DE2905747A1 - Strombegrenzungseinrichtung fuer hochspannungsschaltanlagen - Google Patents

Description

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Strombegrenzungseinrichtung für Hochspannungssehaltanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strombegrenzungsein- ■ richtung für Hochspannungsschaltanlagen mit einem Schnellschaltgerät zum Begrenzen und Unterbrechen von Kurzschlussströmen, bei dem eine Sprengladung einen Sprengleiter zerteilt, und die Lichtbogenspannung den Strom auf einenparallelgeschalt et en Schmelzleiter kommutiert, der den Strom rasch unterbricht und damit begrenzt.

Schnellschaltgeräte, wie sie zum Beispiel in der vorgenannten Strombegrenzungseinrichtung zum Einsatz kommen, sind zum Stande der Technik zu zählen (DE-PS 10 56 ?49 oder DE-PS 11 69 019). Sie sind für Gleich- und Wechselstrom geeignet. _hre Schaltzeiten liegen ein bis zwei Zehnerpotenzen niedriger als die Schaltzeiten der Schnell- und Leistungsschalter üblicher Bauart. Die Zeit bis zur Begrenzung des Stromes im Kurzschlussfall beträgt typisch weniger als 0,5 msec. Damit wurde es möglich, den Kurzschlussstrom in Wechselstromnetzen üblicher Frequenz so klein zu halten, dass elektrische Schaltanlagen und Geräte nicht mehr für den vollen Stossstrom (I ) bemessen zu wer-

den brauchen. Wegen seiner strombegrenzenden Wirkung wird das Gerät in der Literatur "I -Begrenzer" genannt. Eine Uebersicht über die vielfältigen Anwendungen von I -Begrenzern findet sich beispielsweise in dem Aufsatz "Selektives Schalten in äusserst kurzen Zeiten mit I-Begrenzern" (ETZ-A, Bd. 81, Heft 20/21, vom 26.9.I960, S. 74l - 744).

I -Begrenzer sind Schaltgr?räte, welche lediglich Ausschaltungen vorzunehmen in der Lage sind. In Energieversorgungsnetzen sind jedoch Vorkehrungen zu treffen, die es ermögli-

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a) extrem schnelles Ansprechen auf Kurzschlüssej da die Schnellschaltgeräte weniger als typisch 0,5 msec benötigen, um den Kurzschluss-Strom zu begrenzen und abzuschalten;

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chen, nach erfolgter Abschaltung infolge eines Kurzschlusses, die ursprüngliche Verbindung wieder herzustellen. Bei ^: Portbestehen des Kurzschlusses muss dann in der Regel die jendgültige Abschaltung erfolgen. Die Schaltanlagen in einem |· Hochspannungsnetz sind aus diesem Grunde mit Einrichtungen zur Schnellwiedereinschaltung versehen. Die Schnellwiedereinschaltung erfolgt dabei durch die Leistungsschalter, die für diesen Zweck in besonderer· Weise ausgebildet sind. r,

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strombegrönzungsein- |j

richtung zu schaffen, die unter Verwendung von Schnell- |f

schaltgeräten (I -Begrenzern) in der Lage ist, Schnell- $

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Wiedereinschaltungen oder ganze Schnellwiedereinschalt- 4

zyklen durchzuführen. k

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der Erfindung vorgesehen, (;;

bei einer Strombegrenzungseinrichtung für Hochspannungsan- |[

lagen mit einem Schnellschaltgerät zur Schnellwiederein- f<

schaltung einem ersten Schnellschaltgerät mindestens ein V-

weiteres Schnellschaltgerät mit in Serie dazu liegendem ^

Kurzschliesser parallelzuschalten und dem oder den weite- |«

ren Schnellschaltgeräten Mittel zur Herstellung deren |

Spreng- bzw. Auslösebereitschaft in Abhängigkeit von der ||

Stellung des jeweils in Serie liegenden Kurzschliessers |

zuzuordnen. v-

Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind insbesondere W

in folgenden Punkten zu sehen: i)

