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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Schalten eines Sicherungslasttrenners, insbesondere
zum Einschalten eines Sicherungslasttrenners, bei welchem drei an
einem Oberteil des Sicherungslasttrenners angebrachte Sicherungseinsätze gleichzeitig
und im wesentlichen parallel um die gleiche Strecke bewegt und mit
an einem Unterteil des Sicherungslasttrenners angeordneten Gegenkontakten
(Zu-/Abgangskontakten) in bzw. außer Eingriff gebracht werden.
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Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch
einen Sicherungslasttrenner mit an einem Unterteil angeordneten
Zu-/Abgangskontakten, die mit den drei Phasen eines Wechselstromnetzes
verbindbar sind, und mit einem Oberteil, das eine Halterung für Sicherungseinsätze aufweist,
wobei Unterteil und Oberteil derart gegeneinander bewegbar sind,
daß die
Kontaktmesser der Sicherungseinsätze
mit den Gegenkontakten, d.h. den Zu-/Abgangskontakten des Unterteils
in bzw. außer
Eingriff treten.
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Derartige Sicherungslasttrenner sind
seit langem bekannt. Dabei gibt es im wesentlichen zwei verschiedene
Typen. Bei einem ersten Typ wird das Oberteil relativ zum Unterteil
linear verschoben, behält
also seine relative Lage im Raum bei, wobei sich lediglich der Abstand
zwischen Unterteil und Oberteil ändert
und das Oberteil die Sicherungseinsätze jeweils mitnimmt, so daß hierdurch
die Kontaktmesser der Sicherungseinsätze in und außer Eingriff
gebracht werden.
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Bei einem anderen Typ ist das Oberteil
relativ zum Unterteil um eine Achse verschwenkbar, wobei die vorliegende
Erfindung nur auf solche Sicherungslasttrenner des zweiten Typs
zur Anwendung kommen kann, bei welchen die Sicherungseinsätre im wesentlichen
den gleichen Abstand zur Schwenkachse des Oberteiles haben, da nur
bei diesem Typ die Sicherungseinsätre gleichzeitig parallel um
dieselbe Strecke bewegt werden.
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Generell sind NH-Sicherungslasttrenner Schaltgeräte, bei
denen der NH-Sicherungseinsatz als bewegliches Schaltstück dient.
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Der NH-Sicherungseinsatz bildet im
eingeschalteten Zustand das Überstrom-
und/oder Kurzschluß-Schutrorgan
für den
angeschlossenen Stromkreis. Im ausgeschalteten Zustand stellt der
NH-Sicherungslasttrenner eine sichere sichtbare Trennstrecke zwischen
den Anschlüssen
her, die auch das Arbeiten an den abgeschalteten Stromkreisteilen
ermöglicht.
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Der Schaltvorgang selbst erfolgt
mit einer von der Bewegung der Bedienperson abhängigen Geschwindigkeit. Diese
Geschwindigkeit ist ausreichend, um mit einem solchen Gerät auch einen
unter Last stehenden Stromkreis unterbrechen zu können. Zur
besseren Beherrschung der Schaltlichtbögen können die Geräte in bekannter
Weise mit Löschblechen
(sogenannte Deionkammern) oder Hartgaslöschkammern versehen werden.
Als besonders vorteilhaft haben sich die bereits erwähnten Ausführungen
von NH-Sicherungsglasttrennern erwiesen, bei denen das Schaltstück (NH-Sicherungseinsatr)
so bewegt wird, daß seine
Längsachse
sich parallel verschiebt und beide Kontaktseiten gleichzeitig geöffnet oder
geschlossen werden. Hierdurch entstehen beim Ausschalten zwei Teillichtbögen, die
ggf. durch Unterstützung
zweier Löschkammern
eine Verdoppelung der Lichtbogenlänge und damit auch der wirksamen
Schaltgeschwindigkeit ergeben. Diese Ausführung hat außerdem den
Vorteil, daß nach
Unterbrechen des Stromkreises das bewegliche Schaltstück selbst
nicht mehr mit der Stromkreisspannung in Verbindung steht und ein
versehentliches Berühren
unter Spannung stehender Teile vermieden wird.
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Das gleichzeitige Berühren beider
Kontaktstellen beim Zuschalten des Gerätes kann jedoch auch nachteilig
sein, insbesondere, wenn im angeschlossenen Stromkreis ein Kurzschluß besteht.
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Das sehr hohe Ausschaltvermögen der NH-Sicherungseinsätze (100
kA) führt
dazu, daß die beschriebenen
Schaltgeräte
in Stromkreisen mit immer größerer Kurzschlußleistung
eingesetzt werden.
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Dabei muß aber unbedingt beachtet werden, daß selbst
das versehentliche Einschalten eines kurzgeschlossenen Stromkreises
für die
Bedienperson ungefährlich
ist.
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Während
normale Lastschaltungen mit handabhängig betätigten NH-Sicherungslasttrennern innerhalb
der durch die Gebrauchskategoσie
vorgegebenen Grenzen ohne Gefährdung
für die
Bedienperson durchgeführt
werden können,
ist das Einschalten auf einen kurzgeschlossenen Stromkreis bei sehr
hohen Kurzschlußleistungen
mit größeren Risiken
behaftet. Ursächlich
hierfür
sind zum einen die durch die Bedienperson vorgegebene Schaltgeschwindigkeit
sowie zum anderen die Tatsache, daß durch die relativ lose Aufhängung des
Schaltstückes (NH-Sicherungseinsatz)
die erste Kontaktgabe praktisch ohne nennenswerten Kontaktdruck
erfolgt.
