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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltsicherung und Trenner, bestimmt als
Ausrüstung von Zellen mit Spannungsmitteln.
Stand der Technik
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Die Verbindung eines Schalters und eines Trenners, wie eine Sicherung, ist seit langem
bekannt im elektrischen Apparatebau.
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Diese Verbindung wurde seit langer Zeit benutzt, da sie ökonomisch ist für die Ausrüstung
eines Ausganges einer Schienenanordnung, wenn die Nominalintensität relativ gering ist, aber
der Kurzschlußstrom relativ hoch.
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In beispielhafter Weise ist die Nominalintensität IN kleiner oder gleich 200A, wenn die
Intensität des Kurzschlusses ICC im Bereich von 25.000A liegt. Diese Situation trifft häufig auf bei
der Verteilung mit Spannungsmitteln und im Speziellen bei Schutzzellen der
Transformatoren.
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Bei einer Zusammenfassung dieser Typen ist es der Trenner, der den Kurzschlußstrom trennt
auf einer der zwei Phasen, wobei, nach einer kurzen Zeit, der Trenner die Öffnung des damit
verbundenen Schalters provoziert, um den durch den Trenner begrenzten Strom zu
unterbrechen.
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Diese Lösung, die es ermöglicht, den Strom zu begrenzen, hat Vorteile gegenüber anderen
Komponenten einer Zelle mit Spannungsmitteln wie Transformatoren, Kabeln, etc., die dabei
weniger groß dimensioniert werden können, woraus eine Ökonomie der Kosten der Zellen
resultiert.
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Die Verbindung von Schaltsicherung und Trenner, auch als "Trennsicherung" bezeichnet, für
den Schutz eines Ausganges von Spannungsmitteln, ist zu vergleichen mit einer Lösung, die
aus der Verwendung eines Schalters besteht, der wesentlich teuerer ist.
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Die Technologie der Trennsicherung war kommerziell sehr erfolgreich über 30 Jahre (1950
bis 1980) worauf sie mehr und mehr verschwunden ist aus verschiedenen Gründen, unter
anderem:
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- die Abmessungen des autopneumatischen Luftschalters
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- der notwendigen Kräfte zur Handhabung.
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Schließlich, nach dem Ersatz der Schalter mit Trennung durch Luft durch Schalter mit
Trennung durch Gas SF6 (Schwefelhaxafluorid), deren Trennkraft relativ gering ist, tauchten
Schwierigkeiten bei der Koordinierung derselben mit Trennern auf.
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Das Auftauchen von Vakuumampullen, insbesondere Vakuumampullen geringer Abmessung,
einfach zu handhaben, mit relativ hohen Trennkräften bei geringem Volumen, können einfach
mit einem Trenner verbunden und koordiniert werden, ermöglicht eine neue ökonomische
Zusammenfassung, die geringe Abmessungen hat, die zuverlässig ist und sehr leistungsfähig.
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Die Trennsicherungen sind fast immer mit einem isolierenden Streckentrenner verbunden.
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Das Auftauchen der Zellen mit selbsttrennenden Schaltautomaten, beschrieben insbesondere
in der europäischen Patentanmeldung Nr. 92 401 818, vertrieben durch die Gesellschaft GEC
ALSTHOM T & D unter der hinterlegten Marke "VISAX", offenbart eine Lehre, die
vorteilhaft eingesetzt werden kann, um eine Konzeption eines neuen Trennsicherungsschalters zu
erzielen.
