DE60305699T2

DE60305699T2 - Kurzschliessschalter und system zur verhinderung von lichtbogenfehlern in stromversorgungseinrichtungen

Info

Publication number: DE60305699T2
Application number: DE60305699T
Authority: DE
Inventors: Joseph John Pittsburgh SHEA; Allen Jeffrey Coraopolis MILLER
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: US6657150B1; BR0312170A; CN1672228A; AU2003240186A1; EP1514287B1; WO2003107374A1; EP1514287A1; CA2489531A1; DE60305699D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung ist auf Kurzschlussschalter und insbesondere auf Kurzschlussschalter zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung gerichtet. Die Erfindung ist auch auf Kurzschlusssysteme zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung gerichtet. Ein solcher Schalter ist in DE-A-3006336 offenbart.
Hintergrundinformation
Es gibt ein Potential dafür, dass ein Lichtbogenfehler auftritt über die Leistungsschiene eines Motorsteuerungszentrums (MCC = motor control center), einer anderen Mittelspannungsanlage (zum Beispiel ein Mittelspannungs-Stromkreisunterbrechungspanel) und andere industrielle Anlagen, welche Mittelspannung (MV) Leistungsverteilungskomponenten enthalten. Dies trifft insbesondere zu, wenn Wartung an oder auf spannungsführenden LeistungsStromkreisen durchgeführt wird. Häufig schließt ein Arbeiter unbeabsichtigt die Leistungsschiene kurz, wodurch ein Lichtbogenfehler innerhalb der Umschließung erzeugt wird. Der resultierende Lichtbogendruckstoß erzeugt eine extreme Gefahr und kann Verletzung oder sogar Tod verursachen. Dieses Problem wird durch die Tatsache verschlimmert, dass die Türen der Umschließung typischerweise offen sind für die Wartung.
Ein Hochgeschwindigkeits-Kurzschlussschalter wird benötigt für Mittelspannung als eine Alternative zu lichtbogensichernden Schaltelementumschließungen. Derzeit entwickeln Hersteller robustere Umschließungen, welche heiße Gase und Flammen aus der Oberseite der Umschließung beim Auftreten eines internen Lichtbogenfehlers heraus halten und leiten (zum Beispiel ein Kurzschluss entlang der Leistungsstange, des Unterbrechers, Kabel Phase-zu-Phase oder Phase-zu-Erde). Diese Fehler können aus einer großen Varietät von Quellen auftreten, wie zum Beispiel Tiere, welche in die Umschließung krabbeln, Werkzeug, welches vom Wartungspersonal zurück gelassen wurde, Isolationsfehler, Erdbeben oder andere mechanische Beschädigungen.
Anstatt zu versuchen, den Druckstoß innen zu behalten und eine Richtung zu geben, wurde von anderen eine neue Idee entwickelt zum vollständigen Eliminieren des Lichtbogenfehlers. Dies wird durchgeführt durch Kurzschließen der Hochspannungsschiene entweder Phase-zu-Phase oder Phase-zu-Erde. Bekannte Kurzschlussschalter verwenden Schließ- und Haltetechniken, welche sehr teuer sind im Kauf und in der Wartung.
Es ist bekannt, einen Hochgeschwindigkeits-Kurzschlussschalter zu verwenden, welcher zwischen der Leistungsschiene und der Erde angeordnet ist, oder von Phase zu Phase, um Ausrüstungsschaden und menschliche Verletzung aufgrund von Lichtbogen-Druckstößen zu limitieren oder zu verhindern. Solche Schalter, welche groß und teuer sind, sind an der Hauptleistungsschiene angebracht, um das gesamte Leistungsschienensystems auszuschalten, wenn ein Fehler auftritt, auch wenn der Fehler nur auf der Lastseite eines ZweigStromkreises ist.
Es ist auch bekannt, verschiedene Typen von Brecheisenschaltern zu diesem Zweck zu verwenden. Die Schalter schließen die Leitungsspannung auf der Leistungsschiene kurz, wodurch der Lichtbogen eliminiert wird, und Schaden verhindert wird. Der resultierende Kurzschluss auf der Leistungsschiene verursacht, dass ein stromaufwärts gelegener Kurzschlussunterbrecher den Fehler behebt.
Beispiele von Mittelspannungsgeräten umfassen einen Mechanismus mit gespeicherter Energie mit Vakuumunterbrecherkontakten, und einem Mechanismus, um einen Leiter magnetisch zu zerstören.
Ein Beispiel eines Niederspannungsgeräts ist ein Airbag-Betätiger mit gespeicherter Energie, welcher ein leitfähiges Glied antreibt, welches einen Stift und einen Flansch hat, um die 2 Kontakte kurz zu schließen. Der erste Kontakt ist in der Form eines Aufnehmers zum Einfangen des Stifts auf dem angetriebenen leitfähigen Glied. Der zweite Kontakt hat eine Öffnung, welche erlaubt, dass sich der Stift dadurch bewegt, aber welche den Flansch des angetriebenen Glieds fängt.
Es gibt Raum für Verbesserung in Kurzschlussschaltern und Systemen, welche auf Lichtbogenfehler ansprechen, und schnell genug schalten, um Arbeiter und Ausrüstung vor Lichtbogen-Druckstößen zu schützen, welche mit Leistungsverteilungsausrüstung verbunden sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese und weitere Bedürfnisse können durch die vorliegende Erfindung erfüllt werden, welche einen Kurzschlussschalter und ein System zum Eliminieren von Kurzschlussfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung vorsieht. Der Kurzschlussschalter. weist einen Vakuumschalter, welcher feste und bewegliche Kontaktanordnungen hat, ein angetriebenes Glied, und eine Halterung, welche das angetriebene Glied zur linearen Bewegung entlang eines Pfads, welcher im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung ist, hält, auf. Das angetriebene Glied ist mit der beweglichen Kontaktanordnung verbunden, um die bewegliche Kontaktanordnung zwischen Positionen des offenen und geschlossenen Stromkreises zu bewegen, mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glieds. Ein Federglied hat einen komprimierten Zustand und einen freigegebenen Zustand, welches das angetriebene Glied und die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises bewegt. Ein Freigabemechanismus hält das angetriebene Glied und das Federglied und gibt diese frei. Erste und zweite Anschlüsse sind jeweils elektrisch verbunden mit der festen Kontaktanordnung und der beweglichen Kontaktanordnung.
Als ein Aspekt der Erfindung weist ein Kurzschlussschalter zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung folgendes auf: Ei nen Vakuumschalter, welcher eine Vakuumhülle aufweist, welche eine feste Kontaktanordnung und eine bewegliche Kontaktanordnung enthält, welche entlang einer Längsachse zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises in elektrischem Kontakt mit der festen Kontaktanordnung und einer Position des offenen Stromkreises beweglich ist, beabstandet von der festen Kontaktanordnung; ein angetriebenes Glied; eine Halterung, welche das angetriebene Glied zur linearen Bewegung eines Pfads hält, welcher im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung ist, wobei das angetriebene Glied mit der beweglichen Kontaktanordnung verbunden ist, um die bewegliche Kontaktanordnung zwischen der, Position des offenen Stromkreises und der Position des geschlossenen Stromkreises mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glieds zu bewegen; ein Federglied, welches einen komprimierten Zustand und einen freigegebenen Zustand hat, welches das angetriebene Glied und die bewegliche Kontaktanordnung zu der Position des geschlossenen Stromkreises bewegt; ein Freigabeglied, welches eine Öffnung darin hat, wobei das Freigabeglied mit dem angetriebenen Glied verbunden ist, und normalerweise das Federglied in dem komprimierten Zustand hält; eine Ladung, welche in der Öffnung des Freigabeglieds angeordnet ist, wobei die Ladung betätigt wird, um das Freigabeglied zu brechen und das Federglied in den freigegebenen Zustand freizugeben; und erste und zweite Anschlüsse, welche jeweils elektrisch verbunden sind mit der festen Kontaktanordnung und der beweglichen Kontaktanordnung.
Das Federglied kann eine Kompressionsfeder sein, welche ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Das Federglied kann ein Freigabebolzen sein, welcher ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Die Halterung kann eine Buchse aufweisen, welche eine longitudinale Öffnung und ein längliches Rohr hat, welches ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende hat, wobei das längliche Rohr die Kompressionsfeder, den Freigabebolzen und die Ladung beinhaltet. Das erste Ende der Kompressionsfeder kann mit dem geschlossenen Ende des länglichen Rohrs in Eingriff kommen. Das erste Ende des Freigabebolzens kann mit dem geschlossenen Ende des längli chen Rohrs verbunden sein. Das erste Ende des angetriebenen Glieds kann mit dem zweiten Ende des Freigabebolzens verbunden sein. Die Buchse kann in dem offenen Ende des länglichen Rohrs verbleiben, das angetriebene Glied kann in der longitudinalen Öffnung der Buchse verbleiben, und das zweite Ende der Kompressionsfeder kann das angetriebene Glied vorspannen, um die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises nach Betätigung der Ladung zu bewegen.
Die Ladung kann eine elektrisch aktivierte, chemische Ladung sein. Die Ladung kann aktiviert werden, um eine Schockwelle vorzusehen, um das Freigabeglied zu brechen. Das Freigabeglied kann ein Freigabebolzen sein, welcher einen Körper und eine darauf angebrachte Bruchlinie hat, um den Bruch des Freigabebolzens ansprechend auf die Schockwelle zu lokalisieren und zu kontrollieren. Die Bruchlinie kann eine vorbestimmte Tiefe in dem Körper des Freigabebolzens haben. Das Federglied kann eine vorbestimmte Kompressionskraft haben, wobei der Freigabebolzen strukturiert ist, um mindestens die Kompressionskraft zu halten, bis nachdem die Ladung aktiviert wurde.
Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Kurzschlusssystem zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung folgendes auf: Ein Vakuumschalter, welcher eine Vakuumhülle aufweist, welche eine feste Kontaktanordnung und eine bewegliche Kontaktanordnung hat, welche entlang einer Längsachse zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises in elektrischem Kontakt mit der festen Kontaktanordnung und einer Position des offenen Stromkreises, welche von der festen Kontaktanordnung beabstandet ist, beweglich ist; ein angetriebenes Glied; eine Halterung, welche das angetriebene Glied zur linearen Bewegung entlang eines Pfads, welcher im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung ist, hält, wobei das angetriebene Glied mit der beweglichen Kontaktanordnung verbunden ist, um die bewegliche Kontaktanordnung zwischen der Position des offenen Stromkreises und der Position des geschlossenen Stromkreises mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glieds zu bewegen; ein Federglied, welches einen komprimierten Zustand und einen freigegebenen Zustand hat, welches das angetriebene Glied um die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises bewegt; ein Freigabeglied, welches eine Öffnung darin hat, wobei das Freigabeglied mit dem angetriebenen Glied verbunden ist, und normalerweise das Federglied in dem komprimierten Zustand hält; eine Ladung, welche in der Öffnung des Freigabeglieds angeordnet ist, wobei die Ladung betätigt wird, um das Freigabeglied zu brechen und das Federglied in den freigegebenen Zustand freizugeben; erste und zweite Anschlüsse, welche jeweils elektrisch verbunden sind mit der festen Kontaktanordnung und der beweglichen Kontaktanordnung; und Mittel zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Aktivierung der Ladung, welche in der Öffnung des Freigabeglieds angeordnet ist, wobei die aktivierte Ladung das Freigabeglied bricht, was das Federglied freigibt, wodurch das angetriebene Glied angetrieben wird, um die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises zum Eliminieren des Lichtbogenfehlers zu bewegen.
Die Ladung kann einen elektrischen Eingang aufweisen, die Mittel zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Aktivierung der Ladung können Mittel zum Detektieren des Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Ausgabe eines Triggersignals und Mittel zum Detektieren des Triggersignals und darauf ansprechende Ausgabe eines Aktivierungssignals zu dem elektrischen Eingang der Ladung aufweisen.
Als ein anderer Aspekt der Erfindung weißt ein Kurzschlussschalter zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung folgendes auf: Einen Vakuumschalter, welcher eine Vakuumhülle aufweist, welche eine feste Kontaktanordnung und eine bewegliche Kontaktanordnung enthält, welche entlang einer Längsachse zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises in elektrischem Kontakt mit der festen Kontaktanordnung und einer Position des offenen Stromkreises beweglich ist, welche von der festen Kontaktanordnung beabstandet ist; ein angetriebenes Glied, welches eine longitudinale Öffnung hat mit einer umlaufenden Nut darin; ein Halter, welcher das angetriebene Glied zur linearen Bewegung entlang eines Pfads, welcher im Wesentlichen parallel ist zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung, hält, wobei das angetriebene Glied mit der beweglichen Kontaktanordnung verbunden ist, um die bewegliche Kontaktanordnung zwischen der Position des offenen Stromkreises und der Position des geschlossenen Stromkreises mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glieds verbunden ist; ein Federglied, welches einen komprimierten Zustand und einen freigegebenen Zustand hat, welches das angetriebene Glied um die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises bewegt; ein Kugelverschlussglied, welches eine Vielzahl von Kugellagern und eine Schubstange mit einer umlaufenden Nut darin hat, wobei die Kugellager mit der umlaufenden Nut der longitudinalen Öffnung des angetriebenen Glieds in Eingriff kommen, um das Federglied in dem komprimierten Zustand zu halten, und um die bewegliche Kontaktanordnung in der Position des offenen Stromkreises zu halten; Mittel zum Antreiben der Schubstange des Kugelverschlussglieds in die longitudinale Öffnung des Freigabeglieds, um zu verursachen, dass die Kugellager mit der umlaufenden Nut der Schubstange des Kugelverschlussglieds in Eingriff kommen, und um das angetriebene Glied freizugeben, die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises zu bewegen; und erste und zweite Anschlüsse, welche jeweils elektrisch mit der festen Kontaktanordnung und der beweglichen Kontaktanordnung verbunden sind.