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Als Anhaltspunkt für die Schaltgeschwindigkeit
kann die für
Einschaltversuche an solchen Geräten
in der Europanorm (EN 60947-3) vorgegebene Obergrenze von 0,5 m/s
am Handgriff angenommen werden. Unter Berücksichtigung eines üblichen
Hebelverhältnisses
zwischen Handgriffentfernung und Kontaktentfernung zum Drehpunkt
ist die Kontaktgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der ersten Kontaktgabe etwa
die Hälfte
der Betätigungsgeschwindigkeit.
Der Messerkontakt (z. B. 3a, b) des NH-Sicherungseinsatzes
(3) bewegt sich deshalb mit einer Geschwindigkeitvon ungefähr 0,25
m/s in den V-förmigen
Einlaufbereich des Aufnahmekontaktes (z. B. 7a, b).
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Sobald der Stromkreis geschlossen
ist, entwickelt sich unabhängig
von der Höhe
des Kontaktdruckes der Kurzschlußstrom im angeschlossenen Stromkreis.
Wegen des fehlenden Kontaktdruckes erhitzt der Strom die sich berührenden
Metalloberflächen
so stark, daß sie
erst anschmelzen und dann sogar verdampfen. Der Kurzschlußstrom kann
letztendlich nur in Form eines Lichtbogens zwischen Messerkontakt
(3a, b) und Aufnahmekontakt (7a, b) fließen. Dieser
Vorgang ist vergleichbar dem Prozeß des Lichtbogenschweißens. Der
extrem steile Anstieg des Kurzschlußstromes führt zu einer explosionsartigen
Emission von Metalldampf, der benachbarte unter Spannung stehende
Teile elektrisch kurzschließen,
einen Störlichtbogen
erzeugen und zur Zerstörung
einer ganzen Schaltanlage führen
kann.
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Bleibt der Kurzschlußstrom auf
den zugeschalteten Stromkreis beschränkt, wird er innerhalb von
wenigen Millisekunden durch die Sicherungseinsätze abgeschaltet. Bei einer
Schließgeschwindigkeit von
0,25 m/s, entsprechend 0,25 mm/ms, erreicht der Messerkontakt (z.
B. 3a, b) des NH-Sicherungseinsatzes (3) während dieser
Zeit in der Regel nicht die unter Federdruck stehenden Kontaktflächen des
Aufnahmekontaktes (7a, b). Die Möglichkeit, einer definierten
Kontaktgabe und damit der Unterdrückung eines Einschaltlichtbogens
ist somit für
die beschriebene Geräteart
praktisch ausgeschlossen.
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Das Entstehen eines Einschaltlichtbogens mit
der kurzschlußstromabhängigen Metalldampfemission
muß deshalb
für NH-Sicherungslasttrenner als
systemimmanente Eigenschaft angesehen werden. Infolge der strombegrenzenden
Wirkung des NH-Sicherungseinsatzes ist diese Metalldampfemission
auch relativ unkritisch, solange sie keine Sekundärkurzschlüsse in benachbarten
Stromkreisen oder gar im Vorsicherungsbereich auslöst. Ein
durch Sicherungseinsätze
begrenzter Kurzschlußstrom
führt allenfalls
zur Beschädigung
des betroffenen Schaltgerätes
und zur Störung
des ohnehin fehlerhaften Stromkreises. Ein Sammelschienenkurzschluß dagegen
führt zum
Ausfall oder gar zur Zerstörung
der gesamten Schaltanlage.
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Die schädliche Wirkung auf benachbarte Stromkreise,
insbesondere, auf das Sammelschienensystem kann durch große Abstände zwischen den
Metallteilen oder durch Abschottungen und Isolierungen begrenzt
werden. Diese Maßnahmen
führen
jedoch zu größeren Abmessungen
der Schaltanlage oder verursachen erhöhte Kosten und/oder thermische
Probleme durch behinderte Wärmeabfuhr.
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Aus der
DE-OS 1816 938 und der
DE-OS 1918 473 ist eine Lösung bekannt,
bei der durch Isolierstoffansätze
am Messerkontakt oder Aufnahmekontakt bei Einschalten von handabhängig betätigten Geräten die
Bildung eines Lichtbogens verhindert werden soll.
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Bei dieser Lösung werden die Aufnahmekontakte
mit Isolierstoffaufsätzen
versehen, welche beim Einführen
des Messerkontaktes die Kontaktflächen vorspreizen, wobei die
Kontaktgabe erst nach völligem
Eintauchen des Messerkontaktes zwischen die Aufnahmekontakthälften handunabhängig erfolgen soll.
Es ist einerseits zu bezweifeln, daß das Kontaktmesser während des
Schaltvorganges bei der Verwendung handelsüblicher NH-Sicherungseinsätze so präzise geführt werden
kann, daß eine
vorzeitige Berührung
und damit das vorzeitige Auslösen
des Kurzschlußstromes
ausgeschlossen werden kann. Zum anderen hat die beschriebene Kontaktanordnung den
gravierenden Nachteil, daß bei
Ausschaltvorgängen
unter Last der Aufnahmekontakt geöffnet wird, während sich
das Kontaktmesser noch nicht aus dem Kontaktbereich entfernt hat.
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Wegen der geringen Schaftgeschwindigkeit handabhängig betätigter Geräte brennt
der Schaltlichtbogen ausreichend lange zwischen den Kontaktflächen, um
diese zu zerstören.
Selbst wenn diese erfindungsgemäße Kontaktanordnung
günstigere
Eigenschaften beim Einschalten auf einen Kurzschluß zeigen
sollte, ist sie durch die nachteiligen Eigenschaften beim Ausschalten
von Lastströmen
als untauglich für
den Einsatz in NH-Sicherungslasttrennern anzusehen. Zumal da das
Ausschalten zu den normalen, häufig
wiederkehrenden Funktionen des Sicherungslasttrenners gehört, während das
Einschalten auf einen Kurzschluß eine
Ausnahmesituation darstellt, die allerdings sicherheitstechnisch
beherrscht werden muß.
