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Die
Erfindung betrifft eine Sicherungshalteranordnung, wie z.B. einen
Sicherungsschacht, die zur Kombination mit einem elektrischen Schaltgerät, wie z.B.
einem Lastschalter, dient und einen Schacht umfaßt, der zur Aufnahme eines
Sicherungseinsatzes dient und ein Detektionsmittel zur Erkennung
des beschädigten
oder unbeschädigten
Zustands des Sicherungseinsatzes umfaßt, welches genannte Mittel mechanisch
mit einem Steuermittel zur Abschaltsteuerung der Kontakte des Schaltgeräts verbunden
ist.
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Ein
bei solchen Anordnungen auftretendes Problem besteht darin, daß bei einer
Fehlfunktion des Sicherungseinsatzes, beispielsweise aufgrund von
Alterung (z.B. Schmelzleiter geringfügig beschädigt), bei Nennstromfluß eine unzulässige Erwärmung im
Inneren des Schachtes auftritt. Diese Erwärmung führt zur thermischen Alterung
des, in den meisten Fällen
aus Kunstharz bestehenden Schachtes, so daß dieser Schacht seine dielektrischen
Eigenschaften verliert. Darüber
hinaus hat diese Erwärmung
mechanische Spannungen im Inneren des Schachtes zur Folge.
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Da
der Sicherungsschacht nicht für
einen einfachen Austausch ausgelegt ist, ergibt sich somit die Notwendigkeit,
den Schacht gegen eine solche Erwärmung aufgrund einer Fehlfunktion
des Sicherungseinsatzes zu schützen.
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Es
wurden bereits Anordnungen zur Lösung dieses
Problems vorgeschlagen, die den beschädigten Zustand des Sicherungseinsatzes
durch Messung der Druckänderungen
im Inneren des Sicherungsschachts erkennen.
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Eine
solche Einrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE209605370U bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
eine Sicherungshalteranordnung mit einfachem Aufbau vor, die es
erlaubt, auf zuverlässige
Weise einen gegebenenfalls beschädigten
Zustand eines Sicherungseinsatzes zu erkennen, um so den Sicherungsschacht zu
schützen.
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Zu
diesem Zweck liegt der Erfindung eine Sicherungshalteranordnung
gemäß dem Patentanspruch
1 zugrunde.
- – Nach einem besonderen kennzeichnenden Merkmal
umfaßt
der genannte Schacht einen Stopfen, und die genannte Steuerstange
kann geradlinig durch diesen Stopfen hindurch verschoben werden.
- – Nach
einem besonderen kennzeichnenden Merkmal ist das Detektionsmittel
in einer im Stopfen, an dessen dem Sicherungseinsatz zugewandten
Ende ausgebildeten Ausnehmung angeordnet.
- – Nach
einem anderen kennzeichnenden Merkmal ist das Formgedächtnismittel
als Mittel mit Zweirichtungsgedächtnis
ausgebildet, um so eine automatische Rückstellung zu gewährleisten.
- – Nach
einer besonderen Ausgestaltung umfaßt das Formgedächtnismittel
eine Feder, die sich mit einem ihrer beiden Enden an einem Ende
der Stange und mit ihrem entgegengesetzten Ende an einer Wand des
genannten Stopfens abstützt.
- – Die
Ruhestellung und die Arbeitsstellung der Feder entsprechen vorteilhaft
einem entspannten bzw. gespannten Zustand dieser Feder.
- – Nach
einer anderen Ausgestaltung umfaßt das Formgedächtnismittel
eine Blattfeder.
- – Nach
einem anderen besonderen kennzeichnenden Merkmal ist das genannte
Federblatt an einem, in einer Ausnehmung des Stopfens angeordneten
Träger
montiert, wobei sich das Federblatt und der Träger an einem der Enden der
Steuerstange bzw. an einer Wand des Stopfens abstützen.
- – Nach
einer anderen Ausgestaltung umfaßt das Formgedächtnismittel
mindestens eine, auf einem Träger
montierte Scheibe, welche mindestens einfach ausgeführte Scheibe
und welcher Träger sich
an einem der Enden der Steuerstange bzw. an einer Wand des Stopfens
abstützen.
- – Das
Formgedächtnismittel
besteht vorteilhaft aus einer Kupferlegierung.
- – Die
Umwandlungstemperatur des Formgedächtnismittels liegt vorzugsweise
zwischen 120 und 140°C.
- – Nach
einem anderen kennzeichnenden Merkmal wird die Steuerstange auch über den
Schlagstift der Sicherung angesteuert, derart daß diese Stange beim Durchschmelzen
des Schmelzleiters ebenfalls betätigt
wird. Der Erfindung liegt auch ein Sicherungsschacht und ein Lastschalter
mit einer Sicherungshalteranordnung zugrunde, welche die genannten
kennzeichnenden Merkmale einzeln oder in Kombination umfaßt.
