EP1267376A1 - Self actuated power switch - Google Patents
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- EP1267376A1 EP1267376A1 EP01810534A EP01810534A EP1267376A1 EP 1267376 A1 EP1267376 A1 EP 1267376A1 EP 01810534 A EP01810534 A EP 01810534A EP 01810534 A EP01810534 A EP 01810534A EP 1267376 A1 EP1267376 A1 EP 1267376A1
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
- H01H85/02—Details
- H01H85/38—Means for extinguishing or suppressing arc
- H01H85/42—Means for extinguishing or suppressing arc using an arc-extinguishing gas
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
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- H01H85/43—Means for exhausting or absorbing gases liberated by fusing arc, or for ventilating excess pressure generated by heating
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- H—ELECTRICITY
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- H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
- H01H85/02—Details
- H01H85/47—Means for cooling
Definitions
- the invention relates to a power switching device according to the Preamble of claim 1, which in particular for Switching fault currents is suitable.
- the invention is based on the object of a power switching device to create that also high fault currents can switch, but in comparison to conventional Circuit breakers are of simpler construction.
- a fault current of a certain size When a fault current of a certain size occurs brought the melt contact element to melt. Between the spaced-apart contact pieces is now a Arc ignited, causing movement of the contact pieces in their off position causes. For an additional one mechanical drive for separating the contact pieces can therefore to be dispensed with.
- a supplier for the for blowing the Arc required gas serves a gas source, preferably a gas generator arranged in the area of the switching pieces, from the outside by means of an ignition signal or by Effect of the heat generated by the arc activated becomes.
- Power switching device 1 has a housing 2 from a electrically insulating material in which two to one Switching contact arrangement belonging, electrically conductive Switch pieces 3.4 are housed. On every contact 3,4, a flexible electrical conductor 5,6 is connected, the by an end wall 7 or 8 of the Housing 2 is passed. Each contact piece is 3.4 guided in a sliding bearing 9 or 10 made of metal, that define itself in the direction of a switching axis 11 Longitudinal axis of the housing 2 extends.
- the plain bearings 9,10 are in a bearing part 12 made of an electrically insulating Material stored by one on the inner wall of the housing 2 adjacent bracket 13, which is also made an electrically insulating material is surrounded.
- melt contact element 14 mechanically and electrically with one another connected.
- the melt contact element 14 consists of an electrically conductive material whose melting point however, is deeper than that of the material of the contact pieces 3.4.
- the melt contact element 14 can, for example consist of an alloy made of the same materials (e.g. Ag, Cu, Al) like the contact pieces 3, 4 and additional ones Components that lower the melting point of the alloy, is composed. But it is also possible to use the fusible contact element 14 to produce from a sintered material from a conductor material, e.g. B. Ag that with another, the melting point lowering material, e.g. B. In, endowed is exists.
- a gas generator 15 serving as a gas source is arranged, the opposite the fuse contact element 14 in the radial direction and is directed towards an extinguishing chamber 16 in which is also the ends of the contact pieces 3, 4 and this connecting melt contact element 14 are.
- the arcing chamber 16 opens via an outlet opening 17 in the housing 2, which is diametrically opposite the gas generator 15, into one external exhaust space, not shown, which preferably as a closed exhaust volume is trained to rule out the risk to persons.
- a cooling element 18 used to cool the escaping gases.
- the gas generator 15 is constructed such that it is at its Activation produces a gas that contains as much nitrogen as possible, but contains little toxic combustion products.
- the gas generator 15 has, for example a gas generating material consisting of a Fuel and an oxidizer.
- the fuel can predominantly organic nitrogen compounds, in particular Guanidine or guanidine derivatives, possibly also contain an additive such as Mg, Al, Zr, Hf or Th.
- the Oxidator consists essentially of, for example Nitrates, chlorates, perchlorates or permanganates. To do that ignite gas generating material, d. H. the gas generator 11 to activate is preferably a conventional one, for a suitable ignition capsule used external ignition also has a fuel and an oxidizer.
- the Fuel mostly contains organic nitrogen compounds, in particular guanidine or guanidine derivatives, for example, while the oxidizer essentially consists of Nitrates, chlorates, perchlorates or permanganates exist. It is advantageous to use an ignition material that ignites safely at a given temperature.
- a so-called cold gas generator can also be used, which is a gas with a temperature of less than 100 ° C generated.
- An example of a suitable cold gas generator is can be found in RU-C-2 108 282.
- the operation of the power switching device 1 is like follows:
- the ignition of the gas generator 15 can instead of as described through the heat radiation of the arc also with the help an ignition signal from an external ignition circuit is generated, triggered. Such an embodiment will be described with reference to Fig. 5a.