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Aus
DE 40 08 869 A1 ist eine verbesserte Ausführung bekannt,
welche die o.g. Nachteile nicht aufweist. Aber auch bei dieser Lösung entstehen
bei paralleler Führung
des Schaltstückes
zwei Einschaltlichtbogen. Beide Lösungswege verwenden aufwendigere
Aufnahmekontakte, an die zusätzliche
Isolierstoffteile zu montieren sind.
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Es ist zwar bereits ein Sicherungslasttrenner bekannt,
der die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist, und bei welchem
die Sicherungseinsätze
in einer Reihe hintereinander an einem Oberteil befestigt sind,
das um eine Achse verschwenkbar ist, wobei sich die Reihe der Sicherungseinsätze von
der Achse forterstreckt. Diese Art von Sicherungslasttrennern hat
jedoch den großen
Nachteil, daß das Oberteil
sehr weit von dem Unterteil weggeschwenkt werden muß, damit
auch der der Achse am nächsten liegende
Sicherungseinsatz von seinen Gegenkontakten getrennt wird. Dabei
liegen in nachteiliger Weise insbesondere in den weiter von der
Achse entfernten Bereichen spannungsführende Teile sehr leicht zugänglich offen.
Zudem hat diese Art von Sicherungslasttrennern den Nachteil, daß wegen
ungünstiger
Hebelverhältnisse
beim Ausschalten unter Last Lichtbögen an den Kontakten des der
Achse am nächsten
liegenden Sicherungseinsatzes sehr lange stehenbleiben, die über kurz
oder lang zur Zerstörung
der Kontaktoberflächen
führen.
Bei diesem gattungsfremden Sicherungslasttrenner werden also die Sicherungseinsätze nicht
parallel bzw. nicht um die gleiche Strecke bewegt.
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Ein Verfahren zum Schalten eines
Sicherungslasttrenners sowie ein NH-Sicherungslasttrenner mit den
Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 6 sind aus der
DE 28 24 208 B2 bekannt. Bei
dem dort beschriebenen Sicherungstrenner soll beim Trennvorgang
eine größere Sicherheit
dadurch geboten werden, daß isolierende
Trennwände
vorgesehen sind, welche Kammern für die Sicherungseinsätze bilden.
Dadurch erfolgt eine Abschottung der einzelnen Sicherungseinsätze auch
während
des Trennvorganges, so daß es
keine Phasenüberschläge mehr
gibt. Es wird dort auch auf eine bedienerfreundliche NH-Sicherungs-Verriegelung
hingewiesen. Nicht beschrieben oder angeregt ist dort aber, daß der Stromfluß über die
drei Sicherungseinsätze zeitlich
versetzt erfolgen könnte
oder sollte.
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Ein solch zeitlich versetzter Stromfluß ist zwar
aus der
DE 30 19 925
C2 bekannt, zumal dort ein NH-Sicherungstrenner und -lastschalter
beschrieben ist. An einem Schalterunterteil ist mittel Scharnieren
drehbar ein Schaltdeckel mit Einhängevorrichtungen für NH-Sicherungseinsätze gelagert. Der
bekannte Sicherungsschalter soll solche Abmessungen erhalten, daß weniger
Raum beansprucht wird. Der Schalter soll sowohl in seiner Breite
als auch in seiner Länge
etwas kleiner sein als ein Geräteschlitz
der Abdeckung eines Klein- und Serienverteilers. Als Lösung wird
vorgeschlagen, zwei NH-Sicherungseinsätze auf einer parallelen zur
Längsachse
des Sicherungsschalters anzuordnen, während der dritte NH-Sicherungseinsatz
seitlich versetzt angeordnet wird. Durch die Schwenkbewegung des
Deckels während
des Schaltvorganges ergibt sich zwar ein zeitlich versetzter Stromfluß, die Sicherungseinsätze werden
mit Nachteil aber beim Schalten nicht parallel bewegt, vielmehr
sind die Sicherungseinsätze
in etwa in Reihe an dem Schwenkarm schwenkbar angeordnet, wobei
sich die Reihe der Sicherungseinsätze von der Schwenkachse forterstreckt.
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Gegenüber dem vorstehend genannten Stand
der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zum Schalten von Stromkreisen mittels Sicherungslasttrennern
sowie einen entsprechenden Sicherungslasttrenner mit den eingangs
genannten Merkmalen zu schaffen, bei welchen die Gefahren für die Schaltanlage
und für Bedienpersonen
beim Einschalten auf einen kurzgeschlossenen Stromkreis erheblich
vermindert sind.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird
die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stromschluß über die
drei Sicherungseinsätze
zeitlich versetzt erfolgt, in dem die Kon taktierung der ersten Kontaktmesser
jedes der Sicherungseinsätre
gleichzeitig oder in einer beliebig vorgebbaren zeitlichen Reihenfolge
erfolgt, während
für mindestens
einen ersten Sicherungseinsatz mindestens die Kontaktierung seines
zweiten Kontaktmessers mit dem zugehörigen Gegenkontakt zeitlich
vor der Kontaktierung des zweiten Kontaktmessers der beiden anderen
Sicherungseinsätze
erfolgt. Dabei erfolgt der Ausschaltvorgang vorzugsweise in der
umgekehrten Reihenfolge.
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Dabei ist ein Verfahren bzw. eine
Vorgehensweise bevorzugt, bei welcher die erwähnten zweiten Kontaktmesser
in einem zeitlichen Abstand von etwa ein bis fünf Millisekunden nacheinander
mit ihren entsprechenden Gegenkontakten in Berührung treten.
