DE2103565A1 - Stromunterbrecher - Google Patents

Description

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P.t.-Anw. Herrmann-Trenlepohl Dlpl.-PhV·. Eduard ΒΟίΖίβΓ Fernsprecher: 398011

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510^ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl ³⁹⁸⁰¹³

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Ref.: M 02 781 K/am

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München

26. Januar 1971

Compagnie Francaise Thompson Houston - Hotchkiss Brandt 173, Boulevard Haussmann, 75 Paris (France)

"Stromunterbrecher"

Die Erfindung betrifft einen Stromunterbrecher bzw. Trennvorrichtungen, die dazu bestimmt sind, einen elektrischen Stromkreis und insbesondere Kraft- oder Starkstromkreise vorzugsweise solche mit sehr hoher Leistung, wie diejenigen, die einen Abschnitt eines Verteilernetzes bilden, unterbrechen. Es kann sich auch um einen Stromkreis für bestimmte Experimente handeln, in deren Verlauf sehr hohe Stromstärken und/oder sehr starke Spannungen auftreten von beispielsweise 10 000 A bei 2 000 V, um mit diesen Angaben die Größenordnungen zu verdeutlichen, und die Erfindung gilt gleichermaßen für Wechsel- oder Gleichstrom.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum Trennen derartiger Stromkreise die Energie eines pyrotechnischen Elementes zu verwenden, dessen Explosion die Trennung eines Stromkreises auf dem Wege der Selbstzerstörung der Sicherung bzw. des Stromunterbrechers herbeiführt.

Aber in den zahlreichen bereits vorgeschlagenen Lösungen ist es nicht gelungen, für das Problem des Liohtbogens eine einfache Lösung zu finden.

Demgegenüber ist erfindungsgemäß eine sehr einfache Lösung

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vorgesehen.

Die Erfindung dient dem Zweck der Verbesserung eines Stromunterbrechers mit einem pyrotechnischen Element und ist dadurch gekennzeichnet, daß das pyrotechnische Element in der Mitte eines Gehäuses mit leitfähiger Wandung gelagert ist, an der eine Linie geringerer Widerstandsfähigkeit vorgesehen ist, die dieses Gehäuse in zwei Hälften aufteilt, und daß das Gehäuse mit einer stark isolierenden Flüssigkeit gefüllt ist, die beim Herausschleudern zwischen den Lippen der beiden Hälften des Gehäuses, das in Folge der Explosion des pyrotechnischen Elementes zerbrochen ist, die Entstehung und Fortsetzung eines Lichtbogens zwischen diesen beiden Lippen verhindert.

Die isolierende Flüssigkeit übernimmt außerdem zwei weitere wichtige Funktionen:

Sie überträgt in genau definierter Weise diejenigen Druckkräfte auf die Wandung des Gehäuses, die bei der Explosion des pyrotechnischen Elementes entstehen;

sie absorbiert die Expansion der gasförmigen und/oder festen Produkte, die bei dieser Explosion entstehen.

Aus diesen Gründen weist der erfindungsgemäße Stromunterbrecher folgende Vorteile auf:

eine erhebliche Verringerung des bisher üblichen Raumbedarfs; eine sehr bedeutende Vereinfachung im Aufbau, wobei diese Vereinfachung von grundsätzlicher Bedeutung für die Gewährleistung der Sicherheit der Funktionsweise und der Wirtschaftlichkeit bei der Verwendung ist; eine erheblich vergrößerte Schnelligkeit der Betätigung und Betriebsweise und eine erhebliche Verbesserung der Reproduzierbarkeit, welche Eigenschaften von grundlegender Bedeutung sind, wenn es notwendig ist, beispielsweise im Hinblick auf erforderliche Phasenverschiebungen, das Funktionieren eines Stromunterbrechers genau zu eyniironisieren, um beispielsweise einen Generator für elektrische

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Energie oder einen Teil eines Verteilernetzes fpr elektrische Energie abzutrennen;

eine große Sicherheit gegen willkürliche Betätigung, d.h. eine erhebliche Unempfindlichkeit gegen von außen kommende Erregereinfltisse.

Die Erfindung hat außerdem eine Stromunterbrecher-Einrichtung zum Zweck, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie an jedem der gleichzeitig zu unterbrechenden Stromkreise einen Stromunterbrecher mit einem pyrotechnisehen Element der oben angegebenen verbesserten Art aufweist und alle diese Unterbrecher Sprengkapseln aufweisen, die mit einem Zündkreis verbunden sind.