- FIG. 2 shows a possible embodiment of one of Metal existing cooling element 18 shown as already described in an outlet opening 17 in the housing 2 is used and the gas generator 15 diametrically opposite lies.
- This cooling element 18 has several at a distance perforated disks 19 arranged from each other. there are holes 20 in adjacent disks 19 laterally offset from one another that the cooling element 18 gas flow passing through it is deflected several times and the gas is effectively cooled.
- Through the special training of the cooling element 18 is furthermore that of the gas flow arcs driven to the cooling element 18, where the base points of the resulting partial arcs be actively cooled.
- Gaps 21 are provided.
- the subdivision achieved thereby the slide bearing 9,10 in several spaced apart Sections prevent the contact pieces from jamming 3.4 during their shifting movement and leads to a division of the arc into several partial arcs.
- the latter burn with their base points on the surface the metallic plain bearing sections.
- the one there Burning down leads to a cooling of these base points.
- the mentioned subdivision of the arc and the cooling The arc base points contribute significantly to a desired one Increase in bow tension at.
- the gaps 21 between the sections of the slide bearings 9, 10 can be empty, as shown in FIG. 1 a, or filled with moldings from a cooling medium.
- Suitable cooling media are e.g. B. rock powders such as SiO 2 , Al (OH) 3 , Al 2 O 3 and TiO 2 and nitrogen-donating materials, for. B. guanidines and guanidine derivatives.
- the trigger element 22 is preferably designed so that at its Activation by means of an ignition signal an exothermic Reaction is triggered.
- the trigger element 22 consists essentially from a combustion material that contains a fuel and a Contains oxidizer, which when an ignition temperature is reached react with each other.
- the large amount of heat released in the process has a melting of the melt contact element 14 for Episode.
- guanidines and Guanidine derivatives while as an oxidizer preferably oxygen-rich Compounds, especially nitrates, chlorates, Perchlorates and permanganates are used.
- oxygen-rich Compounds especially nitrates, chlorates, Perchlorates and permanganates are used.
- the fuel or Oxidator substances are mixed that together with each other enter into a thermitic reaction, e.g. B. metals and metal oxides.
- an ignition element 23 which is connected to an ignition circuit is connected, which is an ignition signal for triggering of the ignition element 23 is generated, as is the case with the Embodiment according to FIG. 5a will be described.
- FIGS. 5a and 5b of a power switching device 1 according to the invention that differs from the first embodiment according to FIGS. 1a, 1b primarily by a different arrangement of the Gas generator differs.
- each gas generator 15, 15a has one passage extending in the direction of the switching axis 11 24 or 25, through which one of the electrical conductors 5 or 6 extends through and in which the assigned Switch 3 or 4 when it is moved to the off position runs.
- the gas generators 15, 15a have also a gas-generating material that consists of a Fuel and an oxidizer.
- an ignition trigger 26 made of a suitable ignition material embedded, which via a connecting line 27 with an output of an ignition circuit shown only schematically 28 is connected. The ignition circuit is on the input side 28 to one in Fig.
- channels 31 are provided in the bearing part, which extend in the direction of the switching axis 11 and connect the quenching chamber 16 to cavities 32 and 32a , which are provided adjacent to the gas generators 15 and 15a in the housing 2.
- An insert 34 containing an extinguishing agent 33 is arranged in the extinguishing chamber 16 in the region of the outlets of the channels 31.
- the extinguishing agent 33 is accommodated in a chamber 35, into which the channels 31 open and which is closed off towards the melt contact element 15 by a film 36.
- the film 36 should be impermeable to water vapor and can consist, for example, of metal or a polymer plastic.
- a very fine-grained oxide powder is preferably used as the extinguishing agent 33. Materials particularly suitable for this are SiO 2 , Al (OH) 3 , Al 2 O 3 and TiO 2 .
- the powder particles of the Extinguishing agent 33 are finely distributed in the arc blown and melted, giving the arc energy is withdrawn. This cools the arc.
- blowing the arc additionally the effect described with reference to FIG. 1a achieved.
- the power switching device 1 5a, 5b is dispensed with by means of external ignition signals to activate the gas generators 15, 15a and to bring the melt contact element 15 to melt.
- the melt contact element 14 through the flowing Residual current heated to the melting temperature and so to Brought melting.
- Igniting burns the ignition element through the film 36 through which the extinguishing agent 33 of the insert 34 is released becomes.
- the ignition element then ignites the Gas generator 15.15a.
- This variant can also be used without the one Extinguishing agent 33 containing insert 34 can be realized.
- the gas needed to blow the arc can also from gas sources other than the gas generators described 15, 15a are supplied, e.g. B. of compressed gas cylinders, which is activated when the melt contact element 14 melts become.