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Durch die zeitliche Verschiebung
der Kontaktierung der zweiten Kontaktmesser der Sicheiungseinsätze kann
man erreichen, daß die
Zahl der Einschaltlichtbögen
im günstigsten
Fall auf einen einzigen Kontakt beschränkt wird, während bei der ansonsten bevorzugten
Ausführungsform
nach dem Stand der Technik mit parallel verschiebbaren Sicherungseinsätzen beim
Einschalten auf einen Kurzschluß gleichzeitig
6 Lichtbogen entstehen konnten. Sofern dennoch in ungünstigen
Fällen
und bei nicht symmetrischer Schaltung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zwei oder drei Lichtbogen entstehen, wird die Gefahr von Sekundärkurzschlüssen durch entsprechende
Metalldampfemissionen dennoch vermindert, weil diese Lichtbögen nicht
gleichzeitig, sondern zeitlich versetzt entstehen und damit die
Metalldampfkonzentration zu einem beliebigen Zeitpunkt nicht so
groß wird,
daß ein
Sekundärkurzschluß entstehen
kann.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß die
Kontaktierung des zweiten Kontaktmessers des ersten Sicherungseinsatzes
nach dem Kontaktieren des ersten Kontaktmessers des ersten Sicherungseinsatzes
erfolgt. Diese Ausführungsform
ist vor allem dann vorzuziehen, wenn die Schaltung des über den
Sicherungslasttrenner versorgten Verbrauchers nicht symmetrisch
ist.
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Bei einer symmetrischen Verbrauchsschaltung
ist jedoch eine Ausführungsform
der Erfindung bevorzugt, bei welcher die Kontaktmesser des ersten Sicherungskontaktes
gleichzeitig in ihrer entsprechenden Gegenkontakte eingeführt werden
(können),
während
mindestens das zweite Kontaktmesser des zweiten Sicherungseinsatzes
zeitlich nach dem Schließen
der Kontakte des ersten Sicherungseinsatres und auch zeitlich dem
Schließen
des ersten Kontaktes des zweiten Sicherungseinsatres erfolgt. Die
Begriffe "erster", "zweiter" und "dritter" Sicherungseinsatz
und "erster", "zweiter" Kontakt bzw. "erstes" und "zweites" Kontaktmesser beziehen
sich auf die zeitliche Reihenfolge der Kontaktierung, d.h. der erste
Sicherungseinsatz ist derjenige, bei welchem beide Kontakte geschossen
sind, bevor an irgendeinem der anderen Sicherungseinsätre beide Kontakte
geschlossen sind und das zweite Kontaktmesser wird nie vor dem ersten
Kontaktmesser in Berührung
mit dem entsprechenden Gegenkontakt gebracht, wobei allerdings die
vorstehenden Begriffe im Prinzip auch eine Gleichzeitigkeit der
Kontaktgebung noch nicht ausschließen, solange dies nicht ausdrücklich durch
Angabe der zeitlichen Reihenfolge verlangt wird.
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In dem zuletzt konkret genannten
Beispiel können
also beispielsweise beide Kontakte des ersten Sicherungseinsatres
und auch der erste Kontakt des zweiten Sicherungseinsatres (wahlweise
auch noch der erste Kontakt des dritten Sicherungseinsatres) gleichzeitig
geschaltet werden. Erst die Schaltung des zweiten Kontaktes des
zweiten Sicherungseinsatres erfolgt daraufhin zeitlich versetzt
und schließlich
erfolgt auch die Schaltung des zweiten Kontaktes des dritten Sicherungseinsatres
nochmals zeitlich versetzt nach der Schaltung des zweiten Kontaktes
des zweiten Sicherungseinsatres. Bei symmetrischen Schaltungen fließt erst
dann Strom, wenn mindestens zwei Sicherungseinsätre bzw. deren Kontaktmesser
mit ihren jeweiligen Gegenkontakten in Eingriff stehen. D.h. die
Kontaktebung beider Kontaktmesser des ersten Sicherungseinsatres
erfolgt stromlos, ebenso wie auch die Kontaktierung der ersten Kontaktmesser
der zweiten und dritten Sicherungseinsätre. Erst der Kontakt des zweiten
Kontaktmessers des zweiten Sicherungseinsatres erfolgt unter Kurzschlußbedingungen
auf der Verbraucherseite mit einem Lichtbogen. Der dabei fließende Kurzschlußstrom wird
durch den ersten und zweiten Sicherungseinsatz innerhalb von ein
bis zwei ms (Millisekunden) abgeschaltet. Wenn also schließlich die Kontaktebung
des zweiten Kontaktmessers des dritten Sicherungseinsatres mit einer
entsprechenden Verzögerung
stattfindet, so erfolgt dies wiederum stromlos, da die beiden anderen
Phasen nunmehr bereits abgeschaltet sind. Es entsteht also lediglich ein
einziger Lichtbogen und zwar eindeutig am zweiten Kontaktmesser
des zweiten Sicherungseinsatres und dem entsprechenden Gegenkontakt,
so daß man
durch die Wahl des Sicherungseinsatzes, der als zweiter schaltet
(beide Kontakte nacheinander schließt) eindeutig festlegen kann,
an welcher Stelle der Lichtbogen erzeugt wird. Dabei wird man einen Kontakt
wählen,
bei welchem aufgrund seiner räumlichen
Lage in dem Sicherungseinsatz die Gefahr eines Sekundärkurzschlusses
zu den übrigen
Phasen oder gar ro den Sammelschienen am geringsten ist. Die Zeitfolge
der Kontaktierung der jeweils ersten Kontaktmesser der Sicherungseinsätze ist
weitgehend beliebig. So können
wahlweise alle ersten Kontaktmesser gleichzeitig geschaltet werden,
während die
zweiten Kontaktmesser der Sicherungseinsätze die vorstehend beschriebene
Reihenfolge einer Kontaktierung haben, man kann jedoch auch die
ersten Kontaktmesser relativ zueinander zeitlich versetzt in Eingriff
mit ihren entsprechenden Gegenkontakten bringen.
