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Die Erfindung betrifft eine Kurzschließeinrichtung
für den
Einsatz in Nieder- und
Mittelspannungsanlagen zum Sach- und Personenschutz, umfassend ein
Schaltelement, welches von einem Auslösesignal einer Fehlererfassungseinrichtung
betätigt wird,
zwei das Schaltelement zwischen sich aufnehmende Elektroden mit
Mitteln zur Stromzuführung, wobei
diese an einen Stromkreis mit Anschlüssen von unterschiedlichem
Potential kontaktierbar sind und das Schaltelement mit den Elektroden
in elektrischer Verbindung steht, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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In elektrischen Schalt- und Verteileranlagen können verschiedene
Fehler eintreten, die nicht unmittelbar zum Ansprechen bzw. nur
zu einem verzögerten
Ansprechen vorhandener Überstrom-Schutzeinrichtungen
führen.
Beispielhaft seien hier Störlichtbögen erwähnt. Ähnliche
Probleme treten insbesondere hinsichtlich des Personenschutzes durch betriebsbedingte
oder auf Fehler zurückführende Potentialdifferenzen
auf. Solcherart Fehler können
zu extremen Sachschäden,
aber auch Personenschäden
führen.
Zur Begrenzung der Schäden
ist neben einer sehr schnellen Erfassung des Fehlers auch dessen
rasche Abschaltung erforderlich.
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Für
die rasche Erfassung verschiedener Fehlerfälle gehören verschiedenste Lösungen zum Stand
der Technik. Verwiesen sei hier beispielsweise auf die
DE 43 31 992 A1 , die eine
gegen Störlichtbögen gesicherte
zellenartige Schaltanlage zur Verteilung elektrischer Energie offenbart.
Auch in der
DE 43 45
170 A1 ist eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung
für Schaltanlagen
beschrieben, wobei dort das eigentliche Schalt- oder Schutzgerät von einem Signal
aus einer UND-Verknüpfung
mindestens eines lichtempfindlichen Sensors und eines lichtunempfindlichen
Sensors betätigt
wird. Der eigentliche Kurzschließer umfaßt eine Spule, wobei der Kurzschließer infolge
der Kräfte,
die durch den Induktionsstrom in unter einem Vakuum stehenden becherartigen
Metallteilen entstehen, einen metallischen Kurzschluß zwischen
den kurzzuschließenden
Teilen erzeugt. Die Energiespeicherquelle und die Spule sollen so
bemessen werden, daß ein
metallischer Kurzschluß in
einer Zeit zwischen 0,1 und 2 ms erfolgt.
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Bei dem Kurzschließer zur
Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer Energie gemäß
DE 197 46 815 A1 ist
ein direkt von einem Gasgenerator angetriebenes kurzschließendes Element
mit einem Kurzschließerkolben
vorgesehen. Der dortige Kurzschließerkolben soll unabhängig von
Fertigungstoleranzen eine optimale Stoßbewegung ausführen und
gleichzeitig transportgesichert sein.
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Die allgemein üblichen Schutzvorrichtungen im
Niederspannungsbereich, wie z. B.. Leistungsschalter oder Sicherungen,
unterbrechen nur hohe Kurzschlußströme innerhalb
weniger Millisekunden. Im Mittelspannungsbereich beschränkt sich
diese Fähigkeit
zudem fast ausschließlich
auf Sicherungen. Derartig hohe Ströme treten jedoch nur bei einem
Teil der möglichen
Anlagenfehler auf. Bei einem weiteren Teil der Fehler liefert, falls
vorhanden, ein an sich bekanntes Erfassungssystem ein Signal und
es wird ein vorgeordneter Leistungsschalter geöffnet. Bei üblichen Schaltern wird für die Fehlererkennung bis
zur Abschaltung eine Zeit von 20 ms bis 100 ms benötigt. Solche
Systeme sind daher zur Schadensbegrenzung kaum einsetzbar. Die Schäden, die
an elektrischen Anlagen entstehen, werden durch die dynamische Krafteinwirkung
der hohen Ströme, durch
den schnellen Aufbau von hohen Drücken bzw. Druckwellen und durch
die thermische Wirkung des Lichtbogens mit Temperaturen von bis
zu 20.000 K verursacht.