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b) der Kursschluss-Strom im Wechselstromnetz kann nunmehr so klein gehalten werden, dass elektrische Schaltanlagen und Geräte nicht mehr für den vollen Stossstrom bemessen zu werden brauchen. Dies ist insbesondere beim Ausbau von Hochspannungsnetzen von grosser wirtschaftlicher Bedeutung, wo nunmehr auf eine entsprechende Erhöhung der Abschaltleistung der Leistungsschalter verzichtet werden kann; im Extremfall wäre aer Austausch sämtlicher Leistungsschalter einer Hochspannungsanlage erforderlich, was durch Einsatz der erfindungsgemässen Strombegrenzungsvorrichtung vermieden werden kann,

c) durch Parallelschaltung mehrerer Schnellschaltgeräte mit zugehörigen Kurzschliessern lassen sich beliebige Schnellwiedereinschaltzyklen realisieren.

Als Kurzschliesser finden vorzugsweise sogenannte SFg-gekapselte Schutzerdungsschalter Verwendung, wie sie beispielsweise in.der Firmenschrift CH-A 352 336 D der BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz) beschrieben sind.

Gemäss der im Anspruch 2 gekennzeichneten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes umfassen die Mittel zur Herstellung der Spreng- bzw. Auslösebereitschaft der Schnellschaltgeräte Hilfskontakte an den Kurzschliessern, mit deren Hilfe die Zündeinrichtungen der Schnellschaltgeräte aktivierbar sind. Diese Hilfskontakte schliessen bei Betätigung des Kurzschliessers den Auslösestromkreis der Zündeinrichtungen. Ein Aufsprengen des Sprengleiters erfolgt somit mit der Betätigung des Kurzschliessers, wenn gleichzeitig ein entsprechendes Auslösesignal anliegt. Diese Lösung zeichnet

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sich insbesondere durch den Vorteil auf, dass zwischen Hilfs- und Hauptkontakten der Kurzschliesser keine besonderen Massnahmen zur Potentialtrennung vorgenommen werden müssen. Gleiches gilt auch für die Zündeinrichtungen der Schnellsohaltgeräte, die aus wirtschaftlichen Gründen in der Regel auf Hochspannungspotential liegen.

Die Zündeinrichtungen werden gemäss Anspruch 3 von einem Impulstransformator gespeist, der seinerseits an eine Kurzschluss-Ueberwachungseinrichtung angeschlossen ist. Der Impulstransformator übernimmt dabei die Aufgabe der Potentialtrennung zwischen Auslösekreis und Kurzschluss-Detektionskreis.

Schnellschaltgeräte werden derzeit für Nennspannungen bis etwa 36 kV gefertigt. Für höhere Nennspannungen werden aus technisch-wirtschaftlichen Gründen mehrere Schnellschaltgeräte in Serie geschaltet, oder das Gerät besteht aus der Serienschaltung mehrerer Sprengleiter, welcher Serienschaltung ein Schmelzleiter parallelgeschaltet ist. Derartige, für höhere Nennspannungen bestimmte Schnellschaltgeräte sind beispielsweise in der DE-PS 11 kl 015 beschrieben, wo auch nähere Einzelheiten bezüglich Zündeinrichtungen und Massnahmen zur Spannungsaufteilung auf die einzelnen Teilleiter enthalten sind. Beide Schnellschaltgerätetypen sind gemäss den in den Ansprüchen 4 und enthaltenen Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes zum Einsatz in einer Strombegrenzungseinrichtung mit Schnellwiedereinschaltmöglichkeit bestimmt.

