EP0804800B1 - Schutzschaltgerät mit einer vorrichtung zum zwangsweisen trennen von netzleitungen bei schutzschaltgeräten - Google Patents

Schutzschaltgerät mit einer vorrichtung zum zwangsweisen trennen von netzleitungen bei schutzschaltgeräten Download PDF

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EP0804800B1
EP0804800B1 EP96945875A EP96945875A EP0804800B1 EP 0804800 B1 EP0804800 B1 EP 0804800B1 EP 96945875 A EP96945875 A EP 96945875A EP 96945875 A EP96945875 A EP 96945875A EP 0804800 B1 EP0804800 B1 EP 0804800B1
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EP
European Patent Office
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circuit breaker
breaker device
protective circuit
mains
lines
Prior art date
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EP96945875A
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English (en)
French (fr)
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EP0804800A2 (de
EP0804800A3 (de
Inventor
Gerhard Scholz
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AEG Niederspannungstechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
AEG Niederspannungstechnik GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP0804800A3 publication Critical patent/EP0804800A3/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H73/00—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism
    • H01H73/22—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism having electrothermal release and no other automatic release
    • H01H73/34—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism having electrothermal release and no other automatic release reset action requiring replacement or reconditioning of a fusible or explosive part
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
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    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/50—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/501—Means for breaking welded contacts; Indicating contact welding or other malfunction of the circuit breaker
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0072—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00 particular to three-phase switches
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/32—Insulating body insertable between contacts

Definitions

  • All switching devices that protect people and / or things from dangerous effects of the to protect electrical current such as residual current circuit breakers, Miniature circuit breakers, main circuit breakers, motor circuit breakers, Circuit breakers and the like contain triggers that are fault currents or overloads or Detect short circuits and then switchgear if limit values are exceeded trigger. Thereupon the main current contacts of the switching devices open, so that normally no harmful electricity can flow.
  • a forced device is known Disconnect mains or main power lines, using a working memory that is a force provides along a path and that by means of a ratchet in an inactive Condition is maintained, with a shutter release with little effort triggerable and thus the RAM can be released so that it from the inactive in passes its active state, one driven by the working memory Disconnect device in the triggered state, the forced separation of the network or Main power lines.
  • the invention is based on the object in the event of failure of the Switching devices mentioned above, in particular for residual current circuit breakers, a Device for the forced and very quick disconnection of the associated network or Show main power lines, in order to endanger people and / or things to exclude.
  • the particular advantage of the device according to the invention is that it is direct in circuit breakers of the type mentioned at the beginning or as an additional device with these in series can be arranged.
  • circuit breakers with suitable conventional Current measuring systems in particular measured the fault, overload or short-circuit currents and these measured values are also used by the device.
  • Exceed the measured values a predetermined limit value and the respective circuit breaker does not switch within a certain time, the network or Main power lines separated. So basically the existing regular fails Protection function of the switchgear for different reasons, so the Device easily reliable and within a certain harmless Time the live lines. This forced separation of the lines is normal a unique and irreversible process, so that after that at least the circuit breaker or the switching device must be replaced and the device reactivated.
  • a spring accumulator is provided as the working memory interacts with a lever lock and a fuse wire as a trigger.
  • a compression spring 2 and above a piston 3 with a Tappet 3.1 arranged, which represent the essential parts of the spring accumulator.
  • This biased position of the compression spring 2 (as already shown in Fig. 1) is by means of a Lever 4 attacking and anchored to the housing 1 fuse wire 5 reliably held.
  • the device according to FIG. 2 is designed in a similar manner.
  • the mainspring is in the range of The knee levers 4 'which engage the spring eyelets and are arranged in the interior of the spring, as in FIG shows. So that the toggle lever 4 'its almost extended position and thus the spring tension can maintain, it is also locked by a fuse wire 5.
  • This is with One end preferably attached to the toggle joint and the other end to the Shell surface of the housing held and led out.
  • Another tension spring 6, whose direction of action and points of attack roughly correspond to the position of the fuse wire, supports the latter in his task.
  • the tension spring 6 is considerably weaker designed as the tension spring 2 '. Nevertheless, the tension spring 6 relieves the fuse wire 5 considerably, so that it can be made much thinner than in Embodiment according to Fig. 1. Its operation is analogous here also applicable, that is after the destruction of the fuse wire 5 by one Tripping current drives the tension spring 2 'the plunger 3.1 and this ultimately one Separator.
  • the device according to FIG. 3 is also designed with a toggle lever.
  • a toggle lever serves as Spring accumulator in turn a compression spring 2 against the toggle lever 4 'via the piston 3 the bottom of the housing 1 is clamped.
  • the almost stretched location of the as a ratchet attacking above the piston and supported on the top of the housing The toggle lever 4 'is again secured by the fuse wire 5, which is also here together with a tension spring 6 prevents the knee lever from buckling.