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Für
eine effektive Schadensbegrenzung mit reduziertem Instandsetzungsaufwand
sind daher sehr kurze Abschaltzeiten, möglichst deutlich unter 5 ms,
notwendig. Solche kurzen Abschaltzeiten sind deshalb erforderlich,
da nur auf diesem Wege die Höhe
der Fehlerströme
und die Einwirkdauer der Licht bögen
in Anlagen begrenzbar ist. Wie aus dem Stand der Technik vorbekannt,
können
erstens die Fehlerströme
durch die in den Anlagen vorhandenen Schaltgeräte ausgeschaltet werden. Zweitens
besteht die Möglichkeit,
den Lichtbogenfehler durch eine niederohmige Verbindung, z. B. einen
schnellen Kurzschließer,
so lange zu shunten, bis eine Fehlerabschaltung durch die in der
Anlage vorhandenen Schaltgeräte
erfolgt. Dabei kann der Lichtbogen als Quelle der thermischen Zerstörung in
den Anlagen durch den parallelen Nebenschluß des Kurzschließers zum
Verlöschen
gebracht werden.
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Bei der erstgenannten Variante ergibt
sich die Notwendigkeit, neben einer schnellen Fehlererfassung extrem
schnelle Schaltgeräte
innerhalb der Anlagen einzusetzen. Dies scheitert derzeit an den hohen
Kosten bzw. der fehlenden Marktreife solcher Schaltgeräte.
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Es besteht also demnach nur die Möglichkeit der
Erzeugung eines definierten Kurzschlusses, der durch das Verlöschen des
Lichtbogens einerseits die Schäden
in der Anlage begrenzt und andererseits die Zeitdauer für das Ansprechen
konventioneller Schutzgeräte
mit Kurzschlußauslösung verkürzt.
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An die Kurzschließeinrichtung ergeben sich sehr
extreme Anforderungen. So werden neben einem hohen Isolationswert
und einer hohen Spannungsfestigkeit im Ruhezustand nach der Signalabgabe
extrem geringe Reaktionszeiten, ein extrem geringer Widerstand und
eine hohe Stromtragfähigkeit von
bis zu 100 kA bzw. bei Stoßbelastung
bis zu 220 kA für
eine Zeitdauer von im wesentlichen 100 ms erwartet. Ein sehr geringer
Widerstand und ein möglichst
induktivitätsarmer
Aufbau sind für
eine schnelle Kommutierung des Stroms in dem Kurzschließer und das
rasche und sichere Verlöschen
des Störlichtbogens
unerläßlich.
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Mit Blick auf die
DE 94 19 141 U1 , die
DE 197 46 815 A1 sowie
die
DE 42 35 329 C2 sind
typische Kurzschließer
aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird zwischen mehrfach
verwendbaren und einmalig wirkenden Einrichtungen unterschieden.
Wiederverwendbare Kurzschließer
sind sehr aufwendig und kostenintensiv. Bei einmalig wirkenden Kurzschließern wird
im allgemeinen eine Sprengladung oder ein Gasgenerator zum Aufeinanderzube wegen
der Elektroden eingesetzt, was verständlicherweise besondere Schutzmaßnahmen
bei der Herstellung, dem Transport und dem Einsatz nach sich zieht.
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Die gattungsbildende Kurzschlußeinrichtung nach
DE 42 35 329 C2 ist
insbesondere zum Löschen
von Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen
zur Verteilung elektrischer Energie geeignet. Die Kurzschlußeinrichtung
besteht aus mindestens einem Schaltelement, das mit einem Auslösesignal
einer Fehlererkennungseinrichtung betätigt wird, und umfaßt mindestens
einen Kurzschließer.
Der Kurzschließer
besteht aus mindestens zwei das Schaltelement zwischen sich aufnehmenden
Elektroden und weist stromführende
Teile oder Bereiche auf. Infolge des sowohl in dem Schaltelement
als auch in dem Kurzschließer
direkt fließenden Stroms
in den stromführenden
Teilen wird mindestens ein bewegbarer oder deformierbarer stromführender
Bereich gegen die Elektroden gedrückt und somit ein metallischer
Kurzschluß erzeugt.
