DE2103565B2

DE2103565B2 - Stromunterbrecher

Info

Publication number: DE2103565B2
Application number: DE19712103565
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1970-02-04
Filing date: 1971-01-26
Publication date: 1973-06-07
Also published as: LU62531A1; GB1307486A; NL7101506A; SE374836B; BE761952A; NL155122B; JPS5142743B1; FR2079538A5; DE2103565A1; DE2103565C3; CH534958A

Description

6. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, Y) aus einer Aluminiumlegierung mit den nachfolgenden Eigenschaften besteht:

Gütegrad geglüht

mittlere Dehnung 38",,

mittlere Bruchlast 8.5 hbar

7. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche I bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1. Y) \on einer Schutzhülle (31) aus Glaswolle oder einem ähnlichen Material umgeben ist.

S. Stromunterbrechereinrichtung unter Verwendung von Stromunterbrechern nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne mehrerer gleichzeitig zu unterbrechender Stromkreise ein pyrotechnisches Element aufweist und die Sprengkapseln aller Stromkreise mit einem Zündstromkreis verbunden sind.

■~>ie I^;rfim.lung betrifft einen Stromunterbrecher, bei dem Jur I lauMstromleiler als Gehäuse ausgebildet ist, in welchem ein pyrotechnisches Element angeordnet ist, durch dessen Zünden der Hauptstromleiter aufgetrennt wird, bei dem ferner eine Isolierflüssigkeit zur Lichtbogenlöschung dient.

Stromunterbrecher dieser Art werden vorzugsweise in Zellen verwendet, wo das Unterbrechen von Stromleitern in äußerst kurzer Zeit erforderlich ist, wobei es sich vorzugsweise um sehr hohe Stromstärken und/oder sehr hohe Spannungen in der Größenordnung von

ίο beispielsweise 10000 A bzw. 2000 V handelt. Bei Verwendung von solchen Stromunterbrechern erreicht mar im allgemeinen ausreichend kurze Abschaltzeiten, jedoch bereitet die Vermeidung unerwünscht starker Lichtbogen beim Auftrennen der Stromleiter Schwierigkeiten.

Bei einem bekannte« Stromunterbrecher der eingangs genannten Art (deutsche Auslegeschrift 1050 858) ist in einem aufzutrennenden Mittelteil eines hohl ausgebildeten Stromleiters ein pyrotechnlsches Element angeordnet. Der aufzutrennende Mittelteil des Hauptstromleiters ist von einer Kammer umgeben, die mit einer Löschflüssigkeit für den Lichtbogen gefüllt sein kann. Wenn das pyrotechnische Element gezündet wird, wird der Mittelteil des hohl ausgebildeten Hauptstromleiters aufgetrennt. Da die Sprengung innerhalb der Kammer stattfindet, durch deren Stirnseiten sich die beiden Enden des hohl ausgebildeten Hauptstromleiters erstrecken, wird der entstehende Lichtbogen durch Explosivgase beblasen.

denen bei der Auftrennung des Mittelteils des Hauptstromleiters der Ausströmweg aus der Kammer durch den hohlen Stromleiter hindurch nach außen frei gemauit wird. Im einzelnen soll erreicht werden, daß die Explosivgase durch das oder die in den Kammer-Stirnwänden stehengebliebenen höhlen Stromleiterenden aus der Kammer nach außen strömen, damit der L ichtbogen wirkungsvoll beblasen werden kann. Die in der Kammer enthaltene Isolierflüssigkeit soll gleichfalls unter dem Druck der Explosivgase durch die hohlen Stromleiterenden nach außen strömen. Dies setzt jedoch voraus, daß die Isolierflüssigkeit entgegen dem Druck und der Bewegungsrichtung der Explosivgase strömt. Denn der Explosionsdruck wirkt allseitig auch auf die den Mittelteil des Hauptstromleiters umgebende Isolierflüssigkeit nach a;ßen. Mit dieser Konstruktion läßt sich daher zwar eine Unterbrechung des Hauptstromleiters in sehr kurzer Zeit, erzielen, während jedoch die Entstehung eines unerwünschten Lichtbogens nicht sicher verhindert werden kann.