  • the This device also functions in the manner already described.
  • a device which, in contrast to the previous arrangements has a latch.
  • Compression spring 2 arranged as a working memory, which is tensioned by the piston 3.
  • the pestle 3.1 there is a recess into which a bolt 7 engages, which is located on the top supports the housing 1 and thus locks the plunger in the position shown. Also stops a fuse wire 5, the bolt 7 in engagement with the plunger recess, while one on Tension spring 7.1 engaging the bolt against the holding force of the fuse wire tried to unlock.
  • This device operates in the manner already described, that is, according to The spring 7.1 pulls through the melting wire 5 due to a tripping current the bolt out of the recess of the plunger 3.1.
  • the inactive position of the Working memory canceled and then under the action of the compression spring 2 the plunger 3.1 upwards and drives a separating device for forced separation of the power lines.
  • the device can be provided with a pressure accumulator as a working memory be as shown by way of example in FIGS. 5 and 6. Doing so will result in the accumulators Working medium - preferably air - kept compressed and at first by a locking mechanism prevented the expansion.
  • FIG. 6 The construction of the device according to FIG. 6, in which one chamber of the Housing 1 for receiving the compressed working medium 8 through a valve 9 is closed.
  • the valve is loaded by a compression spring 9.1 in the opening direction also held against this force by a fuse wire 5, so that the chamber remains tightly sealed with the compressed working medium.
  • a piston 3 with the plunger 3.1 is arranged in the valve chamber. After a Destruction of the fuse wire 5 by a trigger current opens the valve 9 under the Effect of the compression spring 9.1 and the working medium 8 can escape into the valve chamber. From there it flows under the bottom of the piston 3, which thus carries out the working stroke and again actuated a separating device with the plunger 3.1.
  • the device according to FIG. 7, in which the main memory is used, is significantly different in design is designed as a pyrotechnic gas generator and is automatic, that is without one actual locking mechanism, is in the inactive state.
  • This device is in the housing 1 a fuel 8 'arranged with a primer 8.1 and through a gas permeable Wall 1.1 of the housing included towards the piston 3. If a trigger current on the Given the primer, the fuel 8 'is activated and a gas volume is generated. This flows under the bottom of the piston 3 and drives it together with the plunger 3.1 upwards in order to include one of the separation devices described below actuate.
  • 8 to 15 separating devices of various types are shown. So be 8 contacts 10 and 11, which in the course of a network or Main power line 12 are connected in series, pressed together by spring force. In front the contacts a wedge-shaped insulating body 13 is arranged, which is part of the Plunger 3.1 can be one of the working memories already described. In the case of one over The isolating body 13 is triggered and main memory initiated forced separation immediately pressed between the contacts 10, 11 and opens them.
  • the network or main power line 12 in the course of the corresponding circuit breaker, not shown forcibly interrupted.
  • switching contacts 14, 15 are shown schematically by a circuit breaker are arranged in series with the line to be protected. Should these switch contacts in Triggered case, for example, be welded, so they are only here indicated plunger 3.1 of the working memory forced open. On In this way, the forced interruption of the mains or main power lines can be done directly in the switchgear.
  • FIG. 11 Another form of separation device is shown in FIG. 11. Here are in line with one Line L1 arranged a contact sleeve 16 and a contact pin 17 which interlock and connect the two line ends together.
  • the contact pin 17 also forms the Tappet tip 3.1.
  • the piston of the working memory is shown in the The direction of the arrow moves so far that it removes the contact pin 17 from the contact sleeve 16 has pushed out and the insulating part 3.1 'of the plunger is in the sleeve, so line L1 interrupted.
  • FIG. 12 Separators for several lines, which are similar in construction to FIG. 11, show schematically the Fig. 12 / 12a and Fig. 13.
  • Fig. 12 a In the separation device of FIG. 12 and its Side view Fig. 12 a are on an enlarged insulating part 3.1 'of the Tappet two pairs of contacts 17 'arranged at right angles, each on corresponding counter contacts 16 'of the lines L1 and L2 work on the circumference.
  • the plunger 3.1 By Moving the plunger 3.1, as indicated by an arrow in Fig. 12a, come opposing contact pairs in the insulating part 3.1 'and the peripheral Mating contacts out of engagement, so that the lines L1 and L2 are interrupted.
  • 14 and 15 are separators in which the lines are irreversibly interrupted.
  • 14 is a line schematically 12, which has a predetermined breaking point 12.1.
  • the predetermined breaking point is arranged that it comes to face the end of the plunger 3.1.
  • the plunger strikes 3.1 with its forehead formed as an insulating part, the line 12 at the predetermined breaking point and separates them forcibly.
