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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Spanungssicherungs-Entkopplungsvorrichtung zum Entkoppeln
einer Spannungssicherung von einem elektrischen
Schaltkreis, wenn ein Fehler auftritt.
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Fig. 4 und 5 zeigen eine herkömmliche
Spanungsstoß-Spanungssicherungs-Entkopplungsvorrichtung,
wie z.B. offenbart in der japanischen Patentanmeldung mit
der Offenlegungs-Nr. 95284/1980. Nach diesen Figuren sind
eine Spannungssicherung 1, ein Spaltabschnitt 4, bestehend
aus einer Spule 2 und einem Spalt 3, und ein
Entkopplungsabschnitt 7, bestehend aus einem schmelzbaren
Draht 5 und einem Unterbrechungsabschnitt 6, in Reihe
geschaltet durch einen Verbindungsmetalldraht 8 mit einem
Stromübertragungskabel 9. Das Kabel 9 ist gesondert
unterstützt durch einen Hängeisolator 10. Fig. 6 ist ein
Äquivalentschaltkreis dieses Aufbaus, wobei die
Spannungssicherung 1 und der Hängeisolator 10 als
elektrostatische Kapazitäten gezeigt sind.
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Wenn die Spannungssicherung 1 in Fig. 4 bis 6 betrieben
wird durch Hochfrequenz-Blitzimpulse, wird eine Impedanz
der Spule 2 hoch, so daß ein Spannungsstoß-Strom nicht
durch den schmelzbaren Draht 5 fließt und somit eine
Spannung über den Spalt 3 angelegt wird. Deshalb fließt
der Blitzimpulsstrom durch den Spalt 3, einen Nebenschluß
11 an den Verbindungsmetalldraht 8. Wenn andererseits die
Spannungssicherung 1 in einem abnormalen Zustand vorliegt,
kann ein Erdstrom kommerzieller Frequenz fließen. Da
jedoch die kommerzielle Frequenz niedrig ist, ist die
Impedanz der Spule 2 niedrig genug, und somit fließt der
Erdstrom durch die Spule 2 in den schmelzbaren Draht 5.
Wenn der schmelzbare Draht 5 geschmolzen wird durch den
Erdstrom, wird ein Lichtbogen erzeugt in diesem Abschnitt,
was einen Druck in einem Raum innerhalb einer
Isolatorröhre 12 des Entkopplungsabschnittes 7 hoch werden
läßt. Mit solch einem Anstieg inneren Drucks wird die
Isolatorröhre 12 zerbrochen, was in einer schnellen
Entkopplung der Spannungssicherung 1 von dem
Stromübertragungskabel 9 resultiert.
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Die herkömmliche
Spannungssicherungs-Entkopplungsvorrichtung beinhaltet
eine explosive Zerstörung eines Teils davon durch einen
Anstieg des inneren Drucks einer Isolatorröhre aufgrund
eines Lichtbogens, der erzeugt wird, nachdem ein
schmelzbarer Draht geschmolzen ist, was gefährlich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Spannungsstoß-Spannungssicherungs-Entkopplungsvorrichtung
zu schaffen, welche unempfindlich gegenüber
Blitz-Spannungsstoß-Strom und Schalt-Spannungsstoß-Strom
ist, und betreibbar bezüglich eines Wechselstroms ist,
während die Spannungssicherung eine Fehlfunktion hat, um
sie von einem elektrischen Schaltkreis zu entkoppeln.
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Bei einer
Spannungsstoß-Spannungssicherungs-Entkopplungsvorrichtung
nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung ist ein Spalt
mit einer vorbestimmten Größe vorgesehen zwischen einer
feststehenden Elektrode und einer beweglichen Elektrode,
ein schmelzbarer Draht verbunden zwischen einer
beweglichen Elektrode und einem Auslöser, der
gegenüberliegend vorgesehen ist, der Auslöser vorgespannt
durch eine erste Feder in eine Richtung gegenüberliegend
zur beweglichen Elektrode, und die einen Enden eines
Paares von Rastelementen einer Rastung drehbar unterstützt
durch die feststehende Elektrode sind in Eingriff mit der
beweglichen Elektrode, und die anderen Enden davon sind in
Eingriff mit dem Auslöser, so daß eine zweite Feder
komprimiert ist in einer Richtung, in der die bewegliche
Elektrode getrennt wird von der feststehenden Elektrode,
wodurch, wenn der schmelzbare Draht geschmolzen wird, die
Rastung von dem Auslöser gelöst wird und dann die einen
Enden der Rastung von der beweglichen Elektrode gelöst
werden, um die zweite Feder zu entspannen.