Ziel der Erfindung
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Ein Ziel der Erfindung ist es, eine ökonomische Schaltsicherung zu realisieren, die mit
kleinen Vakuumampullen versehen ist, um eine komplette Anordnung von Einrichtungen zu
schaffen, mit denen man sämtliche Zellen mit Spannungsmitteln ausrüsten kann.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltsicherung zu schaffen, die in einer
Anordnung der "VISAX"-Produkte integriert werden kann, aufgrund ihrer Anordnung in einer
herausziehbaren Schublade, identisch zu derjenigen der Zellen "VISAX" und austauschbar mit
den letzteren. Diese Anordnung erlaubt die Realisierung einer elektrischen Streckentrennung
durch eine einfache Rotation um 90º.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltsicherung zu realisieren, die vollständig
automatisierbar ist, das heißt deren Funktionen "unterbrechen" und "schalten" miteinander
verkettet und aus der Entfernung gesteuert werden können.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine ökonomische Schaltsicherung zu realisieren,
insbesondere aufgrund der Verwendung von handelsüblichen Vakuumampullen und bereits
existierenden Untergruppen, insbesondere bei Einrichtung der Zellen "VISAX".
Definition der Erfindung
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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltsicherung, wie durch den Anspruch 1 definiert.
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Eine Vorrichtung wie in dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben, ist aus dem
Patentdokument EP-A-0 543 680 bekannt.
Liste der Figuren
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Die Erfindung wird präzisiert durch die Beschreibung von zwei Ausführungsformen der
Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, darin zeigt:
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Fig. 1 eine Draufsicht eines Poles einer Dreiphasenschaltsicherung, verbunden mit einem
elekromagnetischen Hochspannungsrelais,
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer dreipoligen Schaltsicherung, die an einem
"VISAX"-Modul montiert ist.
Beschreibung der zwei Ausführungsformen der Erfindung
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Die Fig. 1 zeigt einen Pol einer Schaltsicherung der Erfindung. Es ist offensichtlich, daß eine
Dreiphasenvorrichtung drei identische Pole umfaßt, die zueinander in einer weiter unten
be
schriebenen Weise angeordnet sind. Der Pol der Schaltsicherung der Fig. 1 umfaßt eine im
wesentlichen zylindrische isolierende Hülle 1, vorzugsweise aus einem gegossenem
Epoxyharz, die mit Flügeln 2 versehen ist. An jedem Ende der Hülle ist eine Verschlußplatte,
jeweils 3 und 3' durch Bolzen 4, 4' befestigt, die dazu dienen, Kontaktstücke 5, 5' zu halten,
die jeweils mit einer Schiene und einem nicht dargestellten Kabelkopf zusammenwirken
können.
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Im Inneren der Hülle ist eine Vakuumampulle 10 angeordnet; eine feste Klemme 11 der
Vakuumampulle ist elektrisch über einen Leiter 12, der in das Hüllenmaterial eingebettet ist, mit
einer ersten an der Außenseite der Hülle fixierten Klemme 21 verbunden und dazu bestimmt,
einen Schalter aufzunehmen; eine zweite, mobile Klemme 13 der Vakuumampulle bildet
einen Stab, der die Wand der Vakuumampulle in dichter Weise durchstößt und elektrisch durch
einen Gleitkontakt 14 mit der Halteplatte 4' des Kontaktes 5' verbunden ist.
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Eine zweite Klemme 22, die an dem oberen Teil der Hülle 1 fixiert ist, wirkt mit der Klemme
21 zusammen, um einen (gesicherten) Schalter 24 aufzunehmen. Die Klemme 22 ist
elektrisch mit der Platte 4 durch einen Leiter 15 verbunden.
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Die Hülle 1 ist durch die Schraube 30 an einem gekreuzten Metallträger 31 als Masse fixiert;
dieser metallische Träger trägt die entsprechenden Hüllen der zwei anderen Pole der
Vorrichtung. In dem beschriebenen Beispiel ist der Träger rotationsbeweglich um seine eigene
Achse, so daß ein Rotation um 90º es ermöglicht, von der Position "in Arbeit" auf die
Position "in Trennung" zu stellen. Dieser Träger spielt die selbe Rolle, wie der entsprechende
Träger der selbstrennenden Schaltautomaten der vorgenannten europäischen Patentanmeldung,
auf die der Leser für weiterreichende Informationen verwiesen wird.