Die Mittel zum Antreiben der Schubstange können ein Elektromagnet sein, welcher einen Kolben hat, welcher die Schubstange des Kugelverschlussglieds in die longitudinale Öffnung des Freigabeglieds antreibt, wenn der Elektromagnet betätigt wird.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung weist ein Kurzschlusssystem zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung folgendes auf: ein Gehäuse; ein Vakuumschalter, welcher eine Vakuumhülle aufweist, welche eine feste Kontaktanordnung und eine bewegliche Kontaktanordnung enthält, welche entlang einer Längsachse zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises in elektrischem Kontakt mit der festen Kontaktanordnung und einer Position des offenen Stromkreises, welche von der festen Kontaktanordnung beabstandet ist, beweglich ist; ein angetriebenes Glied; einen Halter, welcher das angetriebene Glied in dem Gehäuse zur linearen Bewegung entlang eines Pfads, welcher im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung ist, hält, wobei das angetriebene Glied mit der beweglichen Kontaktanordnung verbunden ist, um die bewegliche Kontaktanordnung zwischen der Position des offenen Stromkreises und der Position des geschlossenen Stromkreises mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glied verbunden ist; ein Federglied, welches einen komprimierten Zustand und einen freigegebenen Zustand hat, welches das angetriebene Glied und die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises bewegt; ein Verriegelungsglied, welches normalerweise das angetriebene Glied verriegelt, um das Federglied in dem komprimierten Zustand zu halten, und um die bewegliche Kontaktanordnung in der Position des offenen Stromkreises zu halten, wobei das Verriegelungsglied das angetriebene Glied freigibt, um die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises zu bewegen, wobei das Verriegelungsglied ein Ende hat, welches mit dem angetriebenen Glied in Eingriff kommt, und einen Drehpunkt in dem Gehäuse; Mittel zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers ansprechend auf das Entriegeln des Endes des Verriegelungsglieds, um das angetriebene Glied freizugeben, um die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises zu bewegen; und erste und zweite Anschlüsse, welche jeweils elektrisch verbunden sind mit der festen Kontaktanordnung und der beweglichen Kontaktanordnung.
Das Ende des Verriegelungsglieds kann ein erstes Ende sein, und das Verriegelungsglied kann auch ein zweites Ende haben. Die Mittel zum Entriegeln des Freigabeglieds, um das angetriebene Glied freizugeben, können ein Elektromagnet sein, welcher einen Kolben hat, welcher das zweite Ende des Verriegelungsglieds bewegt, um das Verriegelungsglied um den Drehpunkt zu drehen, und um zu verursachen, dass das erste Ende des Verriegelungsglieds das angetriebene Glied freigibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein volles Verständnis der Erfindung kann von der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erhalten werden, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, wobei folgendes gilt:
1 ist eine Frontexplosionsansicht eines einphasigen, federgeladenen, Hochgeschwindigkeits-Vakuum-Kurzschlussschalters, welcher einen einzigen Vakuumunterbrecher (VI = vacuum interrupter) gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
2 eine Draufsicht des Freigabebolzens von 1, welcher verwendet wird, um die Feder komprimiert zu halten, gezeigt als gebrochen nachdem die Ladung aktiviert wurde.
3 ist ein Graph von Bruchdrehmoment gegen Bruchlinientiefe für den Freigabebolzen von 1.
4 ist eine Frontansicht eines dreiphasigen, federgeladenen, Hochgeschwindigkeits-Vakuumkurzschlussschalters, welcher drei der Kurzschlussschalter von 1 verwendet.
5A ist ein schematisches Diagramm eines Lichtbogenfehlersensors, welcher geeignet ist zur Verwendung mit dem Kurzschlussschalter von 1.
5B ist ein schematisches Diagramm eines anderen Lichtbogenfehlersensors, welcher zur Verwendung mit dem Kurzschlussschalter von 1 geeignet ist.
5C ist ein schematisches Diagramm einer modifizierten Form des Lichtbogenfehlersensors von 5B.
6 ist ein Blockdiagramm eines Kurzschlusssystems, welches den Kurzschlussschalter von 1 aufweist.
7A ist ein Graph von Schienenspannung und Strom über 5 Zyklen bei 500 V und 38 kA für einen Wechselschalter, welcher ähnlich zu dem Kurzschlussschalter von 1 ist.
7B ist ein Graph von Schienenspannung und Strom über 27 Zyklen bei 500 V und 38 kA für einen Kurzschlussschalter, welcher ähnlich zu dem Kurzschlussschalter von 1 ist.
7C ist ein Graf von Schienenspannung und Strom über 27 Zyklen bei 500 V und 38 kA für einen Kurzschlussschalter, welcher ähnlich zu dem Kurzschlussschalter von 7A und 7B ist, außer dass symmetrische längsbewegliche und stationäre VI elektrische Stangen verwendet werden.
8 ist ein Blockdiagramm in schematischer Form des Detektionsstromkreises von 6.
9A–9C sind Blockdiagramme in schematischer Form des Aktivierungsstromkreises von 6.
10 ist eine Querschnittsansicht eines einphasigen, federgeladenen, Hochgeschwindigkeits-Vakuumkurzschlussschalters, welcher einen einzigen Vakuumunterbrecher (VI) und einen Kugelverschlussmechanismus gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet.
11A zeigt den Kugelverschlussmechanismus von 10 mit geöffneten VI Kontakten, wobei der Kolben des Elektromagneten stationär ist, und der Kugelverschluss nicht freigegeben ist.
11B zeigt den Kugelverschlussmechanismus von 10 mit geöffneten VI Kontakten, wobei der Kolben des Elektromagneten die Schubstange des Kugelverschlusses berührt, und die Kugellager gleiten in der Schubstangenwelle.
11C zeigt den Kugelverschlussmechanismus von 10 mit den VI Kontakten im geöffneten Zustand, wobei der Kolben des Elektromagneten die Kugelverschlussstange und die Kugellager entlang der umlaufenden Nut der Schubstangenwelle drückt.
11D zeigt den Kugelverschlussmechanismus von 10 mit geschlossenen VI Kontakten, wobei der Kolben des Elektromagneten stoppt, und die Schubstangenwelle des Kugelverschlusses die Feder freigibt.
12 ist ein Blockdiagramm eines einphasigen Hochgeschwindigkeitsvakuumkurzschlussschalters, welcher einen mechanischen Verriegelungsfreigabemechanismus, einen Elektromagneten, und einen einzigen Vakuumunterbrecher (VI) gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet.
13 ist ein schematisches Diagramm eines Schaltkreises zum Antreiben der Elektromagneten von 10 und 12.
14A–14C sind Graphen der Lücke des Elektromagneten, der Kolbenkraft und des Spulenstroms des Elektromagneten zum Analysieren der Bewegung des Elektromagneten von 12.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf 1 eliminiert ein einphasiger, federgeladener, Hochgeschwindigkeitsvakuumkurzschlussschalter 2 Lichtbogenfehler in Leistungsverteilungsausrüstung (nicht gezeigt). Der Kurzschlussschalter 2 weist einen einzigen Vakuumschalter auf, wie ein konventioneller Vakuumunterbrecher (VI = vacuum interrupter) 4 (zum Beispiel eine 3 Zoll VI Flasche, hergestellt durch Eaton/Cutler-Hammer). Wie gut bekannt ist weist der Vakuumunterbrecher 4 eine Vakuumhülle oder eine abgedichtete Vakuumkammer (zum Beispiel Vakuumflasche 6) auf, welche eine feste Kontaktanordnung 8 und eine bewegliche Kontaktanordnung 10 enthält, welche entlang einer Längsachse zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises (nicht gezeigt) in elektrischem Kontakt mit der festen Kontaktanordnung 8 und einer Position des offenen Stromkreises (wie in 1 gezeigt), welche von der festen Kontaktanordnung 8 beabstandet, beweglich ist.
Die feste Kontaktanordnung 8 weist einen festen Kontakt 12 auf, welcher innerhalb der abgedichteten Vakuumflasche 6 abgedichtet ist, und einen elektrischen Leiter 14, welcher mit dem festen Kontakt an einem Ende davon verbunden ist. Der elektrische Leiter 14 dringt abgedichtet in die abgedichtete Vakuumflasche 6 ein und endet an einem ersten Anschluss 16 an dem anderen Ende der festen Kontaktanordnung 8. Die bewegliche Kontaktanordnung 10 weist einen beweglichen Kontakt 18 auf, welcher innerhalb der abgedichteten Vakuumflasche 6 abgedichtet ist, und zwischen einer ersten Position (wie in 1 gezeigt ist), ohne elektrische Verbindung mit dem festen Kontakt 12, und einer zweiten Position (nicht gezeigt) in elektrischer Verbindung mit dem festen Kontakt 12, beweglich ist. Die bewegliche Kontaktanordnung 10 weist ferner einen elektrischen Stab 20 auf, welcher mit dem beweglichen Kontakt 18 an einem Ende davon verbunden ist. Der bewegliche elektrische Stab 20 dringt abgedichtet in die abgedichtete Vakuumflasche 6 ein, und endet an einem zweiten Anschluss 22 an dem anderen Ende der beweglichen Kontaktanordnung 10. Bevorzugterweise ist der zweite Anschluss 22 ein Kupferstab, welcher ein Gewinde 24 aufweist.
Obwohl ein konventioneller VI 4 gezeigt ist, können das Schild (nicht gezeigt) und die Kontakte 12, 18 entfernt werden (zum Beispiel als eine Kostenreduzierung), die Länge des beweglichen elektrischen Stabs 20 kann angepasst werden (zum Beispiel gekürzt), und die Länge des festen oder stationären Stabs oder des Anschlusses 16 kann angepasst werden (zum Beispiel verlängert), um einen großen Bereich an Längen (zum Beispiel asymmetrische Längen) vorzusehen.
Andere Modifikationen zu den konventionellen VI 4 können gemacht werden, um die sich bewegende Masse und/oder die Kosten des Kurzschlussschalters 2 zu reduzieren. Zum Beispiel wird eine Reduzierung der Masse die Zeit zum verschließen reduzieren. Dies kann beinhalten, einen relativ kurzen beweglichen elektrischen Stab 20 zu machen, die Verlängerung des stationären oder festen Anschlusses 16, das Entfernen der Kontakte 12, 18, das Entfernen des Schilds (nicht gezeigt), und/oder die Verwendung eines reduzierten Durchmessers der Anschlüsse 16, 22 (zum Beispiel ungefähr 5/8 Zoll Durchmesser).
Ein angetriebenes Glied, wie beispielsweise eine Adapterwelle 26 aus Aluminium, welche eine mit einem Gewinde versehene longitudinale Öffnung 28 hat, wird mit dem Gewinde an einem Ende mit dem Gewinde 24 des beweglichen elektrischen Stabs 20 verbunden. Die Adapterwelle 26 aus Aluminium wird auch mit dem Gewinde an ihrem anderen Ende mit dem Gewinde 30 eines Freigabeglieds, wie des Freigabebolzens 32, verbunden.
Eine geeignete Halterung 34, welche eine Buchse 36 (zum Beispiel Nylon) und ein Federabdeckrohr 38 hat, hält die Adapterwelle 26 zur linearen Bewegung entlang eines Pfads, welcher im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung 10 ist. Die Adapterwelle 26 ist mit der beweglichen Kontaktanordnung 10 verbunden, um selbige zwischen den Positionen des offenen und des geschlossenen Stromkreises des Vakuumunterbrechers 4 mit der linearen Bewegung dieser Welle zu bewegen.
Ein Federglied, wie eine Kompressionsfeder 40, hat einen komprimierten Zustand (wie in 1 gezeigt ist) und einen freigegebenen Zustand (nicht gezeigt), welcher die Adapterwelle 26 und die bewegliche Kontaktanordnung 10 in die Position des geschlossenen Stromkreises bewegt. Der Freigabebolzen 32, welcher mit der Welle 26 verbunden ist, hält normalerweise die Kompressionsfeder 40 in dem komprimierten Zustand. Die 2 Enden der Kompressionsfeder 40 sind angeordnet zwischen einem Paar von Unterleg scheiben 42, 44 (zum Beispiel aus Stahl). Der Kopf 46 der Adapterwelle 26 kommt normalerweise mit der Unterlegscheibe 42 in Eingriff, und der Kopf 48 des Freigabebolzens 32 kommt mit dem Unterlegscheibe 44 in Eingriff.
Das longitudinale Rohr 38 hat ein geschlossenes Ende 50 und ein offenes Ende 52, mit einem Flanschteil 53 (zum Beispiel aus Stahl). Eine Öffnung 54 in dem Ende 50 empfängt einen Rückhaltebolzen 56 (zum Beispiel aus Stahl) mit einem Gewinde, welcher mit einem mit einem Gewinde versehenen Teil 57 mit einer longitudinalen Öffnung 58 des Freigabebolzens 32 verbunden ist, und wird durch diesen verschlossen, wobei der Kopf 48 des Freigabebolzens 32 mit dem geschlossenen Ende 50 des longitudinalen Rohrs 58 gewindemäßig verbunden wird. Das untere (mit Bezug auf 1) Ende der Kompressionsfeder 40 kommt mit der Unterlegscheibe 44 in Eingriff (und somit mit dem Kopf 48 des Freigabebolzens 32 an dem geschlossenen Ende 50 des longitudinalen Rohrs 38).
