EP4128300A1 - Short-circuit current limiter - Google Patents

Short-circuit current limiter

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Publication number
EP4128300A1
EP4128300A1 EP21728006.4A EP21728006A EP4128300A1 EP 4128300 A1 EP4128300 A1 EP 4128300A1 EP 21728006 A EP21728006 A EP 21728006A EP 4128300 A1 EP4128300 A1 EP 4128300A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
short
current path
switching contacts
contact pieces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21728006.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Schacherer
Hans-Peter KRÄMER
Erik D Taylor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4128300A1 publication Critical patent/EP4128300A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/10—Adaptation for built-in fuses
    • H01H9/106—Adaptation for built-in fuses fuse and switch being connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
    • H01H1/0206—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches containing as major components Cu and Cr

Definitions

  • the invention relates to a short-circuit current limiter according to the preamble of claim 1.
  • the principle of these devices is to switch off the short-circuit current quickly in the event of a short-circuit; this is achieved by separating the functions of normal operation and interruption of a short-circuit current.
  • there is a main or rated current path that can be opened quickly in the event of a short circuit.
  • Parallel to the main current path there is another current path, the commutation or parallel current path, with a safety fuse that can interrupt the short-circuit current.
  • I s limiters mentioned which are based on pyrotechnical rupture of the main current path and commutation of the current from the main current path into the commutation current path, is that after each triggering, the ruptured main current path, the pyrotechnical detonator cap and the one used in the commutation current path Fuses have to be replaced at great expense, resulting in an interruption in the circuit for a longer period of time.
  • a vacuum interrupter as an interrupter unit in the main current path of such a short-circuit current limiter offers two particular advantages compared to air or gas interrupter chambers, such as those used in I s -Limiter and CLiP:
  • the high dielectric strength of the vacuum means that there is already a relatively short switching distance sufficient, on the other hand, after the zero crossing, there is a faster reconsolidation of the contact gap, see e.g. B. Vinaricky, Edward: Contact materials for medium and high voltage energy technology, EVU-Betriebspraxis 12/1995, pp. 408-410.
  • the invention is therefore based on the object of improving a short-circuit current limiter having an interrupter unit in the form of a vacuum switch in a main current path and a current-limiting unit connected in parallel thereto in a commutation current path.
  • the short-circuit current limiter has a main current path and a commutation current path running parallel to the main current path.
  • the short-circuit current limiter can not only be used to limit short circuits, but for any type of overcurrent events, ie it is a device for limiting the current level during an overcurrent event, e.g. B. a short circuit to avoid damage supply of a power distribution network, in particular the power lines of the power distribution network, and/or devices and machines connected to it due to excessive current, the so-called overcurrent.
  • An interrupter unit which is designed as a vacuum switch, is arranged in the main current path.
  • a vacuum switch has an evacuated space, a so-called vacuum interrupter chamber, in which there is an electrical switch with switching contacts.
  • vacuum switches interrupt the arc in a vacuum interrupter, also known as a vacuum interrupter chamber.
  • the hermetically sealed vacuum interrupters are generally maintenance-free and independent of environmental influences. No oxidation takes place in the vacuum, so that the switching contacts remain permanently clean and thus ensure consistent switching behavior.
  • a current limiting unit is arranged in the commutation current path.
  • the current limiting unit can be used as a backup, e.g. B. be designed a fuse.
  • the material of the contact pieces of the switching contacts of the vacuum switch is chosen so that the mean value of the breakaway current is at least 8 amperes.
  • the invention is based on the finding that a high chopping current, ie a chopping current with a mean value of at least 8 amperes, in an overcurrent limiter according to the preamble, ie a switching device with a vacuum switch arranged in a main current path and a parallel commutation path, the current commutation or the power interruption in the main current path is supported.