Weitere Merkmale gehen aus der weiteren Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Stromunterbrechers nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Stromunterbrechers in drei Stufen A, B und C seiner Betriebsweise;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stromunterbrechers;

Fig. 4 eine andere Ansicht des Stromunterbrechers nach Fig. 3 von unten;

Fig. 5 eine Ansicht einer Anordnung eines Stromunterbrechers nach der Efindung im Inneren einer Schutzhülle;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Anordnung von drei erfindungsgemäßen Stromunterbrechern an einem dreiphasigen Versorgungsnetz.

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Die Beschreibung beginnt zunächst mit Fig. 1, die eine Anordnung eines Stromunterbrechers C in einer bevorzugten Ausführungsform darstellt. Der Stromunterbrecher umfaßt einen rotationssymmetrischen Metallkörper 1 mit einer Längsmittelachse X-X, der ein Gehäuse darstellt, da er ein Sackloch 2, daran anschließend eine Bohrung 3 und eine Gegenbohrung mit Gewinde 4 umfaßt, die zur Aufnahme eines Gewindestopfens 5 dient.

An beiden Enden der Bohrung 3 sind Bauelemente derart gelagert, daß ihre konischen Flächen einander zugewandt sind. Es handelt sich dabei um einen Einsatz 6, der eine Gegenspitze aufweist und mit einem Schaftende 7 versehen ist, das in dem Sackloch 2 angeordnet ist, so daß der Einsatz 6 und damit die Gegenspitze innerhalb des Gehäuses eine zentrische Lage einnimmt. Ferner handelt es sich um einen Isoliereinsatz, der mit einem Bund 9 als Anschlag zwischen einer Schulter 10 des Gehäuses und dem Stopfen 5 vorgesehen ist.

In dem Einsatz 8 ist in axialer Lage eine Halterung 11 für ein pyrotechnisches Element vorgesehen, das durch eine Sprengladung 12 gebildet ist. Für diese ist eine elektrische Zündung durch Verdampfen eines Elements 13 vorgesehen, das von einem Speisestrom durchflossen ist, der über Leitungen 14 zugeführt wird, die den Stromunterbrecher über koaxiale Bohrungen 15 und 16 des Stopfens 5 und des Isoliereinsatzes 8 verlassen.

Der Zwischenraum zwischen den konischen Oberflächen der beiden konisch ausgebildeten Einsätze 6 und 8 ist ebenso wie das Ende des Sacklochs 2 mit einem Isolieröl 17 gefüllt, in das das pyrotechnische Element 12 folglich versenkt ist. Die Dichtigkeit des Gehäuses wird durch einen Ring 18 hergestellt.

Ungefähr im Bereich der Mitte der Länge des erwähnten, mit Öl ausgefüllten Zwischenraums sowie im rechten Winkel gegenüber dem Bauelement 12 ist eine Linie geringerer Widerstandsfähigkeit des Gehäuses in Form einer kreisringförmigen Nut 19 vorgesehen, die in der äußeren Oberfläche dieses Gehäuses 1 angeordnet ist und das Gehäuse in zwei Hälften ta, 1b teilt.

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Schließlich trägt das Gehäuse zwei Klemmen oder Kabelschuhe 20, 21, die gestatten, daß das Gehäuse beispielsweise mit Hilfe von Schrauben, zwischen zwei Elementen wie zwei Anschlußlaschen 22 des zu unterbrechenden Stromkreises eingesetzt wird.

Es ist sehr vorteilhaft, wenn das metallische Gehäuse 1 aus einer Aluminiumlegierung wie einer Legierung A 5 entsprechend der französischen Norm Ni¹A 57-650 mit folgenden Eigenschaften besteht:

Gütegrad geglüht (recuit)

mittlere Dehnung 38 $

mittlere Bruchlast 8,5 hbar

Die Sprengladung 12 besteht vorzugsweise aus dem Typ, der mit "a fil explose sans compositions pyrotechniques primaires (wörtlich: mit Draht zur Entzündung gebracht ohne primäre pyrotechnische Zusammensetzungen)" 20 Dieser Typ ist an sich bekannt. Dieser Detonator wird ausschließlich mit "sekundären" Explosivstoffen wie Pentrit geladen, und seine leichte Empfindlichkeit läßt es zu, daß man eine sehr große Gewissheit und Sicherheit in der Funktion erreicht.

Schließlich kann das Öl 17 beispielsweise folgende Eigenschaften aufweisen:'

dielektrische Durchschlagsfestigkeit bei 25⁰C

,35 KV pro 2,5 mm

Viskosität bei 25⁰C ....2,8 + 0,5 Centistoke

Die Arbeitsweise ist mit Bezug auf Pig. 1 und 2 folgende:

Bei einer Explosion des Detonators 12, hervorgerufen durch eine Auslösung mittels eines äußeren Stroms im Stromunterbrecher und veranlaßt durch eine an sich bekannte Vorrichtung wie beispielsweise durch die Entladung eines Kondensators, wird die Wandung des metallischen Gehäuses 1 auf der Seite des Öls 17 einer radial gerichteten Ausdehnungsdruckkraft unterworfen, wobei die

*) bezeichnet ist.