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Das Öffnen und das Schließen der Vakuumampulle 10 wird durch eine Steuerung
sichergestellt, die eine kinematische Kette antreibt, wie in der oben genannten europäischen
Patentanmeldung beschrieben. Die Steuerung kann eine Federsteuerung sein mit Verriegelung in
Schließposition. Diese Steuerung, dargestellt durch das gestrichelte Rechteck 70 der Figur, ist
am Ende des Trägers 31 fixiert und dreht zur gleichen Zeit wie der letztere während einer
Schaltoperation der Vorrichtung. Die Steuerung ist drehend oder translatorisch. In dem
Beispiel der Fig. 1 ist die Steuerung drehend.
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Die kinematische Kette umfaßt eine Welle 33, die einerseits an einem Punkt 34 gegenüber der
Hülle fixiert ist und andererseits durch ein Gelenk 35 am Ende des Stabes 13. Die Welle 33 ist
bei 36 an einer isolierenden Stange 37 angelenkt, die selbst über ein Zwischenglied 38 mit
einer drehenden Welle 39 verbunden ist, die an dem gekreuzten Träger 31 angeordnet ist und
mit der Steuerung 70 verbunden ist. Die Welle 39 dient allen drei Polen der Vorrichtung. Die
Rotation um die Achse der Welle 39 unter Wirkung der Steuerung 70 bewirkt die simultane
Öffnung (oder das Schließen) der drei Vakuumampullen der Dreiphasenschaltsicherung.
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Bei der Ausführungsform beschrieben in Bezug auf die Fig. 1, wird die Vorrichtung
kompletiert durch ein niederspannungs-elektromagnetisches Relais 40, das im Inneren der Hülle
angeordnet und fixiert ist. Das Relais 40 umfaßt eine Welle 41, deren Rotation ebenfalls die
Drehung der Welle 39 ermöglicht, dank einer kinematischen Kette, die das Zwischenglied 42
umfaßt, einen isolierenden Stab 43, der durch eine geeignete Öffnung der Hülle 1 hindurch
geht und ein Zwischenglied 44.
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Die Welle 41 kann wie folgt gehandhabt werden:
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- entweder aufgrund einer Überladung eines durch eine Spule 50 erfaßten Stromes, der
mit den Klemmen 3 und 3' der Vorrichtung verbunden ist,
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- oder aufgrund der Fusion der Sicherung 24, die mit einem Fusionsindikator 60
ausgestattet ist, dessen Bewegung mit Verstärkung auf das Relais 40 über ein schwenkbares
Gestänge 61 übertragen wird.
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Die Funktion der Schaltsicherung ist wie folgt:
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Bei normaler Funktion ist die Vakuumampulle geschlossen und der Strom durchläuft den
Kontakt 5', die Platte 3', den Stab 13, den Kontakt 11, den Leiter 12, die Sicherung 24, die
Verbindung 15, die Platte 3 und den Kontakt. Die Betätigung der Steuerung 70, die die Welle
39 in Rotation versetzt, provoziert die Öffnung der Vakuumampullen; die Rotation der
gekreuzten Welle 31 um 90º ermöglicht die Schaltung der Vorrichtung.
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- Im Fall einer Überladung, erfaßt durch die Spule 50, provoziert das Relais 40 die
Betätigung der Welle 41, die die Öffnung der Vakuumampullen betreibt.
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- Im Falle eines Kurzschlusses schmilzt die Sicherung 24 und provoziert die Betätigung
des Relais aufgrund des Fusionsdetektor 60, der die Öffnung der Vakuumampullen
betreibt.
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Die Schaltsicherung der Erfindung kann in einer herausziehbaren Schublade einer Zelle vom
Typ "VISAX" angeordnet sein, was eine erleichterte Wartung bei vollständiger Sicherheit
ermöglicht.
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Die Fig. 2 illustriert eine Variante der Umsetzung der Erfindung und zeigt, in Perspektive, die
vollständige Schaltsicherungsanordnung, montiert entsprechend einem Modul vom Typ
"VISAX".