  • the line 12 is uniform throughout Cross section on, whereas the tip of the plunger 3.1 knife-like is trained.
  • the plunger directed at right angles to the line also cuts through a line movement relevantly driven by the working memory with the line 12 the knife edge.
  • the available forces and ways of working memory With such an arrangement, of course, the cross-section and the required shear forces of the line 12 must be coordinated.
  • the separating devices of the exemplary embodiments according to FIGS. 8, 14 and 15 each show only the mechanical separation from a line. With simultaneous separation from A corresponding number of isolating devices must be provided for several lines and distribute the drives of the working memory to these separation points. Next to them are Maintaining memory and separators in a sensible way.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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  • Trip Switchboards (AREA)

Description

Alle Schaltgeräte, die Personen und/oder Sachen vor gefährlichen Einwirkungen des elektrischen Stromes schützen sollen, wie Fehlerstromschutzschalter, Leitungsschutzschalter, Hauptleitungsschutzschalter, Motorschutzschalter, Leistungsschalter und ähnlich enthalten Auslöser, die Fehlerströme bzw. Überlasten oder Kurzschlüsse detektieren und bei Überschreiten von Grenzwerten sodann die Schaltwerke auslösen. Daraufhin öffnen die Hauptstromkontakte der Schaltgeräte, so daß normalerweise kein schädlicher Strom mehr fließen kann.
Es kommt aber vor, daß solche Schaltgeräte im Ernstfall versagen, weil beispielsweise ihre Auslöser kleben, die Schaltwerke klemmen, die Kontakte verschweißt sind oder andere Defekte vorliegen. Die zu schützenden Personen und/oder Sachen sind in diesem Fall, insbesondere beim Versagen eines Fehlerstromschutzschalters, erheblich gefährdet.
Aus der DE-A 42 11 079 ist bereits ein elektrisches Sicherungselement, insbesondere Hochstromsicherungselement bekannt, bei dem ein in den zu sichernden Stromkreis geschalteter Stromleiter zerstört wird, wenn die Stromstärke einen Schwellenwert übersteigt. Hierbei wird die Stärke des den Stromleiter durchfließenden Stroms von einer Stromdetektionsvorrichtung ermittelt, die nach Überschreiten des Schwellenwertes den Stromleiter mittels einer Zündimpulserzeugungsvorrichtung und einer pyrotechnisch betriebenen Trennvorrichtung zerstört. Ziel dieser Anordnung ist es, den bei herkömmlichen Schmelzsicherungen üblichen dünnen Schmelzdraht durch einen dickeren Stromleiter zu ersetzen, um die Verlustleistung zu reduzieren. Bedingt hierdurch kann bei Erreichen des auf die zugehörige Nennstromstärke abgestimmten Schwellenwertes dieser Stromleiter sich durch Schmelzen nicht selbst zerstören, sondern er muß mechanisch durch eine Vorrichtung getrennt werden.
Aus dem Dokument US-A-2757259 ist eine Vorrichtung bekannt zum zwangsweisen Trennen von Netz- oder Hauptstromleitungen, mit einem Arbeitsspeicher, der eine Kraft längs eines Weges bereitstellt und der mittels eines Gesperres in einem inaktiven Zustand gehalten wird, wobei über einen Auslöser das Gesperre mit geringem Aufwand auslösbar und damit der Arbeitsspeicher freigebbar ist, so daß er aus dem inaktiven in seinen aktiven Zustand übergeht, wobei eine vom Arbeitsspeicher angetriebene Trenneinrichtung im ausgelösten Zustand die Zwangstrennung der Netzbeziehungsweise Hauptstromleitungen herbeiführt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, im Fall des Versagens der eingangs genannten Schaltgeräte, insbesondere für Fehlerstromschutzschalter, eine Vorrichtung zum zwangsweisen sowie sehr schnellen Trennen der zugehörigen Netz- oder Hauptstromleitungen aufzuzeigen, um damit eine Gefährdung von Mensch und/oder Sache auszuschließen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Vorrichtung weist im wesentlichen folgende Elemente auf:
  • a) einen Arbeitsspeicher, aus dem eine Kraft über einen Weg zur Verfügung gestellt werden kann. Solche Arbeitsspeicher können beispielsweise sein:
    • vorgespannte Federn, wie zylindrische Schraubenfedern, Spiral- oder Drehfedern.
    • Druckspeicher, in denen ein Arbeitsmedium komprimiert gehalten wird, welches bei Expansion mittels eines Kolbens eine Kraft über einen Weg zur Verfügung stellt.
    • Gasgeneratoren, wie sie bereits in Airbag- und Gurtstraffersystemen eingesetzt werden. Diese erzeugen ein Gasvolumen, das dann mittels eines Kolbens eine Kraft über einen Weg zur Verfügung stellt.