Die Anzahl der dem ersten Schnellschaltgerät parallel geschalteten, aus Kurzschliessern und Schnellschaltgeräten bestehenden Schalteinheiten richtet sich nach den geforder-

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ten Schaltzyklen. Für eine einfache Schnellwiedereinschaltung (EIN - AUS - EIN bzw. O - CO nach IEC) genügt eine Einrichtung mit einem ersten Schnellschaltgerät mit dazu parallelgeschalteter vorgenannter Abschalteinheit. Für jeden weiteren Schaltzyklus EIN - AUS (CO) ist eine zusätzliche Abschalteinheit erforderlich. Dabei ist es zweckmässig, ⁿgezündeteⁿ Schnellschaltgeräte unter Spannung, also während des Betriebes der Hochspannungsanlage, auszuwechseln. Zu diesem Zweck ist nach einer in Anspruch 7 gekennzeichneten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Schnellschaltgeräte und/oder die zugehörigen Kurzschliesser mittels Steck-Kontaktanordnungen mit den entsprechenden Hochspannungssammelschienen zu verbinden.

Die Erfindung wird nachstehend r.nhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Strombegrenzungseinrichtung mit Schnellwiedereinschaltmöglichkeit,

Fig. 2 eine beispielsweise Schaliungsanordnung der erfindungsgemässen Strombagrenzungsanordnung für einen Schaltzyklus EIN- AUS - EIN - AUS - EIN - AUS (0 - CO - CO)

Fig. 3 eine schematisierte Seitenansicht einer Hochspannungsschaltanlage zur Verdeutlichung des konstruktiven Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der Erfindung

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Fig. 4 eine weitere Seitenansicht der in Fig. 3 darge- ;

stellten Anlage /]

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung (Draufsicht) einer Hoch- ₍M spannungsschaltanlage mit auswechselbaren Schnell- |;i

ύ schaltgeräten bzw. Kurzschliessern. ^M

In der Zeichnung sind dabei alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Einzelheiten fortgelassen worden.

In der Prinzipdarstellung der Fig. 1 sind zwei Schnell-

m schaltgeräte 1, 2 in Serie zu der vor Kurzschluss-Strömen *·?

zu schützenden Leitung 3 geschaltet. Das eine Schnell- ^

schaltgerät 1 liegt direkt im Zuge der Leitung 3> das |

andere Schnellschaltgerät 2 ist über einen Kurzschliesser 4 fi

in die Leitung 3 geschaltet. Jedes Schnellschaltgerät be- |; steht aus einem Sprengleiter 5 und einem im parallelgeschalteten Schmelzleiter 6. Der Sprengleiter 5 ist hohl

ausgebildet und nimmt eine Sprengladung 7 auf. Um den ·

Sprengleiter 5 ist eine gasdurchlässige, elektrisch nicht fi

*; it leitende Ummantelung 8, etwa in Form eines Gitters, ange- ' \)

ordnet. Der Schmelzleiter 6 ist in einer, beispielsweise ;! mit Pulver 9 hoher Löschwirkung gefüllten Hülse 10 unter- ; gebracht. ;. ^

Zur Zündung der Sprengladung können mechanische und elek- . trische Mittel, z.B. ein Glühbrückenzünder, verwendet wer- =;. den. : i

In der Ausgangslage ist der Kurzschliesser 4 offen, der
Strom fliesst über das Schnellschaltgerät 1. Im Kurzschlussfall wird die Sprengladung des Sprengleiters 5

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mittels einer Zündeinrichtung, welche auf die Steilheit des Stromanstiegs anspricht, gezündet. Der Sprengleiter wird durch die Sprengung unterbrochen. Die dabei auftretenden Spranggase kühlen den durch die Auftrennung des Sprengleiters entstehenden Lichtbogen sehr stark ab, gleichzeitig längt sich der Lichtbogen. Die Lichtbogenspannung steigt ausserordentlich rasch auf die Höhe an, die erforderlich ist, um den Strom auf den Schmelzleiter zu kommutieren. Der Schmelzleiter unterbricht dann rasch

ίο den somit auf kleine Werte begrenzten Kurzschluss-Strom. Nach dem Sprengen besteht der volle Isolationsabstand.

Zur Wiedereinschaltung wird der Stromkreis durch Einschalten des Kurzschliessers 4 über das Schnellschaltgerät 2 geschlossen.