Innerhalb der Freigabebolzenöffnung 58 ist eine geeignete Ladung, wie eine elektrisch aktivierte chemische Ladung 60, angeordnet. Die Ladung 60 wird betätigt, um den Freigabebolzen 32 zu brechen, und die Kompressionsfeder 40 in den freigegebenen Zustand freizugeben. Das longitudinale Rohr 38 beinhaltet die Kompressionsfeder 40, den Freigabebolzen 32 und die Ladung 60, welche natürlich vorteilhaft ist während der Betätigung einer solchen Ladung.
Die Buchse 36 weist einen oberen Teil 32 und einen unteren Teil 62 auf (zum Beispiel mit Bezug auf 1). Der obere Teil 62 ruht auf dem Flanschteil 53 des longitudinalen Rohrs 38 und der untere Teil 64 ruht in dem offenen Ende 52 dieses Rohrs. Eine longitudinale Öffnung 66 erstreckt sich durch die oberen und unteren Teile 62, 64 der Buchse 36. Wie in 4 gezeigt ist ruht die Adapterwelle 26 in der longitudinalen Öffnung 66 der Buchse 36.
Die Öffnung 58 des Freigabebolzens 32 sieht einen longitudinalen Hohlraum 68 (in 4 gezeigt) entlang der Längsachse dieses Freigabebolzens vor.
Die Ladung 60 wird aktiviert, um eine Schockwelle vorzusehen, um den Freigabebolzen 32 zu brechen. Bevorzugterweise hat, wie in den 2 und 4 gezeigt ist, der Körper 70 des Freigabebolzens 32 eine Bruchlinie 72, welche darauf angeordnet ist, um den Bruch des Freigabebolzens 32 ansprechend auf die Schockwelle zu lokalisieren und zu kontrollieren. Die Bruchlinie 72 hat eine vorbestimmte Tiefe in dem Körper 70 des Freigabebolzens, und die Kompressionsfeder 40 hat eine vorbestimmte Kompressionskraft, wobei der Freigabebolzen 32 derart strukturiert ist, dass er mindestens die Kompressionskraft hält, bis die Ladung 60 aktiviert wird.
Der Freigabebolzen 32 komprimiert normalerweise die Kompressionsfeder 40. Nach der Betätigung der Ladung 60 innerhalb des Freigabebolzens 32 bricht dieser Bolzen an oder ungefähr an der Bruchlinie 72 (wie in 2 gezeigt ist), wodurch die Kompressionsfeder 40 freigegeben wird. Somit spannt das obere Ende (mit Bezug auf 1) der Feder 40 den Dichtungsring 42 und die Adapterwelle 26 vor, um die bewegliche Kontaktanordnung 10 in die Position des geschlossenen Stromkreises nach Betätigung der Ladung 60 zu bewegen.
Die exemplarische Ladung 60 ist eine kleine, elektrisch aktivierte, chemische Ladung, wie Modellnummer RP-501, hergestellt durch Reynolds Industry Systems, Inc. (RISI). Die RP-501 ist ein standardmäßiger, an einem Ende endzündeter, explodierender Brückendraht (EBW = Exploding Bridge Wire) – Detonator zur Verwendung in allgemeinen Anwendungen (zum Beispiel ermöglicht er die Detonation von komprimiertem TNT und COMP C-4). Obwohl eine exemplarische Detonatorladung verwendet wird, kann jede geeignete Ladung verwendet werden, um jedes geeignete Freigabeglied zu brechen.
Der Freigabebolzen 32 wird verwendet, um die separierbaren Kontakte 12, 18 offen zu halten, und um die Feder 40 zu komprimieren, wie in 1 gezeigt ist. Bei Betätigung der Ladung 60 innerhalb des Bolzens 32 bricht ein solcher Bolzen bevorzugterweise an einer vorbestimmten Stelle, wie an der Bruchlinie 72, wodurch die Energie der Kompressionsfeder 40 freigegeben wird. Die exemplarische Feder 40 schließt und hält die Kontakte 12, 18, welche mit ungefähr 512 lbs. an Kraft geschlossen sind. Diese Haltekraft verhindert, dass solche Kontakte sich wieder öffnen und verdampfen, während ein geeignet kleiner Kontaktwiderstand gehalten wird. Zum Beispiel wird es angenommen, dass mindestens 300 lbs. an Kraft gewünscht ist, um die Kontakte 12, 18 bei einem geschätzten Stromfluss von ungefähr 38 kA_RMS symmetrisch geschlossen zu halten.
Wie in 4 gezeigt ist weist die Ladung 80 einen elektrischen Eingang, wie ein Paar von Leitern 74 auf, welcher sich durch die Öffnung 58 des Freigabebolzens 32 und durch eine Öffnung 76 des Bolzens 56 erstreckt. Die Ladung 80 wird durch ein elektrisches Signal auf den Leitern 74 betätigt, um eine Schockwelle vorzusehen, um den Freigabebolzen 32 zu brechen.
In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel hat der Bolzenkörper 70 einen Durchmesser von 0,5 Zoll und der Bolzenhohlraum 68 hat einen Durchmesser von 0,295 Zoll. Der exemplarische Bolzen 32 ist 4,5 Zoll in der Länge, wobei der Hohlraum 68 2,0 Zoll tief ist, von dem Bolzenkopf 48 aus gesehen, und die Bruchlinie 72 ist 1,9 Zoll tief von dem Bolzenkopf 48 aus gesehen. Die exemplarische Bruchlinie 72 wird verwendet, um die Bruchzone, wenn die Schockwelle, welche durch die Ladung 60 erzeugt wurde, den metallenen Freigabebolzen 32 bricht, zu lokalisieren und zu kontrollieren.
Die ersten und zweiten Anschlüsse 16, 22, welche jeweils elektrisch mit der festen Kontaktanordnung 8 und der beweglichen Kontaktanordnung 10 verbunden sind, sind angepasst zur jeweiligen elektrischen Verbindung zu ersten und zweiten Leistungsleitungen 78, 80. Zum Beispiel kann die erste Leistungsleitung 78 eine kupferne Leistungsschiene (zum Beispiel einphasig; eine Phase einer dreiphasigen Leistungsschiene) sein, und die zweite Leistungsleitung 80 kann eine kupferne Erdungsschiene sein. Obwohl eine Erdungsschiene gezeigt ist, kann eine neutrale Schiene und eine andere Phase verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt ist hat der Vakuumunterbrecher 4 ein Paar von Haltestäben 82, 84, (zum Beispiel aus Stahl), welche sich durch jeweilige Öffnungen 86, 88 der zweiten Leistungsleitung 80 und durch jeweilige Öffnungen 90, 91 einer Buchse 96 erstrecken, und welche damit durch geeignete Befestiger 92 gesichert sind. Der zweite Anschluss 22 des Vakuumunterbrechers 4 erstreckt sich durch eine geeignet bemessene Öffnung 94 der zweiten Leistungsleitung 80 und durch eine Öffnung 95 der Buchse 96 (zum Beispiel Nylon). Die Buchse 96 ist in Bezug auf den zweiten Anschluss 22 durch eine Mutter (zum Beispiel aus Mess) gesichert. Die Mutter 98 ist geeignet befestigt (zum Beispiel geschweißt; gelötet) an einem geeigneten Shunt 99 (zum Beispiel aus Kupferlaminat), welcher geeignet mit der zweiten Leistungsleitung 80 durch ein Paar von Befestigern 100 (zum Beispiel aus Messing) an entgegengesetzten Enden des Shunts 99 verbunden ist. Wie oben stehend diskutiert ist der zweite Anschluss 22 mit der Adapterwelle 26 zur Bewegung damit verbunden, und ist elektrisch mit der zweiten Leistungsleitung 80 durch den flexiblen Shunt 99 verbunden. Der flexible Shunt 99 ist beweglich zwischen und wird bevorzugterweise isoliert durch die oberen und unteren Nylonbuchsen 96, 36.
3 zeigt das Ergebnis, welches vom Testen des Drehmoments erhalten wurde, welches benötigt wird, um einen Bolzen von 1/2 Zoll mit einem Loch von 0,295 Zoll Durchmesser zu brechen, für die Ladung. Eine Bruchlinie (zum Beispiel 72 von 2 und 4) wird verwendet, um die Bruchzone zu lokalisieren und zu kontrollieren, wenn die Schockwelle, welche durch die Ladung 60 erzeugt wird, das Metall bricht. Die vertikale Linie (MT) repräsentiert das minimale Drehmoment auf dem Freigabebolzen 32, welches geeignet ist, um die Kompressionsfeder 40 vollständig zu komprimieren. Der Graf zeigt die maximale Tiefe der Bruchlinie 72, während die Federkraft weiterhin bei ungefähr 1200 pounds zuzüglich eines geeigneten Sicherheitsfaktors gehalten wird. Der exemplarische Freigabebolzen 32 ist „grade 5" und kann sicher einer Dehnungsspannung von ungefähr 120.000 PSI ohne Bruch standhalten. Eine optimale Bruchlinientiefe von ungefähr 0,025 Zoll oder 0,03 Zoll wird bevorzugter weise verwendet, um den exemplarischen Bolzen 32 mit der exemplarischen Ladung 60 zuverlässig zu brechen, und trotzdem der Feder 40 zu ermöglichen, fest komprimiert zu sein und mit einem geeigneten Sicherheitsspielraum gehalten zu werden.
4 zeigt einen dreiphasigen, federgeladenen, Hochgeschwindigkeitsvakuumkurzschlussschalter 101, welcher drei der Kurzschlussschalter 2 von 1 verwendet. Zum Beispiel können die ersten drei Anschlüsse 16 der drei Kurzschlussschalter 2 jeweils elektrisch mit drei entsprechenden Leistungsschienen (zum Beispiel Phasen A, B und C) verbunden sein. Die drei zweiten Anschlüsse 22 der drei Kurzschlussschalter 2 können elektrisch mit einer gemeinsamen Erdungsschiene (nicht gezeigt) durch einen gemeinsamen flexiblen Shunt 99' verbunden sein. Der dreiphasige Kurzschlussschalter 101 kann zum Beispiel ein konventionelles geformtes Gehäuse 102 ohne einen Betriebsmechanismus verwenden.
Die Schließzeiten der Kurzschlussschalter 2 von 1 hängen von dem Betrag der Masse ab, welche bewegt wird, und von der Kraft, welche durch die Kompressionsfedern 40 angewandt wird. Zum Beispiel sind die exemplarischen Kurzschlussschalter 2, 101 dazu in der Lage, in Anwesenheit eines Lichtbogenfehlers in einem Mittelspannungsschaltelement aktiviert zu werden, und sind dazu in der Lage, Kontaktschließung unter Mittelspannungbetriebsparameterstromkreisbedingungen (zum Beispiel 15 kV_RMS bei 38 kA_RMS) Zu halten.
Eine Form einer Lichtbogenfehlersensoreinheit, welche geeignet ist zur Verwendung mit den Kurzschlussschaltern 2, 101 ist in 5A gezeigt. Die Sensoreinheit 103 weist die erste photovoltaische Einrichtung 104 einschließlich mindestens einem, oder einer Vielzahl von seriell verbundenen photovoltaischen Zellen 105 auf, und einen ersten Filter 107, welcher auf die photovoltaischen Zellen 105 einfallendes Licht filtert. Dieser erste Filter 107 hat einen Bandpass, welcher um die charakteristische Wellenlänge, zum Beispiel 521,820 nm des Lichtbogen erzeugenden Materials zentriert ist.
Der Sensor 103 weist eine zweite photovoltaische Einrichtung 109 auf, welche auch eine oder mehrere seriell verbundene photovoltaische Zellen 111 aufweist, und einen zweiten Filter 113, welcher Licht filtert, welches auf die photovoltaischen Zellen 111 einfällt, und hat einen Bandpass, welcher nicht die charakteristische Wellenlänge des lichtbogenerzeugenden Materials aufweist, zum Beispiel zentriert bei ungefähr 600 nm in dem exemplarischen System.
Die erste photovoltaische Einrichtung 104 erzeugt ein elektrisches Signal des abgefühlten Lichts ansprechend auf das gefilterte einfallende Licht, und ähnlich erzeugt die zweite photovoltaische Einrichtung 109 ein elektrisches Signal von Hintergrundlicht mit einer Amplitude, welche von der Bestrahlung von Licht in dem Bandpass des zweiten Filters 113 abhängt. Ein elektrischer Stromkreis 115, welcher einen ersten Zweig 115 hat, welcher die ersten photovoltaischen Zellen 104 in Serie verbindet, und einen zweiten Zweig 115₂ , welcher ähnlich die zweiten photovoltaischen Zellen 111 in Serie verbindet, verbindet diese zwei elektrischen Signale im Gegensatz zu einem Licht emittierenden Gerät wie einer Leuchtdiode (LED) 117. Wenn ein Lichtbogen anwesend ist, übersteigt das elektrische Signal von abgefühltem Licht, welches durch die erste photovoltaische Einrichtung 104 erzeugt wird, das elektrische Signal von Hintergrundlicht, welches durch die zweite photovoltaische Einrichtung 109 erzeugt wird, um einen Schwellwertbetrag, welcher ausreichend ist, um die LED 117 einzuschalten. Während in der Abwesenheit eines Lichtbogens die erste photovoltaische Einrichtung 104 ein elektrisches Signal von abgefühltem Licht erzeugen wird aufgrund von einer Einstrahlung in den Bandpass des ersten Filters 107, wird es nicht ausreichend sein, um den rückwärts vorspannenden Effekt des Hintergrundlichtsignals auszugleichen, welches durch die zweite photovoltaische Einrichtung 109 an der LED 117 erzeugt wird. Tatsächlich wird, wenn das Hintergrundlicht fluoreszierend ist, von einer glühenden Glühlampe oder einem Blitzlicht, welche alle eine sehr geringe Strahlung in dem Durchlassband des ersten Filters 107 haben, aber genügend Strahlung in dem Durchlassband des zweiten Filters 113, das elektrische Signal von Hintergrundlicht signifikant das elektrische Signal von abgekühltem Licht übersteigen, und die LED 117 stark rückwärts vorspannen. Die Filter 107 und 113 können Interferenzfilter sein, obwohl billigere Bandpassfilter auch verwendet werden können.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Sensoreinheit 103, welche in 5B gezeigt ist, fügt einen Vorspannerzeuger 119 in der Form von einem oder mehreren zusätzlichen photovoltaischen Zellen 121, welche in Serie mit der ersten photovoltaischen Einrichtung 104 in dem ersten Zweig 115 des elektrischen Stromkreises 115 verbunden sind, ein. Dies legt vorwärtsgerichtete Vorspannung an die LED 117 an, so dass weniger oder kleinere gefilterte photovoltaische Zellen 105 und 111 verwendet werden können. Dies reduziert auch die Größe und dadurch die Kosten der Filter 107 und 113. Wenn die zusätzlichen photovoltaischen Zellen 121 nicht mit Filtern ausgestattet sind, werden die Gesamtkosten des Sensors reduziert. Das Ausführungsbeispiel von 5B kann modifiziert werden, wie in 5C gezeigt ist, um die vorspannungserzeugenden Zellen 121 des Sensors 103'' in Serie mit beiden gefilterten photovoltaischen Zellen 105, 111 anzuordnen, aber trotzdem noch den gleichen Effekt der vorwärtsgerichteten Vorspannung der LED 117 vorzusehen.