  • b) ein Gesperre, welches den Arbeitsspeicher mit geringem Kraftaufwand in seinem inaktiven Zustand hält. Solche Gesperre können sein:
    • Hebel, Kniehebel, Klinken- oder Riegelgesperre, sowie andere Mittel, die jeweils formschlüssig wirksam sind.
    • reibschlüssig wirkende Gesperre.
  • c) einen Auslöser, der das Gesperre löst und damit den Arbeitsspeicher freigibt. Auslöser können sein:
    • eine vorgespannte Feder, die durch einen dünnen Draht gehalten wird. Dieser Draht kann eventuell eine Sollbruchstelle aufweisen und wird solange gehalten, bis er durch einen Strom geschmolzen wird.
    • eine Einrichtung, die eine Bewegung eines Körpers aus elektrischen Kräften erzeugt. Dies kann ein Elektromagnet sein, aber auch die Coulombsche Kraft, der Kondensatoreffekt, der Johnsen-Rhabeck-Effekt oder auch der Versuch von Elihu Thomson können die Bewegung des Körpers erzeugen.
    • ein Strom, der einen Treibstoff aktiviert.
  • d) eine Trenneinrichtung, die vom Arbeitsspeicher angetrieben die Trennung der Leitungen übernimmt. Die Trennung der Netz- oder Hauptstromleitungen kann geschehen durch:
    • Öffnen von Kontakten
    • Zerschneiden von Leitungen
    • Zerstören von Leitungen.
    • Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß diese direkt in Schutzschaltern der eingangs genannten Art oder als Zusatzgerät mit diesen in Reihe angeordnet sein kann. Dabei werden in den Schutzschaltern mit geeigneten herkömmlichen Strommeßsystemen insbesondere die Fehler-, Überlast- oder Kurzschlußströme gemessen und diese Meßwerte jeweils auch von der Vorrichtung genutzt. Überschreiten die Meßwerte einen vorgegebenen Grenzwert und schaltet der jeweilige Schutzschalter nicht innerhalb einer bestimmten Zeit ab, so werden mit der Vorrichtung gemäß Erfindung die Netz- oder Hauptstromleitungen getrennt. Versagt also die dem Grunde nach vorhandene reguläre Schutzfunktion der Schaltgeräte aus unterschiedlichen Gründen, so unterbricht die Vorrichtung auf einfache Weise zuverlässig und innerhalb einer bestimmten ungefährlichen Zeit die stromführenden Leitungen. Diese Zwangstrennung der Leitungen ist im Normalfall ein einmaliger und irreversibler Vorgang, so daß danach zumindest der Schutzschalter oder das Schaltgerät ausgewechselt und die Vorrichtung neu aktiviert werden muß.
    Anhand der Zeichnung ist die Erfindung an verschiedenen Ausführungsbeispielen nachstehend näher erläutert.
    Fig. 1 bis 7
    zeigen die Vorrichtung lediglich schematisch, jeweils mit Arbeitsspeicher, Gesperre und Auslöser und das Zusammenwirken dieser Baugruppen, während in
    Fig. 8 bis 15
    von der Vorrichtung mögliche Formen der Trenneinrichtung ebenfalls nur schematisch dargestellt sind, wobei eine Kombination dieser Elemente mit den Baugruppen nach Fig. 1 bis 7 im Sinne der Erfindung beliebig realisiert werden kann.
    Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist als Arbeitsspeicher ein Federspeicher vorgesehen, der mit einem Hebelgesperre und einem Schmelzdraht als Auslöser zusammenwirkt. Dabei sind in einem topfförmigen Gehäuse 1 eine Druckfeder 2 und darüber ein Kolben 3 mit einem Stößel 3.1 angeordnet, die die wesentlichen Teile des Federspeichers darstellen. Mittels eines im Gehäuse 1 gelagerten Hebels 4, der an der Oberseite des Kolbens 3 angreift, läßt sich die Druckfeder 2 zusammendrücken, so daß diese unter Federspannung steht. Diese vorgespannte Lage der Druckfeder 2 (wie in Fig. 1 bereits gezeigt) wird mittels eines am Hebel 4 angreifenden und am Gehäuse 1 verankerten Schmelzdrahtes 5 zuverlässig gehalten. Aufgrund eines relativ kurzen Hebelarmes für den Angriffspunkt 4.1 des Hebels ergibt sich zudem ein günstiges Übersetzungsverhältnis, bezogen auf die Befestigungsstelle des Schmelzdrahtes, der damit entsprechend dünn ausgebildet sein kann.Trotz ausreichend großer Kräfte und Wege der Druckfeder 2 und entsprechender Verhältnisse am Kolben 3 beziehungsweise Stößel 3.1 kann solch ein dünner Schmelzdraht durch einen Strom in allerkürzester Zeit geschmolzen und damit die Arbeitsbewegung des Stößels 3.1 sehr schnell eingeleitet werden.