  • the material of the contact pieces of the switching contacts is chosen so that the mean value of the chopping current is at least 8 amperes; there is no limit to higher values, but the following applies: the larger the mean value of the stall current, the better.
  • a high chopping current which induces undesirable overvoltages in simple vacuum switches, does not lead to damaging overvoltages in the network in the case of the invention due to the parallel commutation path.
  • the material of the contact pieces of the switching contacts is selected such that the mean value of the breakaway current is at least 10 amperes.
  • the contact pieces of the switching contacts are made of one of the following materials:
  • the chopping current is 15 amperes.
  • a chopping current of 14 to 50 amperes results with contact pieces made of pure tungsten.
  • - Alloys such as copper-bismuth alloy Cu/Bi; Tungsten-copper-lithium alloy W/Cu/Li 69.76/30/0.24 (numbers are percent by mass).
  • a chopping current of up to 21 amps results with contact pieces made of a copper-bismuth alloy.
  • the tear current is 22.1 amps.
  • suitable materials are standard contact materials such as copper-chrome CuCr with additions of 0.1 to 20 percent by weight of other materials that increase the chopping current, e.g. B. Tungsten W, Nickel Ni, Molybdenum Mo, Titanium Ti, Zirconium Zr.
  • 1 shows a short-circuit current limiter
  • 2 shows the structure of the vacuum switch shown in FIG. 1 with the contact position closed
  • FIG. 3 shows the vacuum switch from FIG. 2 with the contact open.
  • 1 shows a short-circuit current limiter 2.
  • This includes a rated current path 12 which can be interrupted by an interrupter unit 4.
  • the interrupter unit 4 is a vacuum switch.
  • the current limiter 2 includes a parallel current path 14, in which a current limiting unit 6 is arranged, which essentially includes a fuse element 8, preferably in the form of a safety fuse.
  • the rated current path 12 is opened using the vacuum switch 4, with an arc being produced.
  • the arc voltage brings about a complete commutation of the current in the parallel current path 14 with the fuse element 8, the arc extinguishing and the fuse element 8 beginning to melt.
  • the safety element 8 only begins to limit the current when the rated current path 12 is reliably isolated by the interrupter unit 4 . So that the commutation from the rated current path 12 to the parallel current path 14 can take place, the impedances of the parallel current path 14 and the rated current path 12 must be matched to each other. Another challenge when selecting the fuse element 8 and the resulting impedance is that the current flowing through the fuse element 8 does not become too high during rated operation, since the fuse element 8 is not already destroyed by melting during rated operation .
  • FIG. 2 shows the schematic structure of the vacuum switch 4 shown in FIG. 1 with the contact position closed.
  • a in a hermetic bearing assembly 44, z. B. a Gleitla ger, slidably mounted switch contact 41 and a fixed switch contact 42 are in a vacuum vessel 43 egg nander coaxially opposite.
  • the movable switching contact 41 is electrically connected to a conductor of the rated current path 12 tied.
  • the fixed switching contact 42 is also electrically connected to the conductor of the rated current path 12 the verbun.
  • the switching contacts 41, 42 have schematically illustrated contact pieces 410 and 420, which in the exemplary embodiment shown have a larger diameter than the connecting bolts 411 and 421 which are connected thereto and which penetrate the vacuum vessel 43 hermetically.
  • the contact pieces 410 and 420 can also have the same or smaller diameters than the connection bolts 411 and 421 connected to them Granted current flow through the rated current path 12 and the vacuum switch 4 with open contact position development the rated current path 12 interrupts
  • FIG. 3 shows the vacuum switch from FIG. 2 with the contact position open.
  • the movable switching contact 41 was brought by a drive (not shown) from the closed contact position shown in FIG. 2 to the open contact position shown in FIG are.
  • the material of the contact pieces 410, 420 of the switching contacts 41, 42 is chosen so that the breakaway current between the two contact pieces 410 and 420 is greater than 8 amperes, in an advantageous development greater than 10 amperes.
  • the material of the contact pieces 410 and 420 is chosen as a tungsten-copper-lithium alloy with the mass percent mixing ratio W/Cu/Li 69.76/30/0.24.
  • a chopping current greater than 8 or 10 amperes supports the current commutation or current interruption in the main current path 12.