Es besteht daher die Aufgabe, einen Stromunterbrecher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß nicht nur eine äußerst kurze Abschaltzeit, sondern auch eine sichere Lichtbogenlöschung gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Gehäuse an seiner Oberfläche eine mittige, in Umfangsrichtung verlaufende an sich bekannte Einkerbung aufweist, die das Gehäuse in zwei Hälften teilt, und daß das Gehäuse mit der Isolierflüssigkeit aufgefüllt ist.

Infolge dieser Ausbildung des erfindungsgemäßen Stromunterbrechers wird das Gehäuse an einer vorbestimmten Stelle, nämlich längs einer Einkerbung aufgetrennt, und zwar unter dem Einfluß der Druckkraft, die beim Zünden des im Gehäuse angeordneten pyrotechnischen Elementes entsteht und durch die Füllung des Gehäuses mit Isolierflüssigkeit gleichmäßig auf die Innenwandung des Gehäuses wirkt. Dabei wird die

3 4

Isolierflüssigkeitsfüllung unter dem Druck der Ex- Fig. 4 eine andere Ansicht des Stromunterbrechers

plosivgase allseitig nach außen geschleudert, sobald nach Fig. 3 von unten.

das Gehäuse längs dei Einkerbung aufgetrennt wird. Fig. 5 eine Ansicht einer AnorJnung eines Stroni-

Hierdurch entsteht also bereits vor der endgültigen Unterbrechers nach der Erfindung im Inneren einer

Unterbrechung des Hauptstromleiters ein Vorhang aus 5 Schutzhülle.

Isolierflüssigkeit, dessen Dicke mit zunehmender Auf- Fig. 6 eine schematische Darstellung einer AnorU-

trennung des Gehäuses zunimmt und einer ".'irksamen nung von drei erfindungsgemäßen Stromunterbrechern

Lichtbogenlöschung dient. an einem dreiphasigen Versorgungsnetz.

Auf diese Weise erfüllt die Isolierflüssigkeit zum Die Beschreibung beginnt zunächst mit Fig. 1. die

einen die Funktion, die durch die Explosion entstehen- io eine Anordnung eines Stromunterbrechers C in einer

den Druckkräfte gleichmäßig auf die Innenwandung bevorzugten Ausführungsform darstellt. Der Strom-

des Gehäuses wirksam werden zu lassen, und zum unterbrecher umfaßt einen rotationssymmetrischen

anderen die Funktion, der Entstehung eines Licht- Metalikörper 1 mit einer Längsmittelachse X-X. der

bogens entgegenzuwirken. Außerdem kann die Isolier- ein Gehäuse darstellt, da er ein Sackloch 2. daran

flüssigkeitsfüllung eine unregelmäßige Expansion der 15 anschließend eine Bohrung 3 und eine Gegenbohrung

gasförmigen und/oder festen Produkte, die bei der mit Gewinde 4 umfaßt, die zur Aufnahme eines

Explosion entstehen, verhindern. Darüber hinaus Gewmdestopfens 5 dient.

zeichnet sich der erfindungsgemäße Stromunterbrecher An beiden Enden der Bohrt- /i 3 sind Bauelemente durch einen einfachen Aufbau sowie durc'i eine hohe derart gelagert, daß ihre konische.. Flächen einander Huinebssicherheit aus. Diese Eigenschaften bilden die 20 zugewandt sind. Es handelt sich dabei um einen EinVoraussetzung für einen wirtschaftlichen und sicheren satz 6, der eine Gegenspitze aufweist und mit einem Einsatz der Stromunterbrecher. Durch die Vergleich- Schaftende 7 versehen ist. das in dem Sackloch 2 anmäßigung des Explosionsvorgangs wird eine erheblich georunet ist. so daß der Einsatz 6 und damit die Gegen- \erbesserte Reproduzierbarkeit der beim Zünden des spitze innerhalb des Gehäuseseine zentrische Lage einpyrotechnischen Elementes ausgelösten Vorgänge er- 25 nimmt. Ferner handelt es sich um einen Isoliereinsatz, reicht. Dies ist eine beispielsweise im Hinblick auf der mit einem Bund 9 als Anschlag zwischen einer erforderliche Phasenverschiebungen wesentliche Eigen- Schulter 10 des Gehäuses und dem Stopfen 5 \.>rgeschaft, wenn es darum geht, den Stromunterbrecher sehen ist.