    Die Funktion der vorbeschriebenen Baugruppe der Vorrichtung ist folgendermaßen: Werden die vorgegebenen Grenzwerte von Fehlerstrom, Überlast- oder Kurzschlußstrom überschritten und der hier nicht gezeigte Schutzschalter hat innerhalb der geforderten Zeit nicht ausgelöst, so wird von den Meßeinrichtungen des Schutzschalters ein Auslösestrom auf den Schmelzdraht 5 geleitet, der diesen zum Schmelzen bringt. Sofort wird der Hebel 4 freigegeben und unter der Wirkung der gespannten Druckfeder 2 schnellt der Kolben 3 mit seinem Stößel 3.1 nach oben beziehungsweise vom Gehäuse 1 weg. Mit dieser Stößelbewegung werden dann über die noch näher zu beschreibenden Trenneinrichtungen gemäß Fig. 8 bis 15 Netz- oder Hauptstromleitungen des Schutzschalters zwangsweise getrennt.
    Auf ähnliche Weise ist auch die Vorrichtung nach Fig. 2 ausgebildet. Hier ist in dem topfförmigen Gehäuse 1 allerdings eine Zugfeder 2' als Federspeicher am Kolben 3 beziehungsweise am Gehäuse eingehängt. Die Zugfeder wird über einen im Bereich der Federösen angreifenden, im Federinneren angeordneten Kniehebel 4' gespannt, wie Fig. 2 zeigt. Damit der Kniehebel 4' seine nahezu gestreckte Lage und damit die Federspannung aufrecht erhalten kann, wird er ebenfalls durch einen Schmelzdraht 5 arretiert. Dieser ist mit einem Ende vorzugsweise am Kniehebelgelenk befestigt und mit dem anderen Ende an der Mantelfläche des Gehäuses gehalten und dort herausgeführt. Eine weitere Zugfeder 6, deren Wirkrichtung und Angriffspunkte etwa der Lage des Schmelzdrahtes entsprechen, unterstützt letzteren in seiner Aufgabe. Dabei ist die Zugfeder 6 erheblich schwächer ausgebildet als die Zugfeder 2'. Trotzdem entlastet die Zugfeder 6 den Schmelzdraht 5 erheblich, so daß dieser noch wesentlich dünner ausgebildet sein kann als im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Dessen Funktionsweise ist hier sinngemäß jedoch ebenfalls zutreffend, das heißt nach der Zerstörung des Schmelzdrahtes 5 durch einen Auslösestrom treibt die Zugfeder 2' den Stößel 3.1 und dieser letztlich eine Trenneinrichtung an.
    Mit einem Kniehebel ist auch die Vorrichtung nach Fig. 3 ausgebildet. Hier dient als Federspeicher wiederum eine Druckfeder 2, die vom Kniehebel 4' über den Kolben 3 gegen den Boden des Gehäuses 1 verspannt ist. Die nahezu gestreckte Lage des als Gesperre oberhalb des Kolbens angreifenden und an der Oberseite des Gehäuses abgestützten Kniehebels 4' wird abermals durch den Schmelzdraht 5 sichergestellt, der auch hier zusammen mit einer Zugfeder 6 das Einknicken des Kniehebels verhindert. Die Funktionsweise dieser Vorrichtung erfolgt gleichfalls auf die bereits beschriebene Art.
    In Fig. 4 ist eine Vorrichtung gezeigt, die im Unterschied zu den bisherigen Anordnungen ein Riegelgesperre aufweist. Im übrigen ist auch hier in einem topfförmigen Gehäuse 1 eine Druckfeder 2 als Arbeitsspeicher angeordnet, die vom Kolben 3 gespannt wird. Im Stößel 3.1 ist eine Ausnehmung vorhanden, in die ein Riegel 7 eingreift, der sich an der Oberseite des Gehäuses 1 abstützt und damit den Stößel in der gezeigten Lage sperrt. Ebenfalls hält ein Schmelzdraht 5 den Riegel 7 im Eingriff mit der Stößelausnehmung, während eine am Riegel angreifende Zugfeder 7.1 diesen entgegen der Haltekraft des Schmelzdrahtes zu entriegeln versucht.
    Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung erfolgt auf bereits beschriebene Art, das heißt nach Durchschmelzen des Schmelzdrahtes 5 aufgrund eines Auslösestroms zieht die Feder 7.1 den Riegel aus der Ausnehmung des Stößels 3.1 heraus. Damit ist die inaktive Lage des Arbeitsspeichers aufgehoben und unter der Wirkung der Druckfeder 2 schnellt daraufhin der Stößel 3.1 nach oben und treibt auch hier eine Trenneinrichtung zur Zwangstrennung der Netzleitungen an.