Abstract

The invention relates to a short-circuit current limiter, comprising a vacuum switch (4) in a main current path (12) and a current limiting unit connected in parallel therewith in a commutation current path. The vacuum switch (4) comprises switching contacts (41, 42), wherein the material of the contact pieces (410, 420) of the switching contacts (41, 42) is selected such that the mean value of the chopping current is at least 8 ampere.

Description

Beschreibung description
Kurzschlussstrombegrenzer short-circuit current limiter
Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussstrombegrenzer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a short-circuit current limiter according to the preamble of claim 1.
In elektrischen Stromkreisen, insbesondere zur Energieversor gung in der Mittel- und Hochspannung, kann es zu Überstromer eignissen wie Kurzschlüssen kommen, welche ein hohes Schädi gungspotential haben. In electrical circuits, especially for medium and high voltage energy supply, overcurrent events such as short circuits can occur, which have a high potential for damage.
Is-Begrenzer wie der Is-Limiter von ABB oder der CLiP (= Cur rent Limiting Protector) von G&W Electric werden dazu verwen det, einen Kurzschlussstrom noch vor dem ersten Strommaximum des zeitlichen Wechselstromverlaufs abzuschalten. Das Prinzip dieser Geräte ist das schnelle Abschalten des Kurzschluss stromes im Kurzschlussfall; dies wird durch die Trennung der Funktionen Normalbetrieb und Unterbrechen eines Kurzschluss stroms erreicht. Für den Normalbetrieb existiert ein Haupt oder Nennstrompfad, der im Kurzschlussfall schnell geöffnet werden kann. Parallel zum Hauptstrompfad befindet sich ein weiterer Strompfad, der Kommutierungs- oder Parallelstrom pfad, mit einer Schmelzsicherung, die den Kurzschlussstrom unterbrechen kann. I s limiters such as the I s limiter from ABB or the CLiP (= Current Limiting Protector) from G&W Electric are used to switch off a short-circuit current before the first current maximum of the alternating current curve over time. The principle of these devices is to switch off the short-circuit current quickly in the event of a short-circuit; this is achieved by separating the functions of normal operation and interruption of a short-circuit current. For normal operation, there is a main or rated current path that can be opened quickly in the event of a short circuit. Parallel to the main current path there is another current path, the commutation or parallel current path, with a safety fuse that can interrupt the short-circuit current.
Ein Nachteil der genannten Is-Begrenzer, die auf einem pyro technischen Aufsprengen des Hauptstrompfads und einer Kommu tierung des Stroms vom Hauptstrompfad in den Kommutierungss trompfad basieren, liegt darin, dass nach jedem Auslösen der aufgesprengte Hauptstrompfad, die pyrotechnische Sprengkapsel sowie die im Kommutierungsstrompfad eingesetzte Schmelzsiche rung aufwändig ersetzt werden müssen, wodurch für eine länge re Zeit eine Unterbrechung des Stromkreises besteht. A disadvantage of the I s limiters mentioned, which are based on pyrotechnical rupture of the main current path and commutation of the current from the main current path into the commutation current path, is that after each triggering, the ruptured main current path, the pyrotechnical detonator cap and the one used in the commutation current path Fuses have to be replaced at great expense, resulting in an interruption in the circuit for a longer period of time.
Dieser Aufwand kann verringert werden, indem man auf ein py rotechnisches Aufsprengen des Hauptstrompfads verzichtet. Ei ne Beschreibung eines derartigen Kurzschlussstrombegrenzers, umfassend eine Unterbrechereinheit in Form eines Vakuumschal ters in einem Hauptstrompfad und eine hierzu parallel ge schaltete Strombegrenzungseinheit mit einem Sicherungselement in einem Kommutierungsstrompfad findet man z. B. in W02020/064558A1 (Siemens AG) 02. April 2020. This effort can be reduced by dispensing with a pyrotechnical blowing open of the main current path. A description of such a short-circuit current limiter, comprising an interrupter unit in the form of a vacuum switch in a main current path and a current-limiting unit connected in parallel with it and having a fuse element in a commutation current path can be found, for example, in B. in W02020/064558A1 (Siemens AG) April 02, 2020.