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konischen Oberflächen der Einsätze 6 und 7 die Schockwellen auf diese Wandung konzentrieren. Unter dem Druck des Öls 17 wird die Wandung zunächst einer Ausdehnung oder Verdickung (Stufe A,Fig. 2) unterworfen. Die Nut 19 öffnet sich bei 19 a, worauf die Wandung in zwei Teile 1a und 1b längs dieser Nut (Stufe B, Pig. 2) zerbricht. Dabei entstehen zwei Bruchlippen 23, 24.

Die Leistung des Detonators ist im Hinblick auf die Art und Dicke der Wandung des Gehäuses 1 so berechnet, daß die beiden Teile der Wandung ungefähr die Form eines Kranzes aus Strahlen 25, 26 (Stufe C) annehmen, die sich öffnen, bis sie sich im Hinblick auf die Ausgangsebene Y-Y der Nut 19 symmetrisch umbiegen, wobei sie mit entsprechenden Teilen des Gehäuses verbunden bleiben. Es gibt infolgedessen kein Absprengen von metallischen Splittern.

Das Isolieröl 17, unter dessen Druck sich das Platzen ereignet, wird nach dem Bersten einem Restdruck unterworfen, der es bei 17a zwischen den beiden metallischen Lippen 23, 24 austreibt, und zwar überall längs der Umfangsflache der Lippen, wodurch jegliche Bildung eines Bogens zwischen den beiden Lippen vermieden wird.

Die angestellten Versuche haben gezeigt, daß mit den vorstehend angegebenen Werkstoffen

.die Verzögerung zwischen der Abgabe des Signals zum Zünden und dem Eintritt des Bruchs des leitenden Rohrs ungefähr 0,3 · 10~^ see. und

die radiale Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit 17 unmittelbar nach dem Bruch der ringsum laufenden Nut 19 des Gehäuses ungefähr 370 m/sec. beträgt.

Unter Hinweis auf die bereits in der Einleitung hervorgehobenen Vorteile ist noch erwähnenswert:

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Die Art sowie die gegenseitige Anordnung der Bauelemente des Stromunterbrechers sind derart, daß es immer leicht möglich ist, diesen Stromunterbrecher in einem zu einem zu unterbrechenden Stromkreis einzusetzen, und zwar ohne die Anfangsimpedanz desselben merklich zu vergrößern;

das Gehäuse oder die leitende Umhüllung 1 gewährleistet die anfängliche Portsetzung oder Verbindung des Stromkreises, in den der Stromunterbrecher eingesetzt ist;

das pyrotechnische Element 12, das im Mittelpunkt des Gehäuses untergebracht ist, verursacht hinsüitlich seiner Funktion eine gegenüber dem Gehäuse symmetrische Explosion;

die Isolierflüssigkeit 17 mit starker dielektrischer Durchschlagsfestigkeit füllt dasjenige Volumen vollständig aus, das nicht durch pyrotechnische Bauelemente eingenommen ist.

Die Pig. 3 und 4 zeigen eine andere Form C des erfindungsgemäßen Stromunterbrechers. Das Gehäuse 1 weist eine kugelförmige Gestalt auf und trägt eine Umfangsnut von geringerer Widerstandsfähigkeit in Form einer äußeren Nut 19', die das Gehäuse in zwei Halbkugeln 1a¹ und 1b¹ unterteilt. Der die Sprengladung tragende Detonator 11' ist gegenüber dem Gehäuse 1 mittels einer Mutter 27 unter Zwischenschaltung von Isolierringen 28,29 und einer Isolierhülse 30 radial befestigt. Die Zündung des zentralen Detonators 12 ist wie in dem vorhe gehenden Beispiel durch Verdampfung eines Fadens gewährleistet.

Die Funktionsweise ist mit derjenigen des zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiels identisch.

In der einen oder der anderen der Ausführungsformen C, C kann der Stromunterbrecher, falls notwendig, mit einer Umhüllung 31 umgeben bzw. umschlossen sein, mit der man das Austreten bzw. Verspritzen von Öl vermeiden kann. Diese Umhüllung kann beispielsweise aus Glaswolle bestehen und eine ausreichende Widerstandskraft aufweisen, um den Stromunterbrecher auch ungewollt arbeiten können zu lassen, und zwar ohne Gefahr für einen Monteur, der den Stromunterbrecher in der Hand hält. Die Fig.

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zeigt eine derartige Umhüllung 31 im Falle eines Stromunterbrechers C entsprechend der ersten Ausführungsform.