Die stromführenden
Teile sind im wesentlichen zylindermantel- bzw. rohrförmig und
ineinander angeordnet.
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Auch bei dieser bekannten Kurzschlußeinrichtung
sind die Ansprechzeiten unzureichend und es ist die konstruktive
Gesamtanordnung unter Fertigungsaspekt sehr kostenintensiv.
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Aus dem Vorgenannten ist es daher
Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Kurzschließeinrichtung
für den
Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen zum Sach- und Personenschutz
anzugeben, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und die
ohne Gasgenerator oder pyrotechnische Zünder funktionsfähig ist.
Die zu schaffende Kurzschließeinrichtung
soll bereits unmittelbar nach dem Entstehen des Fehlerfalles ein
Kommutieren des Fehlerstroms in die Kurzschließeinrichtung hinein ermöglichen,
was zu verbesserten Eigenschaften beim angestrebten Sach- und Personenschutz
führt.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung
erfolgt durch eine Kurzschließeinrichtung
gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer
derartigen Kurzschließeinrichtung
gemäß Definition
nach Patentanspruch 18, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen darstellen.
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Ausgehend von einer Kurzschließeinrichtung,
die ein Schaltelement umfaßt,
welches von einem Auslösesignal
einer Fehlererfassungseinrichtung betätigt wird, und wobei zwei das
Schaltelement zwischen sich aufnehmende Elektroden mit Mitteln zur
Stromzuführung
vorgesehen sind, wird das Schaltelement erfindungsgemäß als eine
triggerbare Überspannungs-Schutzeinrichtung
ausgeführt,
welche durch einen Strom- oder Spannungsimpuls zum Ansprechen bringbar
und im Fehlerfall zerstörbar
ist.
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Mindestens eine der die Überspannungs-Schutzeinrichtung
aufnehmenden Elektroden steht unter mechanischer Vorspannung und
ist in Richtung auf die gegenüberliegende
Elektrode bewegbar, wobei die Überspannungs-Schutzeinrichtung
einen Elektrodenabstandshalter bildet, welcher im Falle der gewollten
Zerstörung
ein In-Kontakt-Kommen der Elektroden zur niederohmigen Kurzschlußbildung
ermöglicht.
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Der Überspannungs-Schutzeinrichtung
ist innerhalb der Gesamtanordnung benachbart ein Freiraum zur Aufnahme
von Teilen selbiger im Kurzschluß-Fehlerfall, d.h. bei der gezielten Zerstörung vorgesehen.
Durch diesen Freiraum wird ein Blockieren bei der Elektrodenbewegung
zueinander sicher vermieden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das
Schaltelement eine Reihenschaltung aus einer triggerbaren Überspannungs-Schutzeinrichtung
mit einer Einrichtung, die ein einstellbares oder definiertes Schmelzintegral
aufweist. Bei der Ausführungsform
der Reihenschaltung wird im Fehlerfall lediglich die Einrichtung
mit dem definierten Schmelzintegral zerstört.
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Die Einrichtung mit definiertem Schmelzintegral
kann eine Glasrohr-Sicherung, ein linearer oder nichtlinearer Widerstand,
ein Varistor, ein niedrigschmelzendes Metall oder eine Metall-Legierung, eine
halbleitende oder leitende Keramik oder Glas oder ein ähnliches
Mittel bzw. Material sein.
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Der elektrisch relevante Abstand
zwischen den Elektroden im Normalzustand definiert eine Spannung,
die erfindungsgemäß über der
Ansprechspannung des Schaltelements, z. B. eines eingesetzten Gasableiters,
liegt.
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Die Überspannungs-Schutzeinrichtung
kann also ein Gasableiter, eine Funkenstrecke, ein Thyristor, ein
triggerbarer Vakuumschalter, ein Thyratron, ein triggerbares Halbleiterelement
oder eine ähnliche Baugruppe
sein.
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Über
die Möglichkeit
der Serien- und/oder Parallelschaltung mehrerer Überspannungs-Schutzeinrichtungen
können
die elektrischen Parameter variiert und an den jeweiligen Fall bzw.
an die jeweilige Anlagenkonfiguration angepaßt werden.