Bei Portbestehen des Kurzschlusses wird dieser durch Zünden des Sprengsatzes des Sprengleiters 5 im zweiten Schnellschaltgerät in entsprechender Weise unterbrochen.

Je nach Anzahl der geforderten Schnellwiedereinschaltungen können weitere Schnellschaltgeräte mit in Serie dazu geschalteten Kurzschliessern vorgesehen sein.

Wichtig bei allen Schnellwiedereinschaltungen ist, dass im Zeitpunkt des Schliessens des Stromweges über das jeweilig^ Schnellschaltgerät, dieses sprengbereit ist. Auf welche Weise die Sprengbereitschaft hergestellt wird, soll nachstehend anhand der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsan-Ordnung erläutert werden.

Im Zuge der Hochspannungsleitung 3 sind drei Schnellschaltgeräte 1, 2, 2^f in Serie geschaltet. Das Schnellschaltgerät

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ist entsprechend Fig. 1 direkt in den Stromkreis, die beiden anderen Schnellschaltgeräte 2, 2^! sind jeweils über Kurzschliesser 4, 4^f in den Stromkreis geschaltet. Beide Kurzschliesser sind zweipolig ausgeführt und weisen je e.-.nen Hauptkontakt 4l, 41' bzw. Hilfskontakte 42, 42' auf. Die Schnellschaltgeräte 1, 2, 2' stimmen bezüglich ihres Aufbaus grundsätzlich mit denjenigen gemäss Fig. 1 überein, mit dem Unterschied, dass die parallel zu den Schmelzleitern 6 angeordneten Sprengleiter aus der Serienschaltung zweier Einzelsprengleiter 5a, 5b bestehen. Jedem der Einzelsprengleiter ist eine Zündeinrichtung 11 zugeordnet, welche auf den Sprengsatz (nicht dargestellt) des jeweiligen Einzelsprengleiters wirkt. Die in Serie geschalteten Zündeinrichtungen 11 werden von einem Impulstransformator 12 gespeist. Dieser Impulstransformator ist seinerseits an den Ausgang einer Kurzschluss-Ueberv.-achungseinrichtung 13 angeschlossen. Bei dieser handelt es sich um eine aus der Netzschutztechnik bekannte Einrichtung, die dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn z.B. die Stromanstiegsgeschwindigkeit auf der zu überwachenden Leitung 3 einen bestimmten, einstellbaren Grenzwert überschreitet.

Die Zündeinrichtungen 11 des ersten Schnellschaltgerätes liegen unmittelbar in Serie mit dem Hauptstrompfad des Schnellschaltgerätes 1 an der Sekundärwicklung 14 des Impulstransformators 12. Die Zündeinrichtungen der anderen Schnellschaltgeräte 2, 2¹ sind über die Hilfskontakte 42, 42' der Kurzschliesser 4, 4' jeweils in Serie mit den Hauptstrompfaden der entsprechenden Schnellschaltgeräte an die genannte Sekundärwicklung anschliessbar.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 geht aus folgendem hervor:

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Ein Kurzschluss im Hochspannungsnetz äussert sich als plötzliche Erhöhung der Stromanstiegsgeschwindigkeit di/dt auf der Leitung 3· Diese wird in der Kurzschluss-Ueberwachungseinrichtung 13 detektiert. Beim Ueberschreiten eines bestimmten Grenzwertes (typisch 10 kA/sec) entsteht am Ausgang der Einrichtung 13 ein Auslösesignal für eine Stromkreisunterbrechung. Da die Kurzschliesser 2, 2' - sowohl Haupt- als auch Hilfskontakte - offen sind, wirkt das Auslösesignal nur auf die dem ersten Schaltgerät 1 zugeordneten Zündeinrichtungen.

