DE19504974C1 - Schutzvorrichtung zum Löschen von Störlichtbögen für Schaltanlagen zur Verteilung elektrischer Energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zum Löschen von Störlichtbogen für Schaltanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Schutzvorrichtungen, wie sie z. B. in der DE-U 92 15 609 gezeigt und beschrieben sind, weisen einen sogenannten Kurzschließer oder eine Kurzschließerpatrone auf. Diese Kurzschließerpatronen bestehen aus zwei zylindrischen Komponenten aus elektrisch leitfähigem Material, die über ein Isolierrohr mechanisch fest miteinander verbunden, elektrisch jedoch gegeneinander isoliert sind, wobei sie koaxial ineinander gesetzt sind, so daß ein Spalt entsteht. Der hohe Entladungsstrom eines Kondensators, der durch eine Spule fließt, bewirkt in den zwei zylindrischen Komponenten aus elektrisch leitfähigem Material einen kurzschließenden Induktionsstrom.

Diese bekannten Vakuum-Kurzschließer für Niederspannungsanlagen, arbeiten nach dem Prinzip des ungarischen Patentes HU 169992. Die vakuumdichte Ausführung ist zwar teuer, aber erforderlich, weil der Elektrodenabstand relativ klein ist.

Der Abstand der Elektroden beträgt aber nur etwa 1 mm, was für einen Einsatz in der Mittelspannung unzureichend ist.

Derartige Kurzschließer sind bereits auch aus der Firmendruckschrift "Entscheidende Sicherheit in Millisekunden" Klöckner-Moeller GmbH, Druckvermerk W 467352 bekannt.

Aus der DE-U 92 15 608 ist ein Kurzschließer bekannt, der aus zwei zylinderförmigen Elektroden und potentialfreien Keilen besteht, wobei die Keile gegen die Elektroden gedrückt werden. Für einen Einsatz in der Mittelspannung ist dieser nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kurzschließer zu schaffen, der auch für die Mittelspannung geeignet ist und ggf. in der Niederspannung ohne Vakuum eingesetzt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 9 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Durch die Erfindung kann die Spannungsfestigkeit in einfacher Weise erhöht werden, ohne daß ein anderes Isoliermedium erforderlich ist und ohne Nachteile bezüglich der Schaltzeit, die weiterhin im Bereich eines Zehntels einer Millisekunde liegen kann.

Durch die Erfindung kann weiterhin auf ein Isoliermedium wie Vakuum oder Isoliergas verzichtet werden, wenn eine ausreichende Anzahl von Isolierspalten vorhanden ist.

Anhand der Zeichnungen, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung der Anordnung der Rohrabschnitte und Verschlußkappen in der Kurzschließerpatrone,

Fig. 2 eine Darstellung der Befestigungsanordnung der Rohrabschnitt und Verschlußkappen in der Kurzschließerpatrone,

Fig. 3 eine Einzelheitdarstellung einer anderen Variante der Befestigung und Stützung der Rohrabschnitte bzw. der Verschlußkappen in der Kurzschließerpatrone,

Fig. 4 eine Darstellung der Isolierspalte der Rohrabschnitte und Verschlußkappen in der Kurzschließerpatrone,

Fig. 5 eine Darstellung der radialen Krafteinwirkung auf die Rohrabschnitte und die Verschlußkappen in der Kurzschließerpatrone,

Fig. 6 eine Darstellung der Krafteinwirkung auf die Rohrabschnitte und die Verschlußkappen in der Kurzschließerpatrone,

Fig. 7 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Kurzschließerpatrone,

Fig. 8 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform der Kurzschließerpatrone,

Fig. 9 eine Einzelteildarstellung von vorne einer Isolierscheibe der dritten Ausführungsform der Kurzschließerpatrone,

Fig. 10 eine Einzelteildarstellung von oben einer Isolierscheibe der dritten Ausführungsform der Kurzschließerpatrone,

Fig. 11 eine perspektivische Einzelteildarstellung eines Rohrabschnittes der dritten Ausführungsform der Kurzschließerpatrone,

Fig. 12 eine perspektivische Einzelteildarstellung eines kappen­ förmigen Teiles der dritten Ausführungsform der Kurzschließerpatrone und

Fig. 13 eine weitere Ausführungsform des Rohrabschnittes und der kappenförmigen Teile.