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Zur Erzeugung der mechanischen Vorspannung
und der Elektrodenbewegung ist erfindungsgemäß mindestens eine Zug- oder
Druckfeder vorgesehen, die darüber
hinaus einen ausreichenden Widerstand bei der im Fehlerfall erfolgenden
Zerstörung der Überspannungs-Schutzeinrichtung
bzw. des Schaltelements bildet. Zum Abbau dieses Zerstörungsdrucks
können
Kanäle
oder Öffnungen
in oder zwischen den Elektroden ausgebildet werden.
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Bei einer konkreten Ausgestaltung
der Kurzschließeinrichtung
weisen die Elektroden eine sich mit den offenen Mantelflächen gegenüberliegende, jeweilige
Halbzylinderform auf, wobei mindestens eine Elektrode über die
Zylindergrundfläche
von außen
unter Federvorspannung gehalten ist.
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Im Halbzylinder-Innenraum befindet
sich dann die Überspannungs-Schutzeinrichtung,
wobei zwischen dieser und der Zylinder-Innenwandung der Freiraum
zur Aufnahme von Teilen der Überspannungs-Schutzeinrichtung
im Zerstörungsfall
verbleibt.
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Der Triggeranschluß ist bevorzugt über die Zylindermantelfläche und
dort wiederum bevorzugt über
diejenige Mantelfläche
der feststehenden Elektrode ausgeführt.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung
weist eine der Elektroden einen konusförmigen Innenraum und die Gegenelektrode
eine Gegenkonus- oder Kegelform auf, wobei im Bodenbereich der Elektrode
mit konusförmigem
Innenraum die Überspannungs-Schutzeinrichtung
angeordnet und im Ausgangszustand der Abstand zwischen Konus- und
Gegenkonusfläche
kleiner als der Abstand der Elektroden im Bodenbereich und dort
befindlicher Überspannungs-Schutzeinrichtung
ist.
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Eine dritte Ausführungsform geht von einer Elektrode
in Topfform aus, wobei hier die Gegenelektrode eine in den Topf
eintauchende Stempelform aufweist.
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Im Topfinneren der entsprechenden
Elektrode ist eine umlaufende Stufung vorgesehen, welche mit der
Stempeloberfläche
im Fehlerfall den Kurzschlußbereich
bildet.
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Unterhalb der Stufung der Elektrode
in Topfform ist ein Aufnahmeraum für die triggerbare Überspannungs-Schutzeinrichtung
vorgesehen.
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Die Einrichtung mit definiertem Schmelzpotential
befindet sich in elektrischem Kontakt zwischen einer Aufnahme in
der stempelförmigen
Elektrode einerseits und mit einer Oberfläche der Überspannungs-Schutzeinrichtung
andererseits.
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Die bevorzugt bewegliche Elektrode
in Stempelform ist von einer die Topfformelektrode bedeckenden Isolationsscheibe
geführt
und beweglich gehalten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben der vorgeschlagenen Kurzschließeinrichtung kommutiert im
Fehlerfall sofort über
die gezündete Überspannungs-Schutzeinrichtung
der Fehlerstrom von der Fehlerquelle in der Schaltanlage zum Schaltelement
der Kurzschließeinrichtung,
wodurch die Gesamtverzögerungszeit
vermindert und die Einwirkdauer von Störlichtbögen verkleinert ist. Mit der vollzogenen
Zerstörung
der Überspannungs-Schutzeinrichtung
kommen die Elektroden des Kurzschließers in Kontakt und es wird
ein irreversibler, niederohmiger, metallischer Kurzschluß erzeugt.
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Die Bewegung der Elektroden im Kurzschlußfall zueinander
kann durch eine entsprechende Stromzuführung und eine hierdurch bedingte
elektrodynamische Krafteinwirkung erhöht bzw. beschleunigt werden.