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Hinsichtlich der eingangs genannten
Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch
gelöst,
daß entweder
- a) mindestens ein Teil der Kontakte eine unterschiedliche
Kontakthöhe
hat
und/oder
- b) die Sicherungseinsätre
in unterschiedlicher Höhe
oder relativ zueinander geneigt
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am Oberteil des Sicherungslasttrenners
aufgehängt
sind, wobei die unterschiedliche Kontakthöhe bzw. die Neigung der Sicherungseinsätre relativ zueinander
so gewählt
ist, daß beim
Aufeinanderzubewegen von Oberteil und Unterteil des Sicherungslasttrenners
der Stromschluß über beide
Kontakte an einem der Sicherungseinsätre zeitlich vordem Stromschluß über die
Kontakte der zweiten und dritten Sicherungseinsätze erfolgt. Der Begriff "Höhe der Kontakte" bezieht sich dabei
auf eine Ebene, die im Moment der ersten Berührung eines der Kontaktmesser mit
seinem entsprechendem Gegenkontakt senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Oberteils gegenüber
dem Unterteil verläuft.
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Im Falle einer Neigung der Sicherungseinsätre relativ
zueinander bezieht sich der Neigungsbegriff selbstverständlich auf
die durch die Sicherungseinsätre
und die beiden gegenüberliegenden
Kontaktmesser verlaufende Längsachse
der Sicherungseinsätre,
wobei dann höchstens
einer der Sicherungseinsätre
in einer Ebene bzw. parallel zu einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung
der Sicherungseinsätze
im Moment des ersten Kontaktes zwischen einem Kontaktmesser und
dem Gegenkontakt liegt, während
die beiden anderen Sicherungseinsätze relativ zu dieser Ebene,
und damit auch zu dem erstgenannten Sicherungseinsatz, geneigt angeordnet
sind. Bei einer solchen Ausgestaltung können alle Gegenkontakte die
gleiche Höhe
aufweisen, wobei selbstverständlich
auch beide Lösungen
miteinander kombiniert werden können,
d.h. es können
sowohl die Gegenkontakte am Unterteil eine unterschiedliche Höhe aufweisen,
während
auch die Sicherungseinsätre
relativ zueinander und, mindestens teilweise, auch gegenüber der
zur Bewegungsrichtung senkrechten Ebene geneigt angeordnet sind.
Dabei versteht es sich, daß die
Neigung der Sicherungseinsätre
und die unterschiedliche Höhe
der Kontakte nicht gerade so gewählt
werden dürfen,
daß sich
der Effekt der Neigung und der unterschiedlichen Kontakthöhe aufhebt.
Grundsätzlich
gilt für
jede Anordnung die Bedingung, daß sie gerade so erfolgen muß, daß der beidseitige
Kontaktschluß am
ersten Sicherungseinsatz zeitlich vor dem beidseitigen Kontaktschluß der beiden
anderen Sicherungseinsätre liegt,
wobei auch deren vollständiger
Kontaktschluß wiederum
zeitlich gestaffelt ist. Da der Kontaktschluß erst dann vollständig hergestellt
ist, wenn beide Kontaktmesser eines Sicherungseinsatres mit ihren
entsprechenden Gegenkontakten in Eingriff stehen, reicht es aus,
die Kontaktierung des jeweils zweiten Kontaktmessers der Sicherungseinsätre zu betrachten,
wobei das erste Kontaktmesser höchstens gleichzeitig,
vorzugsweise zeitlich vor dem zweiten Kontaktmesser mit seinem entsprechendem
Gegenkontakt in Eingriff gebracht wird.
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Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sicherungslasttrenners
entsprechen den oben beschriebenen, bevorzugten Verfahrensschritten.
Besonders bevorzugt ist ein Sicherungslasttrenner, bei welchem das
Oberteil parallel und im wesentlichen linear gegenüber dem
Unterteil verschoben wird, so daß alle Sicherungseinsätze dieselbe
lineare Bewegung ausführen
und die Kontaktierungsreihenfolge lediglich durch die Höhe der Kontakte
und/oder die relative Neigung der Sicherungseinsätre zueinander bzw. zu einer
Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung bestimmt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform,
bei welcher das Oberteil um eine Achse verschwenkbar ist und die
Sicherungseinsätre
nebeneinander in gleichem Abstand zur Achse angeordnet sind, werden aus
geometrischen Gründen
mehr oder weniger zwangsweise die der Achse am nächsten liegenden Kontaktmesser
mit ihren Gegenkontakten zuerst in Eingriff gebracht. Die Höhe der zweiten
Gegenkontakte kann dann in geeigneter Weise gestaffelt werden, wobei
für symmetrische
Schaltungen eine Ausführungsform
der Erfindung bevorzugt wird, bei welcher der mittlere Gegenkontakt
am höchsten
ist.
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Bevorzugt werden die Kontakthöhen der
Gegenkontakte und/oder die Neigungen der Sicherungseinsätre so gewählt, daß im Moment
der ersten Berührung
des zuerst in Eingriff kommenden zweiten Kontaktmessers der Abstand
des als nächstes
in Eingriff kommenden zweiten Kontaktmessers zu seinem Gegenkontakt
noch etwa zwei bis fünf
Millimeter beträgt,
während
der Abstand des zuletzt in Eingriff kommenden zweiten Kontaktmessers
nochmals um weitere zwei bis fünf
Millimeter größer ist.