Durch ihre Verwendung von photovoltaischen Zellen 105, 111, 121 sind die Sensoren 103 und 103' von 5A bis 5C energetisch autark.
6 zeigt ein Kurzschlusssystem 140 einschließlich einer oder mehrerer Kurzschlussschalter 2 von 1 (nur ein Schalter (SW) 2 ist in 6 gezeigt). Das Kurzschlusssystem 140 eliminiert einen Lichtbogenfehler 142 in Mittelspannungs-Leistungs-Verteilungsausrüstung 144 (zum Beispiel ein Schaltelement). Das Kurzschlusssystem 140 weist auch einen Detektions- und Aktivierungsstromkreis 146 zum Detektieren des Lichtbogenfehlers 142 und darauf ansprechende Aktivierung der Kurzschlussschalterladung (C) 60 auf, damit die aktivierte Ladung 60 dazu führt, dass der Lichtbogenfehler eliminiert wird, wie oben stehend in Verbindung mit den 1 bis 3 diskutiert wurde. Der Stromkreis 146 weist einen Detektions (OD)-Stromkreis 148 zum Detektieren des Lichtbogenfehlers 142 und darauf ansprechende Ausgabe von einem oder mehreren Triggersignalen 150, und einen Aktivierungsatromkreis (ACT) 152 zum Detektieren der einen oder mehreren Triggersignale 150 und darauf ansprechende Ausgabe des Aktivierungssignals 154 zu den elektrischen Eingängen 155 der Ladungen 60 auf. Der Detektionsstromkreis 148 verwendet photovoltaische Zellen in einer Sensoreinheit, wie eine der Sensoreinheiten 103, 103', 103'' von 5A bis 5C.
Die 7A bis 7C sind Testwellenformen, welche zeigen, dass ein Kurzschlussschalter ähnlich zu dem Kurzschlussschalter 2 von 1 dazu in der Lage ist, innerhalb einer geeigneten Zeit (zum Beispiel ohne Einschränkung, weniger als ungefähr 4 ms) betrieben zu werden, und bei einem Fehlerstrom von ungefähr 38 kA_RMS für eine Dauer von ungefähr 0,5 Sekunden geschlossen zu halten. Das konventionelle geformte Gehäuse 102 von 4 sorgt für praktische Befestigung an der Busschiene (zum Beispiel 78 von 1) des Schaltelements (zum Beispiel 144 von 6) ohne zusätzliche Gusskosten.
Die 7A und 7B zeigen Graphen von Gussspannung und -strom über 5 Zyklen und 27 Zyklen, jeweils bei 500 Volt und 38 kA. In dem Test von 7A war das Fenster in einem geformten Gehäuse-Schaltungsunterbrechers (nicht gezeigt) welcher verwendet wurde um Bogenlicht zu Testzwecken zu erzeugen, klar (sauber).
Für den Test von 7B wird das Fenster der Sensoreinheit geblockt, um zu verhindern, dass Bogenlicht den Detektor erreicht, was an dem Lichtbogen sehenden Fenster erreicht werden soll. Ein Kurzschlussunterbrecher (nicht gezeigt) erzeugt einen Lichtbogen Phase-zu-Phase an der Linienseite und die Sensoreinheit detektiert dies. Der Sensor sprach nicht auf den Lichtbogen durch das Fenster in dem Kurzschlussunterbrecher an, weil das Licht geblockt wurde. Da jedoch der Unterbrecher Phase-zu-Phase extern einen Lichtbogen erzeugte, wurde das Licht nachfolgend detektiert, wenn auch zu einer späteren Zeit (4,4 ms gesamte Antwortzeit gegen 3,20 ms). Als Antwort unterdrückt der Kurzschlussschalter 2 darauf ansprechend den Lichtbogenfehler, wodurch der Stromkreisunterbrecher abgesichert wird.
7C zeigt einen Graphen von Busspannung und -strom über 27 Zyklen bei 500 Volt und 38 kA an einem Kurzschlussschalter, ähnlich zu dem Kurzschlussschalter der 7A und 7B, außer dass symmetrisch längs bewegliche und stationäre elektrische Stäbe in den Vakuumunterbrecher verwendet werden. In diesem Test wird ein Fenster der Sensoreinheit abgedunkelt. Die Sensorantwortzeit ist länger (0,82 ms gegen 0,60 ms) und die gesamte Antwortzeit ist weniger als die Antwortzeit von 7A und 7B, weil eine kleinere bewegliche Masse verwendet wird.
Tabelle 1 fast die Kurzschlusssystembetriebszeiten für die Beispiele der 7A bis 7C zusammen.
TABELLE 1
Der exemplarische federgeladene Vakuumkurzschlussschalter 2 wird erfolgreich innerhalb von ungefähr 3,2 ms (7A) betrieben, einschließlich der Sensorzeit, und bleibt 27 Zyklen lang bei 38 kA_RMS (7B und 7C) geschlossen. Wie durch Tabelle 1 gezeigt ist schaltet der Kurzschlussschalter nach der Triggerung zwischen ungefähr 2,06 ms und ungefähr 2,84 ms, und jeder bleibt für die Dauer des Federstroms geschlossen.
Unter Bezugnahme auf 8 ist der DetektionsStromkreis 148 gezeigt. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Mittelspannungs-Leistungsverteilungsausrüstung 144 von 7 zwei Kurzschlussunterbrechungszellen 156, 157, 2 obere Kabelzellen 158, 159, und 2 untere Kabelzellen 160, 161 auf, obwohl die Erfindung auf einen breiten Bereich von Mittelspannungs-Leistungsverteilungsausrüstung anwendbar ist, welche jede Anzahl (zum Beispiel eine oder mehrere) von Zellen, in welchen ein Kurzschlussfehler auftreten kann, aufweist. Als ein anderes Beispiel offenbart U.S. Patent Nr. 6,229,680, welches hierin durch Referenz mit aufgenommen wird, einen Schaltelementschrank, welcher ein vorderes Abteil, ein mittleres Abteil und ein rückwärtiges Abteil aufweist. Das vordere Abteil ist vertikal in 3 Zellen geteilt, in welchen elektrische Schaltvorrichtungen wie Stromkreisunterbrecher untergebracht sind.
Der Detektionsstromkreis 148 weist 6 photovoltaische Sensoren 162, 164, 166, 168, 170, 172 auf, welche angepasst sind, um Lichtbogenfehler in den Fällen 156, 158, 160, 157, 159, 161 zu detektieren, und jeweils optische Triggersignale 174, 176, 178, 180, 182, 184 auszugeben. Diese photovoltaischen Sensoren 162, 164, 166, 168, 170, 172 sind energetisch autark durch Bogenlicht und haben einen Ausgang 186 (wie mit dem Sensor 162 gezeigt ist) mit den jeweiligen optischen, Triggersignalen 174, 176, 178, 180, 182, 184, welche ansprechend auf das Bogenlicht sind. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind geeignete photovoltaische Sensoren in 5A bis 5C gezeigt, obwohl jeder geeignete Sensor zum Detektieren einer Charakteristik eines Lichtbogenfehlers verwendet werden kann. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird der Detektionsstromkreis 148 für jedes Schaltelementgehäuse (nicht gezeigt) verwendet, mit drei photovoltaischen Sensoren für jede Stromkreisunterbrechungszelle.
Der Detektionsstromkreis 148 weist ferner einen geeigneten optischen Multiplexer 188 auf, welcher eine Vielzahl von faseroptischen Eingängen 190, 192, 194, 196, 198, 200 und einen faseroptischen Ausgang 202 aufweist. Eine Vielzahl von geeigneten faseroptischen Kabeln 204, 206, 208, 210, 212, 214 sind jeweils zwischen den Ausgängen 186 der photovoltaischen Sensoren 162, 164, 166, 168, 170, 172 und den Eingängen 190, 192, 194, 196, 198, 200 des optischen Multiplexers 188 verbunden. Die faseroptischen Kabel (wie mit dem Kabel 210 gezeigt ist) weisen einen ersten Verbinder 216 auf, welcher mit dem entsprechenden photovoltaischen Sensorausgang (wie mit dem Ausgang 186 des Sensors 168 gezeigt ist) und einen zweiten Verbinder 218, welcher mit dem jeweiligen optischen Multiplexereingang (wie mit dem Eingang 196 gezeigt ist) verbunden ist, auf.
Der Ausgang 202 des optischen Multiplexers 188 gibt ein optisches Triggersignal 220 zu einem anderen faseroptischen Kabel 222 aus, welches einen ersten Verbinder 224 aufweist, welcher mit dem Multiplexerausgang 202 verbunden ist. Das andere Ende (wie in 9A gezeigt ist) des faseroptischen Kabels 222 weist einen zweiten Verbinder 226, welcher mit dem Aktivierungsstromkreis 152 verbunden ist, auf. Der optische Multiplexer 188 funktioniert, um jedes der ersten optischen Triggersignale 174, 176, 178, 180, 182, 184 zu dem zweiten optischen Triggersignal 220 weiterzuleiten. Im Betrieb haben die photovoltaischen Sensoren 162, 164, 166, 168, 170, 172, und der optische Multiplexer 188 eine Detektionszeit von ungefähr 500 μs nach der Initiierung eines Lichtbogenfehlerereignisses zu der Aktivierung des zweiten optischen Triggersignals 220, obwohl die Erfindung auf einen breiten Bereich von Antwortzeiten anwendbar ist. Die Detektionszeit variiert (zum Beispiel ungefähr 300 μs bis ungefähr 2 ms) als eine Funktion des Lichtbogenstrombetrags und der Sichtlinienorientierung des Sensors in dem Bogen.
Der Detektionsstromkreis 148 weist ferner eine geeignete Leistungsversorgung auf, welche in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel eine AC/DC Leistungsversorgung 228 ist, welche eine AC Leitungsspannung 230 empfängt und eine geeignete DC Spannung 240 zu dem optischen Multiplexer 188 bei dem Knoten 241 ausgibt.
Zum Beispiel hat der optische Multiplexer 188 für den Eingang 194 (A) einen elektrischen Ausgang 242, welcher elektrisch mit dem ersten Gate des Tran sistors 244 durch den Widerstand 261 verbunden ist. Die anderen 5 Multiplexereingänge 192, 190, 196, 198, 200 haben jeweils ähnliche Ausgänge 242B, 242C, 242D, 242E, 242F. Der Emitter des Transistors 244 ist elektrisch mit der Erde 246 der Leistungsversorgung 228 verbunden, und der Kollektor des Transistors 244 ist elektrisch durch einen Widerstand 248 mit der Kathode einer Ausgangsphotodiode 250 des optischen Multiplexers 188 verbunden. Die Anode der Photodiode 250 und die Kollektoren der Eingangsphototransistoren 251A bis 251F (zum Beispiel ähnlich zu dem Phototransistor 408 von 9A) des optischen Multiplexers 188 sind elektrisch mit dem DC Spannungsknoten 241 verbunden. Ein Widerstand 252 ist elektrisch zwischen dem Gate und dem Emitter des Transistors 244 verbunden. Eine Zenerdiode 254 ist elektrisch parallel mit dem Widerstand 252 verbunden.
Der Detektionsstromkreis 148 weist bevorzugter weise eine Vielzahl von geeigneten Indikationsstromkreisen wie 258 für den Multiplexereingang A auf, einschließlich eines Eingangs 259 und einer oder mehrere Indikationsausgänge 260 zum Anzeigen der Anwesenheit eines Lichtbogentriggerereignisses, wie durch eine geeignete Spannung an dem optischen Multiplexerausgang 252 wie zwischen den Widerständen 261 und 252 gemessen wurde. Andere Stromkreise 258 sind vorgesehen für die anderen Multiplexereingänge, welche Widerstände 261B, 261C, 261D, 261E, 261F aufweisen, welche elektrisch zwischen den jeweiligen Ausgängen 242B, 242C, 242D, 242E, 242E und dem Gate des Transistors 244 verbunden sind. Normalerweise hat das Flip-Flop (FF) 266 einen Reset Zustand, welcher durch den Drückknopf 246 ausgelöst wird. Andernfalls verursacht die positive Spannung über die Widerstände 261 und 252 als Antwort auf ein Lichtbogentriggerereignis, wie durch den Operationsverstärker 266 gepuffert, dass die Flip-Flop Ausgänge 268, 270 den Zustand wechseln. Ansprechend darauf wird eine grüne LED 272 ausgelöscht, und eine rote LED 274 wird erhellt. Folgend auf den manuellen Betrieb des Drückknopfes 264 wechseln die Flip-Flop Ausgänge 268, 270 den Zustand nochmals, wodurch die rote LED 274 ausgelöscht wird und die grüne LED 272 erleuchtet wird.