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Im Sinne der Erfindung übernimmt
die integrierte Überspannungs-Schutzeinrichtung
für sich oder
im Zusammenwirken mit weiteren, externen Überspannungs-Schutzeinrichtungen
eine Anlagen-Überspannungs-Schutzfunktion
und wird damit multivalent.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand
eines Ausführungsbeispiels
sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 einen
prinzipiellen Aufbau eines Fehlererfassungssystems in Nieder- und Mittelspannungsanlagen
zum Sach- und Personenschutz;
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2 eine
erste Ausführungsform
der Erfindung mit einer Kurzschließeinrichtung, welche halbzylinderförmige, gegenüberstehende
Elektroden aufweist;
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3 eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung mit einer Konus- sowie einer Gegenkonuselektrode und
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4 eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung mit einer Elektrodenkonfiguration, umfassend eine
feststehende Topfelektrode und eine bewegliche Stempelelektrode.
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Die 1 geht
von einem an sich bekannten Fehlererfassungssystem 1 aus,
welches zur Erfassung unterschiedlicher anormaler Zustände, wie
z. B. Brand, Spannung, Fehlerstrom, Druck, Störlichtbögen und so weiter geeignet
ist. Das Fehlererfassungssystem 1 dient also zur Erkennung
eines abnormalen Zustands und zur Signalabgabe.
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Das Fehlererfassungssystem 1 führt ein
Signal an eine Auslöseimpuls-Erzeugungseinrichtung 2 und
stellt weiterhin ein Signal bereit, was an eine Meldeeinrichtung 4 gelangt.
Diese Meldeeinrichtung 4 kann die in bekannten Anlagen
vorhandenen Schutzeinrichtungen steuern.
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Ausgangsseitig steht die Auslöseimpuls-Erzeugungseinrichtung 2 mit
einem Kurzschließer 3 in Verbindung
und liefert einen auf den Kurzschließer abgestimmten Strom- bzw.
Spannungsimpuls zu dessen Auslösung.
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Die Auslöseimpuls-Erzeugungseinrichtung 2 kann
jedoch auch Impulse zur Betätigung
von geeigneten Schutzgeräten
in den Anlagen selbst liefern. So ist z. B. die externe Betätigung des
Kurzschlußauslösers, insbesondere
eines Niederspannungsschalters, mit einem an das Gerät angepaßten Stromimpuls
möglich. Ähnliches
gilt für
weitere, insbesondere mit einem Magnetfeld steuerbare Schalter, z.
B. supraleitende Schalter, Vakuumschalter mit Magnetantrieb, aber
auch triggerbare Vakuumschalter.
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Bei der ersten Ausführungsform
der Erfindung nach 2 ist
ein triggerbares Schaltelement 7, z. B. in Form eines Gasableiters,
einer Funkenstrecke, eines Thyristors und so weiter vorgesehen,
welche sich zwischen zwei massiven, elektrisch leitfähigen Elektroden 5 und 6 befindet.
Die bewegliche Elektrode 5 ist über eine Druckfeder 9 unter
Vorspannung gehalten und mit einer stromführenden Sammelschiene in Kontakt
stehend.
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Die feste Elektrode 6 führt Erdpotential.
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Die beiden Elektroden 5 und 6 sind
durch einen Isolationsspalt 11 voneinander getrennt. Zwischen
bzw. unterhalb des Schaltelements 7, das im einfachsten
Fall ein Gasableiter sein kann, befindet sich ein Hohl- oder Freiraum 10.
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Eine Zündelektrode 8 oder
eine Potentialsteuerung für
den Gasableiter wird isoliert mit der Einheit zur Erzeugung eines
Auslöseimpulses 2 (siehe 1) verbunden.
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Im Normalzustand kann der Gasableiter
als triggerbares Schaltelement 7 bzw. eine dort vorgesehene
Funkenstrecke bei Bedarf Überspannungen
im Rahmen der jeweiligen Eigenbelastbarkeit begrenzen und somit
eine erste Schutzfunktion übernehmen.
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Durch die Auswahl des Schaltelements 7 kann
bei sehr hohen Isolationswerten z. B. eine nahezu beliebige Ansprechspannung
des Überspannungsschutzes
realisiert werden.
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Durch die Leistungsfähigkeit
und den mechanischen Aufbau des eingesetzten Überspannungs-Schutzgeräts, z. B.
eines Gasableiters, kann die Abstimmung zwischen Überspannungs-Schutzfunktion
und dem Fehlerfall, bei dem der Ableiter zerstört wird, sehr genau vorgenommen
werden. Dies erlaubt eine äußerst flexible
Anpassung der Kombination aus Überspannungsableiter
und irreversiblem Kurzschließer
für die
jeweilige Spannungsebene bzw. entsprechend anderer weiterer spezieller
Anlagencharakteristiken.