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Dabei wird zweckmäßigerweise der Höhenunterschied
zwischen den beiden zuerst genannten Gegenkontakten bzw. die Neigung
zwischen dem ersten und zweiten Sicherungseinsatz hinreichend groß gewählt, damit
das zuerst in Eingriff kommende zweite Kontaktmesser bereits mit
im wesentlichen dem vollen Kontaktdruck an den entsprechenden Gegenkontaktflächen anliegt,
wenn die Berührung des
als nächstes
in Eingriff kommenden zweiten Kontaktmessers mit seinem Gegenkontakt
stattfindet, wobei im Kurzschlußfall
ein Lichtbogen erzeugt wird. Der Höhenunterschied zu dem letzten
Gegenkontakt bzw. die unterschiedliche Höhe zwischen dem vorletzten
und letzten Kontaktmesser, die mit ihren Gegenkontakten in Eingriff
treten, brauchen im Falle einer symmetrischen Schaltung nur noch
so groß zu sein,
daß die
typische Zeit, die vergeht, bevor das letzte Kontaktmesser bei einem
normalen Einschaltvorgang mit seinem Gegenkontakt in Berührung kommt,
länger
ist als die Schaltzeit der Sicherungseinsätre, so daß der erste und zweite Sicherungseinsatz
den Stromkreis bereits unterbrochen haben und damit auch die Kontakte
des dritten Sicherungseinsatres stromlos bleiben.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung
der Figuren, welche Ausführungsformen
von Sicherungseinsätzen
bzw. Teile hiervon zeigen, durch die das Prinzip der vorliegenden
Erfindung verwirklicht wird. Es zeigen:
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1a bis c verschiedene Ansichten eines Sicherungslasttrenners
mit linearer Parallelführung der
Sicherungseinsätze.
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2a und b jeweils drei nebeneinander angeordnete
Kontaktmesser und Gegenkontakte, welche eine gewünschte Schaltreihenfolge haben.
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In 1a erkennt
man einen Sicherungslasttrenner in einer Seitenansicht, wobei seitliche
Gehäuseteile
fortgelassen sind. Der Sicherungslasttrenner besteht aus einem Unterteil 2 und
einem lediglich gestrichelt angedeuteten Oberteil 1. Das
Unterteil 2 ist auf drei Stromsammelschienen S1, S2 und
S3 montiert, wobei Zugangsleitungen 10, 11, 12 jeweils eine
der Stromsammelschienen S1, S2, S3 mit Zugangskontakten 7a, 8a und 9a verbinden.
Den Zugangskontakten 7a, 8a und 9a sind
jeweils Abgangskontakte 7b, 8b und 9b zugeordnet,
die den Zugangskontakten im Abstand gegenüber liegen. Die Zu-/Abgangskontakte
haben generell die aus 1c ersichtliche
und im Stand der Technik bekannte Lyra-Form. Oberhalb der Zu-/Abgangskontakte
erkennt man noch Löschkammern 16,
die vor allem der Vermeidung bzw. dem Löschen von Lichtbogen beim Ausschalten
des NH-Sicherungslasttrenners unter Last dienen. Am Oberteil 1 sind
drei Sicherungseinsätre 3, 4, 5 aufgehängt, wobei
die genaue Aufhängung
bzw. Befestigung der Sicherungseinsätze 3, 4, 5 am
Oberteil 1 nur schematisch wiedergegeben ist. Das Oberteil
ist in Richtung des Doppelpfeils 17 auf das Unterteil 2 zu
bzw. von diesem weg bewegbar, wobei alle Sicherungseinsätre 3, 4, 5 parallel
dieselbe Bewegung ausführen.
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Wie man anhand der eingezeichneten
Hilfslinien leicht erkennt, haben die Zu-/Abgangskontakte 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b insgesamt
drei unterschiedliche Höhen,
wobei die Kontakte 7a, 7b und 8a gleichhoch
und von allen Kontakten am höchsten
sind, während
die Kontakte 8b und 9a etwas tiefer enden und
schließlich
der Kontakt 9b nochmals etwas tiefer endet als der Kontakt 9a.
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Für
eine optimale Funktion dieses Sicherungslasttrenners ist vorausgesetzt,
daß über dieses System
ein symmetrisch geschalteter Verbraucher versorgt werden soll. Dies
bedeutet, daß beim
vollständigen
Schließen
beider Kontakte eines Sicherungseinsatres zunächst noch kein Strom fließen kann,
da bei einer solchen Schaltung mindestens zwei Sicherungseinsätze vollständig kontaktiert
sein müssen,
bevor ein Strom durch die Kontakte fließt.
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Man erkennt aus 1a, daß die Kontakte 7a, 7b und 8a um
einen Betrag Δx
höher angeordnet sind
bzw. weiter nach oben in Richtung auf das Oberteil 1 hinreichen,
als die Kontakte 8b, 9a, welche wiederum um den
Betrag Δy
höher liegen,
als der letzte Kontakt 9b, bzw. dessen Oberkante.
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Wird nun das Oberteil 1 in
Richtung des Pfeiles 17 nach unten bewegt, so treten zunächst die Kontaktmesser 3a, 3b, 4a mit
ihren jeweiligen Gegenkontakten 7a, 7b, 8a in
Eingriff, während
das zweite Kontaktmesser 4b des zweiten Sicherungseinsatres 4 erst
mit einer zeitlichen Verzögerung
mit seinem Gegenkontakt 8b in Eingriff kommt, wobei diese
zeitliche Verzögerung
der Bewegungsgeschwindigkeit des Oberteils 1 entlang des
Doppelpfeiles 17 für
den Weg Δx
entspricht. In ähnlicher Weise
wird der Kontakt zwischen dem Kontaktmesser 5b und dem
Gegenkontakt 9b erst hergestellt, nachdem gegenüber der
Kontaktierung zwischen dem Kontaktmesser 5a und dem Gegenkontakt 9a eine
Zeit verstrichen ist, die sich aus der Schaltgeschwindigkeit, konkret
der Bewegungsgeschwindigkeit entlang des Pfeiles 17, und
dem Abstand Δy
errechnen läßt.