Soll eine Wiedereinschaltung vorgenommen werden, wird über den Kurzschliesser 4 über ein nicht näher dargestelltes (weil an sich bekanntes) Betätigungsorgan 15 das Schnellschaltgerät 2 in den Hauptstrompfad eingeschaltet. Mit der Betätigung des Kurzschliessers 4 werden neben seinem Hauptkontakt auch dessen Hilfskontakte geschlossen, wodurch der Sprengsatz im Schnellschaltgerät 2 sprengbereit ist. Wegen der Vorzündung der Hauptkontakte 41 bzw. 41' müssen die Hilfskontakte 42 bzw. 42' einige Millisekunden früher schliessen als die entsprechenden Hauptl'ontakte.

Bei Fortbestehen des Kurzschlusses wird wiederum ein Auslösesignal an den Impulstransformator gegeben. Mit Betätigung des Kurzschliessers 4 erfolgt somit gleichzeitig die gewünschte Leitungsunterbrechung.

Für einen Schaltzyklus "AUS - EIN - AUS - EIN - AUS" (0 - CO - CO nach IEC) ist nach Ansprechen des Schaltgerätes 4 der Kurzschliesser 4' mittels seiner· Betätigungsorgane 16 einzuschalten. Auch hier erfolgt die Herstellung der Sprengbereitschaft über den Hilfskontakt 42·. Besteht der Kurz-Schluss nach wie vor, erfolgt bei der beispielsweise gezeigten Schaltungsanordnung die endgültige Abschaltung.

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Bei den in den Figuren 3 und 4 wiedergegebener, schemati- ■'.

sehen Seitenansichten einer Hochspannungsschaltanlage sind ';:'

auf einem Rahmen 17 die aus Sprengleitern 5 und Schmelz- M

leitern 6 bestehenden Schnellschaltgeräte 1, 2, 2' ange- f:

ordnet. Sprengleiter und Schmelzleiter sind dabei der k

Praxis entsprechend je in einem separaten Keramikgehäuse j|

untergebracht. Auf die Sprengleiter sind die Kurzschliesser |

4 bzw. 4' aufgebaut. Bei den dargestellten Kurzschliessern I

handelt es sich im dargestellten Fall um die bereits ein- H

gangs genannten SFg-gekapselten Schutzerdungs-Schalter. &

Das Auslöseorgan ist im Kopfteil 18 bzw. l8^f der Kurz- i

schliesser angeordnet, das mit einem Betätigungsgestänge ||

(durch Pfeil 19 symbolisiert) in Wirkverbindung steht. %

Das Betätigungsgestänge ist innerhalb eines Keramikiso- $

15 lators 20 geführt.

Der Rahmen 17 stützt sich auf Isoliersäulen 21, 22, 23 ab,

wobei im Innern der Isoliersäule 21 der Impulstransformator λ

untergebracht ist. ,1

Die elektrische Verbindung unter den einzelnen Schnellschalt- I]

geräten erfolgt ausgangsseitig durc.i die Ausgangssammel- $

schiene 3"; eingangsseitig ist das erste Schnellschaltge- |.|

rät 1 mit den Kurzschliessern 4 und 4' über die Eingangs- ?.;

sammelschiene 3' verbunden. . _:.;

In der Regel erfordern es die betrieblichen Verhältnisse, ^

die "gezündeten" Schnellschaltgeräte unter Spannung auszu- ti

wechseln. In der schematischen Draufsicht auf einen Aus- h

schnitt aus einer Hochspannungsschaltanlage gemäss Fig. 5 ist diese Austauschmöglichkeit beispielhaft verdeutlicht.

Die Hochspannungsleitung 3 (de:- Figuren 1, 2) ist als

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Sammelschiene 3' ausgebildet, die mit Kontaktstücken 24a, 25a, 26a von denen nur jeweils die oberen in Fig. 5 sichtbar sind, versehen sind. Das Schnellschaltgerät 1 und die zusammen mit den Kurzschliessern 4, 4' als Baueinheiten 27 bzw. 28 ausgeführten Schnellschaltgeräte 2 und 2^f sind mit entsprechenden Gegenkontaktstücken 24b, 25b, 26b versehen, welche zusammen mit den Kontaktstücken 24a, 25a, 26a Tulpenkontakte 24, 25, 26 bilden, und an die Sammelschiene 3' angeschlossen sind.