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Zum
besseren Verständnis
ist die Erfindung in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter
Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Sicherungshalteranordnung
mit einer darin eingesetzten Schmelzsicherung;
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2, 4 und 6 Schnittansichten des
Stopfens einer Sicherungshalteranordnung gemäß drei Ausgestaltungen der
Erfindung, jeweils mit Darstellung der Steuerstange in der Ruhestellung;
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3, 5 und 7 zu
den vorherigen Ansichten ähnliche
Ansichten der drei Ausgestaltungen der Erfindung, jeweils mit Darstellung
der Steuerstange in der Ausschaltstellung der Kontakte;
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8 eine
graphische Darstellung der Funktionsweise des aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden
Detektionsmittels.
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1 zeigt
eine Sicherungshalteranordnung D, die allgemein als Sicherungsschacht
bezeichnet wird und dazu dient, in ein elektrisches Schaltgerät, wie z.B.
einen Lastschalter (nicht dargestellt) eingebaut zu werden. Dieser
Sicherungsschacht D besteht im wesentlichen aus einem länglichen
Schacht 1, der durch einen Stopfen 2 verschlossen
ist und in dem eine Mittelspannungs-Schmelzsicherung 3 angeordnet
ist und gehalten wird. Diese Schmelzsicherung 3 dient zur
Führung
des elektrischen Stroms zwischen einem einspeiseseitigen Kontakt,
z.B. einer Stromdurchführung,
und dem abgangsseitigen Kontakt, z.B. einem Kabelende.
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Dieser
Sicherungsschacht D gewährleistet darüber hinaus
weitere Funktion wie z.B. die elektrische Isolation zwischen den
spannungsführenden Teilen
und der äußeren Umgebung
oder die Funktion eines Gehäuses
für den
Erdungstrenner des abgangsseitigen Kontakts. Diese Funktionen müssen über einen
Zeitraum von etwa dreißig
Jahren gewährleistet
sein. Aus diesem Grund ist es erforderlich, den Schacht mit Hilfe
eines geeigneten Detektionsmittels M gegen Beschädigungen aufgrund von Fehlfunktionen
des Sicherungseinsatzes 3 zu schützen.
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Dieser
Sicherungseinsatz 3 umfaßt auf bekannte Art und Weise
einen inneren rohrförmigen Kern 4 aus
einem hitzebeständigen
Isolierstoff, der als Träger
für einen
längs der
Achse des genannten Sicherungseinsatzes 3 aufgewickelten
Schmelzleiter 5 dient. Der genannte Kern 4 mit
dem Schmelzleiter 5 ist unter Ausbildung eines ringförmigen Zwischenraums
koaxial von einem rohrförmigen
Außengehäuse 6 aus
Isolierstoff umgeben. Im Inneren des Kerns 4 erstreckt
sich in Axialrichtung ein, insbesondere aus Wolfram bestehender
Hilfsleiterdraht 7, der elektrisch parallel zu dem um den
Kern 4 gewickelten Schmelzleiter 5 geschaltet
ist. Eines 7a der Enden des Leiterdrahts 7 ist
mit einem Schlagstift 8 verbunden, der dazu dient, das
Durchschmelzen des Schmelzleiters 5 anzuzeigen, wenn der
Strom einen bestimmten Ansprechwert übersteigt. Dieser Schlagstift
dient dazu, eine im Innern des Stopfens 2 gleitend angeordnete
Stange 9 zu beaufschlagen, die dazu dient, die Abschaltung
der Kontakte des Lastschalters zu steuern.
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Aus
den 2 bis 7 geht außerdem hervor, daß der Stopfen 2 darüber hinaus
eine, auf der Seite des Sicherungseinsatzes 3 ausgebildete
Ausnehmung 10 umfaßt,
die zur Aufnahme eines Systems 11 mit einer Formgedächtnislegierung
dient, welches System ein Detektionsmittel M zur Erkennung eines
anomalen Temperaturanstiegs im Inneren des Schachts 1 bildet.
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Nach
der in 2 und 3 gezeigten Ausgestaltung ist
das genannte Formgedächtnismittel 11 als
Feder 12 ausgebildet, welche Feder 12 ein erstes Ende 12a,
das an dem, dem Sicherungseinsatz 3 zugewandten Ende 9a der
Stange 9 befestigt ist, sowie ein zweites Ende 12b aufweist,
das an einem Träger 13 befestigt
ist, der sich an einer Innenwand 2a des Stopfens 2 abstützt.
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Nach
der in 4 und 5 gezeigten Ausgestaltung umfaßt dieses
Mittel 11 ein als Feder wirkendes Blatt 14, das
an einem Blattträger 15 befestigt ist,
welcher Träger 15 und
welches Blatt 14 in der genannten Ausnehmung 10 um
die Steuerstange 9 herum montiert sind. Das Blatt 14 ist
am Ende 9a der Stange 9 befestigt, während der
Träger 15 an
der Innenwand 2a des Stopfens 2 befestigt ist.
