DE19746813A1 - Verfahren zur Montage von Kurzschließern für Störlichtbogen-Schutzvorrichtungen zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer Energie - Google Patents
Verfahren zur Montage von Kurzschließern für Störlichtbogen-Schutzvorrichtungen zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer EnergieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der WO 95/22167 ist ein Kurzschließer bekannt geworden, der als Serienprodukt in
Niederspannungs-Schaltanlagen Anwendung findet und sich im praktischen Einsatz
bewährt hat. Durch die relativ hohe Anzahl der erforderlichen Komponenten entsteht
allerding ein relativ großes Gerätevolumen.
Aus der DD 226 441 A1 ist ein Kurzschließer mit einem beweglichem Kolben und
konischen Elementen bekannt, der Elemente 3, 3' mit jeweils einer Bohrung
kurzschließt.
Kurzschließer mit einem Gasgenerator sind aus der DE 196 01 639 A1 und
DE 42 36 623 A1 bekannt. Der Kurzschließer aus der DE 42 36 623 A1 weist einen
druckbeaufschlagten Kolben auf.
Aus der DE 94 19 141 U1 ist ein Kurzschließer ohne elektrische Energiespeicher und
Leistungsthyristoren bekannt, der als zylindrische Patrone nach dem Vorbild der
WO 95/22167 jedoch mit einem Integriertem Sprengsatz ausgeführt ist.
Im dem Kurzschließer wird ein Gasdruck gemäß Anspruch 8 erzeugt der ein Bolzen zur
Erzeugung eines metallischen Kurzschlusses bewegt.
Eine Zentrierung eines zylindrischen Oberteils und eines unteren Unterteils, die mit den
Bolzen kurzgeschlossen werden, wird durch ein Ring 21 erreicht. Für die Zentrierung ist
jedoch eine rotationssymmetrische Ausführung und mindestens ein Isoliermantel
Voraussetzung. Eine Membran isoliert Ober- und Unterteil.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu
schaffen, bei dem die Bohrungen unabhängig von den Außenabmessungen und der
Geometrie des Kurzschließers genau fluchtend angeordnet werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches
1 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung gekennzeichnet sind.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sollen die
Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere
Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des
anschlußfertigen Kurzschließers,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der
Kurzschließereinheit,
Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung der in Fig. 2 gezeigten Kurzschließereinheit,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform der
Kurzschließereinheit im ausgelösten Zustand,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der
Kurzschließereinheit,
Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der
Kurzschließereinheit,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der
Kurzschließereinheit,
Fig. 8 eine Schnittdarsteilung einer fünften Ausführungsform der
Kurzschließereinheit und
Fig. 9 eine Darstellung der Montage der Kurzschließereinheit gemäß Fig. 2,
Fig. 10 eine Prinzipdarstellung der Montage des Kurzschließerkolbens und
Fig. 11 eine Prinzipdarstellung des Kurzschließerkolbens in Ausgelöst-Stellung
gemäß Fig. 4.
Die Fig. 1 zeigt den anschlußfertigen Kurzschließer 1 mit drei flach nebeneinander
angeordneten Anschlußschienen 2, 3, 4 in Form von Flachschienen mit entsprechenden
Anschlußbohrungen 5, wie sie in dem Niederspannungs-Anlagenbau üblich sind.
Die mittlere Anschlußschiene 3 ist am Ende, bzw. am gegenüberliegenden Ende der
Anschlußbohrungen 5, mit einer Querstromschiene 6 elektrisch verbunden, wobei die
Querstromschiene 6 im nichtausgelösten Zustand von den Anschlußschienen 2, 4
isoliert ist. Die Schienenanordnung ist E-förmig.
An den Enden der Anschlußschienen 2 und 4 sind zwei Kurzschließereinheiten 7, 8 mit
jeweils einem Gasgeneratorantrieb auf Nitrocellulose-Basis angeordnet, wie er bei
Airbags oder Gurtstraffern verwendet wird.
