DE4235329C2 - Kurzschlußeinrichtung, insbesondere zum Löschen von Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen zur Verteilung elektrischer Energie, Anordnung und Verwendung hierfür - Google Patents
Kurzschlußeinrichtung, insbesondere zum Löschen von Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen zur Verteilung elektrischer Energie, Anordnung und Verwendung hierfürInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kurzschlußeinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere in Niederspannungs-Schaltanlagen kann es durch
immer höhere Leistungsdichten, Fehlschaltungen, Fehlhandlungen
des Bedienpersonals, Überspannungen oder Geräteversagen zur
Ausbildung von Störlichtbögen oder Kurzschlüssen kommen.
Um Verletzungen von Personen und Materialschäden durch
Störlichtbögen zu reduzieren, ist es bekannt, in der Verteilung
von Elektrizität Lichtbogenerkennungseinrichtungen einzusetzen,
die vorgeordnete Leistungsschalter zur schnellen Abschaltung
veranlassen oder Störlichtbogen-Schutzvorrichtungen ansteuern,
die einen definierten Kurzschluß verursachen, der jedoch für
Personen und Anlage unschädlich ist. Die Dauer des Lichtbogens
ist auf diese Weise um bis zu einem Zehntel, teilweise auch mehr
reduziert, so daß große Schäden vermieden und das Ausmaß der
Nutzung der Schaltanlage erhöht werden können.
Aus der HU 169992 ist es bekannt, zwei koaxial ineinander
gesetzte metallische Zylindermäntel einzusetzen, wobei einer
Betriebsspannung und der andere Nullpotential aufweist, die
weiterhin unter der Wirkung einer Spule verformt und
zusammengedrückt werden können, d. h. der innere nach außen und
der äußere nach innen, bis diese einen satten Kurzschluß
verursachen. Die Spule wird im Fehlerfall von einer
Kondensatorbatterie gespeist, die durch ein Schaltelement
zuschaltbar ist. Das Schaltelement wird durch eine
Störlichtbogenerkennungseinrichtung bei einem Störlichtbogen
angesteuert.
Bekannte Kurzschlußeinrichtungen weisen durch die
Kondensatorbatterie und die Spule einen erheblichen Platzbedarf
auf, da diese schnell wirken müssen und für hohe Ströme bzw. für
die Speicherung einer hohen Energie dimensioniert werden müssen.
Durch eine Erhöhung der Windungszahl der Spule können zwar
höhere Ströme induziert werden, die aber auf Kosten der
Zeitkonstante des LC-Kreises eingehen.
Darüber hinaus ist in diesen vorgenannten Schriften nicht
genannt, welche Maßnahmen zu treffen sind, um eine weitere
Verbesserung des Anlagenschutzes und Reduzierung der
Beanspruchung der Mittel, wie vorgeordnete Schutzgeräte und
Kurzschlußeinrichtungen, sowohl im Hinblick auf Störlichtbögen
als auch im Hinblick auf hohe Fehlerströme, wie Kurzschlüsse, zu
erreichen.
Aus der Fachzeitschrift "Elektrotechnik 1982, Heft 6, S. 23-27,
Bild 2" ist das Funktionsprinzip eines Lichtbogen-
Kurzschlußgerätes der eingangs genannten Art erläutert, bei dem ein dynamisch vom
Kurzschlußstrom betätigtes Element V einen Trennschalter S
betätigt. Zuvor wird ein Kurzschluß durch einen
Schnellkurzschließer SK eingeleitet. Der Trennschalter S wird
als zweites Kurzschließsystem genutzt, das den
Schellkurzschließer entlastet. Diese Lösung erfordert aber mit
bekannten Schnellkurzschließern und Trennschaltern einen
erheblichen Aufwand.
Ein Verfahren zur Erhöhung der Abschaltgeschwindigkeit von
Störlichtbögen ist in der DD 2 34 540 A gezeigt und beschrieben.
Es wird vorgeschlagen, antiparallel zwischen die Leiter des
Primärstromkreises geschaltete Leistungsthyristoren
verzögerungsfrei zu zünden und gleichzeitig einen mechanischen
Kurzschließer sowie die den Fehlerort speisenden Schaltgeräte
anzuregen. Die Leistungsthyristoren werden nach dem Einschalten
des mechanischen Kurzschließers wieder gesperrt. Nachteilig ist
hier die Erfordernis eines mechanischen Kurzschließers, die
lange Stromflußzeit und der hohe Strom in den Thyristoren.
Die Patentschrift DD 2 33 253 hat das Funktionsprinzip eines
elektrodynamischen Antriebes bekanntgemacht, mit dem ein
Störlichtbogen unterdrückt werden kann. Die die
Schalterbetätigung aus lösenden Elemente werden durch eine im
Kernfenster eines Magnetkernes angeordnete Primärwicklung einer
starken Beschleunigung unterworfen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kurzschlußeinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die bei
geringem Platzbedarf schnell wirkt und Maßnahmen zu treffen, die
Anlagen bzw. Verteiler und Schutzgeräte und an den Anlagen oder
Verteilern und an den Schutzgeräten angeschlossenen
Betriebsmittel, wie Leitungen, Motoren, ebenso wie Personen vor
Schäden schützen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen
besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
gekennzeichnet sind.
Durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1, ist es möglich, einen
Kurzschluß in der Kurzschlußeinrichtung zu bewirken ohne das
Erfordernis von LC-Gliedern, wodurch die Kurzschlußeinrichtung
sowohl schnell wirkt, als auch wenig Platz braucht.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ist nach dem Aktivieren des
Schaltelementes ein Kurzschluß wirksam, noch bevor der
Kurzschließer metallisch kurzgeschlossen ist.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 wird automatisch eine
Vergrößerung der Kraft in dem bewegbaren bzw. deformierbaren
Teil erreicht, wenn sich dieses Teil in Richtung der Elektroden
bewegt.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 wird die
Kurzschlußeinrichtung besonders kompakt und montagefreundlich.
Durch die Merkmale der Anspruches 5 fließt bereits in den
Elektroden ein Strom, wenn diese metallisch kurzgeschlossen
werden, so daß der Strom schnell umgelenkt werden kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 tritt in einfacher Weise
eine Vergrößerung des wirksamen leitfähigen Querschnittes ein.
Durch die Merkmale des Anspruches 7 fließt bereits ein Strom in
den Elektroden vor dem metallischen Kurzschluß durch das
bewegbare Teil.
Durch die Merkmale des Anspruches 8 wird eine einfache Anordnung
für den externen Anschluß des Schaltelementes erreicht.
Durch die Merkmale der Ansprüche 9 bis 13 ist der Kurzschließer
einfach herzustellen.
Durch die Merkmale der Ansprüche 14 bis 17 wird eine Erhöhung
der Stromführungsdauer erreicht.
Durch die Merkmale des Anspruches 18 wirkt die
Kurzschlußeinrichtung bereits nach der Zündverzugszeit und der
Stromanstiegszeit des Thyristors.
Durch die Merkmale des Anspruches 19 wird eine Fehlzündung des
Thyristors in der Nähe des Strom- bzw. Spannungsnulldurchganges
vermieden.
Durch die Merkmale des Anspruches 20 wird eine Erhöhung der
Stromführungsdauer erreicht.
Durch die Merkmale des Anspruches 21 wird eine Erhöhung der auf
das bewegbare bzw. deformierbare Teil wirkenden Kraft bewirkt.
Durch die Merkmale des Anspruches 22 ist das Schaltelement
unabhängig von der Betriebsspannung.
Durch die Merkmale des Anspruches 23 ist eine Erhöhung der
Stromführungsdauer in einfacher Weise unter Verwendung kleiner
Schaltelemente möglich.
