweichende Dicke und/oder Temperaturstabilität aufweisen, sodass eine thermische Zerstörung der Isolationsschicht lediglich in dem ersten Kontaktbereich realisiert sein kann, und die weiteren Bereiche der Isolationsschicht unabhängig von dem elektrischen Kontakt der Leitungsengstellen eine elektrisch isolierende Funktion in den weiteren Bereichen der Isolationsschicht aufrechterhält.
-
In einer Ausführungsform ist die dritte Leitungsengstelle in einem zweiten Kontaktbereich angrenzend an die erste Leitungsengstelle und/oder die zweite Leitungsengstelle angeordnet und mittels der zumindest einen Isolationsschicht in dem zweiten Kontaktbereich von der ersten Leitungsengstelle und/oder der zweiten Leitungsengstelle elektrisch isoliert, wobei der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich beabstandet voneinander angeordnet sind. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine elektrisch leitende Verbindung bei dem Fließen eines Kurzschlussstroms jeweils nur zwischen zwei Leitungsengstellen hergestellt wird, über welche der Kurzschlussstrom abfließen kann. Der Energietransport zu dem elektrischen Verbraucher kann über diejenige elektrische Leitung mit der jeweils verbleibenden, elektrisch isolierten Leitungsengstelle erhalten sein. Durch Wärmeleitung kann eine elektrische Verbindung zusätzlich in weiteren Kontaktbereichen realisiert sein. Insbesondere kann die elektrische Verbindung in den weiteren Kontaktbereichen nach einer Verzögerungszeit realisiert sein.
-
In einer Ausführungsform ist die dritte Leitungsengstelle in einem dritten Kontaktbereich angrenzend an die erste Leitungsengstelle und/oder die zweite Leitungsengstelle angeordnet und mittels der zumindest einen Isolationsschicht in dem dritten Kontaktbereich von der ersten Leitungsengstelle und/oder der zweiten Leitungsengstelle elektrisch isoliert, wobei der zweite Kontaktbereich und der dritte Kontaktbereich beabstandet zueinander angeordnet sind. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass für jede Kombination von zumindest zwei Leitungsengstellen der insgesamt drei Leitungsengstellen ein separater Kontaktbereich bereitgestellt ist, in welchem die elektrische Verbindung zwischen den zumindest zwei Leitungsengstellen realisiert sein kann. Mit der thermischen Zerstörung der Isolationsschicht an einer der Leitungsengstellen können in jeweils zwei Kontaktpunkten elektrisch leitende Verbindungen zu den jeweils anderen Leitungsengstellen realisiert sein. Beispielsweise kann das Fließen eines Kurzschlussstroms in der ersten Leitungsengstelle eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Leitungsengstelle und der zweiten Leitungsengstelle in dem ersten Kontaktpunkt realisieren.
-
Zusätzlich kann eine, insbesondere von der bestehenden elektrischen Verbindung zwischen der ersten Leitungsengstelle und der zweiten Leitungsengstelle beabstandet angeordnete, weitere elektrische Verbindung zwischen der ersten Leitungsengstelle und der dritten Leitungsengstelle in dem zweiten Kontaktpunkt realisiert sein.
-
In einer Ausführungsform sind die erste Leitungsengstelle und/oder die zweite Leitungsengstelle wärmeleitfähig ausgebildet, um bei Überschreiten der vorbestimmten Temperatur an dem ersten Kontaktbereich ein Überschreiten der vorbestimmten Temperatur an dem zweiten Kontaktbereich und/oder an dem dritten Kontaktbereich zu realisieren. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Kettenreaktion weitere elektrische Verbindung zwischen den Leitungsengstellen realisiert. Durch die Wärmeleitfähigkeit der Isolationsschicht kann die Isolationsschicht in weiteren Bereichen, welche beabstandet von dem primär thermisch beaufschlagten Bereich der Isolationsschicht angeordnet sind, ebenso thermisch beaufschlagt sein, wobei die Isolationsschicht in den weiteren Bereichen der Isolationsschicht ebenso verdampfen und/oder schmelzen kann, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den jeweiligen Leitungsengstellen herzustellen.