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Die Spannungssicherungs-Entkopplungsvorrichtung der
Erfindung erfaßt einen Fehlstrom davon mittels des
schmelzbaren Drahts, der in Reihe geschaltet ist mit der
Spule, und, wenn der schmelzbare Draht geschmolzen ist,
wird der Eingriff des Auslösers mit der Rastung
unterbrochen durch die erste Feder zum Schaffen einer
Spannung für den schmelzbaren Draht, und dann wird der
Eingriff der Rastung mit der beweglichen Elektrode
unterbrochen durch die zweite Feder, welche Energie
speichert, die notwendig ist, um die Entkopplung
durchzuführen, so daß die bewegliche Elektrode sich frei
bewegen kann in die Richtung, entgegengesetzt zur
feststehenden Elektrode, um dadurch den elektrischen
Schaltkreis zwischen der Stromübertragungskabelseite und
der Spannungssicherungsseite zu unterbrechen.
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Die Figuren zeigen im einzelnen:
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Fig. 1 eine Vorderansicht einer Entkopplungsvorrichtung
nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, angewendet auf eine Spannungssicherung;
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Fig. 2 eine Querschnittsansicht der
Entkopplungsvorrichtung für eine
Spannungssicherung nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 3 einen Betrieb der in Fig. 2 gezeigten
Vorrichtung; und
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Fig. 4 bis 6
eine Konstruktion einer herkömmlichen
Entkopplungsvorrichtung.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit
Bezug auf Fig. 1 bis 3 beschrieben werden.
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Fig. 1 ist eine Vorderansicht der Ausführungsform,
angebracht bezüglich einer
Spannungsstoß-Spannungssicherung, bei der ein
Stromübertragungsmast 14 einen horizontalen Arm 13 hat,
mit dem ein Stromisolator 10 an einem Ende verbunden ist
und welcher daran aufgehängt ist. Der Isolator 10
unterstützt an seinem anderen Ende eine
Stromübertragungsleitung 9.
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Ein Ende der Spannungssicherung 1 ist ebenfalls fest
verbunden mit demselben Arm 13 mit einem vorbestimmten
Abstand bezüglich des Isolators 10. Das andere Ende der
Spannungssicherung 1 unterstützt ein Ende eines
beweglichen Leiters 17, drehbar über eine
Unterstützungsstruktur 15, welche eine
Entkopplungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
darstellt. Das andere Ende des beweglichen Leiters 17 ist
verbunden mit einem Entkopplungsmechanismus 16, befestigt
an einem unteren Ende des Aufhängungsisolators 10 in
elektrischer Verbindung mit der Stromleitung 9. Das heißt,
wenn es eine Entladung von einer Wolke auf die
Stromleitung 9 gibt, fließt ein Blitzstrom durch den
Entkopplungsmechanismus 16, den beweglichen Leiter 17, die
Unterstützungsstruktur 15, die Spannungssicherung 1 und
den Arm 13 an den Stromübertragungsmast 14 und dann in die
Erde. Wenn andererseits die Spannungssicherung 1 eine
Fehlfunktion aufweist und ein Erdstrom zu fließen beginnt,
wird der Entkopplungsmechanismus betätigt, um einen
Verbindungsabschnitt des beweglichen Leiters 17 zu
entkoppeln und ihn in eine Position, wie gezeigt durch
eine Kettenlinie, zu drehen.
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Nach Fig. 2 entspricht ein linker Abschnitt, gezeigt im
Querschnitt, der Unterstützungsstruktur 15 des beweglichen
Leiters 17, und ein rechter Abschnitt, gezeigt im
Querschnitt, entspricht dem Entkopplungsmechanismus 16.
Ein Ende einer Befestigungsplatte 24 ist befestigt an
einem unteren Abschnitt des aufgehängten Isolators 10, und
ein zylindrisches Gehäuse 25 ist am anderen Ende davon
befestigt als Schutzelement gegen Regen.