Durch die Merkmale des Anspruches 24 ist auch die Verwendung der
Kurzschlußeinrichtung bei höheren Spannungen möglich.
Durch die Merkmale des Anspruches 25 können kurze Schaltwege und
eine schnelle Entlastung des Schaltelementes eingehalten werden.
Durch die Merkmale des Anspruches 26 kann die
Kurzschlußeinrichtung auch für höhere Spannungen eingesetzt
werden.
Durch die Merkmale des Anspruches 27 tritt eine Kontakterhöhung
in einfacher Weise ein.
Durch die Merkmale des Anspruches 28 können nachgeschaltete
Leitungen, Schaltgeräte, Motoren und dergleichen vor hohen
Strömen in einfacher Weise geschützt werden, wobei die
Beanspruchung eines vorgeschalteten Schaltgerätes verringert,
wobei ferner eine galvanische Trennung erhalten bleibt. Eine
Auslösung eines übergeordneten Schaltgerätes kann hierdurch
verhindert werden, so daß die Selektivität erhalten bleibt.
Durch die Merkmale des Anspruches 29 wird die Belastung der
ersten Kurzschlußeinrichtung und des Schaltgerätes reduziert.
Durch die Merkmale des Anspruches 30 ergibt sich eine sichere
Löschung des Lichtbogens.
Durch die Merkmale des Anspruches 31 ist ein Schutz bei sehr
hohen Strömen möglich.
Durch die Merkmale des Anspruches 32 können die Gerätegruppen
der Einschübe und angeschlossene Geräte unabhängig voneinander
geschützt werden. Durch Austausch der Einschübe ist eine
schnelle Betriebsbereitschaft möglich.
Durch die Merkmale des Anspruches 33 werden Elemente in
einfacher Weise eingespart.
Durch die Merkmale des Anspruches 34 ist ein schnelles
Auswechseln der zweiten Kurzschlußeinrichtung möglich.
Durch die Merkmale des Anspruches 35 können hohe Schäden für
Anlage und Gefahren für Personen abgewendet werden.
Durch die Merkmale des Nebenanspruches 36 ergibt sich eine
einfache Montage der Kurzschlußeinrichtungen. Zugleich wird die
Induktivität der Zuleitung zwischen dem Schaltgerät und der
Kurzschlußeinrichtung gering gehalten.
Durch die Merkmale des Anspruches 37 kann in einfacher Weise ein
selektiver Störlichtbogenschutz erzielt werden.
Durch die Merkmale des Anspruches 38 ergibt sich eine sichere
und schnelle Erkennung eines Störlichtbogens.
Durch die Merkmale des Anspruches 39 ergibt sich eine sichere
Erkennung eines unzulässigen Stromes.
Durch die Merkmale des Anspruches 40 ist der Einsatz eines
Schaltgerätes über die Grenzen des zulässigen Schaltvermögens
hinaus möglich. Bei Überschreiten dieser Grenze wird das
Schaltgerät geschützt.
Durch die Merkmale des Nebenanspruches 41 können
Schienenverteiler, insbesondere Abgangskästen durch das Merkmal
des Anspruches 42, vor Störlichtbögen und daran angeschlossene
Maschinen oder dergleichen vor hohen Strömen sicher geschützt
werden.
Anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt
sind, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und
Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher
beschrieben und erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung eines ersten Beispieles der
erfindungsgemäßen Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 2 eine weitere Darstellung von der in Fig. 1
dargestellten Kurzschlußeinrichtung mit Stromverlauf
direkt nach dem Auslösen,
Fig. 3 eine weitere Darstellung von der in Fig. 1
dargestellten Kurzschlußeinrichtung mit Stromverlauf
nach dem metallischen Kurzschluß,
Fig. 4 eine Darstellung eines zweiten Beispieles der
erfindungsgemäßen Kurzschlußeinrichtung mit
Stromverlauf direkt nach dem Auslösen,
Fig. 5 eine weitere Darstellung von der in Fig. 4
dargestellten Kurzschlußeinrichtung mit Stromverlauf
nach dem metallischen Kurzschluß,
Fig. 6 eine Darstellung eines dritten Beispieles der
erfindungsgemäßen Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 7 eine weitere Darstellung von der in Fig. 6
dargestellten Kurzschlußeinrichtung in teilweise
auseinandergezogener Darstellung,
Fig. 8 eine weitere Darstellung von der in Fig. 6
dargestellten Kurzschlußeinrichtung mit Stromverlauf
direkt nach dem Auslösen und mit Stromverlauf nach dem
metallischen Kurzschluß,
Fig. 9 eine Darstellung einer beispielhaften Ausführung der
Vorsprünge des bewegbaren bzw. deformierbaren Teiles,
Fig. 10 eine Schnittdarstellung der Fig. 9,
Fig. 11 eine weitere Darstellung einer beispielhaften
Ausführung der Vorsprünge des bewegbaren bzw.
deformierbaren Teiles,
Fig. 11b eine weitere Darstellung einer beispielhaften
Ausführung der Vorsprünge des bewegbaren bzw.
deformierbaren Teiles,
Fig. 12 eine weitere Darstellung einer beispielhaften
Ausführung der Vorsprünge des bewegbaren bzw.
deformierbaren Teiles,
Fig. 13 eine Darstellung einer Kaskade,
Fig. 14 ein Prinzip-Zeitdiagramm der Kaskade in Fig. 13,
Fig. 15 eine weitere Darstellung eines Beispieles der
erfindungsgemäßen Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 16 eine weitere Darstellung eines Beispieles der
erfindungsgemäßen Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 17 die Verwendung der Kurzschlußeinrichtung in einem
Abgangskasten eines Schienenverteilers,
Fig. 18 eine Aufsicht der Fig. 17,
Fig. 19 die Verwendung in einem Zusatzmodul eines
Leistungsschalters,
Fig. 20 ein Prinzipschaltbild mit der Kurzschlußeinrichtung
zum Schutz vor hohen Strömen vor dem Auslösen der
Kurzschlußeinrichtung, ohne Netzimpedanzen,
Fig. 21 ein Prinzipschaltbild mit der Kurzschlußeinrichtung
zum Schutz vor hohen Strömen nach dem Auslösen der
Kurzschlußeinrichtung, ohne Netzimpedanzen,
Fig. 22 ein Prinzipschaltbild mit der Kurzschlußeinrichtung
zum Schutz vor hohen Strömen nach dem Öffnen der
Schaltkontakte des Schaltgerätes, ohne Netzimpedanzen,
Fig. 23 ein Prinzipschaltbild mit zwei Kurzschlußeinrichtungen
zum Schutz vor hohen Strömen vor dem Auslösen der
ersten Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 24 ein Prinzipschaltbild mit zwei Kurzschlußeinrichtungen
zum Schutz vor hohen Strömen nach dem Auslösen der
ersten Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 25 ein Prinzipschaltbild mit zwei Kurzschlußeinrichtungen
zum Schutz vor hohen Strömen nach dem Öffnen der
Schaltkontakte des Schaltgerätes und nach dem Auslösen
der zweiten Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 26 ein Prinzipschaltbild mit zwei Kurzschlußeinrichtungen
zum Schutz vor hohen Strömen nach dem Öffnen der
zweiten Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 27 ein Prinzip-Zeitdiagramm analog zu den Fig. 23-26,
Fig. 28 ein Ausführungsbeispiel einer zweiten
Kurzschlußeinrichtung,
Fig. 29 ein Prinzip-Zeitdiagramm analog zu den Fig. 23-26,
Fig. 30 eine Prinzipdarstellung einer Kurzschlußeinrichtung
mit Anschlußschiene oder Anschlußkontakt,
Fig. 31 eine Prinzipdarstellung eines Schaltfeldes einer
Niederspannungs-Schaltanlage bzw. Einschubverteilers.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem in der
Kurzschlußeinrichtung 1 ein Thyristor 2 in dem Kurzschließer 3
bereits integriert ist.