- the power switching devices according to the invention come as described 1 without an additional mechanical Switch drive off, which has a cost-saving effect. Though can switch the power switching devices 1 only once. With a suitable modular structure, however, can be achieved that a large part of the components used can be used again.
- the inventive Power switching devices 1 are particularly suitable for using to be connected in series with a load switch. rated currents are switched by the load switch while the power switching device 1 takes over the switching of fault currents.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Leistungsschaltgerät gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1, das sich insbesondere zum Schalten von Fehlerströmen eignet.The invention relates to a power switching device according to the Preamble of claim 1, which in particular for Switching fault currents is suitable.
Bei bekannten Leistungsschaltern werden zur Unterbrechung eines Stromes die Schaltstücke der Schaltkontaktanordnung mit Hilfe eines mechanischen Antriebes von ihrer Einschaltstellung in die Ausschaltstellung bewegt. Der beim Trennen der Schaltstücke zwischen diesen brennende Lichtbogen wird durch ein Gas aus einem Druckvolumen beblasen und beim nächsten Nulldurchgang des Stromes gelöscht. Der Druck im Druckvolumen wird durch einen Kolben erzeugt, der ebenfalls vom Antrieb für die Schaltstücke angetrieben wird (siehe z. B. DE-A-198 16 505). Dadurch erfährt der aus vielen Bauteilen bestehende Schalterantrieb eine zusätzliche Beanspruchung und muss dementsprechend dimensioniert werden. Dies bedeutet, dass sich die Herstellungskosten für den Antrieb spürbar auf die Gesamtkosten auswirken.Known circuit breakers are used as an interruption a current, the switching pieces of the switch contact arrangement with the help of a mechanical drive from its on position moved to the off position. The one when separating the switching pieces between these are burning arcs blow through a gas from a pressure volume and at next zero crossing of the current deleted. The pressure in Pressure volume is generated by a piston, which is also is driven by the drive for the contact pieces (see e.g. B. DE-A-198 16 505). As a result, he learns from many components existing switch drive an additional load and must be dimensioned accordingly. This means that the manufacturing costs for the Drive has a noticeable impact on total costs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Leistungsschaltgerät zu schaffen, das ebenfalls hohe Fehlerströme zu schalten vermag, jedoch im Vergleich zu herkömmlichen Leistungsschaltern von einfacherer Bauweise ist. The invention is based on the object of a power switching device to create that also high fault currents can switch, but in comparison to conventional Circuit breakers are of simpler construction.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein die Merkmale des Anspruches 1 aufweisendes Leistungsschaltgerät gelöst.According to the invention, this object is achieved by means of the features of claim 1 having power switching device solved.
Beim Auftreten eines Fehlerstromes bestimmter Grösse wird das Schmelzkontaktelement zum Schmelzen gebracht. Zwischen den voneinander beabstandeten Schaltstücken wird nun ein Lichtbogen gezündet, der eine Bewegung der Schaltstücke in ihre Ausschaltstellung bewirkt. Auf einen zusätzlichen mechanischen Antrieb zum Trennen der Schaltstücke kann daher verzichtet werden. Als Lieferant für das zur Beblasung des Lichtbogens benötigte Gas dient eine Gasquelle, vorzugsweise ein im Bereich der Schaltstücke angeordneter Gaserzeuger, der von aussen her mittels eines Zündsignals oder durch Einwirkung der vom Lichtbogen erzeugten Wärme aktiviert wird.When a fault current of a certain size occurs brought the melt contact element to melt. Between the spaced-apart contact pieces is now a Arc ignited, causing movement of the contact pieces in their off position causes. For an additional one mechanical drive for separating the contact pieces can therefore to be dispensed with. As a supplier for the for blowing the Arc required gas serves a gas source, preferably a gas generator arranged in the area of the switching pieces, from the outside by means of an ignition signal or by Effect of the heat generated by the arc activated becomes.
Bevorzugte Weiterausgestaltungen des erfindungsgemässen Leistungsschaltgerätes bilden Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred further developments of the invention Power switching device form the subject of the dependent Expectations.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen rein schematisch
- Fig. 1a
- einen axialen Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Leistungsschaltgerät gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 1b
- einen Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 1a,
- Fig. 2
- einen axialen Längsschnitt durch einen Bereich des Schaltergehäuses mit einem Kühlelement,
- Fig. 3a
- in einem vergrösserten axialen Längsschnitt den Bereich eines Schmelzkontaktelementes mit einer ersten Ausführungsform eines Auslöseelementes zum Auslösen des Schmelzvorganges,
- Fig. 3b
- einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 3a,
- Fig. 4a
- in einem vergrösserten axialen Längsschnitt den Bereich eines Schmelzkontaktelementes mit einer zweiten Ausführungsform eines Auslöseelementes zum Auslösen des Schmelzvorganges,
- Fig. 4b
- einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 4a,
- Fig. 5a
- einen axialen Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Leistungsschaltgerät gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- Fig.5b
- einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 5a.