    Desweiteren kann die Vorrichtung mit einem Druckspeicher als Arbeitsspeicher versehen sein, wie beispielhaft die Fig. 5 und 6 zeigen. Dabei wird in den Druckspeichern ein Arbeitsmedium - bevorzugt Luft - komprimiert gehalten und durch ein Gesperre zunächst an der Expansion gehindert.
    Bei einer solchen Vorrichtung gemäß Fig. 5 ist im Gehäuse 1, welches druckfest ausgebildet ist, ein komprimiertes Arbeitsmedium 8 durch den Kolben 3 eingeschlossen. Dieser wird mittels eines Kniehebels 4' - ähnlich wie bei den Vorrichtungen nach Fig. 2 und Fig. 3 - gegen den Druck des Arbeitsmediums gesperrt, wobei ein Schmelzdraht 5 ebenso den Kniehebel am Einknicken hindert. Wird der Schmelzdraht zerstört, so gibt der Kniehebel den Kolben 3 frei und das komprimierte Arbeitsmedium 8 kann expandieren, so daß der Stößel 3.1 sich vom Gehäuse wegbewegt und die bereits erwähnte Trenneinrichtung betätigt.
    Im Aufbau etwas anders gestaltet ist die Vorrichtung nach Fig. 6 , bei der eine Kammer des Gehäuses 1 zur Aufnahme des komprimierten Arbeitsmediums 8 durch ein Ventil 9 verschlossen ist. Das von einer Druckfeder 9.1 in Öffnungsrichtung belastete Ventil wird entgegen dieser Kraft gleichfalls durch einen Schmelzdraht 5 gehalten, so daß die Kammer mit dem komprimierten Arbeitsmedium dicht verschlossen bleibt. Oberhalb des Ventilraumes ist wiederum ein Kolben 3 mit dem Stößel 3.1 angeordnet. Nach einer Zerstörung des Schmelzdrahtes 5 durch einen Auslösestrom öffnet das Ventil 9 unter der Wirkung der Druckfeder 9.1 und das Arbeitsmedium 8 kann in den Ventilraum entweichen. Von dort strömt es unter den Boden des Kolbens 3, der damit den Arbeitshub durchführt und mit dem Stößel 3.1 abermals eine Trenneinrichtung betätigt.
    Wesentlich anders in der Bauart ist die Vorrichtung nach Fig. 7, bei der der Arbeitsspeicher als pyrotechnischer Gasgenerator ausgebildet ist und sich selbsttätig, das heißt ohne ein eigentliches Gesperre, im inaktiven Zustand befindet. Bei dieser Vorrichtung ist im Gehäuse 1 ein Treibstoff 8' mit einer Zündkapsel 8.1 angeordnet und durch eine gasdurchlässige Wand 1.1 des Gehäuses zum Kolben 3 hin eingeschlossen. Wird ein Auslösestrom auf die Zündkapsel gegeben, so wird der Treibstoff 8' aktiviert und es entsteht ein Gasvolumen. Dieses strömt unter den Boden des Kolbens 3 und treibt diesen zusammen mit dem Stößel 3.1 nach oben, um auch hier eine der nachfolgend beschriebenen Trenneinrichtungen zu betätigen.
    In den Fig. 8 bis 15 sind Trenneinrichtungen der verschiedensten Art dargestellt. So werden bei der Trenneinrichtung nach Fig. 8 Kontakte 10 und 11, die im Zuge einer Netz- bzw. Hauptstromleitung 12 in Reihe geschaltet sind, durch Federkraft aneinandergedrückt. Vor den Kontakten ist ein keilförmiger Isolierkörper 13 angeordnet, der unmittelbar Teil des Stößels 3.1 eines der bereits beschriebenen Arbeitsspeicher sein kann. Im Fall einer über Auslöser und Arbeitsspeicher eingeleiteten Zwangstrennung wird der Isolierkörper 13 unverzüglich zwischen die Kontakte 10, 11 gepreßt und öffnet diese. Damit ist die Netz- bzw. Hauptstromleitung 12 im Zuge des entsprechenden nicht gezeigten Schutzschalters zwangsweise unterbrochen.
    In Fig. 9 sind zwei Trenneinrichtungen mittels Zusatzkontakten 10', 11' bzw. 10", 11" dargestellt, die im Zuge der Netz- oder Hauptstromleitung 12 angeordnet durch den Stößel 3.1 des Arbeitsspeichers geöffnet werden können.
    In Fig. 10 sind von einem Schutzschalter schematisch Schaltkontakte 14, 15 dargestellt, die in Reihe mit der zu schützenden Leitung angeordnet sind. Sollten diese Schaltkontakte im Auslösefall beispielsweise verschweißt sein, so werden sie durch den auch hier lediglich angedeuteten Stößel 3.1 des Arbeitsspeichers gezwungenermaßen aufgeschlagen. Auf diese Weise läßt sich die Zwangsunterbrechung der Netz- bzw. Hauptstromleitungen direkt im Schaltgerät durchführen.