Der Kurzschließer 3 besteht aus zwei zylinderartigen Elektroden
4 und 5, die jeweils mit Stromschienen 6 und 7 elektrisch
verbunden sind, wobei die zweite Elektrode 5 durch die später
erläuterten Bereiche mit der zweiten Stromschiene verbunden ist.
An der Stirnseite der zweiten Elektrode 5 ist ein becherartiges,
leitfähiges erstes Teil 8 elektrisch mit dieser verbunden, das
über beide Elektroden übergestülpt ist. Zwischen den Elektroden
4, 5 und dem ersten Teil 8 ist ein dünnes rohrförmiges und
leitfähiges zweites Teil 9 vorhanden, das oberhalb elektrisch
mit dem ersten Teil 8 verbunden ist und unterhalb mittels
leitfähigen Stiften ebenfalls elektrisch verbunden ist. Die
Stifte 10 ragen durch das erste Teil 8 durch Öffnungen ohne
dieses jedoch zu berühren und durch eine Isolierumhüllung 12 bis
zu einer Kontaktscheibe 13, die mit der Stromschiene 7 verbunden
ist.
Das zweite Teil 9 ist dicht an den Elektroden 4 und 5 angeordnet
ohne diese zu berühren und ohne daß im Ruhezustand ein
Stromüberschlag erfolgen kann, also in ausreichenden Abstand.
Zwischen den Elektroden 4 und 5 ist ein Thyristor 2 angeordnet,
der mit seiner Kathode oder Anode mit einer dieser Elektroden 4
und 5 elektrisch verbunden ist. Zwischen den Elektroden 4 und 5
ist weiterhin eine ringförmige Strombrücke 14 isoliert
angeordnet, die zusätzlich zur mechanischen Abstützung dient.
Der Auslöse- bzw. Zündimpuls wird über eine Auslöseleitung 15
oder über ein Lichtwellenleiter zugeführt, wobei bei letzterem
eine entsprechende Elektronik in dem Kurzschließer integriert
ist.
Bei Zündung des Thyristors fließt zunächst ein Kurzschlußstrom
Ik, gemäß der Fig. 2, von der ersten Stromschiene 6 durch einen
ersten Bereich 16 in der ersten Elektrode 4 nach unten, durch
den Thyristor 2, durch einen zweiten Bereich 17 in der zweiten
Elektrode 5, dann durch einen dritten Bereich 18 in dem
becherartigen ersten Teil 8 nach oben und dann durch einen
vierten Bereich 19 in dem zweiten Teil 9 wieder nach unten,
wobei der Kurzschlußstrom Ik über die Kontaktstifte 10 und die
Kontaktscheibe 13 in die zweite Stromschiene 7 fließen kann.
Durch den in den Bereichen 16, 17 und 19 gleichsinnig fließenden
Strom entsteht in dem vierten Bereich 19 bzw. in dem zweiten
Teil 9 eine Kraft F in Richtung der Elektroden 4 und 5.
Diese Kraft F wird durch den in den Bereichen 18 und 19
gegensinnigen Kurzschlußstrom Ik erhöht.
Durch den sehr hohen Kurzschußstrom Ik und der dabei sich
ergebenden hohen elektrodynamischen Kraft F wird das zweite
Teil 9 bzw. der vierte Bereich 19 gegen die Elektroden 4 und 5
gedrückt und bildet eine Strombrücke zwischen diesen Elektroden.
Aufgrund des geringen Abstandes des zweiten Teiles 9 und der
Elektroden 4 und 5, der sehr hohen Kraft F und der relativ
geringen zu bewegenden Masse tritt ein metallischer Kurzschluß
in kürzester Zeit ein, wobei dann der Strom Ik nicht mehr durch
den Thyristor 2 fließt, sondern nur in der Strombrücke 14, dem
zweiten Teil 9, bzw. vierten Bereich 19 und in den Bereichen 16,
17, wie in der Fig. 3 zu sehen ist.
Das gegen die Elektroden 4, 5 gedrückte zweite Teil 9 ist in der
Fig. 3 mit einer unterbrochenen Linie angedeutet.
Zwar entstehen auch in den übrigen Bereichen hohe Kräfte, aber
aufgrund der höheren Masse und der damit verbundenen
Massenträgheit und der relativ kurzen Zeit bis zum metallischen
Kurzschluß ist das Gefüge stabil.
Um ein Kurzschließen in beiden Stromhalbwellen zu ermöglichen,
ist es bei dieser Ausführungsform mit Thyristor
erforderlich, zwei Kurzschlußeinrichtungen antiparallel
anzuordnen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 4. Hier besteht
das Schaltelement aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren
2a und 2b, die außerhalb der Kurzschließers 3 angeordnet sind.
Die Elektroden 4′ und 5′ sind ebenfalls rotationssymmetrisch mit
einem T-förmigen Querschnitt und spiegelsymmetrisch mit einer
dazwischenliegenden Isolierscheibe 20 aneinandergesetzt, derart,
daß der Schaft 21, 22 jeweils nach außen herausgeführt ist und
als Anschluß für die Thyristoren 2a, 2b dient.
Der Kurzschlußstrom Ik fließt nach Zünden eines der Thyristoren
2a, 2b durch einen Anschlußring 23, durch einen zum Schaft 21
parallelen Bereich 16′ nach unten, durch den Schaft 21 der
ersten Elektrode 4′ nach oben, durch eines der Thyristoren 2a,
2b, wieder von unten durch den Schaft 22 der zweiten Elektrode 5′,
durch einen zum Schaft 22 parallelen Bereich 17′ nach
unten, durch einen Bereich 18′ analog zu dem ersten
Ausführungsbeispiel wieder nach oben, durch den Bereich 19′ und
einem Kontaktstift 10 ähnlich wie in den Fig. 1-3 zu einem
Anschlußring 24 für das zweite Potential.
Analog zu den Fig. 1-3 wird der Bereich 19′ gegen die Elektroden
4′ und 5′ gedrückt und schließt diese in kürzester Zeit
metallisch kurz, so daß im wesentlichen ein Stromverlauf gemäß
der Fig. 5 entsteht.
Damit der Kurzschlußstrom über einen möglichst langen Zeitraum
aufrecht erhalten werden kann, ist zusätzlich im Bereich der
Strombrücke der Bereich 19′ mit einer Querschnittserhöhung
versehen in Form von leitfähigen Segmenten 25, die nicht
durchgängig über den vollen Umfang ausgebildet sind, um das
Schrumpfen des leitfähigen Rohres mit dem Bereich 19′ möglichst
nicht zu beeinträchtigen. Diese kann auch ringförmig sein.
Eine Erhöhung der Kraft F im Bereich der Segmente 25 wird durch
gegenüberliegend angeordnete Segmente oder einem Ring 26
erzielt, der mit dem Teil 8 elektrisch verbunden ist, indem der
Kurzschlußstrom Ik dort in geringerem Abstand zu dem Bereich 19′
fließt, wie in der Fig. 5 zu sehen ist.
Eine Isolierumhüllung 12′ ist, ähnlich wie oben, vorhanden.
Eine Deformation der Stifte 10′ in Richtung der Elektrode 5′ ist
vorteilhaft, weil dann ein größerer leitfähiger Querschnitt zur
Verfügung steht, wie in der Fig. 5 zu erkennen ist.
Auch hier wirken hohe Kräfte bis zum Verlöschen des Stromes in
dem Thyristor 2a oder 2b in den anderen Bereichen. Es gilt auch
hier ähnliches wie in dem vorherigen Ausführungsbeispiel.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kurzschlußeinrichtung 1 mit
ebenfalls zwei außerhalb des Kurzschließers 3′′ antiparallel
angeordneten Thyristoren 2a, 2b zeigt die Fig. 6.