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Grundsätzlich soll jedoch der Ansprechwert des
Gasableiters höher
liegen als alle im Betriebsfall auftretenden Spannungen innerhalb
der Anlage.
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Dies bedeutet, daß die Spannungsfestigkeit des
Isolationsspalts 11 deutlich über der Ansprechspannung des
Schaltelements 7 zu wählen
ist.
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Beim Einsatz von weiteren Überspannungs-Schutzgeräten innerhalb
der Anlage bzw. direkt parallel zu dem vorgesehenen Kurzschließer oder
aber auch zusätzlich
in den Kurzschließer
integriert (in der Figur nicht gezeigt), ist dafür Sorge zu tragen, daß die unbeeinflußte Ansprechspannung des
durch den Auslöseimpuls
zündbaren
Ableiters höher
ist, als die Ansprechspannung des für den reinen Überspannungsschutz
vorgesehenen (weiteren) Ableiters.
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Bei der Erfassung eines Fehlerfalls,
z. B. bei Störlichtbögen, muß die Funktion
des Kurzschließers sehr
schnell realisiert werden. Hierfür
wird im Fehlerfall das Schaltelement durch einen Zündimpuls,
geliefert aus der Auslöseimpuls-Erzeugungseinheit 2, gezündet. Bei
einer Stromzündung
kann dieser Impuls direkt zur Zerstörung des Schaltelements 7 genutzt
werden bzw. es führt
hier der anschließende Stromfluß durch
die niederohmige Verbindung des Schaltelements zu dessen (gewünschter)
Zerstörung.
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Es kann damit unmittelbar nach der
Zündung des
Schaltelements 7 bereits die Kommutierung des Fehlerstroms
von der Fehlerquelle zum Schaltelement 7 beginnen, was
im Gegensatz zu bekannten Lösungen
steht, wo dies erst nach der trägheitsbehafteten
mechanischen Bewegung der Kontaktstücke möglich ist.
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Auf diesem Wege wird die Gesamtverzugszeit
des Kurzschließers
vermindert und die Einwirkdauer des Lichtbogens reduziert. Ein weiterer
positiver Effekt dieser Ausführungsform
ist es, daß der
mechanische Bewegungsablauf nicht mehr extrem beschleunigt bzw.
die bewegte Masse minimiert werden muß, da die Zeitdauer bis zur
Einleitung des Kurzschlusses unabhängig von der Bewegung der Kontakte
selbst ist.
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Aufgrund der niedrigen Spannung des Schaltelements 7 kommutiert
der Fehlerstrom sehr zügig
in den Kurzschließer,
und zwar noch vor dem Beginn der Bewegung des Kontaktes bzw. Elektrode 5 hin
zur Elektrode 6 und der mechanischen Zerstörung des
Schaltelements 7.
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Beim Einsatz eines z. B. Gasableiters
zerfällt dieser
in mehrere Einzelteile, welche im Hohlraum 10 aufgenommen
werden. Unter der Vorspannung der Druckfeder 9 bewegt sich,
nachdem die Kommutierung des Fehlerstroms bereits begonnen hat,
die Elektrode 5 auf die Elektrode 6 zu, wodurch
ein quasi widerstandsloser, hochstromtragfähiger Kontakt hergestellt wird.
Diese nochmalige Reduzierung des elektrischen Widerstands fördert die
vollständige Kommutierung
des Fehlerstroms und führt
letztendlich zum Verlöschen
unerwünschter
Störlichtbögen in der
zu schützenden
Anlage.
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Es liegt im Sinne der Erfindung,
daß die Druckfeder 9 selbstverständlich so
auszuführen
ist, daß diese
dem Druck, der bei der Zerstörung
des Schaltelements 7 entsteht, entgegenwirken kann.