Die 9A bis 9B zeigen den Aktivierungsstromkreis 152 von 7, welcher eines oder mehrere der Triggersignale detektiert, wie das optische Triggersignal 220 von 8, und darauf ansprechend das Aktivierungssignal 154 zu den elektrischen Eingängen 155 der Ladungen 60 ausgibt. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird der Aktivierungsstromkreis 152 mit einem dreiphasigen Stromkreisunterbrecher (nicht gezeigt) verwendet, welcher ein Paar von Ladungen 60 für jeden der Kurzschlussschalter 2 für jede der drei Phasen A, B, C aufweist, obwohl die Erfindung auf jede Anzahl von Kurzschlussschaltern 2 (zum Beispiel einer oder mehrere), jede Anzahl von Phasen (zum Beispiel eine, zwei, drei oder mehr) und jede Anzahl von Kurzschlussschaltern pro Phase (zum Beispiel einer, zwei, oder mehr) und jede Anzahl von Ladungen (zum Beispiel eine oder mehrere) pro Kurzschlussschalter anwendbar ist.
Der Aktivierungsstromkreis 152 weist eine geeignete Hochspannungs-Leistungsversorgung 280 (9B bis 9C) auf, welche eine geeignete Ladungsspannung 282 (zum Beispiel ohne Einschränkung 2000 VDC) zwischen den Knoten 284, 286 von der Eingangspannung 288 (zum Beispiel ohne Einschränkung 120 VAC_RMS) erzeugt. Eine triggerbare Funkenstrecke 290, wie ein Model GP-486, welches durch Perkin Elmer in Salem, Massachusetts vermarktet wird, hat einen Eingang 292, welcher elektrisch mit dem Knoten 284 verbunden ist, einen Ausgang 294, welcher elektrisch mit einem ersten Eingang 296 der Ladungen 60 verbunden ist, und einen Triggersteuerungseingang 298. Der andere Knoten 286 ist elektrisch mit dem zweiten Eingang 300 der Ladungen 60 verbunden. Normalerweise präsentiert die Funkenstrecke 290 einen offenen Stromkreis zwischen dem Eingang 292 und dem Ausgang 294. Ansprechend auf eine geeignete Triggerspannung zwischen dem Triggersteuerungseingang 298 und dem Ausgang 296 (wobei jede der Ladungen im Wesentlichen fast einen Kurzschluss zwischen den Eingängen 296, 300 vorsieht), wird die Funkenstrecke 290 ein Kurzschluss, wodurch der Knoten 284 elektrisch mit dem Eingang 296 der ersten Ladung verbunden wird, und somit die Ladungsspannung 282 elektrisch mit den elektrischen Eingängen 155 der Ladung verbindet.
Ein Stromkreis 302 detektiert die einen oder mehreren Triggersignale 220 und gibt darauf ansprechend ein Steuerungssignal 304 (mit Bezug auf den Knoten 286) zu dem Steuerungseingang 298 der Funkenstrecke 290 aus. Wie oben stehend diskutiert gibt die Funkenstrecke 290, ansprechend auf das Steuerungssignal 304, das Aktivierungssignal 154 zu den elektrischen Eingängen 155 der Ladungen 60 aus.
Der Stromkreis 302, welcher bevorzugter weise in einem geeigneten EMI/magnetisches Schild (nicht gezeigt) aufgenommen ist, weist jeweils einen oder mehrere Stromkreise 306, 306A, 306B zum Detektieren der einen oder mehreren Triggersignale 220 (nur ein Triggersignal ist gezeigt) auf. Zum Beispiel können einer oder mehrere (zum Beispiel 306A, 306B) zusätzliche Stromkreise verwendet werden in dem Fall des Ereignisses, dass eine Mittelspannungs-Leistungsverteilungsausrüstung (zum Beispiel 144 von 7) mehr als 6 exemplarische Lichtbogenfehlerdetektionsorte aufweist. Die Stromkreise 306, 306A, 306B weisen einen gemeinsamen Ausgang 308 auf, welcher ein detektiertes Triggersignal 310 hat.
Ein Stromkreis 312 hat einen Eingang 314, welcher elektrisch mit dem gemeinsamen Ausgang 308 der Stromkreise 306, 306A, 306B verbunden ist. Der Stromkreis 312 gibt das Steuerungssignal 304 ansprechend auf das detektierte Triggersignal 310 aus.
Die Leistungsversorgung 280 von 9D weist einen Linienkonditionierungsfilter 316, ein MOV 318, eine Sicherung 320, einen Transformator 322, eine Vollwellenbrücke 324, einen Kondensator 326 und einen DC/DC Regler (REG) 332 auf. Wenn Kontakte 334, 336 geschlossen werden, funktioniert die Leistungsversorgung 280, um eine geeignete DC Spannung 338 (zum Beispiel +17 VDC) zwischen den Leistungsversorgungsknoten 340 und dem gemeinsamen Knoten 342 auszugeben. Somit gibt der DC/DC Regler 338 eine geeignete DC Spannung 346 (zum Beispiel +12 VDC) zu einem geeigneten Hochspannungs DC/DC Regler 348 von 9C aus. Somit erzeugt der Regler 348 die Ladungsspannung 282 zwischen den Knoten 284, 286. Die Serienkombination eines Widerstands 350 und einer LED 352 ist elektrisch parallel mit dem Kondensator 326 verbunden, um die DC Spannung 338 und den Testmodus, welcher durch den geschlossenen Zustand des Kontakts 334 gewählt wird, anzuzeigen.
Bevorzugter weise wird, aus Sicherheitsbetrachtungen heraus, ein geeigneter Schalter 354 mit den normalerweise offenen (NO) Kontakten 334, 336 und ein geeigneter normalerweise geschlossener (NC) Kontakt 358 (zum Beispiel ein NC Kontakt oder mehrere NC Kontakte, welche elektrisch in Serie verbunden sind) vorgesehen. Der Schalter 354 weist bevorzugter weise einen Schlüssel (nicht gezeigt) auf, wobei der Schlüssel drei Positionen hat, einschließlich einer ersten Aus Position 364, einer zweiten Test Position 366, und einer dritten scharf gestellten Position 368, und ist in den Aus- und schart geschalteten Positionen 364, 368 entfernbar. Die Zustände der Kontakte 334, 336, 358 sind statisch in jedem der drei Schlüsselpositionen 364, 366, 368.
In der Aus Position 364 sind die NO Kontakte 334, 336 offen, wodurch die Leistungsversorgung 280, die Regler 332, 348 und der Stromkreis 302 gesperrt werden, und der NC Kontakt 358 ist geschlossen, wodurch sichergestellt wird, dass das Aktivierungssignal 154 geeignet elektrisch mit dem Masseknoten 286 verbunden ist.
In der Testposition 366 ist der NO Kontakt 334 geschlossen, wodurch die DC Spannung 338 (zum Beispiel +17 VDC) an dem Leistungsversorgungsknoten 340 und der Stromkreis 302 freigegeben wird. Weil jedoch der NO Kontakt 336 offen bleibt, bleiben die Regler 332, 348 gesperrt.
In der schart geschaltenen Position 368 ist der NC Kontakt 358 zunächst geöffnet, und dann wird der NO Kontakt 336 geschlossen. Dies entfernt sicher den Kurzschluss zwischen den Knoten 296, 286, bevor die Regler 332, 348 freigegeben sind.
Der Stromkreis 306 weist bevorzugter weise einen geeigneten Indikationsstromkreis 369 auf, welcher ähnlich dem Indikationsstromkreis 258 von 8 ist. Der Stromkreis 369 hat einen oder mehrere Anzeigeausgänge 370 zum Anzeigen, dass ein Triggersignal 220 empfangen wurde, wie durch eine geeignete Spannung an den Knoten 410 bestimmt wurde. Normalerweise hat das Flip-Flop 372 einen Resetzustand, welcher durch den Druckknopf 374 ausgelöst wird. Anderenfalls wird ansprechend auf das Triggersignal 220 die Spannung 409, wie sie durch den Operationsverstärker 376 gepuffert wird, verursachen, dass die Flip-Flop Ausgänge 378, 380 den Zustand wechseln. Ansprechend darauf wird eine grüne LED 382 ausgelöscht, und eine rote LED 384 wird erleuchtet. Folgend auf den manuellen Betrieb des Druckknopfes 374 wechseln die Flip-Flop Ausgänge 378, 380 den Zustand wieder, wobei eine rote LED 384 ausgelöscht wird und eine grüne LED 382 erleuchtet wird.
Der Stromkreis 302 weist ein Paar von Leistungsversorgungen 386, 388 auf, welche beide von Knoten 390 und 392 der Leistungsversorgung 280 mit Leistung versorgt werden. Der Stromkreis 302 weist auch eine Filterbuchse 394 auf, welche die geschaltete Leitungsspannung zwischen den Knoten 390, 392 weiter filtert, und eine Sicherung 396. Die erste Leistungsversorgung 386 hat einen Ausgang 398, welcher eine geeignete unregulierte DC Spannung 399, (zum Beispiel +170 VDC) mit Bezug auf einen Erdungsknoten 400 liefert. Die Spannung 399 versorgt einen Teil des Stromkreises 312 mit Leistung. Die zweite Spannungsversorgung 388 hat einen Ausgang 402 mit einer geeigneten unregulierten DC Spannung 403 (zum Beispiel +24 VDC) mit Bezug auf den Erdungsknoten 400. Die Spannung 403 versorgt einen DC/DC Regler 405 mit Leistung, welcher einen Ausgang 406 mit einer geeigneten regulierten DC Spannung 407 (zum Beispiel +15 VDC) mit Bezug auf den Erdungsknoten 400 hat. Die Spannung 407 versorgt die Stromkreise 306, 306A, 306B mit Leistung.
Wie oben stehend diskutiert detektieren die Stromkreise 306, 306A, 306B die einen oder mehreren optischen Triggersignale 220 (wie mit Stromkreis 306 gezeigt) und haben einen gemeinsamen Ausgang 308 mit dem detektierten Triggersignal 310. Der Stromkreis 306 weist einen geeigneten Phototransistor 408 auf, welcher in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Model OP802WSL ist, welches durch Honeywell in Morris Town, New Jersey, vermarktet wird, obwohl jeder geeignete Phototransistor für optische Signale verwendet werden kann. Wann immer das optische Triggersignal 220 aktiv ist, erzeugt der Phototransistor 408 eine entsprechende Spannung 409 an dem Ausgang 410 durch das Leiten von Strom durch den Widerstand 412 zu dem Erdungsknoten 400. Die Spannung 409 wird durch den nicht invertierenden (+) Eingang des Operationsverstärkers 414 gepuffert, welcher das entsprechende detektierte Triggersignal 310 an dem gemeinsamen Ausgang 308 vorsieht. Der Phototransistor 408 und der Operationsverstärker 414 werden beide durch den Leistungsversorgungsausgang 406, welcher die regulierte DC Spannung 407 hat, mit Leistung versorgt. Die Stromkreise 306A und 306B sind ähnlich zu dem Stromkreis 306.
Der Stromkreis 312, welcher das Steuerungssignal 304 ansprechend auf das detektierte Triggersignal 310 ausgibt, weist einen monostabiler Multivibrator 416, einen Transistor 418, einen Widerstand 419, einen Kondensator 420 und einen Transformator 422 auf. Ansprechend auf die ansteigende Flanke des detektierten Triggersignals 310, wie am Eingang 423 detektiert, liefert der Multivibrator 416 einen geeigneten Puls an dem Ausgang 424, welcher durch die Leitung 425 zu dem Gate des Transistors 418 geliefert wird. Somit schaltet sich der Transistor 418 ein, wobei die Kollektorseite des Widerstands 419 effektiv elektrisch mit dem Erdungsknoten 400 verbunden wird. Die Schrittänderung in der Spannung (zum Beispiel ungefähr –170 VDC) auf der Transformatorseite des Kondensators 420 wird zu der primären Wicklung 426 des Transformators 422 übertragen. Ansprechend darauf liefert die (invertierte) zweite Windung 428 des Transformators einen geeigneten positiven Spannungspuls, welcher das Steuerungssignal 304 ist, zu twisted pair Leitern 430 welche elektrisch mit dem Steuerungseingang 298 der Fun kenstrecke 290 und dem zweiten Eingang 300 der Ladungen 60 verbunden sind. Bevorzugterweise sehen die Stromkreise 306, 312 des Aktivierungs-Stromkreises 152 eine minimale Verzögerung (zum Beispiel ohne Einschränkung ungefähr 40 ms) zwischen der Aktivierung des optischen Triggersignals 220 und der Aktivierung des Steuerungssignals 304 vor.