Der in den Fig. 1 bis 6 gezeigte Kurzschließer KS besteht aus mehreren leitfähigen Rohrabschnitten 1 bis 7, die ineinander überlappend angeordnet sind, wobei die Rohrabschnitte 1, 3, 5, 7 mit einem kleineren Durchmesser innen und die Ringsegmente 2, 4, 6 außen angeordnet sind, wie Fig. 1 zeigt. D. h. kleine und große Ringsegmente sind jeweils abwechselnd angeordnet. An den Enden sind becherartige Verschlußkappen 8, 9 vorhanden, die z. B. an L1 und N angeschlossen sein können.

Die Rohrabschnitte 2, 4, 6 sowie die Verschlußkappen 8, 9 sind an einem äußeren Isolierrohr 11 fixiert, wogegen die Rohrabschnitte 1, 3, 5, 7 an einem inneren Isolierrohr 11 fixiert sind, der mechanisch mit den Verschlußkappen 8, 9 verbunden ist (Fig. 2). Außen befindet sich in bekannter Weise eine Spule 12, die sich über die gesamte Höhe erstreckt.

Anstelle des Isolierrohres 10 können direkt, zwischenliegende Isolierringe 13 verwendet werden (Fig. 3).

Die Luft-Vakuum- oder Isoliergasstrecke x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8 beträgt z. B. hier ein achtfaches der einfachen Strecke x und ist beliebig anpaßbar. Die Kriechstrecke ist mit k1 bis k4 gekennzeichnet.

Bei einer Zündung fließt ein hoher Strom durch die Spule 12, der in den Rohrabschnitten 1 bis 7 und den Verschlußkappen 8, 9 gleichsinnige Ströme induziert. Die Fig. 5 zeigt durch die Pfeile F die Krafteinwirkung auf die Rohrabschnitte und die Verschlußkappen. Infolge dieser Induktionsströme bewegen und verbiegen sich die leitfähigen Teile, derart, daß die einzelnen Strecken x1 bis x8 überbrückt werden und zwischen L1 und N ein metallisch leitfähiger Kanal entsteht (Fig. 6).

Damit die Rohrabschnitte 1, 3, 5, 7 sowie 2, 4, 6 durch die Anziehkräfte nicht aus ihrer Ebene bewegt werden, d. h. nach oben oder unten - bezogen auf die Darstellung - können diese von hier nicht dargestellten Stützrippen gehalten sein, die jeweils ober- und unterhalb der Ringsegmente angeordnet sind. Die Stützrippen können an den Isolierrohren 10, 11 angeformt sein.

Die Rohrabschnitte überbrücken praktisch die Isolierstrecken. Durch die Reihenschaltung der Brücken wird die Durchschlagfestigkeit in einfacher Weise erhöht.

Die Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der Kurzschließerpatrone in vakuumdichter Ausführung.

Diese besteht aus leitfähigen Verschlußkappen 16, 17, zwischen den leitfähigen Ringsegmenten 21, 22 bzw. Verschlußkappen 16, 17 angeordneten Isolierringen 18, 19, 20, einem leitfähigen und im wesentlichen zylinderförmigen Element 23 und zentrierenden Isolierteilen 24, 25, die zwischen den Verschlußkappen 16, 17 und dem Element 23 angeordnet sind.

Das im wesentlichen zylinderförmige Element 23 weist die Form eines Knochens auf, während die Isolierteile 24, 25 bandscheibenähnlich sind.

Im Bereich der Isolierteile 24, 25 sind direkt an die Rohrabschnitte 21, 22 isolierte Spulen für den kurzschließenden Induktionsstrom angeordnet.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform weist eine größere Isolierstrecke auf als bekannte Ausführungsformen. Es entstehen insgesamt vier Isolierspalte x. Montagegerecht sind einige Teile, wie 17 und 23, wenn sie aus zwei miteinander verschraubbaren oder steckbaren Einzelteilen bestehen.

Eine dritte Ausführungsform zeigt die Fig. 8. Die Rohrabschnitte 2, 4 und 6 bestehen im Gegensatz zur in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aus zwei kappenförmigen, an ihren Oberseiten spiegelbildlich aneinandergereihten Teilen 2a, 2b oder 4a, 4b oder 6a, 6b (Fig. 12). An der Oberseite des Segmentteiles (Fig. 12) ist eine einen Befestigungsrand 28 bildende Öffnung 29 vorhanden. Die kappenförmigen Teile können als Tiefziehteile hergestellt werden. Die Ringsegmente sind mit 1′, 3′, 5′ und 7′ gekennzeichnet.