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Die Spule 2, gebildet durch eine Torosspule und gewunden
auf einem nicht-magnetischen, zylindrischen Kern 2c ist
befestigt im Innern des Gehäuses 25, definiert durch einen
äußeren Umfang eines Zylinders 27 und eines O-Rings 55.
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Ein Zuführungsdraht 2a der Spule 2 ist verbunden mit dem
Gehäuse 25, und der andere Zuführungsdraht 2b davon ist
verbunden mit einem Basisanschluß 30, befestigt auf einem
Auslöser 20, gebildet aus Isoliermaterial.
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Ein Ende des schmelzbaren Drahts 5 ist fest gesichert an
dem Basisanschluß 30 und das andere Ende davon ist fest
gesichert an eine bewegliche Elektrode 19. Der schmelzbare
Draht 5 wird unter Vorspannung gesetzt durch eine erste
Feder gegen eine Kraft, die darauf wirkt zum Lösen des
Auslösers 20 von Rollen 31, die befestigt sind auf
jeweiligen Enden eines Paares von Rastelementen, welche
eine Rastung 22 darstellen, und zwar durch Stifte 32. Das
heißt, eine Spannung ist immer angelegt an den
schmelzbaren Draht 5. Um das Auftreten des Kriechphänomens
in dem Draht zu verhindern, besteht der schmelzbare Draht
bei dieser Ausführungsform aus einem rostfreien
Stahldraht, welcher als Feder geeignet ist.
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Der aus Isoliermaterial gebildete Zylinder 27 ist in dem
Gehäuse befestigt und eine Rastungsunterstützung 28
unterstützt Mittenabschnitte der Rastelemente der Rastung
22 rotierbar durch Gelenkstifte 33, und ist angebracht an
einem Endabschnitt davon. Ein Kolben 29 ist verschiebbar
aufgenommen in dem Zylinder 27, welcher beweglich ist
durch eine zweite Feder 23 zum Schaffen einer
Entkopplungsenergie.
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Der Kolben 29 nimmt die Gestalt eines Rings mit einem im
wesentlichen Z-förmigen Querschnitt an und, wenn die
zweite Feder 23 ihre Energie entlädt, bewegt er sich um
einen konstanten Abstand zu einem Stufenabschnitt des
Zylinders 27, durch den er davon abgehalten wird sich
weiterzubewegen. Ein Ende des Kolbens 29 ist in Kontakt
mit der beweglichen Elektrode 19 und ein innerer Umfang
davon ist eingepaßt auf einen vorspringenden Fußabschnitt
eines Rastungseingriffsabschnitts der beweglichen
Elektrode 19 zum Positionieren der beweglichen Elektrode
19.
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In der gezeigten Position der beweglichen Elektrode 19 ist
ein Entladungsspalt 3 vorbestimmter Größe vorgesehen
zwischen einem äußeren Umfang eines Entladungsabschnitts
der beweglichen Elektrode und einem inneren Umfang der
feststehenden Elektrode 18. In einem unteren Abschnitt des
Rastungseingriffsabschnitts der beweglichen Elektrode 19
ist ein Loch 19a gebildet zum Abfluß kondensierten Wassers
im Inneren, wobei abfließendes Wasser entladen wird durch
ein Abflußloch 34a, gebildet in einer beweglichen
Abdeckung 34 isolierenden Materials.
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Die bewegliche Abdeckung 34 in Form einer Scheibe ist
angebracht zwischen der beweglichen Elektrode 19 und einem
Verbindungsmetallstück 36, so daß sie beweglich ist
entlang eines Schaftabschnitts 19b der beweglichen
Elektrode 19, dort durchtretend.
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Ein äußerer Umfang der beweglichen Abdeckung 34 ist
eingepaßt in ein gestuftes Loch einer Abdeckung 26,
angebracht auf dem Gehäuse 25 und ist versehen mit Kerben
34b.