Die Anschlußschienen 2, 3, 4, die Querstromschiene 6 und weitere später beschriebene
Isolierteile werden mit insgesamt zwölf Schrauben-Mutter-Verbindungen 9 und
Federscheiben 10 zu einem E-förmigen Paket gehalten.
Bei Zündung der Kurzschließereinheiten 7 und 8 entsteht ein dreipoliger Kurzschluß,
der innerhalb einer Millisekunde einen Störlichtbogen löscht.
Die Kurzschließereinheiten 7 und 8 werden durch eine Auswerteelektronik angesteuert,
die mit schnellen Strom- und Lichtsensoren zur Störlichtbogenerkennung versehen ist.
Die Ansteuerung kann mit jeder Art von Sensoren erfolgen. Ebenso ist der
Kurzschließer zum Schutz von Verbrauchern und Betriebsmittel bei Kurzschluß
einsetzbar.
In der Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der
Kurzschließereinheit gezeigt, wobei Fig. 3 eine Vergrößerung zeigt.
Die Kurzschließereinheit 7 besteht aus einem Gasgenerator 11, einer Kapselung 12
aus Metall für den Gasgenerator 11 mit einem als Überwurfmutter ausgebildeten ersten
Kapselteil 13, der über ein zweites Kapselteil 14 verschraubt wird. Das zweite Kapselteil
14 weist oben und unten ein Außengewinde und in der Mitte ein mutterförmiges Teil 15
auf, wobei das untere Außengewinde für die Verschraubung einer ersten oberen
Isolierplatte 16 vorgesehen ist.
Der Gasgenerator 11 ist derart in der Kapselung gasdicht eingebettet, daß das erstes
Kapselteil 13 den Gasgenerator an Dichtungsflächen 17-20 gegen das zweite 14
Kapselteil drückt und der Gasdruck sich nur nach unten auswirken kann. Das erste
Kapselteil 13 ist mit einer Zündöffnung 21 für eine Zündleitung versehen.
Die Kurzschließereinheit 7 weist einen ersten Druckraum 22 und einen zweiten
Druckraum 23 auf, wobei in dem ersten Druckraum 22 der Gasgenerator 11 angeordnet
und auf der gegenüberliegenden Seite des Gasgenerators 11 eine Druckmembran 24
vorhanden ist, die den ersten und zweiten Druckraum 22, 23 trennt und bei
überschreiten eines definierten Druckes bricht. In dem zweiten Druckraum 23 ist das
kurzschließende Element 25 kolbenartig angeordnet. Bei Zündung des Antriebes
bewegt sich das kurzschließende Element 25 schlagartig in Zeiten innerhalb einer
Millisekunde.
In dem ersten Druckraum 22 kann ein hoher Druck von 70-100 bar, vorzugsweise 90
bar, entstehen, weil die Druckmembran 24 vor ihren Wegbrechen das Volumen nahezu
konstant hält. Nach dem Wegbrechen gelangt das Gas in dem zweiten Druckraum 23.
Der Spitzendruck nach dem Wegbrechen der Druckmembran 24 beträgt 600 bis 900
bar, vorzugsweise 800 bar.
Das kurzschließende Element 25 ist ein Kurzschließerbolzen, der aus einem oberen
zylindrischen Abschnitt 26, einem konischen Abschnitt 27 mit Morsekegel 2 und einem
unteren zylindrischen Abschnitt 67 besteht, wobei der zylindrische Abschnitt 26 nahezu
bündig, d. h. mit Spielpassung, in der Kolbenführung liegt und der untere zylindrische
Abschnitt mit einer Spielpassung gegenüber der Bohrung 33 versehen ist.