An der oberen Elektrode 4′′ ist ein leitfähiges, rohrförmiges
Teil 9′′, beispielsweise aus Kupfer, über ein Preßsitz
mechanisch und elektrisch verbunden, welches den stromführenden
Bereich 19′′ aufweist. Das Teil 9′′ erstreckt sich bis in die
Nähe der Anschlußfläche 26 einer Anschluß oder Stromschiene 27
der zweiten Elektrode 5′′ nach unten ohne mit dieser elektrisch
verbunden zu sein.
Unterhalb des Spaltes 28 zwischen den Elektroden 4′′ und 5′′ ist
das rohrförmige Teil 9′′ an seiner Außenmantelfläche mit einem
weiteren leitfähigen Außenrohr 29 ebenfalls über ein Preßsitz
verbunden.
Im unteren Bereich des Außenrohres 29 ist eine Einformung
vorhanden, derart, daß zwischen dem Teil 9′′ und dem Außenrohr
29 ein Luftspalt entsteht.
Das Außenrohr 29 ist mit einer nach außen herausgeformten
Querschnittsvergrößerung 30 versehen, dessen Außenfläche mit der
Außenwand des zylinderartigen Kurzschließers 3′′ übereinstimmt.
An dieser Querschnittsvergrößerung 30 ist noch eine ringförmige
Anschlußfahne 31 angeformt, die als Thyristoranschluß vorgesehen
ist.
Die Thyristoren 2a, 2b sind auf der einen Seite über einen
ringförmigen Schraubanschluß 39 mit der Anschlußfahne 31 und auf
der anderen Seite direkt mit der unteren Stromschiene elektrisch
verbunden.
Die Fig. 7 zeigt den Kurzschließer 3′′ in teilweise
auseinandergezogener Darstellung. Die zweite unten liegende
Elektrode 5′′ und das Außenrohr 29 werden zunächst mit einem
dazwischenliegenden Isolierrohr 32 aus Glas oder Keramik
vormontiert. Die Verbindungsstellen 34 werden mit
Dichtungsmitteln versehen und anschließend mit einer
ringförmigen Schweiß oder Lötstelle 35 (Fig. 6) vakuumtauglich
gemacht.
Zuvor wird jedoch ein zweites Isolierrohr 33 auf dem Außenrohr
29 angeordnet.
Das Teil 9′′ kann anschließend unten mit dem Außenrohr 32 und
oben mit der ersten Elektrode 4′′ über ein Preßsitz befestigt
werden. Wie in der Fig. 7 zu erkennen ist, kann dies in
einfacher Weise durch Pressen der Elektroden 4′′ und 5′′
erreicht werden. Hierbei ist ein isolierendes Abstands- und
Zentrierelement 36 mit Zentrierzapfen 37 und einer
Abstandsscheibe 38 zwischen den Elektroden 4′′ und 5′′
angeordnet werden.
Durch Pumpen wird im Innern des Kurzschließers 3′′, wie in den
beiden vorherigen Ausführungsbeispielen auch, ein Vakuum
erzeugt, damit kurze Wege entstehen und eine kompakte Bauweise
möglich wird.
Anhand der Fig. 8 wird im folgenden die Wirkungsweise des
Kurzschließers erläutert.
Nach Zünden der Thyristoren 2a, 2b fließt ein Kurzschlußstrom Ik
von oben durch die obere Elektrode in das Teil 9′′ bzw. Bereich
19′′, dann wieder nach oben durch das Außenrohr 29, über die
Anschlußfahne 31 und einen Thyristor 2a oder 2b in die
Stromschiene 27.
Infolge des gegensinnig fließenden Stromes in dem Außenrohr 29
und dem Bereich 19′′ werden der Bereich 19′′ bzw. das Teil 9′′
und prismenförmige Vorsprünge 39 gegen die Elektroden 4′′ und
5′′ gedrückt.
Die Elektroden 4′′ und 5′′ sind in den Randbereichen derart
abgeschrägt, daß die Vorsprünge 39 dort einlaufen können.
Ist die Strombrücke zwischen den Elektroden 4′′ und 5′′
hergestellt und der Strom durch der Thyristor weitgehend
abgeklungen, dann fließt der Kurzschlußstrom Ik (gestrichelte
Linie) direkt durch die Elektroden 4′′ und 5′′.
Die Fig. 9 zeigt das Teil 9′′ mit seiner Außenoberfläche mit den
prismenförmigen Vorsprüngen 39, die in Abständen entlang des
Kreisumfangs angeordnet sind. Zwischen diesen Vorsprüngen 39
können Einstanzungen 40 als mechanische Schwächungszonen
angebracht sein.
Die Vorsprünge 39 sind aus dem Material hereingedrückt und
werden anschließend mit leitfähigen Material 41 (schraffiert)
aufgefüllt, wie aus der Schnittdarstellung in Fig. 10 zu sehen
ist. An der Außenfläche ist zusätzlich hochleitfähiges Material
42 angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine höhere Stromdichte an
den Außenwänden, wodurch zum einen eine Erhöhung der Kraft F und
zum anderen eine Verstärkung der Strombrücke erreicht wird.
Die Vorsprünge 39b können auch abgerundete Eindrückungen sein
die zwischen den abgeschrägten Elektroden 4′′ und 5′′ einlaufen
oder Vorsprünge 39b′ als Einzelelemente sein, die von außen
durch Löcher gesteckt werden, wie die Fig. 11b zeigt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Aufprallenergie in
Deformationsarbeit umgewandelt wird, um ein Prellen zu
vermeiden.
Um die Wirkung des Prellens herabzusetzen, kann auch eine
Induktivität angeordnet werden, die bewirkt, daß der Strom durch
den Thyristor nicht abreißt bevor der Prellvorgang abgeschlossen
ist.
Das Teil 9′′ kann auch käfig-, well- oder segmentförmig sein,
wie in Fig. 12. Die einzelnen Segmente 9.1 sind dort mit
keilförmigen Vorsprüngen 39.1 und dazwischenliegenden Lücken 43
versehen.
Es sei bemerkt, daß der Strom zunächst direkt, d. h. ohne
Induktion bzw. Spule, wie beim Stand der Technik fließt.
Wie aus der Fig. 13 zu erkennen ist, kann das Schaltelement
wiederum aus einer Kurzschlußeinrichtung bestehen. Es kann somit
eine Kaskade in einfacher Weise aufgebaut werden.
Die dort gezeigte Kaskade besteht aus den Thyristoren 2a, 2b,
einen schnell schaltenden Kurzschließer 3a und einen
Kurzschließer 3b mit hoher Stromführungsdauer.
Der Kurzschließer 3a zeichnet sich durch eine geringe Masse des
Teiles 9′′ und einer damit verbundenen geringeren
Stromführungszeit, während sich der Kurzschließer durch eine
zwar träge aber starke Strombrücke (Teil 9′′) auszeichnet.
Die Thyristoren 2a, 2b können hierdurch kleiner dimensioniert
werden, als wenn diese direkt mit dem Kurzschließer 3b verbunden
wären.
Die Fig. 14 veranschaulicht in Form eines Prinzipdiagramms den
Verlauf des Kurschlußstromes zwischen den Elektroden 4′′ und
5′′.
Das erste Trapez 44 stellt die Stromführung in einem der
Thyristoren 2a oder 2b dar. Die Stromführungszeit in dem
Thyristor ist relativ klein. Das zweite Trapez 45 stellt die
Stromführung im schnellen Kurzschließer 3a dar und das dritte
Trapez 46 die Stromführung in dem zweiten Kurzschließer 3b dar.