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Das Bezugszeichen 71 bezeichnet ein röhrenförmiges Chassis, das mit Rollen 72 versehen ist,
bestimmt zur Anordnung in der Art und Weise einer herausziehbaren Schublade in einem
nicht dargestellten Schrank.
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Ein horizontaler Träger 74 ist an seinen zwei Enden mit den Platten 75A und 75B am Chassis
gelenkig fixiert, so daß er ein Rotationsbewegung von 90º um seine eigene Längsachse
ausführen kann. Der Träger 74 ist das Potential der Erde.
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Am Träger 74 sind drei Pole 77A, 77B und 77C fixiert, die jeweils wie der Pol der Fig. 1
ausgebildet sind, bis darauf, daß sie kein elektromagnetisches Relais 40 umfassen. Die
Bezugszeichen 78A, 78B und 78C sind die jeweils mit den Polen verbundenen Schalter, die in Serie
mit den jeweiligen Vakuumampullen geschaltet sind. Für die Deutlichkeit der Zeichnung
wurde der Pol 77C lediglich teilweise und in unterbrochenen Strichen dargestellt, lediglich
die Ampulle 79B des Pols 77B ist dargestellt.
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Gesichert gegen den Träger 74 ist ein Welle 80 angeordnet, zur Steuerung des Öffnens und
Schließen der Pole, die durch Rotation oder Translation betätigt werden kann.
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In dem Beispiel der Fig. 1 ist die Welle 80 vom Typ "ziehen-drücken", da sie durch Versetzen
in Translation entlang seiner eigenen Achse betätigt wird, unter der Wirkung einer
elektromagnetischen Spule 82; der Steuermechanismus der Pole wird unter Bezugnahme auf den Pol
77B erklärt: Der bewegliche Stab 82B der Vakuumampulle 79B ist an seinem ersten Ende mit
einem metallischen Zwischenglied 83B verbunden, das an einer an der Traverse 77B befestigt
ist; das zweite Ende des Zwischengliedes 83B ist an einem ersten Ende eines isolierenden
Zwischengliedes 85B angelenkt, das unter Funktionsspannung der Vorrichtung stehen kann;
das zweite Ende des isolierenden Zwischengliedes 85B ist in einem Fenster eines ersten
Endes eines metallischen Winkels 88B angelenkt, dessen zweites Ende an dem Steuerwelle 80
angelenkt ist. Der Winkel 88B ist um die Achse 90B verschwenkbar, die an dem Träger 74
befestigt ist. Der translatorische Versatz der Welle 80 entlang seiner Achse provoziert die
Rotation des Winkels 88B und seine Bewegung wird auf die Steuerstange 82B über die
Zwischenglieder 85B und 83B übertragen.
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Es ist zu erkennen, daß die Welle 80 vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt in dem
Bereich hat, der zwischen den Gelenken liegt, um eine erleichterte Fixierung der Winkel zu
ermöglichen; beidseitig der Gelenke hat sie vorzugsweise eine kreisrunde Form, um frei
durch die Platten 75A und 75B zu gleiten.
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Es ist zu bemerken, daß die Steuerwelle 80 zur Handhabung der Ampullen im Inneren der
Gelenke des Trägers 74 angeordnet ist, wobei sich die Welle 80 translatorisch bewegt, völlig
unabhängig von der Rotationsbewegung des Trägers 74.
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Der Pol 77B besitzt eine erste Stromklemme 94B, die mit einer Stromzuleitung 95B
zusammenwirkt und eine zweite Stromklemme 96B, die mit einer Schiene 97B zusammenwirkt. Die
anderen Pole besitzen die selben Stromklemmen mit den selben entsprechenden Elementen.
Die Isolierungsabdeckungen wie 99C sichern eine Isolierung zwischen den Polen.