Bevorzugter weise weist der Stromkreis 302 einen Stromkreis 432 zum Auslösen eines stromaufwärts gelegenen Stromkreisunterbrechers (nicht gezeigt) ansprechend auf das delektierte Triggersignal 310 und den Ausgangspuls des Multivibratorausgangs 424 auf. Der Stromkreis 432 weist einen Transistor 434 und ein Relais 436 auf, welches eine Spule 438 und Kontakte 440 hat. Die Leistungsversorgung 386 weist eine Serienkombination eines Widerstands 442 und eines Kondensators 444 auf, deren Kombination elektrisch mit den Knoten 398, 400 verbunden ist. Der Erdungsknoten 446 der Widerstand-Kondensatorkombination liefert eine geeignete Spannung 448 (zum Beispiel ungefähr +170 VDC) zu einer Seite der Relaisspule 438. Die andere Seite der Relaisspule 438 wird durch den Transistor 434 zu dem Erdungsknoten 400 ansprechend auf den Ausgangspuls des Multivibratorausgangs 424 geschaltet. Ansprechend auf die energetische Versorgung der Spule 438 werden die normalerweise offenen (NO) Kontakte 440 geschlossen. Die Kontakte 440 werden somit elektrisch mit den Anschlüssen 450, 452 verbunden, welche angepasst sind zur elektrischen Verbindung mit dem stromaufwärts gelegenen Stromkreisunterbrecher mit einem geeigneten Kabel (nicht gezeigt).
Bevorzugter weise sehen die Stromkreise 306, 312, 432 des Aktivierungsstromkreises 152 eine geeignete Verzögerung (zum Beispiel ohne Einschränkung ungefähr 6 bis 10 ms) zwischen der Aktivierung des optischen Triggersignals 220 und dem Schließen der NO Kontakte 440 vor. Dieser erlaubt den Ladungen 60, den relativ schnellen Kurzschluss des Lichtbogenfehlers durch den/die Kurzschlussschalter 2 von 1 zu initiieren, mit der prompten, wenn auch relativ langsameren, Auslöschung des Kurzschlusses der Kurzschlüsse, welche durch solche Schalter 2 verursacht wurden, durch das Auslösen des stromaufwärts gelegenen Stromkreisunterbechers (nicht gezeigt).
Bevorzugter weise weist der Aktivierungsstromkreis 152 ein Ausgangsrelais und einen Kontakt (nicht gezeigt) auf, welcher verwendet wird, um einen stromaufwärts gelegenen Stromkreisunterbrecher (nicht gezeigt) für die Mittelspannungs-Leistungsverteilungsausrüstung 144 von 7 zu ermöglichen. Der Aktivierungsstromkreis 152 weist ferner bevorzugter weise einen Anzeigestromkreis (nicht gezeigt) auf, welcher anzeigt, wenn ein solcher stromaufwärts gelegener Stromkreisunterbrecher nicht betriebsbereit ist. Bevorzugter weise ist ein solcher stromaufwärts gelegener Stromkreisunterbrecher betriebsbereit, wann immer die verschiedenen Leistungsversorgungsspannungen (zum Beispiel +12 VDC, +17 VDC, +170 VDC, +2000 VDC) des Aktivierungsstromkreises 152 geeignet mit Spannung versorgt werden.
10 zeigt einen einphasigen, federgeladenen Hochgeschwindigkeitskurzschlussschalter 502, welcher den konventionellen Vakuumunterbrecher (VI) 4 von 1 und einen Kugelverschlussmechanismus 504 verwendet. Der Schalter 502 weist ein angetriebenes Glied 506 auf, welches eine longitudinale Öffnung 508 mit einer umlaufenden Nut 510 darin hat. Eine geeignete Halterung 512, welche einen Rahmen 514 und ein Federabdeckrohr 516 aufweist, hält das angetriebene Glied 506 zur linearen Bewegung entlang eines Pfads, welcher im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung 10 ist. Das angetriebene Glied 506 wird geeignet (zum Beispiel durch die mit einem Gewinde versehene Stange 518) mit dem zweiten Anschluss 22 der beweglichen Kontaktanordnung 10 verbunden, um diese Anordnung zwischen der offenen Stromkreisposition (wie in 10 gezeigt ist) und der geschlossenen Stromkreisposition (in einer Phantomlinienzeichnung in 11D gezeigt) mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glieds 506 (wie in den 11B bis 11D gezeigt ist) zu bewegen.
Ein geeignetes Federglied, wie eine Kompressionsfeder 520, hat einen komprimierten Zustand (wie in 10 gezeigt ist) und einen freigegebenen Zustand (wie in 11D gezeigt ist), welcher das angetriebene Glied 506 und die bewegliche Kontaktanordnung 10 in die geschlossene Stromkreisposition bewegt.
Der Kugelverschlussmechanismus 504 hat eine Vielzahl von Kugellagern, wie 522, 524, und eine Schubstange 526 mit einer umlaufenden Nut 528 darin. Wie in 10 gezeigt ist, kommen die Kugellager 522, 524 normalerweise mit der umlaufenden Nut 510 der longitudinalen Öffnung 508 des angetriebenen Glieds 506 in Eingriff, um das Federglied 520 in den komprimierten Zustand zwischen einem Flanschteil 530 des Kugelverschlussmechanismus 504 und einem Flanschteil 532 des angetriebenen Glieds 506 zu halten. Dies hält auch die bewegliche Kontaktanordnung 10 in der offenen Stromkreisposition von 10.
Ein geeigneter elektromechanischer Mechanismus, wie ein Elektromagnet 534, weist einen Kolben 536 auf, zum Antreiben der Kugelverschluss-Schubstange 526 in die longitudinale Öffnung 508 des angetriebenen Glieds 506, um zu verursachen, dass die Kugellager 522, 524 mit der umlaufenden Nut 528 der Kugelverschluss-Schubstange 526 in Eingriff kommen, und um das angetriebene Glied 506 freizugeben, um die bewegliche Kontaktanordnung 10 in die geschlossene Stromkreisposition zu bewegen.
Wann immer der Elektromagnet 534 durch ein geeignetes Aktivierungssignal an den Anschlüssen 538, welche die Elektromagnetspule 540 mit Energie versorgen, aktiviert wird, treibt der Elektromagnetkolben 536 (wie in den 11B und 11C gezeigt ist) die Kugelverschluss-Schubstange 526 in die longitudinale Öffnung 508 des angetriebenen Glieds.
Das longitudinale Federrohr 516 hat ein erstes Ende 542 und ein zweites Ende 524, und beinhaltet die Kompressionsfeder 520 und den Kugelverschlussmechanismus 504. Das erste Federende 546 kommt mit dem Flanschteil 530 des Kugelverschlussmechanismus 504 in Eingriff, welcher geeignet mit dem ersten Rohrende 542 verbunden ist. Der Rahmen 514 hat eine Öffnung 548 an dem zweiten Rohrende 544 mit dem oberen (mit Bezug auf 10) Endteil 550 des angetriebenen Glieds 506, welches sich durch eine solche Öffnung erstreckt. Wann immer der Kugelverschlussmechanismus 504 das angetriebene Glied 506 freigibt, spannt das zweite Federende 552 das angetriebene Glied 506 geeignet vor, um die bewegliche Kontaktanordnung 10 in die geschlossene Stromkreisposition zu bewegen.
Ähnlich zu dem Kurzschlussschalter 2 von 1 ist der erste VI Anschluss 16 angepasst zur elektrischen Verbindung (zum Beispiel durch einen geeigneten leitfähigen Befestiger 554) zu einer ersten Leistungsleitung, wie ein Leistungsbus 78, und der zweite VI Anschluss 22 ist angepasst zur elektrischen Verbindung mit einem geeigneten flexiblen Shunt 556 (zum Beispiel Kupferlaminat). In dieser Art und Weise sind das angetriebene Glied 506 und die bewegliche Kontaktanordnung 10 frei, um sich unabhängig von einer festen zweiten Leistungsleitung 558 (zum Beispiel Erde oder neutraler Bus) zu bewegen.
11A zeigt die verschlossene Position des Kugelverschlussmechanismus 504 mit dem Elektromagnetkolben 536 stationär, den Kugellagern 522, 524 in der umlaufenden Nut 510, und den separierbaren Kontakten 12, 18 von 10 offen. Die Kugelverschluss-Schubstange 526 erstreckt sich durch eine Öffnung 560 in dem Flanschteil 530 des Kugelverschlussmechanismus 504 zum Eingriff mit dem Elektromagnetkolben 536 wie in 11B bis 11D gezeigt ist.
In 11B wird die Elektromagnetspule 540 mit Energie versorgt, der Elektromagnetkolben 536 wird aktiviert, um mit der Kugelverschluss-Schubstange 526 in Eingriff zu kommen, wodurch verursacht wird, dass die Kugellager 522, 524 auf der Welle 562 dieser Schubstange gleiten. In diesem Stadium wurde das angetriebene Glied 506 noch nicht freigegeben, und die separierbaren Kontakte 12, 18 von 10 bleiben offen.
Als nächstes bleibt, wie in 11C gezeigt ist die Elektromagnetspule 540 mit Energie versorgt, der aktivierte Elektromagnetkolben 536 treibt die Kugelverschluss-Schubstange 526 weiter, wodurch verursacht wird, dass die Kugellager 522, 524 in die umlaufende Nut 522 der Schubstange herunterrollen, und das angetriebene Glied 506 freigeben, obwohl die separierbaren Kontakte 12, 18 von 10 offen bleiben. Somit berührt, wie in 11B und 11C gezeigt ist, der betätigte Elektromagnetkolben 536 die Schubstange 526, wodurch verursacht wird, dass die Kugellager 522, 524 in die umlaufende Nut 522 eindringen, wodurch das angetriebene Glied 506 und die Kompressionsfeder 520 freigegeben werden.
Schließlich treibt, wie in 11D gezeigt ist, die Kompressionsfeder 520 das angetriebene Glied 506 an, um die separierbaren Kontakte 12, 18 von 10 zu schließen.
Obwohl der Kugelverschlussmechanismus 504 in den 10 und 11A bis 11D gezeigt ist, kann jede geeignete Kugelverschlusskonfiguration verwendet werden. Wie in 10 gezeigt ist weist der Kugelverschlussmechanismus 504 einen mit einem Kopf versehen Schaft 564 auf, welcher eine zentrale Durchbohrung 566 hat. Ein Ende des Schafts 564 gegenüber dem Kopf hat ein Paar von radial entgegengesetzten Durchlässen 568, welche sich radial auswärts von der zentralen Durchbohrung 566 erstrecken. Bevorzugter weise sind die Durchläss 568 mit einer Bohrung mit einem konstanten Durchmesser ausgebildet und empfangen ein ähnlich bemessenes Exemplar der Kugellager 522, 524. Die Kugellager 522, 524 werden in die jeweiligen Durchlässe 568 eingesetzt und die äußere Kante von jedem solchen Durchass wird lokal gecrimpt. Dies hält die Kugellager 522, 524 an ihrem breitesten Durchmesser derart zurück, dass der Durchlass 568 immer noch der radial am weitesten außen liegenden Oberfläche des Kugellagers ermöglicht, sich über die äußere Oberfläche des Schafts 564 hinaus zu erstrecken. Nachfolgend wird die Schubstange 526 in die zentrale Durchgangsbohrung 566 eingesetzt, was die Kugellager 522, 524 in einer radial nach außen ge richteten Position derart zurückhält, dass ihr radial am weitesten außen liegendes Merkmal oder Teil sich über die radiale äußere Oberfläche des Schafts 564 hinaus erstreckt.
Die Schubstange 526 wird axial in der Position von 11A durch den Elektromagnetkolben 536 zurückgehalten. Jedoch erlaubt die sich radial einwärts erstreckende umlaufende Nut 522 den Kugellagern 522, 524, dass sie radial einwärts durch axiale Versetzung der Schubstange 526 mit dem Elektromagnetkolben 536 wie in den 11B und 11C gezeigt ist versetzt werden, um die Nut 522 unter dem Paar von Kugellagern 522, 524 (11C) zu zentrieren.
12 zeigt einen einphasigen, federgeladenen, Hochgeschwindigkeitsvakuumkurzschlussschalter 602, welcher einen konventionellen Vakuumunterbrecher (VI) 4 von 1, ein Federglied wie eine Kompressionsfeder 604, einen mechanischen Verriegelungsfreigabemechanismus 605, und einen elektromechanischen Mechanismus wie einen Elektromagneten 606 verwendet.
Ein angetriebenes Glied 608 weist einen zirkularen Flanschteil 610, einen oberen Wellenteil 612 und einen Verbinder 614 auf. Der obere Wellenteil 612 wird geeignet gesichert (zum Beispiel durch Schweißen) an dem zirkularen Flanschteil 610. Der Verbinder 614 wird geeignet gesichert (zum Beispiel mit einem Gewinde verbunden) zu sowohl dem angetriebenen Glied 608 wie auch dem Anschluss 22 der beweglichen Kontaktanordnung 10, um diese Anordnung zwischen der offenen Stromkreisposition und der geschlossenen Stromkreisposition mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glieds 608 zu bewegen.
Eine geeignete Halterung 616, welche den Rahmen 514 von 10 und ein Federrohr 617 aufweist, hält das angetriebene Glied 608, und somit den zweiten Anschluss 22 in Bezug auf ein Gehäuse 618 zur linearen Bewegung entlang eines Pfads, welcher im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung 10 ist. Die Kompressionsfeder 604 ist innerhalb des Federrohrs 617 mit dem zirkularen Flanschteil 610 an einem Ende und an einer Oberfläche 620 des Gehäuses 618 an dem anderen Ende angeordnet. Die Kompressionsfeder 604 hat einen komprimierten Zustand wie in 12 gezeigt ist) und einen freigegebenen Zustand (nicht gezeigt), welcher das angetriebene Glied 608 und die bewegliche Kontaktanordnung 10 in die geschlossene Stromkreisposition (nicht gezeigt) bewegt.