Eine Fortsetzung der Kaskade ist denkbar.
Zwischen den Thyristoren 2a, 2b kann in diesem und anderen
Beispielen eine Sicherung 47 vorhanden sein, die bei zu hoher
Stromführungszeit einen Sekundärlichtbogen verhindert.
Eine anderes Beispiel, das auch für Mittelspannung Anwendung
finden kann, ist in der Fig. 15 dargestellt. Zwischen den
Thyristoranschluß und der ersten Elektrode 4′′ ist eine
Kondensatorbatterie 48 in Reihe mit einem Thyristor 2c
geschaltet. Da diese Elemente nur mit einem Potential verbunden
sind, ist ihre Spannungsfestigkeit unkritisch.
Nach Zünden des Thyristors 2c fließt ein hoher Entladungsstrom
durch das Außenrohr 29 und dem Teil 9′′, welches ein
Kurzschließen des Kurzschließers 3′′ bewirkt.
Der Kurzschluß beginnt hier nicht nach dem Zünden des Thyristors
2c, sondern erst nach Herstellung der Strombrücke zwischen den
Elektroden 4′′ und 5′′.
Um die Spannungsfestigkeit des Kurzschließers 3′′ zu erhöhen,
kann dieser mit einem Isoliergas, wie Schwefelhexafluorid oder
Stickstoff, gefüllt sein.
Ein anderes Beispiel auch für die Mittelspannungstechnik ist in
der Fig. 16 dargestellt. Als Schaltelement 2d wird hier eines
analog zum Stand der Technik vorgeschlagen, bestehend aus zwei
koaxial angeordneten becherartigen Elektroden 49, 50, die unter
der Wirkung einer Spule gegeneinander gedrückt werden. Der
Unterschied zum Stand der Technik ist der, daß die Bauteile
erheblich kleiner dimensioniert werden können, da die Elektroden
49, 50 relativ dünn ausgeführt werden können. Auch hier tritt
ein Kurzschluß nach dem Zünden des Thyristors zeitlich verzögert
auf.
Die Fig. 17 und 18 zeigen die Kurzschlußeinrichtung 1 in
einem Abgangskasten 51 eines Niederspannungs-Schienenverteilers.
Die Kurzschlußeinrichtungen 1 sind dort jeweils zwischen
Stromschienen 52 angeordnet, unmittelbar in der Nähe der
Anschlußkontakte 53, die mit den Stromschienen 54 im
Schienengehäuse 55. Zwischen der Abgangsleitung 56 und den
Kurzschlußeinrichtungen 1 sind weitere Schalt- und/oder
Schutzgeräte 57 vorhanden. Ein Störlichtbogen in dem
Abgangskasten 51 wird von einer Störlichtbogen-
Erkennungseinrichtung 58 mit einem Lichtwellenleiter 59
detektiert, wobei der Lichtwellenleiter 59 ist in der Nähe der
spannungsführenden Teile angeordnet ist.
Bei einem Störlichtbogen wird das Störlichtbogenlicht durch die
Ummantelung des Lichtwellenleiters 59 eingekoppelt, wodurch ein
Auslösesignal für die Zündung der Thyristoren 2 erfolgt.
Durch den bereits oben ausführlich erläuterten Kurzschluß bricht
die Spannung völlig zusammen, so daß der Störlichtbogen
verlischt. Der satte Kurzschluß ist bei Schienenverteilern
sicher beherrschbar, so daß eine Gefährdung von Personen und
Anlage weiterhin reduziert wird. Nach einer bestimmten Zeit wird
dieser Kurzschluß von einem übergeordneten Schutzgerät
abgeschaltet.
Die Kurzschlußeinrichtung 1 kann auch in dem Schienenkanal
integriert sein oder in Verbindungselementen davon. Bei einem
Vier-Schienen-System ist die Anordnung von drei
Kurzschlußeinrichtungen 1 ausreichend, beispielsweise L1-L2, L2-
L3, L3-N. Gegebenenfalls ist der Einsatz von zwei
Kurzschlußeinrichtungen 1 ausreichend, wie Ll-L2 und L2-L3.
Dieses gilt auch für alle anderen vorherigen und nachfolgenden
Anwendungsfälle.
Durch periodisches oder aperiodisches Wiederzünden der
Thyristoren 2, 2a, 2b wird bei den allen Beispielen verhindert,
daß bei einem Zünden in der Nähe des Stromnulldurchganges alle
Thyristoren gelöscht bleiben.
Die Kurzschließer 3 bis 3′′ in den erläuterten
Ausführungsbeispielen sind für die einmalige Verwendung
vorgesehen. Es sind aber auch Kurzschließer denkbar, mit Teilen,
die eine elastische anstatt einer bleibenden Verformung
aufweisen oder mit Gelenken und Rückstellfedern versehen sind,
wodurch eine mehrmalige Verwendung möglich wird.
Die Kurzschließer müssen nicht rotationssymmetrisch sein.
Es ist jedoch zu beachten, daß, solange der Thyristor 2a oder 2b
durchgeschaltet ist, der Kurzschluß vorhanden ist. Da die Zeit
in der der Thyristor 2a oder 2b Strom führt jedoch wegen der
hohen Aufprallgeschwindigkeit des Bereiches 19′′ relativ kurz
ist, ist die Energie auf ein Maß beschränkt, welche keine
aufwendigen Maßnahmen erfordert.
Der zwischen den Elektroden 4′′ und 5′′ eingeleitete Kurzschluß
wird dann von einem vorgeordneten Leistungsschalter abgeschaltet.
Die Zeit bis die Kurzschlußeinrichtung wirkt ist sehr kurz, weil
diese lediglich von der Zündverzugszeit und der
Stromanstiegszeit der Thyristoren 2a, 2b abhängt.
Durch den Spannungseinbruch verlischt ein Lichtbogen in sehr
kurzer Zeit.
Die Stromführungszeit der Thyristoren 2a, 2b ist abhängig vom
Zeitpunkt in dem der Störlichtbogen auftritt. Bei einem Fehler
in der Nähe des Spannungsnulldurchganges ist die
Stromführungszeit größer als bei Spannungsmaximum, weil dann das
Teil 9′′ schneller bewegt wird. Da im wesentlichen die Fläche
unter der Stromkurve in beiden Fällen ähnlich ist, wird sowohl
die Erwärmung des Thyristors 2a oder 2b als auch die für die
Deformation des Teiles 9′′ erforderlichen Energie in beiden
Fällen nicht stark voneinander abweichen.
Die Fig. 19 zeigt die Verwendung der Kurzschlußeinrichtung 1 als
Zusatzmodul 62 eines Leistungsschalters 60. Dieses kann mit einem
Lichtbogendetektor mit einem Sensor in Form eines
Lichtwellenleiters 86 ausgerüstet sein, welches bei einem
Störlichtbogen eine Auslösung der Kurzschlußeinrichtung 1
bewirkt.
Außer Störlichtbögen können hohe Fehlerströme, wie
Kurzschlußströme, auftreten. Man ist bestrebt diese in möglichst
kurzer Zeit abzuschalten.
Bekannte Leistungsschalter mit sogenannten strombegrenzenden
Eigenschaften weisen Kontakte auf, die bei hohen Strömen durch
elektrodynamische Kräfte schnell geöffnet werden. Aufgrund der
Netz-, Leitungs-, Motor- oder sonstigen
Verbraucherinduktivitäten und dem hohen Strom entsteht zwischen
den Schaltkontakten ein Lichtbogen, durch den ein Teil des
Stromes weiterfließt. Die Energie die dennoch auf die
Betriebsmittel, wie Leitungen, Motoren, empfindliche
Verbraucher, Halbleiterelemente, bei einem hohen Fehler oder
Kurzschlußstrom einwirkt, kann sowohl durch die dynamische
Wirkung Schäden anrichten, so z. B. Auseinanderbersten von
Kabeln, Kabelverbindungen oder durch thermische Wirkung, z. B.