-
In einer Ausführungsform ist die zumindest eine Isolationsschicht mittels Umspritzen der ersten Leitungsengstelle und/oder der zweiten Leitungsengstelle herstellbar. Dadurch wird der Vorteil einer besonders effizienten Herstellung der Isolationsschicht erreicht. Insbesondere kann durch das Umspritzen eine individuelle Dicke der Isolationsschicht realisiert sein. Die Dicke der Isolationsschicht kann ferner in Abhängigkeit der Position der Leitungsengstellen dicker oder dünner ausgeprägt sein und/oder neben den Leitungsengstellen auch Bereiche der elektrischen Leitungen umfassen. Die elektrischen Leitungen können zumindest teilweise von der Isolationsschicht umschlossen sein.
-
In einer Ausführungsform weist die Leitungsanordnung für jede elektrische Leitung jeweils einen Eingangsanschluss und jeweils einen Ausgangsanschluss auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die jeweiligen elektrischen Leitungen mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen und/oder unterschiedlichen elektrischen Strömen beaufschlagt werden können. Die unterschiedlichen elektrischen Ströme können insbesondere voneinander abweichende Phasen aufweisen.
-
Die Eingangsanschlüsse können eine trennbare elektrische Verbindung zwischen einer Zuleitung einer Versorgungsnetzanschlussleitung und der Schutzvorrichtung realisieren. In einer Ausführungsform bilden die Eingangsanschlüsse Kontaktstellen für eine nichtlösbare insbesondere gelötete, verschweißte oder verpresste Verbindung zwischen der Zuleitung und der Schutzvorrichtung.
-
Die Ausgangsanschlüsse können eine trennbare elektrische Verbindung zwischen der Schutzvorrichtung und dem elektrischen Verbraucher realisieren. In einer Ausführungsform bilden die Ausgangsanschlüsse Kontaktstellen für eine nichtlösbare insbesondere gelötete, verschweißte oder verpresste Verbindung zwischen der Schutzvorrichtung und dem elektrischen Verbraucher.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Offenbarung ein Schutzsystem zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers vor einem Kurzschlussstrom. Das Schutzsystem umfasst eine Schutzvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, welche dem elektrischen Verbraucher vorgeschaltet ist, wobei die Leitungsanordnung für die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung jeweils einen Eingangsanschluss und jeweils einen Ausgangsanschluss aufweist. Weiterhin umfasst das Schutzsystem eine Versorgungsnetzanschlussleitung zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie, welche zumindest zwei elektrische Zuleitungen zum Transport von elektrischer Energie zu dem elektrischen Verbraucher umfasst, wobei die elektrischen Zuleitungen jeweils mit einem der Eingangsanschlüsse der Leitungsanordnung elektrisch verbindbar sind, und eine Abschaltvorrichtung, welche der Schutzvorrichtung vorgeschaltet und ausgebildet ist, die elektrische Verbindung zwischen der Versorgungsnetzanschlussleitung und der Schutzvorrichtung bei Vorliegen einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten elektrischen Leitung und der zweiten elektrischen Leitung zu unterbrechen, um bei einem Fließen eines elektrischen Kurzschlussstroms durch die Schutzvorrichtung den Transport von elektrischer Energie zu der Schutzvorrichtung zu unterbinden, wobei der elektrische Verbraucher an die Ausgangsanschlüsse der Schutzvorrichtung anschließbar ist.
-
Nachdem eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der ersten Leitungsengstelle und der zweiten Leitungsengstelle hergestellt ist, kann ein Kurzschlussstrom mit einer Stromstärke, welche außerhalb eines Toleranzbereichs der Schutzvorrichtung liegt durch die Leitungsengstellen fließen, wobei durch den ohmschen Widerstand der Leitungsengstellen eine Verlustleistung, insbesondere in Form von Wärme in der Schutzvorrichtung generiert wird. Mit der Abschaltvorrichtung kann das Fließen des Kurzschlussstroms unterbunden werden.