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1b ist
eine schematische Draufsicht von oben auf das Unterteil 2 des
Sicherungseinsatres. Auch in dieser Darstellung erkennt man wieder
die Sammelschienen S1, S2 und S3 sowie die Zu/Abgangskontakte 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b.
Gemäß der aus 1 ersichtlichen Schaltreihenfolge
kann ein Lichtbogen allenfalls zwischen den Kontakten 4b und 8b entstehen.
Es versteht sich, daß man
beispielsweise auch die Kontakte 7a, 7b, genauer
gesagt nur deren Höhe,
mit den Kontakten 8a, 8b vertauschen kann. Wahlweise
könnte
man auch die Kontakte 7a, 8a, 9a nach
den Kontakten 7b, 8b, 9b schalten. Wie man
leicht erkennt, kann man auf diese Weise ganz gezielt einen bestimmten
Messerkontakt und Gegenkontakt auswählen, an welchem der besagte
Lichtbogen auftreten kann bzw. muß. Beim Vertauschen der Kontakthöhen der
Kontakte 7a, 7b mit denen der Kontakte 8a, 8b würde beispielsweise
der Lichtbogen zwischen dem Kontaktmesser 3b und dem Gegenkontakt 7b auftreten.
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Wie man außerdem erkennt, erstrecken
sich von den Kontakten 7b und 8b jeweils Abgangsleitungen 13, 14 zu
Anschlußkontakten 15 für den über den Sicherungslasttrenner
geschalteten Verbraucher. Es versteht sich, daß der einzige Lichtbogen möglichst dorthin
verlegt werden sollte, wo die geringste Gefahr eines Überschlags
bzw. Sekundärlichtbogens
von dem betreffenden Kontakt zu einem der anderen Kontakte, den
Abgangsleitungen 13 oder 14 oder gar den Sammelschienen
S1, S2, S3 auftreten könnte. Da
je nach der Höhenlage
der Abgangsleitung 13 ein entsprechender Überschlag
von dem Kontakt 8b zu der dicht daneben verlaufenden Abgangsleitung 13 nichtvöllig auszuschließen ist,
wäre also
eine Anordnung am sinnvollsten, bei welcher der einzige Lichtbogen
an den Kontakten 7b oder 7a auftritt, wenn der Sicherungslasttrenner
unter Kurzschlußbedingungen eingeschaltet
wird.
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Falls gewünscht, können auch die Höhen sämtlicher
Zu-/Abgangskontakte unterschiedlich sein.
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In 1c,
welche lediglich schematisch die in einer Ansicht von rechts auf 1a erkennbaren Bestandteile
des Sicherungslasttrenners (ohne Oberteil 1 und ohne Löschkammern 16)
zeigt, erkennt man sowohl die V-förmig zulaufende Vorderkannte
des Kontaktmessers 3a als auch den V-förmigen Einlaufbereich des Lyrakontaktes 7a.
Man sieht daran, daß bei
einer relativ langsamen Einschaltbewegung zunächst die schrägen Flächen der
Messervorderkante und des V-förmigen
Einlaufbereiches des Kontaktes 7a relativ lose miteinander
in Berührung
kommen, so daß im
Falle eines Kurzschlusses als Last hinter den Kontakten ein Lichtbogen
unvermeidlich ist.
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Die in 1a eingezeichneten
Höhendifferenzen Δx und Δy liegen
in der Größenordnung
von 5 Millimetern (mm) für Δx und von
etwa 2 – 3
Millimeter für Δy. Diese
Höhenunterschiede
reichen aus, um die gewünschte
Zeitfolge der Kontaktierungen zu erhalten, ohne daß gleichzeitig
mehrere Lichtbogen entstehen. Gleichzeitig hat diese unterschiedliche Kontakthöhe bzw.
der unterschiedliche Kontaktabstand keinen negativen Einfluß auf den
Ausschaltvorgang unter Last. Auch bei einem normalen Ausschaltvorgang
unter Last werden zwischen den Kontaktmessern 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b und
den Konktaktflächen
der Lyrakontakte 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b Lichtbogen
gezogen. Dabei entsteht ein zweifacher Lichtbogen an jedem der Sicherungseinsätze 3,4,5,
wobei die Gesamtspannung sich auf die beiden Lichtbögen jedes
der Sicherungseinsätze
verteilt und damit relativ leicht und schnell unter zusätzlicher
Wirkung der Löschkammern 16 gelöscht werden
kann. Da die typische Lichtbogenlänge ein Vielfaches der Höhenunterschiede Δx bzw. Δy beträgt, haben
diese Höhenunterschiede
keinen nennenswerten Einfluß auf
den Spannungsabfall über
die Lichtbögen
und das Löschen
der Lichtbögen.
Die aus dem Auftreten der doppellten Lichtbögen und beim Trennen der Kontakte
unter Last resultierenden Vorteile des einfacheren und schnelleren
Löschens
der Lichtbögen
bei einem solchen Sicherungslasttrenner mit linearer Parallelführung der
Sicherungseinsätre 3, 4, 5 bleiben
also voll erhalten.
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In den 2a, b sind nochmals zwei mögliche Varianten zur Erzielung
der gewünschten
Schaltreihenfolge der jeweils zweiten Kontaktmesser von Sicherungseinsätren dargestellt.