Materialverdampfung, Lichtbögen, Brände, Schäden anrichten.
Das dem Leistungsschalter 60 nachgeschaltete Zusatzmodul 62
besteht aus zwischen den Phasen angeordneten
Kurzschlußeinrichtungen 1, die von einem Stromüberwachungsmodul
oder -Teil 87 ausgelöst werden können. Dieses
Stromüberwachungsmodul oder -Teil 87 kann entweder im
Leistungsschalter 60 oder im Zusatzmodul vorhanden sein, wie in
der Fig. 19 gezeigt ist.
Wie in der Fig. 20 dargestellt ist, fließt ein Fehlerstrom IF
durch eine Impedanz, die die Impedanz eines Kabels, Impedanz
oder Teilimpedanz eines Motors oder einer beliebigen ohmschen
induktiven Impedanz sein kann, die aber hinter den
Schaltkontakten vorhanden ist. Die hinter den Kontakten 61
vorhandene Impedanz (hier nicht eingezeichnet) soll zunächst
außer Betracht bleiben.
Bei einem hohen Fehlerstrom IF (Fig. 20), wie Kurzschlußstrom,
wird bei Erreichen einer Schaltschwelle das
Stromüberwachungsmodul oder -Teil 87 ein Auslösesignal der
Kurzschlußeinrichtung 1 zuführen, wobei diese einen schnellen
Kurzschluß in der Nähe des Leistungsschalters 60 erzeugt (Fig.
21).
Es fließt zwar noch ein Strom Ik durch die Schaltkontakte 61,
der aber im wesentlichen durch die Kurzschlußeinrichtung fließt
und nicht mehr über die zu schützenden Betriebsmittel, die hier
durch die Resistanz 63 und Reaktanz 64 dargestellt sind.
Die für die Zerstörung von Betriebsmitteln ausschlaggebende
Energie ist auf diese Weise auf ein Bruchteil reduziert, so daß
das Ausmaß der Schäden auf diese Weise begrenzt wird.
In der Fig. 22 ist der Schaltkontakt 61 bereits geöffnet. Wie
dort zu erkennen ist, kann ein Ausgleichsstrom IA durch die
Kurzschlußeinrichtung 1, ähnlich wie bei einer Freilaufdiode,
fließen, der sonst über die Schaltkontakte 61 fließen würde und
dort einen starken Lichtbogen erzeugen würde.
Der nun entstehende Lichtbogen hängt nunmehr weitgehend von der
Impedanz des Netzes (z. B. Trafo) bzw. der Impedanz ab, die vor den
Schaltkontakten vorhanden ist.
Durch diese Verminderung des Lichtbogens wird die Lebensdauer
des Leistungsschalters erhöht. Der Wartungsaufwand des
Leistungsschalters wird ebenfalls auf diese Weise herabgesetzt.
Die Fig. 29 verdeutlicht anhand einer Prinzipdiagramms die
Wirkungsweise der Kurzschlußeinrichtung in diesem Zusammenhang.
Entsteht ein Kurzschluß oder hoher Fehlerstrom, dann wird
dieser durch Messung, beispielsweise mittels Spannungswandler
oder Shunts, schnell erkannt. Bis eine Auslösung erfolgt, fließt
noch der Strom durch das zu schützende Betriebsmittel, das durch
das erste Trapez 65 dargestellt ist (Fig. 20).
Nach dem Zünden des Thyristors wird der Strom weitgehend in die
Kurzschlußeinrichtung 1 kommutiert, wobei zunächst der Thyristor
den Strom führt, wie durch das zweite Trapez 66 angedeutet ist.
Anschließend führt der Kurzschließer durch metallischen
Kurzschluß den Strom bis das Schaltgerät abschaltet, wie
durch das dritte Trapez 67 angedeutet ist.
Ein Ausgleichstrom Ia (Fig. 22) kann nach dem Öffnen der
Schaltkontakte 61 durch den Kurzschließer weiterfließen.
Im folgenden wird anhand der Fig. 23 bis 28 gezeigt, wie die
Lichtbogenenergie in der Schaltkammer des Leistungsschalter und
die Beanspruchung des Leistungsschalters 60 weiterhin reduziert
werden kann.
Vor dem Leistungsschalter 60, bzw. dessen Schaltkontakten 61 ist eine
zweite Kurzschlußeinrichtung 69 angeordnet, die jedoch einen
zeitlich sehr limitierten Kurzschluß erzeugt, wie noch näher
erläutert wird.
Hinter der zweiten Kurzschlußeinrichtung 69 werden noch
Netzreaktanzen 70 und -resistanzen 71 vorhanden sein, wie durch
Trafo, Stromzuleitung.
Bei einem hohen Fehler- oder Kurzschlußstrom (Fig. 23) wird die
Kurzschlußeinrichtung, wie schon erläutert, aktiviert (Fig. 24).
Durch den hohen Strom und die Netzreaktanz 70 entsteht beim
Öffnen der Schaltkontakte 61 ein Lichtbogen (Fig. 25), der durch
einen schnellen Lichtbogendetektor erkannt wird und das
Kurzschließen der zweiten Kurzschlußeinrichtung 69 veranlaßt.
Dieses Auslösesignal ist mit L bezeichnet.
Dabei verlischt der Lichtbogen in der Schaltkammer, weil der
Strom IA2 nun über die zweiten Kurzschlußeinrichtung 69 fließen
kann. Diese wird nach einer gewissen Zeit wieder hochohmig (Fig.
26), wobei diese Zeit so groß sein muß, daß ein Wiederzünden des
Lichtbogens in der Schaltkammer nicht mehr möglich ist.
Die Zeit zwischen dem Ein- und Ausschalten der zweiten
Kurzschlußeinrichtung soll klein sein gegenüber der
Zeitkonstante der Netzimpedanz.
Die sonst entstehende Lichtbogenenergie wird in der zweiten
Kurzschlußeinrichtung 69 und sonstigen Resistanzen in
Erwärmungsenergie umgewandelt.
Das Diagramm in Fig. 27 verdeutlicht den Zeitverlauf. Zum
Zeitpunkt t1 wird die Kurzschlußeinrichtung 1 aktiv. Die
Schaltkontakte 61 beginnen zum Zeitpunkt t2 zu öffnen. Ein
Lichtbogen in der Schaltkammer beginnt im Zeitpunkt t2 zu
entstehen (schraffierte Fläche). Nach dem Schließen der
Kurzschlußeinrichtung 69 zum Zeitpunkt t3 verlischt der
Lichtbogen, wobei diese zum Zeitpunkt t4 wieder hochohmig wird.
Der Lichtbogendetektor kann entfallen, wenn eine zeitlich
verzögerte Zündung der zweiten Kurzschlußeinrichtung 69 erfolgt.
Da die Schaltkontakte geöffnet sind, entsteht eine galvanische
Trennung.
Um Fehlauslösungen der Kurzschlußeinrichtung 69 zu vermeiden,
beispielsweise durch reguläres Abschalten, entsteht das
Auslösesignal aus eine logischen Verknüpfung des Auslösesignals
A der Kurzschlußeinrichtung 1 und des Signals des
Lichtbogendetektors (Fig. 25).
In der Fig. 28 ist ein Beispiel angegeben, wie die Schaltung
gemäß den Fig. 23 bis 25 aufgebaut werden kann.
Die erste Kurzschlußeinrichtung 1 besteht aus einem
Kurzschließer und zwei antiparallel geschalteten Thyristoren
analog zu den Fig. 6 bis 8. Die Sicherung dort schützt
lediglich die Thyristoren und bleibt nach einer Auslösung
unzerstört. Die Wirkungsweise wurde bereits ausführlich
beschrieben.