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Eine Kompressionsfeder 35 ist vorgesehen zum Drücken der
beweglichen Abdeckung 34 auf die Abdeckung 26, um das
gestufte Loch davon zu schließen. Das
Verbindungsmetallstück 36, welches auf der beweglichen
Elektrode 19 durch Schrauben 40 angebracht ist, ist
ausgebildet mit einem Loch zum Einsetzen einer Seite des
beweglichen Leiters 17 in Form einer Stange mit einem
großen ringförmigen Spalt und einem Einsetzloch für eine
Buchse 38 zum Verhindern, daß der bewegliche Leiter 17
herausfällt.
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Ein flexibles Kabel 37 ist elektrisch an einem Ende davon
an den Verbindungsmetallstück angeschlossen und am anderen
Ende davon durch die Buchse 38 mit dem beweglichen Leiter
17 mittels einer Schraube 39. Das andere Ende des
beweglichen Leiters 17 ist eingesetzt in ein leeres Loch,
gebildet in einem Zahnrad 44, und vor dem Herausfallen
gesichert durch die Buchse 38. Die Buchse 38 ist
angebracht zusammen mit einem Ende eines flexiblen Kabels
53 auf dem beweglichen Leiter 17 durch die Schraube 39 und
das andere Ende des flexiblen Kabels 53 ist verbunden mit
einer Montageplatte 42. Das Zahnrad 44 ist angebracht an
einem Gehäuse 43 über eine Welle 45, und zwar
diesbezüglich rotierbar. Die Welle 45 wird unterstützt
durch ein elektrisch isoliertes Lager 46.
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Eine Befestigungsbasis 47 ist an der Montageplatte 42
befestigt und unterstützt einen Nagel 48, rotierbar durch
einen Stift 49 und ein isoliertes Lager 50. Die
Befestigungsbasis hat ein unteres Ende, an dem ein Dämpfer
51, wie gezeigt, angebracht ist.
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Eine Feder 52 ist vorgesehen, um den Nagel 48 an einen
äußeren Umfang des Zahnrads 44 zu drücken. Die
Montageplatte 42 ist angebracht an einem unteren Abschnitt
der Spannungssicherung 1 und ist in der Lage, elektrischen
Strom zu transportieren. Ein Bezugszeichen 54 zeigt
Abschnitte, die gefroren sind, was eine Bedingung
darstellt, die häufig auftritt an einem
Stromübertragungsmast, der im Gebirge aufgestellt ist. Um
eine Fehlfunktion der Vorrichtung aufgrund von Eis zu
vermeiden, sind Abschnitte der Vorrichtung, welche der
Atmosphäre ausgesetzt ist, der feststehende Abschnitt und
der bewegliche Abschnitt nahe beieinander positioniert
sind, überzogen oder angemalt mit einem Frostschutzmittel.
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Bei dieser Ausführungsform ist der bewegliche Leiter 17
überzogen mit einem Hitzeschrumpfschlauch farbigen
Teflonmaterials. Ein Sicherheitsstift 41 ist vorgesehen,
um eine Bewegung des beweglichen Leiters 17 während der
Befestigung der vorliegenden Vorrichtung auf dem Arm 13
des Stromleitungsmastes zu beschränken, so daß ein
Arbeiter geschützt ist gegen eine zufällige Betätigung der
Entkopplungsvorrichtung davon. Der Sicherheitsstift 41
wird entfernt, wenn die Montage beendet ist.
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Ein Betrieb der vorliegenden Erfindung wird im weiteren
beschrieben werden. Wenn in Fig. 1 bis 3 die
Spannungssicherung 1 mit hoher Frequenz durch Blitzimpulse
betrieben wird, verursacht ein Spannungsstoß-Strom,
welcher geneigt ist zu fließen von der
Stromübertragungsleitung 9 durch die Montageplatte 24 und
das Gehäuse 25, eine Spannung über dem Spalt 3, da die
Impedanz der Spule 2, verbunden mit dem Gehäuse 23, hoch
ist, und so gibt es keinen Strom durch den schmelzbaren
Draht 5, der mit der Spule in Reihe verbunden ist. Deshalb
erzeugt der Spannungsstoß-Strom eine Funkenentladung in
dem Spalt zwischen der feststehenden Elektrode 18,
verbunden mit dem Gehäuse 25 und der beweglichen Elektrode
19, und fließt von dem Verbindungsmetallstück 36 durch das
Kabel 37, den beweglichen Leiter 17, das Kabel 53 und die
Montageplatte 42 zur Spannungssicherung 1.
