DE2360773A1 - Elektrische strombegrenzungsvorrichtung - Google Patents

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. , Baden (Schweiz)

Elektrische Strombegrenzungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Strombegrenzungsvorrichtung für wiederholte Verwendung.

Die Aufgabe einer Strombegrenzungsvorrichtung, in einem Stromkreis besteht darin, dass sie bei Führung von Betriebsströmen, d.h. Strömen bis etwa Nennstrom oder wenig darüber, einen sehr kleinen Durchgangswiderstand besitzen, hingegen beim Auftreten von Fehlerströmen, z.B. Ueberströmen oberhalb eines vorgegebenen Wertes einen solchen Widerstand entwickeln, dass dadurch der ohne die Strombegrenzungsvorrichtung vom Netz her mögliche, sogenannte unbeeinflusste Fehlerstrom reduziert: wird. Es sind Strombegrenzungsvorrichtungen bekannt:* bei denen sich im Anschluss an den Strombegrenzungsvörgang

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nach einer gewissen Zeit der ursprüngliche Zustand des kleinen Durchgangswiderstandes selbsttätig wieder herstellt, ' wodurch eine Betriebsstromfuhrung erneut möglich ist. Derartige Strombegrenzungsvorrichtungen arbeiten im wesentlichen mit einem durch den Ueberstrom verdampfbaren Strombegrenzungsmaterial, z.B. Natrium, welches in einer druckfest gekapselten Leiterverengung verdampft wird (vgl. DT-AS 2 028 593, 2 16 2 991) Hierbei wird die Wiederverwendbarkeit durch Regeneration des Strompfades im Anschluss an den Strombegrenzungsvorgang dadurch erreicht, dass der Metalldampf abkühlt, kondensiert und in die Leiterverengung zurückgeführt wird. Die bekannten Ausführungen sind in ihrer Ansprechempfindlichkeit vom maximal zulässigen Dauerbetriebsstrom anhängig. Sie sind bezüglich der Einhaltung gewisser Eigenschaften (Toleranzen) empfindlich gegen Abbranderscheimmgen und die Rückführung des Leitermetalls ist in manchen Fällen schwierig.

Die Erfindung geht einen anderen Weg, dessen physikalisches Prinzip es gestattet, die Ansprechempfindlichkeit_sweitgehend unabhängig vom Nennstrom der Strombegrenzungsvorrichtung einzustellen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass in einer druckstossfesten Kammer mindestens ein bewegliches Kontaktstück angeordnet ist, welches zwecks initialer Kontakttrennung mit einer elektrodynamischen Antriebseinrichtung der-

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art verbunden ist, dass bei einem vorgebbaren Fehlerstrom eine Kontaktkraft überwunden wird, und welches einen Kolben besitzt, der einem in der Kammer durch den Lichtbogen erzeugbaren Druck ausgesetzt ist, durch den das bewegliehe Kontaktstück kurzzeitig in eine zur Strombegrenzung notwendigen Grenzlage überführbar ist.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. la, Ib ist die Strombegrenzungsvorrichtung mit einem beweglichen Kontaktstück in zwei charakteristischen Stellungen dargestellt, während

Fig. 2ä„ 2b eine Variante hierzu zeigt, bei welcher ein ^: symmetrischer Aufbau getroffen ist. V

In den Figuren sind für einander entsprechende Teile gleiche Bezugshinweise verwendet. In Fig. la, Ib befinden sich die Kontaktstücke 1,3, welche sich im geschlossenen Zustand. (Fig. la) bei 2 stirnkontaktartig berühren, in einem druckstossfesten Gehäuse 5 aus Metall. Das feststehende Kontaktstück 1- ist durch ein Isolierstück Sa gegen das Gehäuse 5 elektrisch isoliert. Das Kontaktstück 3 besitzt eine flanschartige' Erweiterung 3a, welche mit einem isolierenden Hülsenstück' 3b fest verbunden ist und als Ganzes nach Art eines

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Kolbens im Gehäuse 5 gleitend geführt ist* Das Gehäuse 5, 5a bildet-.nach der Kontakttrennung (Fig. Ib) ein Volumen 6 mit einer vom Kontaktstück 3 in dessen oberer Lage freigegebenen Oeffnung 7. In dieser Lage gibt der Kolben 3a, 3b auch Oeffnungen 8 des Gehäuses 5 frei. Das Kontaktstück 3,3a ist mit dem Deckelteil des Gehäuses 5 elektrisch und mechanisch mittels der elastischen und elektrisch leitenden Schraubenfeder 4 verbunden. Die Feder 4 besteht z.B. aus Berylliumbronze und ist so bemessen, dass sie in der Grundstellung (Fig. la) zwischen den Kontaktstücken 1,3 eine Vorspannung besitzt und dadurch den im BetriebsStrombereich nötigen Kontaktdruck herstellt. Von einem vorgebbaren Stromwert an (Ueberstrom, Fehlerstrom) wirkt infolge der elektrodynamischen Kräfte zwischen den Federwindungen die Kontraktion der Feder 4 als elektrodynamische Antriebseinrichtung auf das Kontaktstück 3, welches in Richtung der in Fig. Ib gezeichneten oberen Lage bewegt wird. Das Kontaktstück 3 besitzt ein z.B. isolierendes, als Stössel ausgebildetes Betätigungsglied 9. Durch letzteres kann in an sich bekannter Weise beim Arbeiten der Strombegrenzungsvorrichtung ein mit ihr elektrisch in Reihe liegender Schalter betätigt oder ausgelöst werden, der die stationäre Stromkreisauftrennung bewirkt. Mit 10 und 11 sind die Stromanschlüsse der Strombegrenzungsvorrichtung schematisch angedeutet.