- Fig. 1a
- 3 shows an axial longitudinal section through a power switching device according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment,
- Fig. 1b
- a section along the line II in Fig. 1a,
- Fig. 2
- an axial longitudinal section through a region of the switch housing with a cooling element,
- Fig. 3a
- in an enlarged axial longitudinal section the area of a fuse contact element with a first embodiment of a trigger element for triggering the melting process,
- Fig. 3b
- a section along the line III-III in Fig. 3a,
- Fig. 4a
- in an enlarged axial longitudinal section the area of a fuse contact element with a second embodiment of a trigger element for triggering the melting process,
- Fig. 4b
- a section along the line IV-IV in Fig. 4a,
- Fig. 5a
- an axial longitudinal section through a power switching device according to the invention according to a second embodiment, and
- 5 b
- a section along the line VV in Fig. 5a.
Das in den Fig. 1a und 1b rein schematisch dargestellte
Leistungsschaltgerät 1 weist ein Gehäuse 2 aus einem
elektrisch isolierenden Material auf, in dem zwei zu einer
Schaltkontaktanordnung gehörende, elektrisch leitende
Schaltstücke 3,4 untergebracht sind. An jedes Schaltstück
3,4 ist ein flexibler elektrischer Leiter 5,6 angeschlossen,
der durch eine stirnseitige Abschlusswand 7 bzw. 8 des
Gehäuses 2 hindurch geführt ist. Jedes Schaltstück 3,4 ist
in einem Gleitlager 9 bzw. 10 aus Metall verschiebbar geführt,
das sich in Richtung der eine Schaltachse 11 festlegenden
Längsachse des Gehäuse 2 erstreckt. Die Gleitlager
9,10 sind in einem Lagerteil 12 aus einem elektrisch isolierenden
Material gelagert, der von einer an der Innenwand
des Gehäuses 2 anliegenden Halterung 13, die ebenfalls aus
einem elektrisch isolierenden Material besteht, umgeben ist.The purely schematically shown in Figs. 1a and 1b
Power switching device 1 has a
In ihrer in der Fig. 1a gezeigten Einschaltstellung sind die
Schaltstücke 3,4 durch einen Zwischenraum voneinander getrennt
und über ein diesen Zwischenraum überbrückendes
Schmelzkontaktelement 14 mechanisch und elektrisch miteinander
verbunden. Das Schmelzkontaktelement 14 besteht aus
einem elektrisch leitenden Material, dessen Schmelzpunkt
jedoch tiefer ist als derjenige des Materials der Schaltstücke
3,4. Das Schmelzkontaktelement 14 kann beispielsweise
aus einer Legierung bestehen, die aus denselben Materialien
(z. B. Ag, Cu, Al) wie die Schaltstücke 3,4 und zusätzlichen
Bestandteilen, die den Schmelzpunkt der Legierung senken,
zusammengesetzt ist. Es ist aber auch möglich, das Schmelzkontaktelement
14 aus einem Sintermaterial herzustellen, das
aus einem Leitermaterial, z. B. Ag, das mit einem andern,
den Schmelzpunkt herabsetzenden Werkstoff, z. B. In, dotiert
ist, besteht.In their switch-on position shown in
In einer Ausnehmung im Gehäuse 2 und der Halterung 13 ist
ein als Gasquelle dienender Gaserzeuger 15 angeordnet, der
dem Schmelzkontaktelement 14 in radialer Richtung gegenüberliegt
und zu einer Löschkammer 16 hin gerichtet ist, in
der sich auch die Enden der Schaltstücke 3,4 und das diese
verbindende Schmelzkontaktelement 14 befinden. Die Löschkammer
16 öffnet sich über eine Auslassöffnung 17 im Gehäuse
2, die dem Gaserzeuger 15 diametral gegenüberliegt, in einen
aussenliegenden, nicht näher dargestellten Auspuffraum,
welcher vorzugsweise als geschlossenes Auspuffvolumen
ausgebildet ist, um die Gefährdung von Personen auszuschliessen.