In der Kapselung 12 ist eine im Querschnitt H-förmige Isolierhülse 28 aus Isolierstoff
vorhanden, an der auf der einen Seite der Gasgenerator 11 gasdicht und elektrisch
isoliert von den Kurzschließerbolzen angeordnet ist und auf der anderen Seite der
Kurzschließerbolzen kolbenartig geführt wird, wobei das Querteil die Druckmembran 24
ist.
Die Druckmembran 24 ist ferner mit Sollbruchstellen versehen.
Die Isolierhülse 28 ist auf der Kolbenseite mit einem Kragen 29 versehen, der zwischen
der ersten Isolierplatte 16 und der Anschlußschiene 2 eingeklemmt ist und zusätzlich
elektrisch isolierend wirkt.
Der Kurzschließerkolben bzw. Element 25 ist mit einem O-Ring 30 versehen. Er kann
auch mit zwei oder mehreren im Abstand angeordneten O-Ringen versehen sein.
Der O-Ring ist in dem Kurzschließerkolben in einer nutartigen Aufnahme angeordnet
und als gummiartige Dichtung ausgeführt.
Der Kurzschließer 1 besteht aus einem sandwichartigen Paket aus Strom-, Quer- bzw.
Anschlußschienen 2, 4, 6 Isolierplatten 16, 34 und mindesten einer dünnen Isolierfolie
31, die als Membrane wirkt.
In den Quer- und Anschlußschienen 2, 6 sind übereinander fluchtende Bohrungen 32, 33
vorhanden, wobei die obere Bohrung 32 leicht konisch entsprechend der Form des
Kurzschließerkolbens ist. Sie wird mit MK2, d. h. Morsekegel 2 bzw. 2,60° gefertigt,
wodurch ein Prellen vermieden wird.
Die untere Bohrung ist nicht konisch, sondern zylindrisch ausgeführt und gegenüber
dem Kurzschließerkolben mit einer Spielpassung versehen, wie Fig. 11 zeigt. Das Spiel
64 beträgt wenige Hundertstel Millimeter, vorzugsweise 0,01 bis 0,02 mm.
Obwohl ein kleiner Luftspalt während der Stromübertragung vorhanden ist, können
überraschender Weise 100 kA eine halbe Sekunde lang fließen. Trotz Luft entstehen
keine Lichtbögen beim Schalten. Die Spielpassung ist überraschender Weise
vorteilhafter als die Presspassung, bei der eine Deformation eintritt.
Der obere Bereich 65 der unteren Bohrung 33 ist trichterförmig, was den
Auslösevorgang verbessert. Das Fügen des Kurzschließerkolbens, was durch den
Bereich 65 realisiert wird, ist wichtiger als ein sauberes Stanzen der Membrane, z. B. mit
einer rechtwinkeligen Kante.
Die Stromschienen werden bei einer Zündung durch das kurzschließende Element 25
nach einem Durchstanden oder Durchstoßen der Isolierfolie kurzgeschlossen.
Das Paket aus Stromschienen, der Isolierfolie 31 und Isolierplatten wird mit isolierten
Schrauben verspannt.
Rund um die Schrauben 37 im Bereich der Kurzschließereinheiten 7, 8, die auch die
Schrauben-Mutter-Verbindungen 9 herstellen, sind Schraubenisolierhülsen 35 mit
entsprechenden Isolierkragen 36 und der erforderlichen Hülsenlänge vorhanden.
Durch den Isolierkragen 36, die Hülsenlänge, die Isolierfolie 31 die größer als die
Querschiene 6 ist, bzw. überlappt angeordnet ist und den Kragen 29 werden Luft- und
Kriechstrecken entsprechend der Normen eingehalten.
Der Gasgenerator 11, der in einer Kapselung 12 oder Druckgehäuse gehalten ist, wird
mit einem Innengewinde 38 in der Isolierplatte 16 verschraubt.
Bei einer Zündung bewegt sich der Kurzschließerkolben unter hohem Druck zwischen
den Stromschienen und schließt diese kurz, wobei er die Isolierfolie 31 durchbricht.