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Zur Zeit der Funkenentladung in dem Spalt 3 steigt der
atmosphärische Druck darum abrupt an. Solch abrupter
Anstieg des Drucks innerhalb der Vorrichtung stößt die
bewegliche Abdeckung 34 nach oben gegen die Kraft der
Kompressionsfeder 35, was in einem Spalt zwischen der
beweglichen Abdeckung 34 und der Abdeckung 26 resultiert.
Da dieser Spalt mit der Atmosphäre durch die äußere
peripherische Aussparung 34 kommuniziert, wird solch hoher
Innendruck reduziert.
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Wenn andererseits die Spannungssicherung 1 in abnormalem
Zustand vorliegt, ist die Impedanz der Spule 2
beträchtlich niedrig wegen des Erdstroms kommerzieller
Frequenz, und deshalb fließt der Erdstrom durch die Spule
2 in den schmelzbaren Draht 5. Der schmelzbare Draht 5
schmilzt, wenn der durch ihn fließende Erdstrom einen
vorbestimmten Wert überschreitet. Wenn das Aufschmelzen
des schmelzbaren Drahts 5 auftritt, wird der Auslöser 20
nach oben geschoben durch die erste Feder 21. Dann wird
der Eingriff zwischen den Rollen 31 befestigt an den
Endabschnitten der Rastelemente der Rastung 21 und dem
Auslöser 20 unterbrochen, was die Rastung 22 freisetzt. In
diesem Fall wirkt eine radiale Kraft in einer Richtung
eines Drehpunktes der Rastelemente der Rastung 22 auf den
Eingriffsabschnitt des unteren Endes der Rastung 22 und
die bewegliche Elektrode 19 über die zweite Feder 23, so
daß die unteren Enden der Rastelemente der Rastung 22 zum
schmelzbaren Draht 5 rotieren und somit der Eingriff
unterbrochen wird, was darin resultiert, daß die
bewegliche Elektrode 19 herausfällt, wie in Fig. 3
gezeigt.
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Die so herausgefallene bewegliche Elektrode 19 dreht sich
zusammen mit dem beweglichen Leiter 17, verbunden mit dem
Zahnrad 44, um einen Mittelpunkt einer rotierenden Welle
45, bis ein Kontaktabschnitt 44b, vorgesehen auf dem
Zahnrad 44, auf den Dämpfer 51 stößt. Dann kann die
bewegliche Elektrode 19 leicht in einer Rückwärtsrichtung
aufgrund einer Reaktion des Auftreffens und ihrer Masse
bewegt werden oder kann in einer Position, gezeigt durch
eine Kettenlinie in Fig. 1, durch einen Eingriff davon mit
einem Stoppabschnitt 48a des Nagels 48 oder eines
Eingriffsabschnitts 44a des Zahnrades 44 gehalten werden.
Somit ist der elektrische Schaltkreis zwischen der
Stromübertragungsseite und der Spannungssicherung
vollständig unterbrochen. Weiterhin gibt es keinen Fall,
in dem der bewegliche Leiter 17 näher an die
Stromübertragungsleitung gerät, sogar wenn Wind oder Regen
oder Vibrationen des Arms 13 darauf einwirken.
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Obwohl bei der oben erwähnten Ausführungsform der
bewegliche Leiter 17 nach unten schwingt, kann es möglich
sein, ihn so zu entwerfen, daß er in einer Horizontalebene
schwingt.
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Obwohl weiterhin bei der Ausführungsform die
Entkopplungsvorrichtung der Spannungssicherung für ein
Stromübertragungssystem offenbart ist, ist die vorliegende
Erfindung anwendbar auf irgendeinen Fall, in dem eine
Spannungssicherung benutzt wird.
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Wie im obigen beschrieben, ist nach der vorliegenden
Erfindung eine bewegliche Elektrode und ein Auslöser
verbunden in Reihe mittels eines verschmelzbaren Drahts
und eine Energie einer Feder wird entladen durch den
Auslöser, betrieben durch ein Aufschmelzen des
schmelzbaren Drahts. Deshalb ist ein Entkopplungsbetrieb
der Vorrichtung von einer Spannungssicherung unter
Fehlfunktionsverhalten realisiert ohne Zerstörung der
Vorrichtung.