Der mechanische Verriegelungsfreigabemechanismus 605 weist ein Verriegelungsglied, wie einen unteren Wellenteil 622 auf, welcher einen oberen Hakenteil 624 hat, welcher normalerweise einen entsprechenden unteren Hakenteil 626 des unteren Wellenteils 612 des angetriebenen Glieds 608 verriegelt. Dies hält die Kompressionsfeder 604 in dem komprimierten Zustand, und hält die bewegliche Kontaktanordnung 10 in der offenen Stromkreisposition. Anderenfalls gibt der untere Wellenteil 622 den oberen Wellenteil 612 frei, um das angetriebene Glied 608 freizugeben, um die bewegliche Kontaktanordnung 10 in die geschlossene Stromkreisposition zu bewegen.
Der untere Wellenteil 622 weist eine zentrale Öffnung 627 und einen unteren Stift 628 auf. Eine Feder 630 (zum Beispiel ungefähr 3 Pfund) ist zwischen dem oberen Hakenteil 624 und einer Oberfläche 632 des Gehäuses 618 verbunden, um den unteren Wellenteil 622 im Uhrzeigersinn mit Bezug auf 12 vorzuspannen, und dadurch geeignet mit den entsprechenden Hakenteilen 624, 626 in Eingriff zu kommen. Der Elektromagnet 606 hat einen normalerweise erweiterten Kolben 634 und eine Spule 636. Wann immer der Elektromagnet 606 aktiviert wird durch ein geeignetes Aktivierungssignal an den Anschlüssen 637, was die Elektromagnetspule 336 mit Energie versorgt, zieht der Elektromagnet den Kolben 634 zurück (zum Beispiel in die rechte Richtung von 12).
Der Kolben 634 hat eine Öffnung 638, welche den Stift 628 des unteren Wellenteils 622 darin einfängt. Wenn der Kolben 634 sich zurückzieht, kommt ein Kolbenendteil 639 mit dem Stift 628 in Eingriff, was den unteren Wellenteil 622 gegen den Uhrzeigersinn um einen Drehpunkt 640 des Gehäuses 618 gegen die Vorspannung der Feder 630 dreht. Bei geeignetem Zurückziehen des Kolbens 634 und geeigneter entsprechender Rotation des unteren Wellenteils 622 gegen den Uhrzeigersinn entriegelt der obere Hakenteil 624 des unteren Wellenteils 622 den unteren Hakenteil 626 des oberen Wellenteils 612, wodurch das angetriebene Glied 608 freigegeben wird. Somit treibt die Kompressionsfeder 604 das angetriebene Glied 608 nach oben (mit Bezug auf 12), um die separierbaren Kontakte 12, 18 des Kurzschlussschalters 602. zu schließen. Ähnlich zu dem Kurzschlussschalter 502 von 10 ist der erste Anschluss 16 angepasst zur elektrischen Verbindung mit einer Leistungsleitung, wie 78, und der zweite Anschluss 22 ist angepasst zur elektrischen Verbindung mit einem flexiblen Leiter, wie 556.
Der Kurzschlussschalter 502 von 10 und der Kurzschlussschalter 602 von 12 sind betreibbar mit einem Detektierungs- und Aktivierungsstromkreis, welcher ähnlich zu dem Stromkreis 146 der 6, 8 und 9A bis 9B ist. Der Stromkreis 146 weist den Detektions- (OD) Stromkreis 148 von 8 auf, welcher den Lichtbogenfehler 142 detektiert, und darauf ansprechend eines oder mehrere Triggersignale 150 ausgibt, und den Aktivierungsstromkreis (ACT) 152 der 9A bis 9C, welcher die einen oder mehreren Triggersignale 150 detektiert, und darauf ansprechend das Aktivierungssignal 154 ausgibt. Der Unterschied ist jedoch, dass die Kurzschlussschalter 502, 602 die jeweiligen Elektromagneten 534, 606 verwenden, anstatt der Ladungen 60. 13 zeigt einen geeigneten Stromkreis 641 zum Antreiben eines der Elektromagneten 534, 606 von dem Ausgang 424 des monostabilen Multivibrators 416 von 9A.
Nachdem der Stromkreis 148 den Lichtbogenfehler 142 detektiert und darauf ansprechend das Triggersignal 150 ausgibt, liefert der Mulivibratorausgang 424 einen Puls von geeigneter Dauer (zum Beispiel ungefähr 1,2 μs). Somit triggert der Stromkreis 642 einen Thyristor 644, welcher verursacht, dass ein Kondensator (C) 646 Strom in die Elektromagnetspulen 648 (zum Beispiel Spule 540 von 10 oder Spule 636 von 12) abgibt.
Tabelle 2 zeigt das Ergebnis einer Elektromagnetstromkreisanalyse, um den Strom zu bestimmen, welcher benötigt wird, um den Elektromagnetkolben 650 in weniger als ungefähr einer ms zu bewegen. Dies nimmt an, das die Kolbenmasse, m, 0,016 kg ist; dass die Länge des Kerns, I_CORE, 1,3 cm ist; und dass der Durchmesser des Kerns, d_CORE, 2,64 cm ist. Obwohl exemplarische Werte gezeigt sind, kann ein weiter Bereich von Werten und/oder anderen geeigneten elektromechanischen Mechanismen verwendet werden TABELLE 2
Der Wert von L in Tabelle 2 ist definiert durch Lc + Lstray.
Die 14A bis 14C zeigen Graphen der Elektromagnetlücke (g), der Kraft des Kolbens 650, und des Stroms der Spule 648, jeweils zur Analyse der Bewegung der Elektromagneten 534, 606. Die exemplarischen Kurzschlussschalter 2, 101, 502, 602 verwenden relativ einfache und kostengünstige Ansätze im Vorsehen eines Energiespeichers und eines Freigabemechanismus. Die Kompressionsfedern 40, 520, 604 sehen eine geeignete Schließ- und Haltekraft an dem Vakuumunterbrecher (VI) 4 oder einem modifizierten VI (zum Beispiel kein Schild; keine Kontakte oder modifizierte Kontakte)(nicht gezeigt) zur Verwendung mit Mittelspannungs-Leistungsverteilungsausrüstung wie einem Schaltelement vor.
Während spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben wurden, wird es vom Fachmann verstanden, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu solchen Details im Licht der gesamten Lehre der Offenbarung entwickelt werden können. Dementsprechend werden die speziellen Anordnungen, welche offenbart sind, nur illustrativ vorgesehen, und nicht zur Einschränkung der Reichweite der Erfindung, welcher die volle Breite der angefügten Ansprüche gegeben wird.

Claims

Ein Kurzschlussschalter (2) zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsversorgungsausrüstung (144), wobei der Kurzschlussschalter (2) folgendes aufweist: Einen Vakuumschalter (4), welcher eine Vakuumhülle (6) aufweist, welche eine feste Kontaktanordnung (8) und eine bewegliche Kontaktanordnung (10) enthält, welche entlang einer Längsachse zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises in elektrischem Kontakt mit der festen Kontaktanordnung und einer Position mit offenem Stromkreis bewegbar ist, welche von der festen Kontaktanordnung beabstandet ist; erste und zweite Anschlüsse (16, 22), welche jeweils elektrisch verbunden sind mit der festen Kontaktanordnung (8) und der beweglichen Kontaktanordnung (10); ein angetriebenes Glied (26); eine Halterung (34), welche das angetriebene Glied (26) für lineare Bewegung entlang eines Pfades, welcher im wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung (10) ist, hält, wobei das bewegbare Glied (26) mit der beweglichen Kontaktanordnung (10) gekuppelt ist, um die bewegliche Kontaktanordnung zwischen der Position des offenen Stromkreises und der Position des geschlossenen Stromkreises mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glieds (26) zu bewegen; ein Federglied (40), welches einen komprimierten Zustand und einen freigegebenen Zustand hat, welches das angetriebene Glied (26) und die Vorrichtung (10) mit bewegbarem Kontakt in die Position des geschlossenen Schaltkreises bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (2) ferner folgendes aufweist: ein Freigabeglied (32), welches eine Öffnung (68) darin hat, wobei das Freigabeglied (32) mit dem angetriebenen Glied (26) gekuppelt ist und normalerweise das Federglied (40) in dem komprimierten Zustand hält; eine Ladung (60), welche in der Öffnung (68) des Freigabeglieds (32) angeordnet ist, wobei die Ladung (60) betätigt wird, um das Freigabeglied (32) zu brechen und das Federglied (40) zu dem freigegebenen Zustand freizugeben.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 1, wobei die Vakuumhülle (6) eine abgedichtete Vakuumkammer ist; wobei die feste Kontaktanordnung (8) einen festen Kontakt (12) aufweist, welcher innerhalb der abgedichteten Vakuumkammer (6) abgedichtet ist, und einen elektrischen Leiter (14), welcher mit dem festen Kontakt an einem seiner Enden verbunden ist, wobei der elektrische Leiter in abgedichteter Weise in die abgedichtete Vakuumkammer eindringt und an dem ersten Anschluss (16) an dem anderen Ende des festen Kontakts endet; wobei die bewegliche Kontaktanordnung (10) einen bewegbaren Kontakt (18) aufweist, welcher innerhalb der abgedichteten Vakuumkammer (6) abgedichtet und bewegbar ist, und zwar zwischen einer ersten Position heraus aus der elektrischen Verbindung mit dem festen Kontakt (12), und einer zweite Position in elektrischer Verbindung mit dem festen Kontakt, wobei die bewegliche Kontaktanordnung (10) ferner einen elektrischen Stab (20) aufweist, welcher mit dem bewegbaren Kontakt (18) an einem seiner Enden verbunden ist, wobei der elektrische Stab abgedichtet in die abgedichtete Vakuumkammer (6) eindringt, und an dem zweiten Anschluss (22) an dem anderen Ende des bewegbaren Kontakts aufhört; und wobei das bewegbare Glied (26) mit dem bewegbaren elektrischen Stab (20) verbunden ist.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 1, wobei das Federglied (40) eine Kompressionsfeder ist, welche ein erstes Ende und ein zweites Ende hat; wobei das Freigabeglied (32) ein Freigabebolzen ist, welcher ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; und wobei der Halter (34) eine Buchse (36) aufweist, welche eine longitudinale Öffnung (66) aufweist, und ferner ein longitudinales Rohr (38), welches ein geschlossenes Ende (50) und ein offenes Ende (52) hat, wobei das longitudinale Rohr die Kompressionsfeder (40), den Freigabebolzen (32) und die Ladung (60) beinhaltet, wobei das erste Ende der Kompressionsfeder mit dem geschlossenen Ende des longitudinalen Rohrs in Eingriff kommt, das erste Ende des Freigabebolzens mit dem geschlossenen Ende des longitudinalen Rohrs gekuppelt ist, das erste Ende des bewegbaren Glieds mit dem zweiten Ende des Freigabebolzens gekuppelt ist, die Buchse in dem offenen Ende des longitudinalen Rohrs gelagert ist, das angetriebene Glied in der longitudinalen Öffnung der Buchse gelagert ist, das zweite Ende der Kompressionsfeder das bewegbare Glied (26) vorspannt, um die bewegliche Kontaktanordnung (10) in die Position des geschlossenen Stromkreises nach Betätigung der Ladung zu bewegen.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 1, wobei die Ladung (60) eine elektrisch aktivierte chemische Ladung (60) ist.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Anschlüsse (16, 22) jeweils zur elektrischen Verbindung mit ersten und zweiten Leistungsleitungen (78, 80) verbunden sind.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Anschluss (16) für elektrische Verbindung mit einer Leistungsleitung (78) angepasst ist; und wobei der zweite Anschluss (22) zur elektrischen Verbindung mit einem flexiblen Leiter (99) angepasst ist.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Anschlüsse (16, 22) zur elektrischen Verbindung mit einer Leistungsleitung (78) und einem Nulleiter oder einer Erde (18) angepasst sind.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 1, wobei das Freigabeglied (32) eine Längsachse hat; und wobei die Öffnung (68) des Frei gabeglieds (32) ein longitudinaler Hohlraum (68) entlang der Längsachse des Freigabeglieds (32) ist.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 8, wobei die Ladung (60) aktiviert wird, um eine Schockwelle vorzusehen, um das Freigabeglied (32) zu brechen; und wobei das Freigabeglied (32) ein Freigabebolzen (32) ist, welcher einen Körper (70) und eine Bruchlinie (72) aufweist, welche darauf angeordnet ist, um den Bruch des Freigabebolzens (32) ansprechend auf die Schockwelle zu lokalisieren und zu kontrollieren.
Der Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 8, wobei die Bruchlinie (72) eine vorbestimmte Tiefe indem Körper (70) des Freigabebolzens (32) hat; und wobei das Freigabeglied (40) eine vorbestimmte Kompressionskraft hat, wobei der Freigabebolzen (32) derart strukturiert ist, um mindestens die Kompressionskraft zu halten, bis die Ladung (60) aktiviert wird.