In diese Auslassöffnung 17 ist ein Kühlelement
18 zum Kühlen der austretenden Gase eingesetzt. In a recess in the
Der Gaserzeuger 15 ist derart aufgebaut, dass er bei seiner
Aktivierung ein Gas erzeugt, das möglichst viel Stickstoff,
jedoch wenig toxische Verbrennungsprodukte enthält. Bei
einer Ausführungsform weist der Gaserzeuger 15 beispielsweise
ein gaserzeugendes Material bestehend aus einem
Brennstoff und einem Oxidator auf. Dabei kann der Brennstoff
überwiegend organische Stickstoffverbindungen, insbesondere
Guanidin oder Guanidinderivate, unter Umständen auch noch
einen Zusatzstoff wie Mg, Al, Zr, Hf oder Th enthalten. Der
Oxidator besteht beispielsweise im wesentlichen aus
Nitraten, Chloraten, Perchloraten oder Permanganaten. Um das
gaserzeugende Material zu zünden, d. h. den Gaserzeuger 11
zu aktivieren, wird vorzugsweise eine herkömmliche, für eine
externe Zündung geeignete Zündkapsel eingesetzt, die
ebenfalls einen Brennstoff und einen Oxidator aufweist. Der
Brennstoff enthält überwiegend organische Stickstoffverbindungen,
insbesondere Guanidin oder Guanidinderivate,
während der Oxidator beispielsweise im wesentlichen aus
Nitraten, Chloraten, Perchloraten oder Permanganaten besteht.
Es ist von Vorteil, ein Zündmaterial zu verwenden,
das bei einer vorgegebenen Temperatur sicher zündet.The
Anstelle eines Gaserzeugers der vorstehend beschriebenen Art kann auch ein sogenannter Kaltgasgenerator verwendet werden, der ein Gas mit einer Temperatur von weniger als 100° C erzeugt. Ein Beispiel eines geeigneten Kaltgasgenerators ist in der RU-C-2 108 282 zu finden.Instead of a gas generator of the type described above a so-called cold gas generator can also be used, which is a gas with a temperature of less than 100 ° C generated. An example of a suitable cold gas generator is can be found in RU-C-2 108 282.
Die Wirkungsweise des Leistungsschaltgerätes 1 ist wie folgt:The operation of the power switching device 1 is like follows:
Erreicht im Falle eines Fehlers der über die Schaltstücke
3,4 und das Schmelzkontaktelement 14 fliessende Strom einen
Wert, der gleich oder grösser ist als der Fehlerstrom, für
den das Schmelzkontaktelement 14 ausgelegt ist, so erwärmt
sich das Material des Schmelzkontaktelementes 14 auf seine
Schmelztemperatur und das Schmelzkontaktelement 14 schmilzt.
Zwischen den Schaltstücken 3,4 wird ein Lichtbogen gezündet,
der einen Druckaufbau in der Löschkammer 16 zur Folge hat.
Dabei liefert der Pinchdruck des Lichtbogens einen
wesentlichen Beitrag zum Aufbau dieses Druckes, der die
beiden Schaltstücke 3,4 auseinander treibt. Letztere werden
durch die Gleitlager 9,10 geführt längs der Schaltachse 11
in ihre Ausschaltstellung zurück bewegt. Diese Bewegung der
Schaltstücke 3,4 wird durch die als Prallelemente
ausgebildeten Abschlusswände 7,8 begrenzt.Reached in the event of a fault via the
Durch die vom Lichtbogen abgestrahlte Wärme wird das
Zündmaterial des Gaserzeugers 15 auf seine Zündtemperatur
erwärmt und gezündet, was zu einer Zündung des gaserzeugenden
Materials führt. Durch das dabei entstehende Löschgas
wird der Lichtbogen intensiv beblasen, was zu einer derartigen
Erhöhung der Bogenspannung beiträgt, dass der
Fehlerstrom beim nächsten Nulldurchgang gelöscht wird. Es
ist von Vorteil, wenn das aus dem Gasgenerator 15
ausströmende Gas mittels einer nicht gezeigten Düse so
geführt wird, dass die Lichtbogensäule als Folge der
Beblasung stark verlängert wird. Mit einer solchen Massnahme
kann der Löschvorgang wirksam unterstützt werden. Die sich
in der Löschkammer 16 bildenden heissen Gase treten durch
die Auslassöffnung 17 in das erwähnte geschlossene
Auspuffvolumen aus.Because of the heat radiated by the arc
Ignition material of the
Die Zündung des Gaserzeugers 15 kann statt wie beschrieben
durch die Wärmestrahlung des Lichtbogens auch mit Hilfe
eines Zündsignals, das von einer externen Zündschaltung
erzeugt wird, ausgelöst werden. Eine solche Ausführungsform
wird anhand der Fig. 5a beschrieben werden.The ignition of the
In der Fig. 2 ist eine mögliche Ausführungsform eines aus
Metall bestehenden Kühlelementes 18 dargestellt, das wie
bereits beschrieben in eine Auslassöffnung 17 im Gehäuse 2
eingesetzt ist und dem Gaserzeuger 15 diametral gegenüber
liegt. Dieses Kühlelement 18 weist mehrere in einem Abstand
voneinander angeordnete, gelochte Scheiben 19 auf. Dabei
sind Löcher 20 in benachbarten Scheiben 19 seitlich so
gegeneinander versetzt, dass die durch das Kühlelement 18
hindurchtretende Gasströmung mehrfach umgelenkt und das Gas
dabei wirksam gekühlt wird. Durch die besondere Ausbildung
des Kühlelementes 18 wird im weiteren der durch die Gasströmung
zum Kühlelement 18 getriebene Lichtbogen unterteilt,
wobei die Fusspunkte der entstehenden Teillichtbögen
aktiv gekühlt werden.2 shows a possible embodiment of one of
Metal existing
In den Gleitlagern 9,10 sind in bestimmten Abständen
Zwischenräume 21 vorgesehen. Die dadurch erzielte Unterteilung
der Gleitlager 9,10 in mehrere voneinander beabstandete
Abschnitte verhindert ein Verklemmen der Schaltstücke
3,4 während ihrer Verschiebebewegung und führt zu
einer Unterteilung des Lichtbogens in mehrere Teillichtbögen.