Schließlich zeigt die Fig. 6 lediglich zur Veranschaulichung als Beispiel eine Unterbrecher- oder Sicherungsanordnung für ein dreiphasiges Netz. An jedem der Leiter 32 dieses Netzes ist ein Stromunterbrecher nach der Efindung in der Ausführungsform G der Fig. 1 bis 3 wie dort gezeigt oder in der Ausführungsform nach Fig. 4 angeordnet, und zwar ohne oder mit einer Umhüllung.

Die Zündschnüre des Spreng-Detonators dieser Stromunterbrecher A sind in Parallelanordnung durch Leiter 14 mit einer Zündvorrichtung 33 verbunden, die mit einer Stromzuführung durch einen Leiter 34 versehen sind, der von einer Stromquelle 35 ausgeht, die ein Signal zum Zünden von einem Meßfühler 36 erhält, der einen elektischen oder einen anderweitigen Vorgang überwacht, der das Öffnen des Netzes 32 veranlassen soll. Die Meßfühleranordnung 36 ist mit der Zündvorrichtung 33 durch eine Umformeinrichtung 37 verbunden. Diese eignet sich zum Umformen der von dem Meßfühler 36 kommenden Information zu einem Signal, das an die Zündvorrichtung 33 übertragen wird.

Die Vorrichtungen 33, 36 und 37 sind in Verbindung mit derartigen Signal- und Befehlseinrichtungen an sich wohl bekannt » und bedürfen daher keiner in Einzelheiten gehenden Beschreibung.

Patentansprüche

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   ·/Stromunterbrecher mit einem pyrotechnischen Bauelement für Starkstromkreise oder Stromkreise mit sehr hoher Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß das pyrotechnische Bauelement (12) in der Mitte eines Gehäuses (1,1') gelagert ist, die an ihrer leitfähigen Wandung mit einer Linie (19,19') geringerer Widerstandsfähigkeit versehen ist, die um das Gehäuse zwei Hälften (1a, 1b; 1a¹ 1b¹) teilt, und daß das Gehäuse mit einer stark isolierend wirkenden Flüssigkeit (17) gefüllt ist, die bei ihrem Austritt zwischen zwei Lippen (23,24) an den beiden aufgrund der Explosion des pyrotechnischen Elemente^ (12) entstandenen Gehäusehälften die Entstehung und das Port- i dauern eines Lichtbogens zwischen beiden Lippen (23,24) verhindert.
2. 2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er ein zylindrisches Gehäuse (1) umfaßt, in dem zwei Einsätze (7,8) mit konischen Oberflächen angeordnet sind, die dazu bestimmt sind, die bei der Explosion des pyrotechnischen Elementes entstehenden Schockwellen in Richtung auf die zylindrische Wandung des Gehäuses zu reflektieren, und das die Linie geringerer Widerstandskraft eine rings am Umfang verlaufende Nut 19 bildet, die in einer zur Längsachse X-X des Gehäuses senkrechten Querebene Y-Y liegt und die sich ungefähr im i gleichen Abstand von den beiden konischen Oberflächen befindet.
3. 3. Stomunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse(1') kugelförmig und aus zwei Halbkugeln (1a',1b') gebildet ist, die durch den Boden einer ringsum laufenden Nut (19') miteinander in Verbindung stehen, die die Linie geringerer Widerstandsfähigkeit bildet.
4. 4. Stromunterbrecher nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das pyrotechnische Element (12) ein Dotonator ist, der mit einer "Sekundär^Zu3ammenaetzung wie Pentrit geladen iot.

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   - 10 -

   2 1 C) 3 ^Γ, 6 5
5. 5. Stomunterbrecher naoh einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierflüssigkeit ein Öl mit den nachfolgenden Eigenschaften ist:

   Die elektrische Durchschlagsfähigkeit bei 25 G...

   ,ungefähr 35 KV pro 2,5 rat

   Viscosität bei 25°G 2,H + 0,5 Gentistoke
6. 6. Stromunterbrecher nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1,1') aus einer Aluminiumlegierung mit den nachfolgenden Eigenschaften besteht:

   Gütegrad geglüht (recuit)

   mittlere Dehnung 38 $

   mittlere Brucklast 8,5 hbar
7. 7. Stromunterbrecher nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1,1') von einer Schutzhülle (31) aus Glaswolle oder einem ähnlichen Material umgeben ist.
8. 8. Stromunterbrechereinrichtung unter Verwendung von Stromunterbrechern nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet,

   P daß jeder einzelne mehrerer gleichzeitig zu unterbrechender Stromkreise ein pyrotechnisches Element aufweist und die Sprengkapseln aller Stromkreise mit einem Zündstromkreis verbunden sind.

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   ORIGINAL iNSFECTE

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