Alle Teile sind durch Isolierscheiben 14, die näher in den Fig. 9 und 10 gezeigt sind, festgelegt. An einer Stirnfläche der Isolierscheibe 14 ist eine stufenförmige Einsenkung 26 vorhanden, die für die Festlegung der kappenförmigen Teile 2a, 2b, 4a, 4b, 6a, 6b an ihrem Befestigungsrand 28 vorgesehen ist, während an der Mantelfläche ebenfalls eine stufenförmige Einsenkung 27 vorhanden ist, die zur Festlegung der Rohrabschnitte 1′, 3′, 5′, 7′ vorgesehen ist, wobei die Rohrabschnitte 1′, 3′, 5′, 7′ zwischen zwei Isolierscheiben 14 festgelegt sind. Das obere bzw. untere Segmentteil dient als Verschlußkappe 8 bzw. 9.

Ein leitfähiges Teil 30 bildet die Elektrode, die mit den Stromsammelschienen der Anlage verbunden ist. Ein gemeinsamer Spannbolzen 32 mit Isoliermitteln 31, 33 drückt das Paket aus leitfähigen und isolierenden Teilen fest zusammen. In diesem Beispiel sind acht Isolierspalte vorhanden. Das Paket besteht im wesentlichen aus nur drei unterschiedlichen Teilen (Fig. 9, 11, 12) und ist beliebig erweiterbar.

Anstelle z. B. der Teile 2b′, 3′ und 4a können diese Teile die in Fig. 13 gezeigt Form aufweisen, wobei diese dort mit 2b′′, 3′′ und 4a′′ gekennzeichnet sind. Der Rohrabschnitt 3′′ weist dann eine mittige Einsenkung 37 und runde Kanten auf, ähnlich wie das Segment 23 in Fig. 7, während die Kanten 36 Teile 2b′′, 4a′′ so einen größeren Abstand zum Rohrabschnitt 3′′ aufweisen, was zu einer höheren Spannungsfestigkeit führt.

Mit einer Einsenkung und abgerundeten Kanten können auch die Rohrabschnitte 1, 3, 5, 7 (Fig. 1) versehen sein.

Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß eine isolierte Spule direkt an die leitfähigen Teile angeordnet werden kann, was eine Senkung des Hilfsenergiebedarfs für die Kurzschließerpatrone bedeutet.

Hierbei können eine oder mehrere Spulen analog zu den o. g. Beispielen angeordnet werden. Das Vakuum kann bei ausreichender Anzahl von Teilen, bzw. Höhe entfallen.

Die leitfähigen Rohrabschnitte 2, 4, 6, 1′ bis 7′, 20, 21 sind in allen Ausführungsformen überlappend mit anderen eine Strombrücke bildenden Teilen, wie den weiteren Rohrabschnitten 1, 3, 5, 7, kappenförmigen Teilen 28 oder zylinderförmigen Elementen 23, angeordnet, derart, daß mehrere Isolierspalte (X, X1 bis X8) entstehen.

Claims (21)

1. Schutzvorrichtungen zum Löschen von Störlichtbogen für Schaltanlagen zur Verteilung elektrischer Energie, insbesondere Mittelspannungsanlagen, bestehend aus mindestens einer Kurzschließerpatrone mit Isolierteilen und elektrisch leitfähigen Komponenten zur Erzeugung eines metallischen Kurzschlusses, wobei die Störlichtbogen- Schutzvorrichtung aus mindestens einem Energiespeicher, einer Spule und ein zwischen der Spule und dem Energiespeicher angeordnetes Schaltelement besteht, wobei ferner die Kurzschließerpatrone unter der Wirkung des von der Spule erzeugten Induktionsstroms einen metallischen Kurzschluß erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschließerpatrone (KS, KS′, KS′′) aus mehreren leitfähigen Rohrabschnitten (1 bis 7, 1′ bis 7′) besteht, die derart überlappend angeordnet sind, daß mehrere Isolierspalte (X, X1 bis X8) entstehen.

2. Schutzvorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden becherartige Verschlußkappen (8, 9) aus leitfähigem Material vorhanden sind.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rohrabschnitte (1, 3, 5, 7) mit einem kleineren Durchmesser innen und weitere Rohrabschnitte (2, 4, 6) außen angeordnet sind, wobei diese sich wechselseitig überlappen.

4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (2, 4, 6) mit einem größeren Durchmesser sowie Verschlußkappen (8, 9) an einem äußeren Isolierrohr (10) fixiert sind, und daß die Rohrabschnitte (1, 3, 5, 7) mit einem kleineren Durchmesser an einem inneren Isolierrohr (11) fixiert sind, der mechanisch mit den Verschlußkappen (8, 9) verbunden sind.

5. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich außen eine Spule (12) befindet, die sich über die gesamte Höhe der Kurzschließerpatrone erstreckt.

6. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischenliegende Isolierringe (13) verwendet werden (Fig. 3).

7. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß damit die Ringsegmente (1, 3, 5, 7 sowie 2, 4, 6) durch die Anziehkräfte nicht aus ihrer Ebene bewegt werden können, diese von Stützrippen gehalten sind, die jeweils ober- und unterhalb der Rohrabschnitte angeordnet sind.

8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrippen an Isolierrohren (10, 11) angeformt sind.

9. Schutzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschließerpatrone aus leitfähigen Verschlußkappen (16, 17) und Rohrabschnitten (21, 22), zwischen den leitfähigen Rohrabschnitten (21, 22) oder den Verschlußkappen (16, 17) angeordneten Isolierringen (18, 19, 20), mindestens einem leitfähigen und im wesentlichen zylinderförmigen Element (23) und zentrierenden Isolierteilen (24, 25), die zwischen den Verschlußkappen (16, 17) und dem zylinderförmigen Element (23) angeordnet sind, besteht.

10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen zylinderförmige Element (23), die Form eines Knochens aufweist, während die Isolierteile (24, 25) bandscheibenähnlich sind.

11. Schutzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschließerpatrone mehrere Induktionsspulen für den kurzschließenden Induktionsstrom aufweist, die jeweils im Bereich der Isolierteile (24, 25) direkt um die Rohrabschnitte (21, 22) angeordnet sind.

12. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Rohrabschnitte (2, 4 und 6) durch zwei kappenförmige, an ihren Oberseiten spiegelbildlich aneinandergesetzten Teilen (2a, 2b oder 4a, 4b oder 6a, 6b) gebildet wird.

13. Schutzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite eines kappenförmigen Teiles eine einen Befestigungsrand (28) bildende Öffnung (29) vorhanden ist.

14. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierscheiben (14) zur Festlegung der leitfähigen Teile vorhanden sind, die zu diesem Zweck Einsenkungen (26, 27) aufweisen.

15. Schutzvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnfläche der Isolierscheibe (14) eine stufenförmige Einsenkung (26) vorhanden ist, die für die Festlegung der kappenförmigen Teile (2a, 2b, 4a, 4b, 6a, 6b) an ihrem Befestigungsrand (28) vorgesehen ist, während an der Mantelfläche ebenfalls eine stufenförmige Einsenkung (27) vorhanden ist, die zur Festlegung der weiteren Rohrabschnitte (1′, 3′, 5′, 7′) vorgesehen ist.

16. Schutzvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (1′, 3′, 5′, 7′) zwischen zwei Isolierscheiben (14) festgelegt sind.

17. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das obere und/oder untere kappen­ förmige Teil als Verschlußkappe (8, 9) dient.

18. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Spannbolzen (32) mit Isoliermitteln (31, 33) das Paket aus leitfähigen und isolierenden Teilen fest zusammendrückt.

19. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohrabschnitt (3′′) eine mittige Einsenkung (37) und runde Kanten aufweist, während die Kanten (36) der kappenförmigen Teile (2b′′, 4a′′) einen größeren Abstand zum Rohrabschnitt (3′′) aufweisen als der eigentliche Isolierspalt.

20. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rohrabschnitte an die erforderliche Durchschlagsfestigkeit angepaßt ist.

21. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isoliermedium, wie Vakuum oder Isoliergas, durch Anordnung einer ausreichenden Anzahl von Rohrabschnitten entfällt.