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Gemäß der in 6 und 7 gezeigten Ausgestaltung
umfaßt
dieses Mittel 11 eine Scheibe 16 oder mehrere übereinander
gelegte Scheiben, die in der genannten Ausnehmung 10 um
die Stange 9 herum geführt
und an einem Träger 17 befestigt
sind. Auch bei dieser Ausgestaltung ist die Scheibe 16 am Ende 9a der
Stange 9 befestigt, während
der Träger 17 an
einer Innenwand 2a des Stopfens 2 befestigt ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, daß das
Formgedächtnislegierungselement 11 vorteilhaft
aus einem Teil auf Kupferbasis (Cu-Al-Ni) besteht, wobei es sich bei
dieser Art von FGL um eine Hochtemperatur-FGL handelt, die sich
bei einer Temperatur oberhalb von 100 °C umwandelt.
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Nachstehend
wird die Funktionsweise des Sicherungsschachts D zunächst bei
unbeschädigtem Sicherungseinsatz 3 und
danach bei beschädigtem Sicherungseinsatz
beschrieben. Im letzten Fall bezieht sich die Beschreibung insbesondere
auf 8, die den Verlauf der Verformung der FGL (Y-Achse)
in Abhängigkeit
von der Temperatur im Inneren des Sicherungsschachts zeigt.
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Wie
in herkömmlichen
Anordnungen führt das
Durchschmelzen des Sicherungseinsatzes 3 nach Überschreitung
eines bestimmten Ansprechwerts durch den Strom zum Bruch des Wolframdrahtes 7,
wodurch der Schlagstift 8 freigegeben wird. Dieser Schlagstift 8 drückt dann
die Steuerstange 9 aus dem Stopfen 2 heraus, um
die Abschaltung der Kontakte des Lastschalters zu steuern, wobei
die Feder in ihrer, entspannten Anfangslage mit nicht aufeinanderliegenden
Windungen verharrt.
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Im
Normalbetrieb (2, 4, 6)
wird der Sicherungseinsatz 3 vom Nennstrom durchflossen,
und die Steuerstange steht in der unteren Stellung. Ist der Sicherungseinsatz 3 beschädigt, kommt es
im Inneren des Schachts D zu einem Temperaturanstieg. Erreicht die
Temperatur im Sicherungsschacht D die Umwandlungstemperatur TDD
der FGL (vorzugsweise zwischen 120 und 140 °C), verformt sich das FGL-System 11 (Feder,
Federblatt oder Scheiben vom Typ Tellerfeder) und drückt die Steuerstange 9 aus
dem Stopfen 2 heraus (3, 5, 7),
wobei es eine Kraft von vorzugsweise größer oder gleich 10 daN über einen
Weg von 10 mm (W = 1J) ausübt.
Eine so bewirkte Abschaltung der Kontakte durch das FGL-System führt daher
zum Austausch des Sicherungseinsatzes 3.
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Da
das FGL-Teil zuvor eine als "Eintrainieren" bezeichnete Behandlung
erfahren hat, arbeitet es mit einem Zweirichtungs-Gedächtniseffekt.
So betätigt
das Teil bei Erwärmung
die Steuerstange 9 bei einer dem Ende der Umwandlung entsprechenden Temperatur
TDF und entwickelt dabei eine mechanische Energie von 1J. Erreicht
im Verlauf der Abkühlung
die Temperatur des Schachtes den Wert TRD entsprechend dem Beginn
der Rückstellung,
kehrt das FGL-Teil spontan zu einer Niedrigtemperaturform zurück, die
sie bei einer Temperatur TRF entsprechend dem Ende der Rückstellung
erreicht.
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Der
Zweirichtungs-Gedächtniseffekt äußert sich
zum einen in einer automatischen Rückstellung des FGL-Systems,
ohne daß eine
Einwirkung von außen
erforderlich wäre,
und zum anderen in der Tatsache, daß die Verriegelung der Schutzfunktion
aber so lange gewährleistet
ist, wie die Temperatur nicht unter den Temperaturwert TRF entsprechend
dem Ende der Rückstellung
sinkt.
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Die
Erfindung ist vorteilhaft auf Sicherungsschächte anwendbar, die in Mittelspannungsschalter integriert
sind.
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Durch
die Erfindung kann somit eine Anordnung geschaffen werden, die es
erlaubt, auf einfache und zuverlässige
Weise einen gegebenenfalls beschädigten
Zustand des Sicherungseinsatzes, beispielsweise durch ein geringfügig eingerissenes
Sicherungsband, zu detektieren.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die beispielhaft beschriebenen und dargestellten Ausgestaltungen
beschränkt.