    Eine weitere Form der Trenneinrichtung ist in Fig. 11 gezeigt. Hierbei sind in Reihe mit einer Leitung L1 eine Kontakthülse 16 und ein Kontaktstift 17 angeordnet, die ineinandergreifen und die beiden Leitungsenden miteinander verbinden. Der Kontaktstift 17 bildet zugleich die Spitze des Stößels 3.1. Wird der Kolben des Arbeitsspeichers in der eingezeichneten Pfeilrichtung so weit bewegt, daß er den Kontaktstift 17 aus der Kontakthülse 16 herausgeschoben hat und der Isolierteil 3.1' des Stößels sich in der Hülse befindet, so ist die Leitung L1 unterbrochen.
    Trenneinrichtungen für mehrere Leitungen, die im Aufbau ähnlich der Fig. 11 sind, zeigen schematisch die Fig. 12/12a bzw. Fig. 13. Bei der Trenneinrichtung nach Fig. 12 und deren Seitenansicht Fig. 12 a sind auf einem im Durchmesser vergrößerten Isolierteil 3.1' des Stößels zwei Kontaktpaare 17' rechtwinklig versetzt angeordnet, die jeweils auf entsprechende Gegenkontakte 16' der Leitungen L1 bzw. L2 umfangsseitig arbeiten. Durch Verschieben des Stößels 3.1, wie in Fig. 12a durch einen Pfeil, angedeutet, kommen die sich gegenüberliegenden Kontaktpaare im Isolierteil 3.1' und die umfangsseitigen Gegenkontakte außer Eingriff, so daß die Leitungen L1 bzw. L2 unterbrochen sind.
    Bei der Trenneinrichtung nach Fig. 13 sind um ein Isolierteil 3.1" des Stößels in axialer Richtung hintereinander versetzt drei Kontaktpaarungen für die Leitungen L1, L2, L3 angeordnet. Wird der Stößel 3.1 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles verschoben, so kommen die im Isolierteil angeordneten Kontaktstifte 17" außer Eingriff mit den beiderseits davon angeordneten Gegenkontakten 16". Dabei ist der Weg des Stößels und damit auch des Kolbens so zu beschränken, daß im unterbrochenen Zustand jeweils ein ausreichender Abstand bzw. Versatz zwischen den Kontaktstiften 17" im Isolierteil und den Gegenkontakten 16" der drei Leitungen verbleibt. Insofern handelt es sich bei den Abständen der drei Kontaktpaarungen nur um eine schematische Anordnung.
    Bei den Anordnungen nach Fig. 14 und 15 handelt es sich um Trenneinrichtungen, bei der die Leitungen irreversibel unterbrochen werden. So ist in Fig. 14 schematisch eine Leitung 12 gezeigt, die eine Sollbruchstelle 12.1 aufweist. Die Sollbruchstelle ist derart angeordnet, daß sie der Stirnseite des Stößels 3.1 gegenüber zu liegen kommt. Sobald der Kolben des Arbeitsspeichers in Richtung des eingezeichneten Pfeiles bewegt wird, schlägt der Stößel 3.1 mit seiner als Isolierteil ausgebildeten Stirn die Leitung 12 an der Sollbruchstelle auf und trennt diese zwangsweise.
    Bei der Anordnung nach Fig. 15 weist die Leitung 12 durchgehend einen gleichmäßigen Querschnitt auf, während demgegenüber die Spitze des Stößels 3.1 messerartig ausgebildet ist. Der rechtwinklig auf die Leitung gerichtete Stößel durchtrennt ebenfalls bei einer einschlägig vom Arbeitsspeicher angetriebenen Kolbenbewegung die Leitung 12 mit der Messerschneide. Die zur Verfügung stehenden Kräfte und Wege des Arbeitsspeichers müssen bei einer solchen Anordnung selbstverständlich auf den Querschnitt und die erforderlichen Scherkräfte der Leitung 12 abgestimmt sein.
    Die Trenneinrichtungen der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 8, 14 und 15 zeigen jeweils nur die mechanische Trennung von einer Leitung. Bei gleichzeitiger Trennung von mehreren Leitungen sind eine entsprechende Anzahl von Trenneinrichtungen vorzusehen und die Antriebe der Arbeitsspeicher auf diese Trennstellen zu verteilen. Daneben sind die Arbeitsspeicher und Trenneinrichtungen sinnvoll aufeinander abzustimmen.