Das ausgestanzte Teil 39 kann an einer Öffnung an einer unteren, zweiten Isolierplatte
34 herausfallen und als Auslöseanzeige.
Dieses Teil 39 ist mit einem Loch 40 versehen.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt. Hierbei handelt es sich aus einem
dreipoligen Kurzschließer wie im vorangegangenen Beispiel jedoch mit einem einzigen
Gasgenerator und drei paketweise übereinander angeordneten Stromschienen
41, 42, 43, die mit übereinander angeordneten Bohrungen versehen sind, wobei zwei
Isolierfolien 44, 45 vorhanden sind.
Bei einer Zündung des Gasgenerators schließt der Kurzschließerbolzen alle drei
Stromschienen kurz. Beide Isolierfolien werden dabei durchbrochen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden dünne Stromschienen 46, 47, 48, jedoch
ohne Bohrungen, mit zwischenliegenden Isolierfolien 49, 50 paket- bzw. sandwichartig
angeordnet, wie Fig. 6 zeigt.
Der Kurzschließerbolzen stanzt das gesamte Paket aus Stromschienen und
Isolierfolien. Der Vorteil dieser Anordnung (Fig. 6 u. 7) liegt in der toleranzerhabenen
Konstruktion.
Die Fig. 7 zeigt eine andere Anordnung, die prinzipiell wie die Anordnung in Fig. 6
ausgeführt ist, jedoch mit litzeartigen Stromschienen 51, 52, 53 und einem
Kurzschließerbolzen, der pfeilförmige Kontaktspitzen 54 aufweist, die das litzenmaterial
durchdringen und kurzschließen. Die Litze wird mit einer stromleitenden Flüssigkeit mit
hohem Siedepunkt bzw. einer flüssig metallischen Legierung getränkt.
Der Begriff Stromschiene umfaßt hier auch den Begriff Litze.
In einer letzten Ausführungsform, die in Fig. 8 gezeigt ist, sind drei Stromschienen auf
einer Ebene sternförmig angeordnet, wovon nur zwei Stromschienen 55, 56 gezeigt
sind.
Der Kurzschließerbolzen ist im Sternpunkt der Stromschienen angeordnet ohne diese
zu berühren. Unterhalb der Stromschienen ist eine zu durchstoßende Isolierfolie 57
angeordnet, die auf ein Reservoir 58 einer elektrisch bzw. metallisch leitenden
Flüssigkeit liegt.
Nach einer Zündung wird, wie vorher, die Membrane 61 zerstört wobei der
Kurzschließerkolben die Flüssigkeit in den Luftspalt 60 verdrängt, so daß ein
Kurzschluß entsteht.
Das Reservoir 58 wird durch eine Einsenkung einer unteren Isolierplatte 59 realisiert.
Bei der Montage der ersten Beispiele werden die Bohrungen 32, 33 durch zwei
Paßzylinder 61, 62 und einem beide Paßzylinder 61, 62 verbindenden und
verschiebbaren Paßstift 63 zentriert. Die Membrane bzw. Isolierfolie 31 weist hierfür ein
Loch 40 zur Durchführung des Paßstiftes auf.
Nach dem Zentrieren wird die Membrane mit den Stromschienen mit einen doppelseitig
klebenden Klebefolie oder Klebepad fixiert.
Wie Fig. 10 zeigt kann auch der Kurzschließerbolzen, der hierfür eine
Paßsacklochbohrung 66 aufweist, mit Hilfe des Paßstiftes 63 und des Paßzylinders 62
genau zentriert werden.
Die Erfindung spezifiziert sich vorrangig auf den Einsatz als zentrales Schutzorgan in
ortsveränderlichen und stationären Energieverteilungsanlagen, sowohl in Punktverteiler
z. B. Hauptverteiler, als auch in Linienverteilern z. B. Schienenverteiler in der Nieder-,
Mittel-, und Hochspannungstechnik. Die Erfindung kann auch als dezentrales
Schutzorgan z. B. in Batterie-, Notstrom-, Kompensations-, und Bahnanlagen eingesetzt
werden.