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Das Schalten der Vorrichtung wird erzielt durch eine Rotation der Achse 80, die mit sich die
Pole und ihre Sicherungen antreibt, die an dieser befestigt sind. Hierzu treibt ein an der Platte
75A befestigter Motor 100 eine Welle 101 an, die mit einem Ritzel 102 versehen ist, das mit
einem Ritzel 103 zusammenwirkt, das auf der Welle 80 festgekeilt ist.
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Es ist festzustellen, daß die Sicherungen 78A, 78B und 78C mit einem nicht dargestellten
Fusionsindikator versehen sind, der ein nicht dargestelltes Relais betätigen kann, das die
Versorgung des Motors 100 und diejenige des Elektromagneten 82 steuert.
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Die Funktion der Schaltsicherung und Trenners ist wie folgt:
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Bei normaler Funktion befindet sich die Vorrichtung in der Konfiguration der Fig. 2.
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Im Falle einer Überladung steuert das Relais die Versorgung des Elektromagneten, der den
Mechanismus ziehen-drücken zur Öffnung der Vakuumampullen betätigt.
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Im Falle eines Kurzschlusses schmelzen ein oder mehrere der Sicherungen 78A bis 78C und
ihr Fusionsindikator steuert, über das Relais, die Versorgung des Motors 100. Die Anordnung
beginnt sich zu drehen um die Welle 80 und nach einem begrenzten Weg (beispielsweise 20
Rotationsgrad) steuert das Relais, das mit einer entsprechenden Zeitschaltung versehen ist, die
Versorgung des Elektromagneten 82, wodurch die Öffnung der Vakuumampullen provoziert
wird, wobei nunmehr nichts weiter als ein begrenzter Strom durch die Sicherungen getrennt
werden muß.
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Die vollständige Rotation (90º) der Anordnung erzielt die Trennung, während der
Atmosphärendruck die Wiederverschließung der Vakuumampullen provoziert, da die Versorgung der
Elektromagneten beendet wurden.
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Nach der Eliminierung der Fehler sind die geschmolzenen Sicherungen zu ersetzen; dieser
Vorgang erfolgt einfach und unter vollständiger Sicherheit durch Herausziehen der
Anordnung, die, wie bereits bemerkt, eine Schublade bildet. Nach der Wiederanordnung der
Schublade wird die Anordnung durch eine Rotation um 90º wieder in Einsatz gebracht, erzielt
aufgrund des Motors 100. Die Kraft zum Schließen ist aufgrund der Anwesenheit der Schalter
nutzlos.
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Es ist festzustellen, daß die Schaltsicherung der Erfindung sehr ökonomisch ist, da
Vakuumampullen geringer Leistung verwendet werden können.
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In beispielhafter Weise liegen bei einem Schaltautomaten die Preise der Ampullen zur
Steuerung um die 12.000 Franc.
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Bei einer Schaltsicherung der Erfindung liegt der Preis der Vakuumampullen und der Relais
bei 3.000 Franc.
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Unter der Annahme, daß die Kosten der anderen Zusatzelemente die gleichen bleiben bei den
zwei Lösungen, ist zu erkennen, daß die Lösung der Erfindung einen Kostenvorteil von 8.000
bis 9.000 Franc bietet, was sehr wichtig bei den Anwendungen der Großindustrie ist.
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Bei diesem Kostenvorteil handelt es sich bei der Version der Fig. 2 um einen großen Teil der
Kosten der Steuerung.
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Eine großzügige und nicht optimistische Schätzung ermöglicht es zu denken, daß bezogen auf
den möglichen Schutz, die realisierbare Verbesserung für eine Schutzzelle eines
Transformators durch eine Schaltsicherung und Trenner bezüglich einer äquivalenten Zelle, die mit einem
Schaltautomaten ausgestattet ist, im Bereich von 30 bis 40% liegt.
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Es ist aber zu berücksichtigen, daß aufgrund der Anwesenheit eines Schalters, verbunden mit
einem Überlastrelais, der Sekundärschutz der Zelle mit Schaltsicherung auf diesen einfachen
Ausdruck reduziert ist, ohne zusätzliche Gewinne.