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Die Wirkungsweise ist folgende:

Wenn im·geschlossenen Zustand (Fig. la) ein Ueberstrom durch die Strombegrenzungsvorrichtung fliesst, der zum Ansprechen führt, wird durch die dynamische Wirkung der Feder 1 das Kontaktstück 3 vom Kontaktstück 1 abgehoben. Dabei erzeugt der zwischen den Kontaktstücken 1,3 entstehende Lichtbogen im Raum 6 einen Druck, welcher den elektrodynamisch eingeleiteten Kontakttrennungsvorgang unterstützt infolge der kolbenförmigen Gestaltung des Kontaktstückes 3. Während dieses Vorganges sorgt sowohl der wachsende Kontaktabstand als auch der ansteigende Druck im Raum 6 für die zur Strombegrenzung erforderlichen Erhöhung des Bogenwiderstandes. Zugleich wirkt das durch die als Spule wirkende Feder 4 erzeugte axiale Magnetfeld destabilisierend auf den Lichtbogen und ruft ein Umlaufen der Lichtbogenfüsspunkte auf'den Kontaktstücken hervor. Letzterer Effekt ist insofern vorteilhaft, weil sich dadurch der Kontaktabbrand reduziert. Der Strombegrenzungsvorgang endet, nachdem das Kontaktstück 3 die Oeffnung 7 (Fig. Ib) freigegeben hat und sich der Druck im Raum 6 entlastet. Zur Förderung der DrucJcentwicklung in der Kammer 5, 5a kann die Isolierhülse 5a aus gasabgebendem Material bestehen., oder wenigstens mit einem solchen ausgekleidet sein. Die Variante nach Fig. 2a, 2b zeigt einen sym-

metrischen Aufbau, bei welchem im wesentlichen anstelle des

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festen Kontaktstückes 1 ein weiteres bewegliches Kontaktstück 3 tritt. Die Kontaktstücke 3 sind jeweils gleitend und kontaktgebend von einer ringkolbenförmigen Elektrode 12 umfasst, die als Lxchtbogenfusspunktlaufbahn dient, sobald der.Lichtbogen 13 (Fig. 2b) auf sie überkommutiert ist. Durch diese Anordnung werden die Kontaktstücke 3 weitgehend dem Abbrand entzogen. Die Entlastungsöffnungen 8' des Raumes 6 werden in diesem Falle durch die Elektroden 12 freigegeben. Gegebenenfalls kann an den Elektroden ein gewollter metalldampferzeugender Abbrand zur weiteren Unterstützung des Strombegrenzungsvorganges zugelassen werden.

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Claims (7)

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1. ^Elektrische Strombegrenzungsvorrichtung; für wiederholte Verwendung, dadurch gekennzeichnet, dass in einer drückstossfesten Kammer (5, 5a) mindestens ein bewegliches Kontaktstück (3) angeordnet ist, welches zwecks initialer Kontakttrennung mit einer elektrodynamischen Antriebseinrichtung (4) derart verbunden ist, dass bei einem vorgebbaren Fehlerstrom eine Kontaktkraft überwunden wird, und welches einen kolben (3a) besitzt, der einem in der Kammer (5, 5a) durch den Lichtbogen erzeugbaren Druck ausgesetzt ist, durch den das bewegliche Kontaktstück (3) kurzzeitig in eine zur Strombegrenzung notwendige Grenzlage überführbar ist.

2. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3a} vermittels einer flexiblen Stromverbindung (U) mit einem einen äusseren Anschluss bildenden Kammerteil (5) elektrisch verbunden ist und dass die Stromverbindung selbst als elektrodynamische Antriebseinrichtung (H) ausgebildet ist.

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3. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromverbindung eine Spule (4) mit schraubenförmigen Windungen ist, welche in der Ruhestellung des Kontaktstückes (3) zugleich der'Kontaktdruckerzeugung dient.

U. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3a) in einem zylindrischen Kammerteil gleitend derart angeordnet ist, dass er während seiner Hubbewegung die Freigabe von Oeffnungen (8) im Kammerteil bewirkt.

5. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kontaktstück (3) mit einem Betätigungsglied (9) zum Antreiben bzw. Auslösen eines mit der Strombegrenzungsvorrichtung elektrisch in Reihe liegenden Schalters verbunden ist.

6. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kontaktstück (3") zweiteilig derart ausgebildet ist, dass es von einer als Ring-

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kolben ausgebildeten Elektrode (12) umgeben ist, die als Lichtbogenfusspunktlaufbahn dient.

7. Strombegrenzungsvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6,

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dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen (8') so angeordnet sind, dass ihre Freigabe durch den Ringkolben (12) erfolgt.

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