Das Grundprinzip beruht darauf, daß ein Gasgenerator, der durch einen definierten
Zündstrom aktiviert wird, in sehr kurzer Zeit ein definiertes Gasvolumen liefert. Der
Raum, in dem sich das Gasvolumen entwickelt ist ausreichend dicht und fest, so daß
sich ein Druck bis 900 bar aufbaut. Der Druck wird als Antrieb für einen Schließvorgang
genutzt. Die Leiter sind für einen Kurzschlußstrom von über 100 kA über einen Zeitraum
von mindestens 500 ms ausgelegt.
1
Kurzschließer
2
,
3
,
4
Anschlußschienen
5
Anschlußbohrungen
6
Querstromschiene
7
,
8
Kurzschließereinheiten
9
Schrauben-Mutter-Verbindungen
10
Federscheiben
11
Gasgenerator
12
Kapselung
13
erstes Kapselteil
14
zweites Kapselteil
15
mutterförmiges Teil
16
erste obere Isolierplatte
17-20
Dichtungsflächen
21
Zündöffnung
22
Druckraum
23
Druckraum
24
Druckmembran
25
kurzschließende Element
26
zylindrischer Abschnitt
27
konischer Abschnitt
28
Isolierhülse
29
Kragen
30
O-Ring
31
Isolierfolie
32
,
33
Bohrungen
34
zweite Isolierplatte
35
Schraubenisolierhülsen
36
Isolierkragen
37
Schrauben
38
Innengewinde
39
Teil
40
Loch
41
,
42
,
43
Stromschienen
44
,
45
Isolierfolien
46
,
47
,
48
Stromschienen
49
,
50
Isolierfolien
51
,
52
,
53
Stromschienen
54
Kontaktspitzen
55
,
56
Stromschienen
57
Isolierfolie
58
Reservoir
59
Isolierplatte
60
Luftspalt
61
,
62
Paßzylinder
63
Paßstift
64
Spiel
65
Bereich
66
Paßsacklochbohrung
67
Zylindrischen Abschnitt, unten
Claims (6)
1. Verfahren zur Montage von Kurzschließern für Störlichtbogen-
Schutzvorrichtungen zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer
Energie mit einem Kurzschließerbolzen und mindestens zwei elektrisch leitenden
Elementen, die durch eine Membrane voneinander isoliert und mit jeweils einer
Bohrung versehen sind, wobei der Kurzschließerbolzen nach einer Zündung
zwischen den Elementen eine leitende Verbindung herstellt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bohrungen (32, 33) durch zwei Paßzylinder (61, 62)
und einem beide Paßzylinder (61, 62) verbindenden Paßstift (63) zentriert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, daß die Membrane ein Loch (40)
zur Durchführung des Paßstiftes (63) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem
Zentrieren die Membrane mit den Elementen oder Stromschienen mit einer
doppelseitig klebenden Klebefolie oder einem Klebepad fixiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elemente sandwichartig verschraubt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kurzschließerkolben eine Paßsacklochbohrung (66)
aufweist, mit der mit Hilfe des Paßstiftes (63) und des Paßzylinders (62) der
Kurzschließerkolben in seiner Führung genau zentriert werden kann.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Paßstift (63) in den Paßzylindern (61, 62) verschiebbar
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19746813A1 true DE19746813A1 (de) | 1999-04-29 |
Family
ID=7846377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1997146813 Withdrawn DE19746813A1 (de) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | Verfahren zur Montage von Kurzschließern für Störlichtbogen-Schutzvorrichtungen zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer Energie |
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Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MOELLER GMBH, 53115 BONN, DE |
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8141 | Disposal/no request for examination |