Letztere brennen mit ihren Fusspunkten an der Oberfläche
der metallischen Gleitlagerabschnitte. Der dabei
erfolgende Abbrand führt zu einer Kühlung dieser Fusspunkte.
Die erwähnte Unterteilung des Lichtbogens und die Kühlung
der Lichtbogenfusspunkte tragen wesentlich zu einer erwünschten
Erhöhung der Bogenspannung bei.In the
Die Zwischenräume 21 zwischen den Abschnitten der Gleitlager
9,10 können wie in der Fig. 1a gezeigt leer sein oder mit
Formkörpern aus einem Kühlmedium gefüllt werden. Geeignete
Kühlmedien sind z. B. Gesteinsmehle wie SiO2, Al(OH)3, Al2O3
und TiO2 sowie Stickstoff abgebende Materialien, z. B.
Guanidine und Guanidinderivate.The
In den Fig. 3a,3b und 4a,4b sind Ausführungsformen gezeigt,
bei denen das Schmelzkontaktelement 14 mit Hilfe eines Auslöseelementes
22 zum Schmelzen gebracht wird. Das Auslöseelement
22 wird vorzugsweise so ausgebildet, dass bei seiner
Aktivierung mittels eines Zündsignales eine exotherme
Reaktion auslöst wird.3a, 3b and 4a, 4b, embodiments are shown,
in which the
Bei der in den Fig. 3a und 3b dargestellten Variante umgibt
das Auslöseelement 22 das Schmelzkontaktelement 14, während
beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 4a und 4b das Auslöseelement
22 im Inneren des Schmelzkontaktelementes 14
angeordnet ist.Surrounds in the variant shown in FIGS. 3a and 3b
the
Vorzugsweise besteht das Auslöseelement 22 im wesentlichen
aus einem Abbrandmaterial, das einen Brennstoff und einen
Oxidator enthält, welche bei Erreichen einer Zündtemperatur
miteinander reagieren. Die dabei freigesetzte grosse Wärmemenge
hat ein Schmelzen des Schmelzkontaktelementes 14 zur
Folge.Preferably, the
Als Brennstoff eignen sich beispielsweise Guanidine und Guanidinderivate, während als Oxidator vorzugsweise sauerstoffreiche Verbindungen, vor allem Nitrate, Chlorate, Perchlorate und Permanganate Verwendung finden. Zur Erhöhung der thermischen Ausbeute können dem Brennstoff bzw. dem Oxidator Stoffe beigemischt werden, die miteinander eine thermitische Reaktion eingehen, z. B. Metalle und Metalloxide.For example, guanidines and Guanidine derivatives, while as an oxidizer preferably oxygen-rich Compounds, especially nitrates, chlorates, Perchlorates and permanganates are used. To increase the thermal yield can the fuel or Oxidator substances are mixed that together with each other enter into a thermitic reaction, e.g. B. metals and metal oxides.
Um die Abbrandmasse auf ihre Zündtemperatur zu bringen ist
in diese ein Zündelement 23 eingebettet, das an eine Zündschaltung
angeschlossen ist, welche ein Zündsignal zur Auslösung
des Zündelementes 23 erzeugt, wie das anhand der
Ausführungsform gemäss der Fig. 5a beschrieben werden wird.To bring the burn-up mass to its ignition temperature
embedded in this an
In den Fig. 5a und 5b ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Leistungsschaltgerätes 1 gezeigt, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1a,1b in erster Linie durch eine andere Anordnung des Gaserzeugers unterscheidet. Another embodiment is shown in FIGS. 5a and 5b of a power switching device 1 according to the invention, that differs from the first embodiment according to FIGS. 1a, 1b primarily by a different arrangement of the Gas generator differs.