Die zweite Kurzschlußeinrichtung 69 besteht aus einem
Kurzschließer, einer Kondensatorbatterie, einem Thyristor oder
einem anderen Schaltelement, analog zur Fig. 15 und einer
Sicherung, hier als NH-Sicherung 75, die in Reihe mit dem
Kurzschließer geschaltet ist.
Die NH-Sicherung 75 ist dabei derart bemessen, daß diese
einerseits in einer Zeit durchbrennt bei der ein Wiederzünden
des Lichtbogens in der Schaltkammer des Leistungsschalters 60
nicht mehr möglich ist und andererseits diese ein Ansprechen
einer übergeordneten Schutzeinrichtung nicht verursacht.
Die Fig. 31 zeigt den Aufbau in einem Schaltfeld 74. Dieses kann
sowohl in Einschubtechnik ausgeführt sein als auch in einer
Technik, in der die Abgangstellen der Leistungsschalter bzw.
sonstige Schaltgeräte, feste Verdrahtungen aufweisen. Die
Einschübe 76 greifen an gemeinsamen Feldsammelschienen 72
mittels Steckkontakten in bekannter Weise. Die Abgangsleitungen
der Leistungsschalter 60 werden direkt oder indirekt mittels
Steckbuchsen in den Kabelraum 77 geführt. In den Einschüben 76
sind zusätzlich den Leistungsschaltern Kurzschlußeinrichtungen 1
nachgeschaltet, wie bereits beschrieben.
Oberhalb der Einschübe 76 ist ein gemeinsamer Einschub 78 mit
Kurzschlußeinrichtungen 69 angeordnet der mittels Steckkontakten
ebenfalls an die Feldsammelschienen greift, wodurch eine
Einsparung von Kurzschlußeinrichtungen 69 eintritt.
Die einzelnen Einschübe 76 können mit Lichtbogendetektoren für
Störlichtbögen in den jeweiligen Einschubkammern ausgerüstet
sein, wodurch ein selektiver Lichtbogenschutz möglich wird
und/oder mit Stromüberwachungsmodulen oder -Teilen 86 in der
beschriebenen Weise versehen sein.
Bei einem Fehler sprechen zuerst die Kurzschlußeinrichtungen 1
eines Einschubes 76 an. Dieser wird dann von den zugeordneten
Leistungsschaltern abgeschaltet, wobei die Lichtbögen in den
Schaltkammern des Leistungsschalter durch einen zeitlich
begrenzten Kurzschluß zwischen den Feldsammelschienen mittels
der gemeinsamen Kurzschlußeinrichtungen 69 gelöscht wird.
Da der Einschub 78 im Normalbetrieb stets stromlos ist, kann
dieser unter Spannung herausgezogen werden. Durch einen
Sicherheitsschalter, der schon bei einem geringfügigen
Herausziehen dieses Einschubes 78 die Auslösesignalleitung L
unterbricht, wird die Sicherheit in einfacher Weise erhöht.
Das Schaltfeld 74 kann mit weiteren Schaltfeldern zusammen durch
einen selektiv arbeitenden, übergeordneten Schutz,
beispielsweise Lichtbogen- oder Kurzschlußschutz wie bereits
beschrieben, versehen sein. Als Kurzschlußeinrichtung 1 wird
eine Kaskade gemäß der Fig. 13 vorgeschlagen.
Die bereits bekannte Kurzschlußeinrichtung, also gemäß dem
Schaltelement 2b in Fig. 16, kann auch für den Kurzschlußschutz
eingesetzt werden. Diese kann ebenso zur Löschung eines
Lichtbogens in der Schaltkammer eines Schaltgerätes, wie
Leistungsschalter, eingesetzt werden.
Die Schalteigenenschaften des Schaltgerätes, wie Lebensdauer oder
Schaltvermögen werden, bei einem Kurzschluß oder sonstigen
abzuschaltenden hohen Strömen, ohne aufwendige Maßnahmen im
Schaltgerät selber, verbessert.
Zur Erhöhung der Kontaktkraft in den Anschlußbereichen wird
mindestens eine U-förmige Strom- oder Kontaktschiene 79
vorgeschlagen. Die im Fehlerfall hohen gegensinnig fließenden
Ströme verursachen eine elektrodynamische Kraft senkrecht zur
Kontaktebene, wie in der Fig. 30 zu sehen ist.
Die Schaltschwelle der Kurzschlußeinrichtung 1 kann identisch
oder in der Nähe des höchst zulässigen Stromes bzw.
Schaltvermögens des Schaltgerätes bzw. Leistungsschalters sein,
wodurch das Schaltgerät bis zur Schaltschwelle in bekannter
Weise arbeitet, d. h. dieser kann bei einem Kurzschluß noch
mehrmals verwendet werden, ohne daß Teile ausgetauscht werden
müssen. Erst bei Überschreiten dieser Schaltschwelle, was sonst
nicht zulässig wäre, werden die Kurzschlußeinrichtungen 1 und 69
betätigt, um die Beanspruchung der Schaltkammer und des
Schaltgerätes zu mindern. Die Kurzschließer müssen, sofern sie
für die einmalige Verwendung vorgesehen sind, ausgetauscht
werden.
Claims (42)
1. Kurzschlußeinrichtung, insbesondere zum Löschen von
Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen zur
Verteilung elektrischer Energie, wobei die
Kurzschlußeinrichtung (1) aus mindestens einem
Schaltelement (2, 2a, 2b, 2c, 2d), das mit einem Auslösesignal
einer Fehlererkennungseinrichtung betätigt wird, und
mindestens einem Kurzschließer (3, 3′, 3′′) besteht und der
Kurzschließer (3, 3′, 3′′) aus mindestens zwei das
Schaltelement (2, 2a-2d) zwischen sich aufnehmenden
Elektroden (4, 4′, 4′′, 5, 5′, 5′′) und aus stromführenden
Teilen oder Bereichen
(9, 8, 16, 17, 18, 19, 16, 18′, 19′, 9′′, 19′′, 29) besteht, wobei
ferner durch elektrodynamische Krafteinwirkung infolge des
sowohl in dem Schaltelement (2, 2a, 2b, 2c, 2d) als auch in dem
Kurzschließer (3, 3′, 3′′) direkt fließenden Stromes in den
stromführenden Teilen oder Bereichen
(9, 8, 16, 17, 18, 19, 16, 18′, 19′, 9′′, 19′′, 29) mindestens ein
bewegbarer oder deformierbarer stromführender Bereich bzw.
Teil (9, 19, 19′, 9′′, 19′′) gegen die Elektroden
(4, 4′, 4′′, 5, 5′, 5′′) gedrückt und somit ein metallischer
Kurzschluß erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
stromführenden Teile oder Bereiche
(9, 8, 16, 17, 18, 19, 16, 18′, 19′, 9′′, 19′′, 29) im wesentlichen
zylindermantel- bzw. rohrförmig sind und ineinander
angeordnet sind (Fig. 1-8).
2. Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schaltelement (2, 2a, 2b, 2d) zwischen
beiden kurzzuschließenden elektrischen Potentialen oder
Stromschienen (6, 7, 27) über den Kurzschließer (3, 3′, 3′′)
angeschlossen ist, wobei der in dem Schaltelement
(2, 2a, 2b, 2d) fließende Strom zunächst auch in den
stromführenden Teilen oder Bereichen (9, 8, 16, 17,
18, 19, 16, 18′, 19′, 9′′, 19′′, 29) fließt (Fig. 1-8).
3. Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens zwei stromführende Teile
oder Bereiche (16, 17, 9, 19, 16′, 17′, 19′) vorhanden sind, bei
dem der Kurzschlußstrom zunächst gleichsinnig fließt und
daß mindestens ein außen liegendes stromführendes Teil oder
Bereich (18, 18′) vorhanden ist, bei dem der Strom
gegensinnig fließt (Fig. 1-5).
4. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement
(2) in dem Kurzschließer (1) integriert ist (Fig. 1-3).
5. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement
(2) zwischen den Elektroden (1) angeordnet ist (Fig. 1-3).
6. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strombrücke
(14) zwischen den Elektroden (4, 5) isoliert angeordnet ist.
7. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stromführenden Teile
oder Bereiche (16, 17, 16′, 17′) zumindest Teilbereiche der
Elektroden (4, 5, 4′, 5′) sind (Fig. 1-5).
8. Kurzschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden einen etwa T-
förmigen Querschnitt aufweisen und spiegelsymmetrisch mit
einer dazwischenliegenden Isolierscheibe (20) angeordnet
sind, derart, daß der Schaft (21, 22) nach außen
herausgeführt ist und als Anschluß für die Thyristoren (2a,
2b) dient (Fig. 4 u. 5).
9. Kurzschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschließer (3′′) aus
zwei Elektroden (4′′, 5′′) mit T-förmigen Querschnitt
besteht, wobei die Querbalken an den Stirnseiten liegen,
daß dieser ein um die Elektroden (4′′, 5′′) angeordnetes und
mit der oberen Elektrode (4′′) elektrisch verbundenes
rohrförmiges deformierbares Teil (9′′) aufweist, das auf
Höhe der zweiten Elektrode (5′′) mit einem Außenrohr (29)
elektrisch verbunden ist, welches auf Höhe der ersten
Elektrode (4′′) einen Anschluß für das Schaltelement
(2a, 2b) aufweist (Fig. 6-8).
10. Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Teil (9′′) über einen Preßsitz mit der
oberen Elektrode (41) und dem Außenrohr (29) mechanisch und
elektrisch verbunden ist.
11. Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Außenrohr mit einer nach außen
herausgeformte Querschnittsvergrößerung (39) versehen ist.
12. Kurzschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen oberer Elektrode
(4′′), der Querschnittsvergrößerung (30) und der unteren
Elektrode (5′′) Isolierrohre (32, 33) vorhanden sind, wobei
die Verbindungsstellen durch Schweiß- oder Lötstellen
luftdicht bzw. vakuumtauglich sind.
13. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Elektroden (4′′, 5′′) ein Abstands- und Zentrierelement (36)
angeordnet ist.
14. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden
(4′′, 5′′) abgeschrägt sind und daß eines der Teile (9′′) Vorsprünge (39)
aufweist die dort einlaufen können.
15. Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (39, 39b, 39b′, 9.1)
prismen-, segmentförmig oder abgerundet sind.
16. Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Vorsprüngen (39)
mechanische Schwächungszonen vorhanden sind.
17. Kurzschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Vorsprünge (39)
an der Außenfläche hochleitfähiges Material (42) vorhanden
ist.
18. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement
(2, 2a, 2b) aus mindestens einem oder zwei antiparallel geschalteten
Thyristoren besteht.
19. Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Thyristoren (2, 2a, 2b) durch
wiederholte Zündimpulse gezündet werden.
20. Kurzschlußeinrichtung nach
Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare oder
deformierbare Bereich (19, 19′, 19′′) in der Nähe der
Strombrücke mit einer Querschnittserhöhung versehen ist.
21. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Segmente oder ein
Ring (26) mit dem einem Teil (8, 29), der Bereich (18, 18′)
elektrisch verbunden ist, derart, daß der Kurzschlußstrom
in geringerem Abstand zu einem weiteren Bereich (19, 19′, 19′′) fließt.
22. Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Kurzschluß durch den
Entladungsstrom einer Kondensatorbatterie erfolgt (Fig. 15).
23. Kurzschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußeinrichtung aus
einer Kaskade von Kurzschlußeinrichtungen (3a, 3b) besteht
(Fig. 13).
24. Kurzschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (2d) aus zwei
koaxial angeordneten becherartigen Elektroden (49, 50)
besteht, die unter der Wirkung einer Spule gegeneinander
gedrückt werden (Fig. 16).
25. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im dem Kurzschließer
(3, 3′, 3′) ein Vakuum vorhanden ist.
26. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kurzschließer
(3, 3′, 3′) ein Isoliergas, wie Schwefelhexafluorid oder
Stickstoff, vorhanden ist.
27. Kurzschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der
Kontaktkraft in den Anschlußbereichen des Kurzschließers
(3, 3′, 3′′) mindestens eine U-förmige Strom- oder
Kontaktschiene (79) vorhanden ist (Fig. 30).
28. Anordnung zweier Kurzschlußeinrichtungen nach einem der
Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Kurzschlußeinrichtung (1, 1b, 2d) einem Schaltgerät mit
Überstromauslösung nachgeschaltet ist und daß eine zweite
Kurzschlußeinrichtung (2d), die erst nach dem Öffnen der
Schaltkontakte (61) des Schaltgerätes kurzzeitig wirkt,
dem Schaltgerät vorgeschaltet ist (Fig. 28).
29. Anordnung nach Anspruch 28,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgerät ein
Leistungsschalter (60) mit strombegrenzenden Eigenschaften ist.
30. Anordnung nach Anspruch 28 oder 29,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kurschlußeinrichtung (69)
durch einen den Lichtbogen in der Schaltkammer
überwachenden Detektor ausgelöst wird (Fig. 25).
31. Anordnung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweiten Kurzschlußeinrichtung (69)
eine NH-Sicherung (75) in Reihe geschaltet ist
(Fig. 28).
32. Verwendung einer Kurzschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, in einem
Niederspannungs-Einschubverteiler.
33. Verwendung einer Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 32,
dadurch gekennzeichnet, daß eine für mehrere Einschübe (72)
gemeinsame zweite Kurzschlußeinrichtung (69) vorhanden ist
(Fig. 31).
34. Anordnung nach Anspruch 29, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Kurzschlußeinrichtung (69)
in einem separaten Einschub (78) angeordnet ist.
35. Verwendung einer Kurzschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-27 in einem
Sammelschienenraum einer Niederspannungs-Schaltanlage.
36. Anordnung einer Kurzschlußeinrichtung (1, 1b, 69, 2d),
nach einem der Ansprüche 1-27, in
einem Schaltgerät oder einem Zusatzmodul (62) eines
Schaltgerätes (60).
37. Anordnung einer Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgerät oder das
Zusatzmodul (62) eine Störlichtbogenerkennungseinrichtung
aufweist.
38. Anordnung einer Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 37,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Störlichtbogenerkennungseinrichtung einen Lichtwellenleiter
(86) aufweist, bei dem das Licht eines Störlichtbogens
durch die Ummantelung eingekoppelt wird.
39. Anordnung einer Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 37 oder 38,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgerät oder
Zusatzmodul (62) ein Stromüberwachungsmodul oder -Teil (86)
aufweist, welches bei Erreichen einer Schaltschwelle eine
Kurzschlußeinrichtung (1, 1b, 69, 2d) betätigt.
40. Anordnung einer Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 39,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltschwelle in der Nähe
des höchst zulässigen Stromes des Schaltgerätes liegt.
41. Verwendung einer Kurzschlußeinrichtung (1, 1b, 69, 2d) nach
einem der Ansprüche 1-27, in Schienenverteilern.
42. Verwendung einer Kurzschlußeinrichtung nach Anspruch 41 in einem Abgangskasten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4235329A DE4235329C2 (de) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | Kurzschlußeinrichtung, insbesondere zum Löschen von Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen zur Verteilung elektrischer Energie, Anordnung und Verwendung hierfür |
Applications Claiming Priority (1)
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