-
Die Abschaltvorrichtung kann den Stromfluss insbesondere nach einem vorbestimmten Zeitintervall, nachdem die Isolationsschicht thermisch zerstört ist, unterbinden. Die Isolationsschicht kann beispielsweise in einem Zeitintervall von 0.1 ms bis 5 ms nach Beginn des Fließens des Kurzschlussstroms thermisch zerstört sein und eine elektrische Verbindung zwischen den Leitungsengstellen herstellen. Die Abschaltvorrichtung kann beispielsweise nach einem Zeitintervall von 5 ms bis 15 ms nach Beginn des Fließens des Kurzschlussstroms eine Trennung der elektrischen Verbindung zwischen der Versorgungsnetzanschlussleitung und der Schutzvorrichtung realisieren. Die Stromstärke des Kurzschlussstroms kann während der zuvor genannten Zeitintervalle insbesondere kontinuierlich steigen, sodass die Stromstärke des durch die Schutzvorrichtung fließenden elektrischen Stroms größer, insbesondere um den Faktor 2, 6 oder 10 größer, sein kann als eine initiale Stromstärke, bei welcher eine elektrische Verbindung zwischen den Leitungsengstellen hergestellt ist und welche zu dem elektrischen Verbraucher geflossen ist.
-
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsformen;
- 2 ein Schutzsystem gemäß einer Ausführungsform; und
- 3 eine Schutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung der Schutzvorrichtung 100 zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers, welcher der Schutzvorrichtung 100 elektrisch nachgeschaltet ist. Die Schutzvorrichtung 100 umfasst eine Leitungsanordnung 101 mit einer ersten elektrischen Leitung 103 und einer zweiten elektrischen Leitung 105 zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie. Die erste elektrische Leitung 103 weist eine erste Leitungsengstelle 107 mit einem reduzierten Leitungsquerschnitt auf und die zweite elektrische Leitung 105 weist eine zweite Leitungsengstelle 109 mit einem reduzierten Leitungsquerschnitt auf. Die erste Leitungsengstelle 107 und die zweite Leitungsengstelle 109 sind aneinander angrenzend angeordnet. Ferner umfasst die Schutzvorrichtung 100 zumindest eine Isolationsschicht 111, welche die erste Leitungsengstelle 107 von der zweiten Leitungsengstelle 109 elektrisch isoliert, wobei die zumindest eine Isolationsschicht 111 temperaturabhängig thermisch zerstörbar ist. Die erste Leitungsengstelle 107 und/oder die zweite Leitungsengstelle 109 sind durch einen Stromfluss elektrisch erwärmbar und die zumindest eine Isolationsschicht 111 ist thermisch beaufschlagbar, um die zumindest eine Isolationsschicht 111 bei Erreichen einer vorbestimmten Stromstärke des Stroms durch die Leitungsanordnung 101 thermisch zu zerstören und dadurch die erste elektrische Leitung 103 mit der zweiten elektrischen Leitung 105 elektrisch leitend zu verbinden.
-
Die zumindest eine Isolationsschicht 111 ist durch eine Ummantelung der ersten elektrischen Leitung und der zweiten elektrischen Leitung 105 gebildet. Die zumindest eine Isolationsschicht 111 ist weiterhin gegenüber einem Fließen eines elektrischen Einschalt- und/oder Nennstroms durch die erste elektrische Leitung 103 und/oder die zweite elektrische Leitung 105 in einem vorbestimmten Zeitintervall, zerstörungsfrei ausgebildet. Die Stromstärke des elektrischen Einschalt- und/oder Nennstroms ein Vielfaches, insbesondere ein Fünffaches oder Zehnfaches der Stromstärke eines dauerhaft durch die erste elektrische Leitung 103 und/oder die zweite elektrische Leitung 105 fließenden elektrischen Stroms beträgt.