Die dargestellte Nebeneinanderanordnung der zu den drei Phasen L1, L2
und L3 gehörenden
Lyrakontakte findet man in der Praxis bei Sicherungslasttrennern,
deren Oberteil um eine Achse verschwenkbar ist und drei nebeneinander
im gleichen Abstand zu Schwenkachse angeordnete Sicherungseinsätze trägt. Man
kann jedoch die drei hier nebeneinandergeordneten Lyrakontakte auch
als schematische Darstellung der an sich hintereinander angeordneten
Kontakte 7b, 8b und 9b in 1a verstehen.
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2a zeigt
eine Variante, bei welcher alle drei zweiten Kontaktmesser 3b, 4b, 5b in
der gleichen Höhe
an einem (nicht dargestellten) Oberteil angeordnet sind und entlang
des Doppelpfeiles 17 nach oben bzw. unten bewegt werden
können,
z.B. durch Verschwenken des Oberteiles um eine Achse, die horizontal
im Abstand hinter der Papierebene und parallel zur Papierebene verläuft.
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Die drei Kontakte 7b, 8b. 9b sind
auf dem (ebenfalls nicht näher
dargestellten) Unterteil 2 in etwas unterschiedlicher Höhe montiert,
so daß der Kontakt 8b gegenüber dem
Kontakt 7b um einen Betrag Δx angehoben ist, während der
Kontakt 9b gegenüber
dem Kontakt 7b um den Betrag Δy abgesenkt ist. Es ist klar,
daß beim
gleichzeitigen, parallelen Absenken der drei Kontaktmesser 3b, 4b, 5b zunächst das
Messer 4b mit dem Lyrakontakt 8b in Eingriff tritt,
wobei im Falle einer symmetrischen Schaltung des Verbrauchers wiederum
dieser Einschaltvorgang stromlos erfolgt. Im übrigen ist hierbei vorausgesetzt,
daß die
jeweils ersten Kontaktmesser 3a, 4a und 5a bereits
in Eingriff mit ihren entsprechenden Gegenkontakten 7a, 8a und 9a stehen,
bevor die zweiten Kontaktmesser mit ihren Gegenkontakten in Berührung kommen.
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Im Falle eines Kurzschlusses auf
der Verbraucherseite kann dann beim weiteren Absenken der Kontaktmesser
in Richtung der Gegenkontakte ein Lichtbogen zwischen dem Kontaktmesser 3b und dem
Lyrakontakt 7b entstehen, der jedoch von der verbleibenden
Phase L3 relativ weit entfernt ist. Der Kurzschlußstrom wird
durch die Sicherungseinsätre 3,4,
die zu den Kontaktmessern 3b, 4b gehören, innerhalb
einer Zeit unterbrochen, die kürzer
ist als die Zeit, die das Kontaktmesser 5b benötigt, um
den verbleibenden Weg Δy
zurückzulegen.
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Die unterschiedlich hohe Montierung
der Lyrakontakte 7b, 8b, 9b gemäß 2a hat, im Gegensatz zu
einer ebenfalls denkbaren unterschiedlich langen Ausführung der
jeweiligen Kontaktschenkel, den Vorteil, daß Jeweils identische Lyrakontakte
verwendet werden können,
die auch jeweils den gleichen Kontaktdruck und gleiche Kontaktbedingungen gewährleisten.
Gleichzeitig bringt dies selbstverständlich fertigungstechnische
Vorteile mit sich, da keine verschiedenen Typen von Lyrakontakten
hergestellt werden müssen.
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Die zweite, in 2b dargestellte Variante zeigt Lyrakontakte 7b, 8b, 9b,
die alle in gleicher Höhe
montiert sind. Dagegen sind die Sicherungseinsätre entweder in unterschiedlicher
Höhe montiert oder
relativ zueinander geneigt montiert, so daß die Kontaktmesser 3b, 4b, 5b in
der dargestellten Position einen unterschiedlichen Abstand zu ihren
entsprechenden Gegenkontakten haben. Werden nun wiederum in der
gleichen Weise wie im Zusammenhang mit 2a beschrieben die Sicherungseinsätre und damit
die Kontaktmesser 3b, 4b, 5b gleichzeitig
mit derselben Geschwindigkeit in Richtung des Doppelpfeiles nach
unten abgesenkt, so tritt zunächst
das Kontaktmesser 5b mit dem Gegenkontakt 9b in
Eingriff, anschließend
nach einem weiteren Absenken um den Betrag Δy das Kontaktmesser 3b und schließlich nach
einem noch weiteren Absenken um den Betrag Δx auch Kontaktmesser 4b mit
dem Gegenkontakt 8b. Gegenüber der im Zusammenhang mit 2a dargestellten Version
haben hier lediglich die Phasen L2 und L3 ihre Rollen vertauscht.
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Man erkennt, daß alle vorgenannten Ausführungsformen
gegenüber
dem Stand der Technik den Vorteil mit sich bringen, daß im Falle
eines Kurzschlusses auf der Verbraucherseite beim Einschalten deutlich
weniger Lichtbögen
und im günstigsten
Fall nur ein einziger Lichtbogen entsteht, während beim Stand der Technik
bis
ro 6 Lichtbögen gleichzeitig entstehen
konnte, die in einem kurzen Zeitraum und auf einem relativ kleinen
Volumen sehr viel Energie freisetzten und damit auch Sekundärkurzschlüsse auslösen konnten,
die für
eine Bedienperson ggf. eine große
Gefahr bedeuten würden
und die überdies
auch zur Zerstörung
erheblicher Teile der gesamten Schaltanlage führen konnten. Durch die Reduzierung
der Zahl der Lichtbögen
und der damit freigesetzten Energie sowie der daraus auch resultierenden
Verminderung von Metalldampfemissionen kann der erfindungsgemäße Sicherungslasttrenner ohne
aufwendige zusätzliche
Maßnahmen
zur Verhinderung von Sekundärschlüssen konstruiert
und damit auch relativ kompakt und preiswert hergestellt werden.