Selüstverständlich lässt sich die Anordnung auch so treffen, dass nar jeweils die Schnellschaltgeräte mittels einer Kontaktanordnung an die Sammelschienen bzw. die mit den Sammelschienen (fest) verbundenen Kurzschliesser angeschlossen werden können.

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B. e. ζ e i c h η u η g s 1 i s t e

1,2, 2' = Schnellschaltgeräte

3 = Hochspannungsleitung

3', 3" = Hochspannungssammelschienen

4, 4' = Kurzschliesser

5 = . Sprengleiter

5a, 5b = Einzelsprengleiter

6 = Schmelzleiter

7 = Sprengladung

8 = Ummantelung des Sprengleiters

9 = Pulverfüllung der Schmelzsicherung

10 = Hülse

11 f. Zündeinrichtung

12 s Impulstransformator

13 = Kurzschluss-Ueberwachungseinrichtung

I¹* = Sekundärwicklung des Impulstransformators 12

15, 16 = Betätigungsorgane der Kurzschliesser M, 4'

17 = Rahmen

18, 18' = Kopfteil der Kurzschliesser h bzw. 4¹

19 = Betätigungsgestänge

20 = Keramikisolator 21, 22, 23 .= Isoliersäulen 24, 25, 26 = Tulpenkontakte

27, 28, = aus Schnellschaltgerät und Kurzschliesser bestehende Baueinheiten

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Claims (7)

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   \ BBC Aktiengesellschaft He/dh

   i;;f Brown, Boveri & Cie.

   Baden (Schweiz)

   iu Patentansprüche

   £■] ( 1.JStrombegrenzungseinrichtung für Hochspannungs-Schaltanöj lagen mit einem Schnellschaltgerät zum Begrenzen und

   \\ Unterbrechen von Kurzschluss-Strömen, bei dem eine

   I^ Sprengladung einen Sprengleiter zerteilt, und die Licht-

   \\ 5 bogenspannung den Strom auf einen parallelgeschalteten

   Schmelzleiter kommutiert, der den Strom rasch unterbricht und damit begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schnellwiedereinschaltung einem ersten Schnellschaltgerät (1) mindestens ein weiteres Schnellschaltgerät ίο (2» ²') roit iⁿ Serie dazu liegendem Kurzschliesser (4, 4') parallelgeschaltet ist und dass dem oder den weiteren Schnellschalt geräten (2, 2^!) Mittel (42, 42') zur Herstellung deren Spreng- bzw. Auslösebereitschaft in Abhängigkeit vom Schaltzustand des jeweils in Serie liegenden Kurzschliessers (4, 4') zugeordnet sind.
2. 2. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Mittel Hilfskontakte (42, 42') der Kurzschliesser (4, 4') umfassen, mit deren Hilfe Zündeinrichtungen (11) der Schnellschaltgeräte (1, 2, 2') aktivierbar sind.
3. 3· Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtungen (11) von einem Impulstransformator (12) gespeist sind, der seinerseits an eine Kurzschluss-Ueberwachungseinrichtung (13) angeschlossen ist.
4. 4. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Höhe der

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   Netzspannung jedes Schnellschaltgerät (1, 2, 2') zumindest eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Einzelsprengleitern (5a, 5b) umfasst, denen jeweils eine Zündeinrichtung 11 zugeordnet ist.
5. 5. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Höhe der Netzspannung jedes Schnellschaltgerät (1, 2, 2') aus einer Mehrzahl in Serie geschalteten, unter sich gleichartigen Einzel-Schnellschaltgeräten aufgebaut ist.
6. 6. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellschaltgeräte, gegebenenfalls zusammen mit den ihnen zugeordneten Kurzschliessern (4, 4¹) unter Spannung auswechselbar sind.
7. 7. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellschaltgeräte (1, 2, 2^?) mittels Steck-Kontaktanordnungen (17, .18, 19) an Sammelschienen (3') anschaltbar sind.

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