zu einem sehr genau definierten Zeitpunkt einzu- In dem Einsatz 8 ist in axialer Lage eine Halterung

schalten. Hinzu kommt, daß sich der erfindungs- 30 11 für ein pyrotechnisches Element vorgesehen, das

gemäße Stromunterbrecher baulich mit einfachen Mit- durch eine Sprengladung 12 gebildet ist. Für diese ist

teln sehr robust ausführen läßt, so daß er eine vcr- eine elektrische Zündung durch Verdampfen eines

hältnismäßig unempfindliche Konstruktion darstellt. Elements 13 vorgesehen, das von einem Speisestrom

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist durcnflossen ist. der über Leitungen 14 zugeführt

dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrisch ausge- 35 wird, die den Stromunterbrecher über koaxiale Boh-

bildete Gehäuse innen an den Stirnseiten jeweils rungen 15 und 16 des Stopfens 5 und des Isolierein-

konische Flächen zur Reflexion der durch die Isolier- satzes 8 verlassen.

flüssigkeit übertragenen Schockwellen der Zündung Der Zwischenraum zwischen den konischen Ober- <!es pyrotechnischen Elementes an die zylindrische flächen der beiden konisch ausgebildeten Einsätze 6 Wandung des Gehäuses aufweist und die Einkerbung 40 und 8 ist ebenso wie das Ende des Sucklochs 2 mit in einer zur Längsachse des Gehäuses senkrechten einem Isolieröl 17 gefüllt, in das das pyrotechnische Ebene liegt. Auf Grund dieser ausbildung wird die Element 12 folglich versenkt ist. Die Dichtigkeit des Wirkung des Explosionsdruckes auf die Gehäusewand Gehäuses wird durch einen Ring 18 hergestellt, noch verstärkt, und zwar in einer Weise, die weiterhin Ungefähr im Bereich der Mitte der Länge des ergewährleistet, daß die Auftrennung des Stromleiters an 45 wähnten, mit Öl ausgefüllten Zwischenraums sowie im der eingekerbten Stelle erfolgt. Denn von den koni- rechten Winkel gegenüber dem Bauelement 12 ist sehen Flächen an den Innenstirnseiten des Gehäuses eine Linie geringerer Widerstandsfähigkeit des Gewerden die Schockwellen in Richtung auf den Bereich häuses in Form einer kreisringförmigen Nut 19 vorder Einkerbung reflektiert. Dadurch erreicht man ein gcelten, die in der äußeren Oberfläche dieses Gehäuringsum gleichmäßiges Auftrennen des Stromleiters 50 ses 1 angeordnet ist und das Gehäuse in zwei Hälften längs der Einkerbung und damit die Entstehung eines la, Ib teilt.

ringsum gleichmäßigen Vorhangs aus Isolierflüssig- Schließlich trägt das Gehäuse zwei Klemmen oder

keit. Kabelschuhe 20, 21, die gestatten, daß das Gehäuse

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Er- beispielsweise "lit Hilfe von Schrauben zwischen zwei findung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 55 Elementen wie zwei Anschlußlaschen 22 des zu unter-Kugelform aufweist und aus zwei Halbkugeln gebildet brechenden Stromkreises eingesetzt wird, ist, wobei die Einkerbung zwischen den beiden Halb- Es ist sehr vorteilhaft, wenn das metallische Gekugein verläuft. häuse 1 aus einer Aluminiumlegierung mit folgenden