    Claims (15)

    1. Schutzschaltgerät mit einer Vorrichtung zum zwangsweisen Trennen der Netz- oder Hauptstromleitungen (12, L1, L2), mit
      a) einem Arbeitsspeicher (2, 2', 8, 8'), der eine Kraft längs eines Weges bereitstellt und der mittels eines Gesperres (4, 4', 7) in einem inaktiven Zustand gehalten wird,
      b) wobei über einen Auslöser (5, 6, 7.1, 9.1) das Gesperre (4, 4', 7) mit geringem Aufwand auslösbar und damit der Arbeitsspeicher (2, 2', 8, 8') freigebbar ist, so dass er aus dem inaktiven in seinen aktiven Zustand übergeht, und
      c) wobei eine vom Arbeitsspeicher (2, 2', 8, 8') angetriebene Trenneinrichtung (3.1, 13) im ausgelösten Zustand die Zwangstrennung der Netz- beziehungsweise Hauptstromleitungen (12, L1, L2) herbeiführt, wobei
      d) die Vorrichtung zum zwangsweisen Trennen innerhalb des Schaltgerätes oder in einem in Reihe mit dem Schaltgerät angeordneten Zusatzgehäuse vorgesehen ist,
      e) der Auslöser von einem Auslösestrom des Schaltgerätes gesteuert wird, und
      f) der Vorrichtung zum zwangsweisen Trennen der Auslösestrom nur bei Versagen des Schutzschaltgerätes zugeführt wird.
    2. Schutzschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Arbeitsspeicher in Form von Federn (2, 2') oder Druckspeichern (8) oder Gasgeneratoren (8') als Antrieb für die Zwangstrennung der Leitungen (12, L1, L2 ) Verwendung finden.
    3. Schutzchaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gesperre in Form von Hebeln (4) oder Kniehebeln (4') beziehungsweise Klinken- oder Riegelgesperre (7) den Arbeitsspeicher (2, 2', 8, 8') bis zur Auslösung im inaktiven Zustand halten.
    4. Schutzschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser eine vorgespannte Feder (6, 7.1, 9.1) aufweist, die durch einen dünnen, gegebenenfalls mit einer Sollbruchstelle versehenen Draht (5) so lange gehalten ist, bis der Draht durch einen die Zwangstrennung einleitenden Strom geschmolzen wird.
    5. Schutzschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser im Prinzip als Elektromagnet oder als sonstiger aufgrund elektrischer Effekte bewegter Körper ausgebildet ist.
    6. Schutzschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trenneinrichtung die Zwangstrennung mittels Öffnen von Kontakten (10/11, 14/15, 16/17) oder Zerschneiden beziehungsweise Zerstören von Leitungen (12) herbeigeführt ist.
    7. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Arbeitsspeicher (2, 2', 8, 8') Trenneinrichtungen zur gleichzeitigen Zwangstrennung von einer oder mehreren Leitungen (L1, L2, L3), beispielsweise der Phasenleiter und der Nulleiter, angetrieben sind.
    8. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung für die Netz- oder Hauptstromleitungen (12, L1, L2) innerhalb des Schaltgerätes angeordnet ist.
    9. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung für die Netz- oder Hauptstromleitungen (12, L1, L2) in einem in Reihe mit dem Schaltgerät angeordneten Zusatzgehäuse befindlich ist.
    10. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung mit einem keilförmigen Isolierkörper (13) versehen ist, der zwischen jeweils zwei Kontakte (10, 11) der Netz- oder Hauptstromleitungen (12) einschiebbar ist (Fig. 8).
    11. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (3.1) ein Messer, vorzugsweise ein isoliertes Messer aufweist, mit welchem die Netz- oder Hauptstromleitungen (12) zerschneidbar sind (Fig.15).
    12. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem in der Trenneinrichtung angeordneten isolierten Stößel (3.1) eine Sollbruchstelle (12.1) in den Netz- oder Hauptstromleitungen (12) aufschlagbar ist (Fig. 14).
    13. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (3.1) einen in den Netz- der Hauptstromleitungen (L1, L2, L3) angeordneten, aus einer Kontakthülse (16) herausziehbaren Kontaktstift (17) aufweist (Fig. 11, 12, 13).
    14. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zwangstrennung der Netz- oder Hauptstromleitungen die vorhandenen Schaltkontakte (14, 15) des Schutzschalters mittels der Trenneinrichtung (3.1) aufschlagbar sind (Fig. 10).
    15. Schutzschaltgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (3.1) als Kontakt einer zweiten Kontaktstelle (10', 11' bzw. 10", 11") in den Netz- oder Hauptstromleitungen (12) ausgebildet ist (Fig. 9).
    EP96945875A 1995-11-16 1996-11-12 Schutzschaltgerät mit einer vorrichtung zum zwangsweisen trennen von netzleitungen bei schutzschaltgeräten Expired - Lifetime EP0804800B1 (de)

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