-
Die erste Leitungsengstelle 107 und die zweite Leitungsengstelle 109 sind unbeweglich ausgebildet, um eine Abstoßung der ersten Leitungsengstelle 107 und der zweiten Leitungsengstelle 109 voneinander zu unterbinden. Die Leitungsanordnung 101 umfasst ferner eine dritte elektrische Leitung 113, welche ausgebildet ist, den elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen, und eine dritte Leitungsengstelle 115 aufweist, welche angrenzend an die erste Leitungsengstelle 107 und/oder die zweite Leitungsengstelle 109 angeordnet ist.
-
Die zumindest eine Isolationsschicht 111 ist zwischen der ersten Leitungsengstelle 107, der zweiten Leitungsengstelle 109 und der dritten Leitungsengstelle 115 angeordnet, wobei die zumindest eine Isolationsschicht 111 ausgebildet ist, die Leitungsengstellen 107, 109, 115 jeweils von den weiteren Leitungsengstellen elektrisch zu isolieren. So ist die erste Leitungsengstelle 107 von der zweiten Leitungsengstelle 109 und der dritten Leitungsengstelle 115 mittels der zumindest einen Isolationsschicht 111 elektrisch isoliert und die zweite Leitungsengstelle 109 ist von der dritten Leitungsengstelle 115 elektrisch isoliert.
-
Die erste Leitungsengstelle 107 und die zweite Leitungsengstelle 109 sind in einem ersten Kontaktbereich 117 angrenzend aneinander, insbesondere gekreuzt angeordnet. Die dritte Leitungsengstelle 115 ist in einem zweiten Kontaktbereich 119 angrenzend an die erste Leitungsengstelle 107 angeordnet und mittels der zumindest einen Isolationsschicht 111 in dem zweiten Kontaktbereich 119 von der ersten Leitungsengstelle 107 elektrisch isoliert. Der erste Kontaktbereich 117 und der zweite Kontaktbereich 119 sind beabstandet voneinander angeordnet. Die dritte Leitungsengstelle 115 ist in einem dritten Kontaktbereich 121 angrenzend an die zweite Leitungsengstelle 109 angeordnet und mittels der zumindest einen Isolationsschicht 111 in dem dritten Kontaktbereich 121 von der zweiten Leitungsengstelle 109 elektrisch isoliert, wobei der zweite Kontaktbereich 119 und der dritte Kontaktbereich 121 beabstandet zueinander angeordnet sind. Ferner ist der dritte Kontaktbereich 121 beabstandet von dem ersten Kontaktbereich 117 angeordnet.
-
Die erste Leitungsengstelle 107, die zweite Leitungsengstelle 109 und/oder die dritte Leitungsengstelle 115 sind wärmeleitfähig ausgebildet, um bei Überschreiten der vorbestimmten Temperatur an dem ersten Kontaktbereich 117 ein Überschreiten der vorbestimmten Temperatur an dem zweiten Kontaktbereich 119 und/oder dem dritten Kontaktbereich 121 zu realisieren.
-
Die Leitungsanordnung 101 weist für jede elektrische Leitung 103, 105, 113 jeweils einen Eingangsanschluss 123, 125, 127 und jeweils einen Ausgangsanschluss 129, 131, 133 auf. An die Eingangsanschlüsse 123, 125, 127 kann jeweils eine elektrische Zugangsleitung einer Versorgungsnetzanschlussleitung angeschlossen werden, und an die Ausgangsanschlüsse 129, 131, 133 kann jeweils ein elektrischer Verbraucher oder ein Anschluss eines elektrischen Verbrauchers angeschlossen werden.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schutzsystems 200 zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers 203 vor einem Kurzschlussstrom. Das Schutzsystem 200 umfasst eine Schutzvorrichtung 100, welche dem elektrischen Verbraucher 203 vorgeschaltet ist. Die Schutzvorrichtung 100 umfasst eine Leitungsanordnung 101 mit einer ersten elektrischen Leitung 103 und einer zweiten elektrischen Leitung 105 zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers 203 mit elektrischer Energie. Die erste elektrische Leitung 103 weist eine erste Leitungsengstelle 107 mit einem reduzierten Leitungsquerschnitt auf und die zweite elektrische Leitung 105 weist eine zweite Leitungsengstelle 109 mit einem reduzierten Leitungsquerschnitt auf. Die erste Leitungsengstelle 107 und die zweite Leitungsengstelle 109 sind aneinander angrenzend angeordnet, wobei die Leitungsanordnung 101 für die erste elektrische Leitung 103 und die zweite elektrische Leitung 105 jeweils einen Eingangsanschluss 123, 125, 127 und jeweils einen Ausgangsanschluss 129, 131, 133 aufweist.