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Aus- Eigenschaften besteht:

führungsbeispiele;i mit Bezug auf die Zeichnungen 60 Gütegrad geglüht

näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt mittlere behnune!'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. ■ ■'.'.' 38%

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Stromunterbrechers mittlere Bruchlast 8.5 hbar

nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Stromunterbrechers in Bei der Sprengladung 12 handelt es sich um eine

drei Stufen A, B und C seiner Betriebsweise. 65 Kapsel, die ausschließlich mit sekundären Explosiv-

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines anderen Aus- Stoffen, wie Pentrit geladen ist und infolge ihrer

führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stromunter- leichten Empfindlichkeit zuläßt, daß sie sehr sicher und

brechers, genau funktioniert.

Schließlich kann das Öl 17 beispielsweise folgende Eigenschaften aufweisen:

dielektrische Durchschlagsfestigkeit

bei 25°C 35 kV pro 2,5 mm

Viskosität bei 25° C 2.S₃; 0,5 Centistokc

Die Arbeitsweise ist mit Bezug auf Fig. 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 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 19a, worauf die Wandung in zwei Teile la und 16 längs dieser Nut (Stufe B, Fig. 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 Umfangsfläche 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 leidenden Rohrs ungefähr 0,3 · 10-³ 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:

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 Fortsetzung oder Verbindung des Stromkreises, in den der Stromunterbrecher eingesetzt ist;

das pyrotechnische Element 12, das im Mittelpunkt des Gehäuses untergebracht ist, verursacht hinsichtlich 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 Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Form C des ίο 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 la' und IA' unterteilt. Der die Sprengladung tragende Detonator W 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 vorhergehenden Beispiel ao 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. 5 zeigt eine derartige Umhüllung 31 im Falle eines Stromunterbrechers C entsprechend der ersten Ausführungsforni.

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 Erfindung in der Ausführungsform C 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 sind in Parallelanordnung lurch 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 elektrischen 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 Vorrichtung 33, 36 und 37 sind in Verbindung mit derartigen Signal- und Befehlseinrichtungen an sich wohl bekannt und bedürfen daher keiner in Einzelheiten gehenden Beschreibung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stromunterbrecher, bei dem der Hauptstromleiter als Gehäuse ausgebildet ist, in welchem ein pyrotechnisches Element angeordnet ist, durch dessen Zünden der Hauptstromleiter aufgetrennt wird, bei dem ferner eine Isolierflüssigkeit zur Lichtbogenlöschung dient. dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, Y) an seiner Oberfläche eine mittige, in Umfangsrichtung verlaufende an sich bekannte Einkerbung (19, 19') aufweist, die das Gehäuse (1, Y) in zwei Hälften teilt, und daß das Gehäuse (1, Y) mit der Isolierflüssigkeit (17) aufgefüllt ist.

2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, uaß das zylindrisch ausgebildete Gehäuse (1) innen an den Stirnseiten jeweils konische Flächen zur Reflexion der durch die Isolierflüssigkeit (17) übertragenen Schockwellen der Zündung des pyrotechnischen Elementes (12) an d^;e zylindrische Wandung des Gehäuses (1) aufweist und die Einkerbung (19) in einer zur Längsachse (.V-A') des Cjehäuses (1) senkrechten Ebene (Y-Y) liegt.

3. Stromunterbrecher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. <'·τβ das Gehäuse (Y) Kugelform aufweist und aus zwei Halbkugeln (Ia', IA') gebildet ist. wobei die Einkerbung (i9') zwischen den beiden Halbkugeln (Ia', \b) verläuft.

4. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das pyrotechnische Element (12) ein Detonator ist, der mit einer »Sekundär«-Zusammensetzung wie Pentrit geladen ist.

5. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierflüssigkeit ein öl mit den nachfolgenden Eigenschaften ist:

Dielektrische Durchschlagsfestigkeit

bei 25 C ungefähr 35 kV pro 2,5 mn.

Viskosität bei 25 C 2.8 _:: 0,5 Centistoke