Wie die Fig. 5a zeigt sind im Gehäuse 2 zwei Gaserzeuger 15
und 15a untergebracht, die sich in Richtung der Schaltachse
11 gegenüber liegen. Jeder Gaserzeuger 15,15a weist einen
sich in Richtung der Schaltachse 11 erstreckenden Durchlass
24 bzw. 25 auf, durch den sich einer der elektrischen Leiter
5 bzw. 6 hindurch erstreckt und in dem das zugeordnete
Schaltstück 3 bzw. 4 bei seiner Verschiebung in die Ausschaltstellung
verläuft. Die Gaserzeuger 15,15a weisen
ebenfalls ein gaserzeugendes Material auf, das aus einem
Brennstoff und einem Oxidator besteht. In das gaserzeugende
Material ist ein Zündauslöser 26 aus einem geeigneten Zündmaterial
eingebettet, der über eine Verbindungsleitung 27
mit einem Ausgang einer nur schematisch dargestellten Zündschaltung
28 verbunden ist. Eingangsseitig ist die Zündschaltung
28 an einen in der Fig. 5a nur schematisch
angedeuteten Stromwandler 29 angeschlossen, der zur Messung
des durch die Schaltstücke 3,4 und das Schmelzkontaktelement
14 fliessenden Stromes dient. Ein zweiter Ausgang der Zündschaltung
28 ist über eine Verbindungsleitung 30 mit dem
Zündelement 23 des Auslöseelementes 22 verbunden, das wie
anhand der Fig. 3a,3b und 4a,4b beschrieben dazu dient, ein
Schmelzen des Schmelzkontaktelementes 14 auszulösen.5a shows two
Um das von den Gaserzeugern 15,15a erzeugte Gas in den
Bereich des Lichtbogens, d. h. zur Löschkammer 16, zu
bringen sind im Lagerteil 12 Kanäle 31 vorgesehen, die sich
in Richtung der Schaltachse 11 erstrecken und die Löschkammer
16 mit Hohlräumen 32 bzw. 32a verbinden, die benachbart
zu den Gaserzeugern 15 bzw. 15a im Gehäuse 2 vorgesehen
sind. Im Bereich der Auslässe der Kanäle 31 ist in die
Löschkammer 16 ein ein Löschmittel 33 enthaltender Einsatz
34 angeordnet. Das Löschmittel 33 ist in einer Kammer 35
untergebracht, in die die Kanäle 31 münden und die zum
Schmelzkontaktelement 15 hin durch eine Folie 36 abgeschlossen
ist. Die Folie 36 sollte für Wasserdampf
undurchlässig sein und kann beispielsweise aus Metall oder
einem Polymerkunstststoff bestehen. Als Löschmittel 33 wird
vorzugsweise ein sehr feinkörniges Oxidpulver verwendet.
Dafür besonders geeignete Materialien sind SiO2, Al(OH)3,
Al2O3 und TiO2.In order to bring the gas generated by the
Die Funktionsweise des Leistungsschaltgerätes 1 gemäss den Fig. 5a,5b ist weitgehend identisch mit derjenigen der anhand der Fig.1a, 3a und 4a beschriebenen Ausführungsformen und ist zusammengefasst wie folgt:The operation of the power switching device 1 according to the 5a, 5b is largely identical to that of 1a, 3a and 4a described embodiments and is summarized as follows:
Wird bei der Überwachung des durch die Schaltstücke 3,4
fliessenden Stromes ein rascher Stromanstieg festgestellt,
der auf einen Fehlerstrom schliessen lässt, so erzeugt die
Zündschaltung 28 Zündsignale, die über die Verbindungsleitung
30 dem Zündelement 23 des Auslöseelementes 22 für
das Schmelzkontaktelement 14 und über die Verbindungsleitung
27 den Zündauslösern 26 der Gaserzeuger 15,15a zugeführt
wird. Nach dem Aufschmelzen des Schmelzkontaktelementes 14
wird zwischen den Schaltstücken 3,4 ein Lichtbogen gezündet.
Gleichzeitig erzeugen die aktivierten Gaserzeuger 15,15a ein
Gas, das über die Kanäle 31 zur Löschkammer 16 geleitet
wird. Durch den Druck des in die Kammer 35 einströmenden
Gases wird die Folie 36 zerstört. Die Pulverpartikel des
Löschmittels 33 werden fein verteilt in den Lichtbogen
geblasen und schmelzen auf, wodurch dem Lichtbogen Energie
entzogen wird. Damit wird eine Kühlung des Lichtbogens erreicht.