-
Weiterhin umfasst die Schutzvorrichtung 100 zumindest eine Isolationsschicht 111, welche die erste Leitungsengstelle 107 von der zweiten Leitungsengstelle 109 elektrisch isoliert, wobei die zumindest eine Isolationsschicht 111 temperaturabhängig thermisch zerstörbar ist. Die erste Leitungsengstelle 107 und/oder die zweite Leitungsengstelle 109 sind durch einen Stromfluss elektrisch erwärmbar und die zumindest eine Isolationsschicht 111 ist thermisch beaufschlagbar, um die zumindest eine Isolationsschicht 111 bei Erreichen einer vorbestimmten Stromstärke des Stroms durch die Leitungsanordnung 101 thermisch zu zerstören und dadurch die erste elektrische Leitung 103 mit der zweiten elektrischen Leitung 105 elektrisch leitend zu verbinden.
-
Ferner umfasst das Schutzsystem 200 eine Versorgungsnetzanschlussleitung 205 zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers 203 mit elektrischer Energie, welche zumindest drei elektrische Zuleitungen 207, 209, 213 zum Transport von elektrischer Energie zu dem elektrischen Verbraucher 203 umfasst, wobei die elektrischen Zuleitungen 207, 209, 213 jeweils mit einem der Eingangsanschlüsse 123, 125, 127 der Leitungsanordnung 101 elektrisch verbindbar sind.
-
Das Schutzsystem 200 umfasst weiterhin eine Abschaltvorrichtung 211, welche der Schutzvorrichtung 100 vorgeschaltet und ausgebildet ist, die elektrische Verbindung zwischen der Versorgungsnetzanschlussleitung 205 und der Schutzvorrichtung 100 bei Vorliegen einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten elektrischen Leitung 103 und der zweiten elektrischen Leitung 105 zu unterbrechen, um bei einem Fließen eines elektrischen Kurzschlussstroms durch die Schutzvorrichtung 100 den Transport von elektrischer Energie zu der Schutzvorrichtung 100 zu unterbinden. Der elektrische Verbraucher 203 ist an die Ausgangsanschlüsse 129, 131, 133 der Schutzvorrichtung 100 anschließbar.
-
Die Schutzvorrichtung 100 umfasst ferner eine Leiterplatte 201, wobei die erste Leitungsengstelle 107, die zweite Leitungsengstelle 109 und/oder die dritte Leitungsengstelle 115 auf der Leiterplatte 201 fixiert sind.