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Bei der Ausführungsform nach 3 kann sehr schnell ein
großflächiger,
niederohmiger Kontakt zwischen den beiden Elektroden 5 und 6 über die Ko nus-
bzw. Kegelfläche
hergestellt werden. Selbst bei einer reduzierten Federkraft und
relativ hohen Drücken
durch Zerstörung
des Schaltelements 7 ist ein sicherer Kurzschluß erreichbar.
Die Stromzuführung
bei der Ausführungsform
nach 3 führt darüber hinaus
kaum zu Kraftkomponenten, die einem schnellen niederohmigen Kurzschluß entgegenwirken
können.
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Zur Dämpfung des Druckaufbaus bei
der Zerstörung
des Schaltelements 7 können
im Bodenbereich der Elektrode 6 Öffnungen oder größere Hohlräume vorgesehen
sein.
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Die Führung der Elektrode 5 kann über einen umlaufenden
Isolationsring 12 realisiert werden.
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Die Kontaktierung des Schaltelements 7 erfolgt
isoliert durch den Boden in der Elektrode 6 über einen
Anschluß 8.
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Die in der 4 gezeigte weitere Ausführungsform
der Erfindung ist insbesondere bei großen Isolationsstrecken und
hohen Spannungen von Vorteil.
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Ergänzend zu den Ausführungsformen
nach den 2 und 3 wird hier eine Reihenschaltung
zwischen einem Überspannungsableiter 7,
z. B. einem Gasableiter, und einer Sicherung 13, z. B.
einer Glasrohr-Sicherung, realisiert.
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Nach dem Ansprechen des Überspannungsableiters 7 erfolgt
ein Stromfluß durch
die Sicherung 13, die auch ein Varistor, ein linearer oder nichtlinearer
Widerstand sein kann.
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Die Sicherung 13 selbst
besitzt ein sehr gut einstellbares Schmelzintegral, über welches
das Zusammenwirken mit dem Überspannungsableiter 7 abstimmbar
ist.
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Nach dem Überschreiten des Schmelzintegrals
der Sicherung 13, d.h. im Fehlerfall, wird in der Sicherung 13 ein
Lichtbogen gezündet,
welcher zwar kurzzeitig eine gewisse Lichtbogenspannung erzeugt,
aber grundsätzlich
zur Zerstörung
des Sicherungsgehäuses
führt.
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Hiernach wird die niederohmige Verbindung zwischen
den Elektroden 5 und 6 hergestellt. Bei dieser
Ausführungsform
kann auf die Zerstörung
des eigentlichen Schaltelements, d.h. eines z. B. eingesetzten Überspannungsableiters 7,
verzichtet werden, wodurch sich ein größerer Spielraum für dessen Auslegung
und Aufbau ergibt.
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Anstelle der Sicherung mit Gehäuse können auch
andere Materialien mit relativ hoher mechanischer Festigkeit, aber
einem geringen, vergleichsweise kleinem Schmelzintegral eingesetzt
werden, wie beispielsweise spezielle niedrigschmelzende Metalle
oder Legierungen.
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Die Topfformelektrode 6 nach 4 weist eine Stufung auf 14,
die mit der Stempeloberfläche 15 der
gegenüberliegenden
Elektrode 5 im Fehlerfall den Kurzschlußbereich bildet.
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Unterhalb der Stufung 14 ist
ein Aufnahmeraum A für
die triggerbare Überspannungs-Schutzeinrichtung 7 vorhanden.
Der Aufnahmeraum A dient auch dazu, Teile der im Fehlerfall zerstörten Einrichtung 13 aufzunehmen,
ohne daß die
Bewegung der Stempelelektrode 5 hin zur topfförmigen Elektrode 6 mit
dem gewünschten
In-Kontakt-Kommen behindert wird.
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- 1
- Fehlererfassungssystem
- 2
- Auslöseimpuls-Erzeugungseinrichtung
- 3
- Kurzschließer
- 4
- Meldeeinrichtung
- 5
- Stempelformelektrode
- 6
- Topfformelektrode
- 7
- Schaltelement
- 8
- Anschluß
- 9
- Druckfeder
- 10
- Hohl-
oder Freiraum
- 11
- Isolationsspalt
- 12
- Isolationsring
- 13
- Sicherung
- 14
- Stufung
- 15
- Stempeloberfläche
- A
- Aufnahmeraum