Natürlich wird durch die Beblasung des Lichtbogens
zusätzlich noch die anhand der Fig. 1a beschriebene Wirkung
erzielt.When monitoring the 3.4
flowing current, a rapid increase in current was found,
that suggests a fault current, so generates the
Es ist auch eine Variante des in den Fig.5a,5b gezeigten
Leistungsschaltgerätes 1 möglich, bei der auf den ein
Löschmittel 33 enthaltenden Einsatz 34 verzichtet wird.It is also a variant of that shown in Figures 5a, 5b
Power switching device 1 possible, on the one
Extinguishing agent 33 containing
Bei einer weiteren Variante des Leistungsschaltgerätes 1
gemäss den Fig. 5a,5b wird darauf verzichtet, mittels
externen Zündsignalen die Gaserzeuger 15,15a zu aktivieren
sowie das Schmelzkontaktelement 15 zum Schmelzen zu bringen.
Vielmehr wird wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1a
das Schmelzkontaktelement 14 durch den durchfliessenden
Fehlerstrom auf die Schmelztemperatur erwärmt und so zum
Schmelzen gebracht. Das löst die Zündung eines Zündelementes
(in den Fig. 5a und 5b nicht gezeigt) aus, das sich vom
Bereich des Schmelzkontaktelementes 14 durch die Folie 36
hindurch zu den Gaserzeugern 15,15a erstreckt. Nach dem
Anzünden brennt sich das Zündelement durch die Folie 36
hindurch, womit das Löschmittel 33 des Einsatzes 34 freigegeben
wird. Anschliessend zündet das Zündelement die
Gaserzeuger 15,15a. Auch diese Variante kann ohne den ein
Löschmittel 33 enthaltenden Einsatz 34 realisiert werden.In a further variant of the power switching device 1
5a, 5b is dispensed with by means of
external ignition signals to activate the
Das zur Beblasung des Lichtbogens benötigte Gas kann auch
von anderen Gasquellen als von den beschriebenen Gaserzeugern
15,15a geliefert werden, z. B. von Druckgasflaschen,
die beim Schmelzen des Schmelzkontaktelementes 14 aktiviert
werden.The gas needed to blow the arc can also
from gas sources other than the gas generators described
15, 15a are supplied, e.g. B. of compressed gas cylinders,
which is activated when the
Wie beschrieben kommen die erfindungsgemässen Leistungsschaltgeräte 1 ohne einen zusätzlichen mechanischen Schalterantrieb aus, was sich kostensparend auswirkt. Zwar können die Leistungsschaltgeräte 1 nur einmal schalten. Durch einen geeigneten modularen Aufbau kann jedoch erreicht werden, dass ein Grossteil der eingesetzten Komponenten wieder verwendet werden kann. Die erfindungsgemässen Leistungsschaltgeräte 1 eignen sich ganz speziell dazu, mit einem Lastschalter in Reihe geschaltet zu werden. Nennströme werden vom Lastschalter geschaltet, während das Leistungsschaltgerät 1 die Wegschaltung von Fehlerströmen übernimmt. The power switching devices according to the invention come as described 1 without an additional mechanical Switch drive off, which has a cost-saving effect. Though can switch the power switching devices 1 only once. With a suitable modular structure, however, can be achieved that a large part of the components used can be used again. The inventive Power switching devices 1 are particularly suitable for using to be connected in series with a load switch. rated currents are switched by the load switch while the power switching device 1 takes over the switching of fault currents.
- 11
- LeistungsschaltgerätPower switching device
- 22
- Gehäusecasing
- 3,43.4
- Schaltstückswitching piece
- 5,65.6
- elektrischer Leiterelectrical conductor
- 7,87.8
- Abschlusswandend wall
- 9,109.10
- Gleitlagerbearings
- 1111
- Schaltachseswitching axis
- 1212
- Lagerteilbearing part
- 1313
- Halterungbracket
- 1414
- SchmelzkontaktelementMelting contact element
- 15,15a15,15a
- Gaserzeugergas generator
- 1616
- Löschkammerextinguishing chamber
- 1717
- Auslassöffnungoutlet
- 1818
- Kühlelementcooling element
- 1919
- gelochte Scheibeperforated disc
- 2020
- Lochhole
- 2121
- Zwischenraumgap
- 2222
- Auslöseelementtriggering element
- 2323
- Zündelementigniter
- 24,2524.25
- Durchlasspassage
- 2626
- Zündauslöserignition trigger
- 2727
- Verbindungsleitungconnecting line
- 2828
- Zündschaltungignition circuit
- 2929
- StromwandlerPower converter
- 3030
- Verbindungsleitungconnecting line
- 3131
- Kanalchannel
- 32,32a32,32a
- Hohlraumcavity
- 3333
- Löschmittelextinguishing Media
- 3434
- Einsatzcommitment
- 3535
- Kammerchamber
- 3636
- Foliefoil
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