Ein Kurzschlusssystem (140) zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern (142) in Leistungsverteilungsausrüstung (144), wobei das Kurzschlusssystem (140) folgendes aufweist: Den Kurzschlussschalter (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Kurzschlusssystem (140) ferner folgendes aufweist: Mittel (146) zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Aktivierung der Ladung (60), welche in der Öffnung (68) des Freigabegliedes (32) angeordnet ist, wobei die aktivierte Ladung (60) das Freigabeglied (32) bricht, welches das Federglied (40) freigibt, welches das angegebene Glied (26) antreibt, um die bewegliche Kontaktanordnung (10) in die Position des geschlossenen Stromkreises zu bewegen, um den Lichtbogenfehler zu eliminieren.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 11, wobei die Ladung (60) einen elektrischen Eingang (155) aufweist; und wobei die Mittel (146) zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Aktivierung der Ladung (60) Mittel (148) zum Detektieren des Lichtbogenfehlers (142) und darauf ansprechende Ausgabe eines Triggersignals (150, 220) und Mittel (152) zum Detektieren des Triggersignals (150, 220) und darauf ansprechende Ausgabe eines Aktivierungssignals (154) zu dem elektrischen Eingang (155) der Ladung (60) aufweist.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 12, wobei die Ladung (60) eine elektrisch aktivierte chemische Ladung (60) ist.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 11, wobei der Vakuumschalter (4) angepasst ist zum Betrieb mit Leistungsverteilungsausrüstung (144) für mittlere Spannung.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 11, wobei die Mittel (146) zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Aktivierung der Ladung (60) eine Aktivierungsverzögerung von ungefähr 550 μs nach der Initiierung eines Lichtbogenfehlerereignisses aufweist.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 12, wobei die Mittel (148) zum Detektieren des Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Ausgabe eines Triggersignals (150, 220) mindestens einen photovoltaischen Sensor (162, 164, 166, 168, 170, 172) aufweisen, welcher angepasst ist zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und zur Ausgabe eines optischen Signals (174) als das Triggersignal (220).
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 16, wobei der Lichtbogenfehler Bogenlicht aufweist; und wobei der mindestens eine photovoltaische Sensor (162, 164, 166, 168, 170, 172) ein photovoltai scher Sensor ist, welcher selbstbetrieben ist von dem Bogenlicht, wobei der photovoltaische Sensor einen Ausgang (168) mit dem Triggersignal hat, welcher ansprechend auf das Bogenlicht ist.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 12, wobei die Mittel (148) zum Detektieren des Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Ausgabe eines Triggersignals (150, 220) eine Vielzahl von photovoltaischen Sensoren (162, 164, 166, 168, 170, 172) aufweisen, wenn die angepasst sind zum Detektieren des Lichtbogenfehlers und zur Ausgabe einer Vielzahl von ersten optischen Signalen (174, 176, 178, 180, 182, 184) an einer Vielzahl von Ausgängen (186), einen optischen Multiplexer (188), welcher eine Vielzahl von Eingängen (190, 192, 194, 196, 198, 200) und einen Ausgang (202) besitzt, eine Vielzahl von faseroptischen Kabeln (204, 206, 208, 210, 212, 214), welche zwischen den Ausgängen (186) der photovoltaischen Sensoren (162, 164, 166, 168, 170, 172) und den Eingängen (190, 192, 194,196, 198, 200) des optischen Multiplexers (188) verbunden sind, und wobei der Ausgang (202) des optischen Multiplexers (188) ein zweites optisches Signal (220) als das Triggersignal (220) ausgibt.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 12, wobei die Mittel (152) zum Detektieren des Triggersignals (150, 220) und darauf ansprechende Ausgabe eines Aktivierungssignals (154) zu dem elektrischen Eingang (155) der Ladung (60) Mittel (280) zum Erzeugern einer Ladungsspannung (282), eine Funkenstrecke (290), welche angepasst ist, um die Ladungsspannung elektrisch zu dem elektrischen Eingang der Ladung zu verbinden, wobei die Funkenstrecke einen Steuerungseingang (298) besitzt, und Mittel (302) zum Detektieren des Triggersignals (220) und darauf ansprechende Ausgabe eines Steuerungssignals (304) zu dem Steuerungsseingang der Funkenstrecke aufweist, wobei die Funkenstrecke das Aktivierungssignal (154) zu dem elektrischen Eingang der Ladung ansprechend auf das Steuerungssignal (304) ausgibt.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 19, wobei die Mittel (302) zum Detektieren des Triggersignals um darauf ansprechenden Ausgeben eines Steuerungssignals, Mittel (306) zum Detektieren des Triggersignals (220), und Mittel (312) zum Ausgeben des Steuerungssignals ansprechend auf das detektierte Triggersignal (310) aufweist.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 20, wobei die Mittel (302) zum Detektieren des Triggersignals und darauf ansprechenden Ausgeben eines Steuerungssignals ferner Mittel (432) zum Auslösen eines stromaufwärts gelegenen Stromkreisunterbrechers für die Leistungsverteilungsausrüstung ansprechend auf das detektierte Triggersignal (310) aufweist.
Das Kurzschlusssystem (140) gemäß Anspruch 12, wobei die Ladung (60) einen elektrischen Eingang (155) aufweist; und wobei die Mittel (146) zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Aktivierung der Ladung (60) Mittel (148) zum Detektieren des Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Ausgabe einer Vielzahl von Triggersignalen (220) aufweisen, und Mittel (306, 306A, 306B, 312, 290) zum Detektieren der Triggersignale (220) und darauf ansprechenden Ausgeben eines Aktivierungssignals (154) zu dem elektrischen Eingang der Ladung.
Ein Kurzschlussschalter (502) zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung, wobei der Kurzschlussschalter (502) folgendes aufweist: Einen Vakuumschalter (4), welcher eine Vakuumhülle (6) aufweist, welche eine feste Kontaktanordnung (8) und eine bewegliche Kontaktanordnung (10) aufweist, welche entlang einer Längsachse zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises in elektrischem Kontakt mit der festen Kontaktanordnung und einer Position des offe nen Stromkreises beabstandet von der festen Kontaktanordnung bewegbar ist; erste und zweite Anschlüsse (16, 22), welche jeweils elektrisch mit der Vorrichtung (8) mit festem Kontakt und der beweglichen Kontaktanordnung (10) verbunden sind; ein angetriebenes Glied (506), welches eine longitudinale Öffnung (508) mit einer umlaufenden Nut (510) darin aufweist; einen Halter (512) zum Halten des angetriebenen Gliedes (506) für lineare Bewegung entlang eine Pfades, welcher im wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung (10) ist, wobei das angetriebene Glied mit der Anordnung mit bewegbarem Kontakt gekoppelt ist, um die bewegliche Kontaktanordnung zwischen der Position des offenen Stromkreises und der Position des geschlossenen Stromkreises mit der linearen Bewegung des angetriebenen Gliedes zu bewegen; Ein Federglied (520), welches einen komprimierten Zustand und einen freigegebenen Zustand hat, welches das angetriebene Glied (506) und die bewegliche Kontaktanordnung (10) zu der Position des geschlossenen Stromkreises bewegt; dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (502) ferner folgendes aufweist: ein Kugelverschlussglied (504), welches eine Vielzahl von Kugellagern (522, 524) und eine Schubstange (526) mit einer umlaufenden Nut (528) darin aufweist, wobei die Kugellager mit der umlaufenden Nut (510) der longitudinalen Öffnung (508) des angetriebenen Glieds (506) in Eingriff kommen, um das Federglied (520) in dem komprimierten Zustand zu halten, und um die Vorrichtung (10) mit bewegbarem Kontakt in der Position des geöffneten Schaltkreises zu halten; Mittel (534) zum Antreiben der Schubstange (526) des Kugelverschlussgliedes (504) in die longitudinale Öffnung (508) des angetriebenen Glieds (506), um zu erreichen, dass die Kugellager (522, 524) mit der umlaufenden Nut (528) der Schubstange (526) des Kugelverschlussglieds (504) in Eingriff kommen, und um das angetriebene Glied (506) freizugeben, um die bewegliche Kontaktanordnung (10) in die Position des geschlossenen Stromkreises zu bewegen.
Der Kurzschlussschalter (502) gemäß Anspruch 23, wobei die Mittel (534) zum Antreiben der Drückstange ein Elektromagnet (534) sind, welcher einen Kolben (536) aufweist, welcher die Schubstange (526) des Kugelverschlussglieds (504) in die longitudinale Öffnung (508) des angetriebenen Glieds (506) treibt, wenn der Elektromagnet (534) betätigt wird.
Der Kurzschlussschalter (502) gemäß Anspruch 23, wobei das Federglied (520) eine Kompressionsfeder (520) ist, welche ein erstes Ende (546) und ein zweites Ende (552) aufweist, wobei das Kugelverschlussglied (504) ein erstes Ende (530) und ein zweites Ende hat; wobei das angetriebene Glied (506) ein erstes Ende mit der longitudinalen Öffnung (508) und ein zweites Ende hat; und wobei der Halter (512) ein longitudinales Rohr (576) aufweist, welches ein erstes Ende (542) und ein offenes zweites Ende (544) aufweist, wobei das longitudinale Rohr (576) die Kompressionsfeder (520) und das Kugelverschlussglied (504) beinhaltet, wobei das erste Ende der Kompressionsfeder mit dem ersten Ende des longitudinalen Rohrs in Eingriff steht, wobei das erste Ende des Kugelverschlussglieds mit dem ersten Ende des longitudinalen Rohrs gekuppelt ist, wobei das zweite Ende des angetriebenen Glieds mit der beweglichen Kontaktanordnung gekuppelt ist, das erste Ende des angetriebenen Glieds sich durch das offene zweite Ende des longitudinalen Rohrs erstreckt, und wobei das zweite Ende der Kompressionsfeder das angetriebene Glied vorspannt, um die bewegliche Kontaktanordnung in die Position des geschlossenen Stromkreises zu bewegen.
Der Kurzschlussschalter (502) gemäß Anspruch 25, wobei die Schubstange (526) des Kugelverschlussglieds (504) sich durch das erste Ende des longitudinalen Rohrs (576) erstreckt; und wobei die Mittel (534) zum Antreiben der Drückstange ein Elektromagnet sind, welcher einen Kolben (536) aufweist, welcher die Schubstange (526) des Kugelverschlussglieds (504) in die longitudinale Öffnung (508) des angetriebenen Glieds (506) treibt, wenn das Elektromagnet (534) betätigt wird.
Der Kurzschlussschalter (502) gemäß Anspruch 23, wobei der erste Anschluss (16) angepasst ist zur elektrischen Verbindung mit einer Leistungsleitung (78); und wobei der zweite Anschluss (22) angepasst ist zur elektrischen Verbindung mit einem flexiblen Leiter (556).
Ein Kurzschlusssystem (602, 641) zum Eliminieren von Lichtbogenfehlern in Leistungsverteilungsausrüstung (144), wobei das Kurzschlusssystem (602, 641) folgendes aufweist: Ein Gehäuse (618); einen Vakuumschalter (4), welcher eine Vakuumhülle (6) aufweist, welche eine feste Kontaktanordnung (8) und eine bewegliche Kontaktanordnung (10), welche entlang einer Längsachse zwischen einer Position des geschlossenen Stromkreises in elektrischem Kontakt mit der festen Kontaktanordnung und einer Position des geöffneten Stromkreises, welche von der festen Kontaktanordnung beabstandet ist, enthält; erste und zweite Anschlüsse (16, 22), welche elektrisch mit der festen Kontaktanordnung (8) bzw. der beweglichen Kontaktanordnung (10) verbunden sind; ein angetriebenes Glied (608); einen Halter (616), welcher das angetriebene Glied (608) in dem Gehäuse (618) zur linearen Bewegung entlang eines Pfads; welcher im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der beweglichen Kontaktanordnung (10) ist, hält, wobei das angetriebene Glied (608) mit der beweglichen Kontaktanordnung (10) verbunden ist, um die Anordnung mit dem bewegbarem Kontakt zwischen der Position des geöffneten Stromkreises und der Position des geschlossenen Stromkreises mit der linearen Bewegung des angetriebenen Glieds (608) zu bewegen; ein Federglied (604), welches einen komprimierten Zustand und einen freigegebenen Zustand aufweist, welches das angetriebene Glied (608) und die bewegliche Kontaktanordnung (10) in die Position des geschlossenen Stromkreises bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass das System (602, 641) ferner folgendes aufweist: Ein Verriegelungsglied (605), welches normalerweise das angetriebene Glied (608) verriegelt, um das Federglied (604) in dem komprimierten Zustand zu halten, und um die bewegliche Kontaktanordnung (10) in der Position des geöffneten Stromkreises zu halten, wobei das Verriegelungsglied (605) das angetriebene Glied (608) freigibt, um die bewegliche Kontaktanordnung (10) in die Position des geschlossenen Stromkreises zu bewegen, wobei das Verriegelungsglied (605) ein Ende (624) hat, welches mit dem angetriebenen Glied (608) und einem Drehpunkt (640) in dem Gehäuse (608) in Eingriff steht; Mittel (641, 606) zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und darauf ansprechende Entriegelung des Endes (624) des Verriegelungsglieds (605), um das angetriebene Glied (608) frei zu geben, um die bewegliche Kontaktanordnung (10) in die Position des geschlossenen Stromkreises zu bewegen.
Das Kurzschlusssystem (602, 641) gemäß Anspruch 28, wobei das Ende des Verriegelungsglieds (605) ein erstes Ende (624) ist; wobei das Verriegelungsglied (605) auch ein zweites Ende (628) aufweist; und wobei die Mittel (641, 606) zum Detektieren eines Lichtbogenfehlers und darauf ansprechendes Entriegeln des Verriegelungsglieds um das angetriebene Glied freizugeben einen Elektromagneten (606) aufweisen, welcher einen Kolben (634) hat, welcher das zweite Ende (628) des Verriegelungsglieds (605) bewegt, um das Verriegelungsglied um den Drehpunkt (640) zu drehen, und um zu verursachen, dass das erste Ende (624) des Verriegelungsglieds das angetriebene Glied (608) freigibt.
Das Kurzschlusssystem (602, 641) gemäß Anspruch 28, wobei der erste Anschluss (16) angepasst ist zur elektrischen Verbindung mit einer Leistungsleitung (78); und wobei der zweite Anschluss (22) angepasst ist zur elektrischen Verbindung mit einem flexiblen Leiter (526).