-
Die erste Leitungsengstelle 107, die zweite Leitungsengstelle 109 und die dritte Leitungsengstelle 115 sind angrenzend aneinander angeordnet. Insbesondere kreuzen sich die Leitungsengstellen 107, 109, 115 in dem ersten Kontaktbereich 117, wobei die Leitungsengstellen in dem ersten Kontaktbereich 117 mittels der zumindest einen Isolationsschicht 111 jeweils voneinander elektrisch isoliert sind.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung der Schutzvorrichtung 100 zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers, welcher der Schutzvorrichtung 100 elektrisch nachgeschaltet ist, vor einem Kurzschlussstrom. Die Schutzvorrichtung 100 umfasst eine Leitungsanordnung 101 mit einer ersten elektrischen Leitung 103 und einer zweiten elektrischen Leitung 105 zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie. Die erste elektrische Leitung 103 weist eine erste Leitungsengstelle 107 mit einem reduzierten Leitungsquerschnitt auf und die zweite elektrische Leitung 105 weist eine zweite Leitungsengstelle 109 mit einem reduzierten Leitungsquerschnitt auf. Die erste Leitungsengstelle 107 und die zweite Leitungsengstelle 109 sind aneinander angrenzend angeordnet. Ferner umfasst die Schutzvorrichtung 100 zumindest eine Isolationsschicht 111, welche die erste Leitungsengstelle 107 von der zweiten Leitungsengstelle 109 elektrisch isoliert, wobei die zumindest eine Isolationsschicht 111 temperaturabhängig thermisch zerstörbar ist. Die erste Leitungsengstelle 107 und/oder die zweite Leitungsengstelle 109 sind durch einen Stromfluss elektrisch erwärmbar und die zumindest eine Isolationsschicht 111 ist thermisch beaufschlagbar, um die zumindest eine Isolationsschicht 111 bei Erreichen einer vorbestimmten Stromstärke des Stroms durch die Leitungsanordnung 101 thermisch zu zerstören und dadurch die erste elektrische Leitung 103 mit der zweiten elektrischen Leitung 105 elektrisch leitend zu verbinden.
-
Die zumindest eine Isolationsschicht 111 ist durch eine Ummantelung um die erste Leitungsengstelle 107, die zweite Leitungsengstelle 109 und/oder die dritte Leitungsengstelle 115 gebildet. Insbesondere umschließt die zumindest eine Isolationsschicht 111 die Leiterplatte 201.
-
Die Leitungsanordnung 101 umfasst eine dritte elektrische Leitung 113, wobei die elektrischen Leitungen 103, 105, 113 an einem ersten Ende der elektrischen Leitungen 103, 105, 113 jeweils einen Eingangsanschluss 123, 125, 127 aufweisen und an einem zweiten Ende der elektrischen Leitungen 103, 105, 113 jeweils einen Ausgangsanschluss 129, 131, 133 aufweisen. Die Leitungsanordnung 101 ist ausgebildet elektrische Energie in Form eines elektrischen Wechselstroms mit einer elektrischen Spannung mittels der elektrischen Leitungen 103, 105, 113 von einem Versorgungsnetzleitungsanschluss zu einem elektrischen Verbraucher zu transportieren. Insbesondere wird über die elektrischen Leitungen 103, 105, 113 ein Wechselstrom übertragen, welcher in Bezug auf die jeweils anderen elektrischen Leitungen eine abweichende Phase aufweist. Die Phase kann insbesondere zwischen der ersten elektrischen Leitung 107 und der zweiten elektrischen Leitung 109 um 30° verschoben sein und zwischen der zweiten elektrischen Leitung 109 und der dritten elektrischen Leitung 113 um weitere 30° verschoben sein, sodass ein Phasenunterschied von 60° zwischen der ersten elektrischen Leitung 107 und der dritten elektrischen Leitung 113 realisiert ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Schutzvorrichtung
- 101
- Leitungsanordnung
- 103
- Erste elektrische Leitung
- 105
- Zweite elektrische Leitung
- 107
- Erste Leitungsengstelle
- 109
- Zweite Leitungsengstelle
- 111
- Isolationsschicht
- 113
- Dritte elektrische Leitung
- 115
- Dritte Leitungsengstelle
- 117
- Erster Kontaktbereich
- 119
- Zweiter Kontaktbereich
- 121
- Dritter Kontaktbereich
- 123
- Eingangsanschluss
- 125
- Eingangsanschluss
- 127
- Eingangsanschluss
- 129
- Ausgangsanschluss
- 131
- Ausgangsanschluss
- 133
- Ausgangsanschluss
- 200
- Schutzsystem
- 201
- Leiterplatte
- 203
- Elektrischer Verbraucher
- 205
- Versorgungsnetzanschlussleitung
- 207
- Elektrische Zuleitung
- 209
- Elektrische Zuleitung
- 211
- Abschaltvorrichtung
- 213
- Elektrische Zuleitung