Ein Vakuumschalter als Unterbrechereinheit im Hauptstrompfad eines derartigen Kurzschlussstrombegrenzers bietet im Ver gleich zu Luft- oder Gasschaltkammern, wie sie im Is-Limiter und CLiP verwendet werden, zwei besondere Vorteile: Zum einen ist aufgrund der hohen dielektrischen Festigkeit des Vakuums bereits eine relativ kurze Schaltstrecke ausreichend, zum an deren erfolgt nach dem Nulldurchgang eine schnellere Wieder verfestigung der Schaltstrecke, siehe z. B. Vinaricky, Edu ard: Kontaktwerkstoffe für die Mittel- und Hochspannungs- Energietechnik, EVU-Betriebspraxis 12/1995, S. 408 - 410. A vacuum interrupter as an interrupter unit in the main current path of such a short-circuit current limiter offers two particular advantages compared to air or gas interrupter chambers, such as those used in I s -Limiter and CLiP: On the one hand, the high dielectric strength of the vacuum means that there is already a relatively short switching distance sufficient, on the other hand, after the zero crossing, there is a faster reconsolidation of the contact gap, see e.g. B. Vinaricky, Edward: Contact materials for medium and high voltage energy technology, EVU-Betriebspraxis 12/1995, pp. 408-410.
Allerdings erschwert die Verwendung einer Vakuumschaltstrecke im Hauptstrompfad die Kommutierung des Stroms vom Hauptstrom pfad in den Kommutierungsstrompfad und die Unterbrechung des Stroms im Hauptstrompfad. However, the use of a vacuum interrupter in the main current path complicates the commutation of the current from the main current path into the commutation current path and the interruption of the current in the main current path.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kurz schlussstrombegrenzer, aufweisend eine Unterbrechereinheit in Form eines Vakuumschalters in einem Hauptstrompfad und eine hierzu in einem Kommutierungsstrompfad parallel geschaltete Strombegrenzungseinheit, zu verbessern. The invention is therefore based on the object of improving a short-circuit current limiter having an interrupter unit in the form of a vacuum switch in a main current path and a current-limiting unit connected in parallel thereto in a commutation current path.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kurzschlussstrombegrenzer gemäß Anspruch 1. The object is achieved by a short-circuit current limiter according to claim 1.
Der Kurzschlussstrombegrenzer weist einen Hauptstrompfad und einen parallel zum Hauptstrompfad verlaufenden Kommutierungs strompfad auf. Der Kurzschlussstrombegrenzer ist nicht nur zur Begrenzung von Kurzschlüssen einsetzbar, sondern für jede Art von Überstromereignissen, d. h. es handelt sich um eine Vorrichtung zur Begrenzung der Stromhöhe während eines Über stromereignisses, z. B. eines Kurzschlusses, um eine Schädi- gung eines Stromverteilnetzes, insbesondere der Stromleitun gen des Stromverteilnetzes, und/oder daran angeschlossener Geräte und Maschinen durch einen zu hohen Strom, den soge nannten Überstrom, zu vermeiden. The short-circuit current limiter has a main current path and a commutation current path running parallel to the main current path. The short-circuit current limiter can not only be used to limit short circuits, but for any type of overcurrent events, ie it is a device for limiting the current level during an overcurrent event, e.g. B. a short circuit to avoid damage supply of a power distribution network, in particular the power lines of the power distribution network, and/or devices and machines connected to it due to excessive current, the so-called overcurrent.
Im Hauptstrompfad ist eine Unterbrechereinheit angeordnet, die als ein Vakuumschalter ausgestaltet ist. Ein Vakuumschal ter weist einen evakuierten Raum, eine sogenannten Vakuum- schaltkammer, auf, in dem sich ein elektrischer Schalter mit Schaltkontakten befindet. Anders als gasisolierte Schalter unterbrechen Vakuumschalter den Lichtbogen in einer Vakuum schaltröhre, die auch als Vakuumschaltkammer bezeichnet wird. Die hermetisch verschlossenen Vakuumschaltröhren sind gene rell wartungsfrei und unabhängig von Umwelteinflüssen. Im Va kuum findet keine Oxidation statt, so dass die Schaltkontakte dauerhaft rein bleiben und dadurch ein gleichbleibendes Schaltverhalten gewährleisten. An interrupter unit, which is designed as a vacuum switch, is arranged in the main current path. A vacuum switch has an evacuated space, a so-called vacuum interrupter chamber, in which there is an electrical switch with switching contacts. Unlike gas-insulated switches, vacuum switches interrupt the arc in a vacuum interrupter, also known as a vacuum interrupter chamber. The hermetically sealed vacuum interrupters are generally maintenance-free and independent of environmental influences. No oxidation takes place in the vacuum, so that the switching contacts remain permanently clean and thus ensure consistent switching behavior.
Im Kommutierungsstrompfad ist eine Strombegrenzungseinheit angeordnet. Die Strombegrenzungseinheit kann als eine Siche rung, z. B. eine Schmelzsicherung, ausgestaltet sein. A current limiting unit is arranged in the commutation current path. The current limiting unit can be used as a backup, e.g. B. be designed a fuse.
Das Material von Kontaktstücken der Schaltkontakte des Vaku umschalters ist so gewählt, dass der Mittelwert des Abreiß stroms mindestens 8 Ampere ist. Bei mehreren Messungen des Abreißstroms für eine bestimmte Konfiguration eines Kurz schlussstrombegrenzers, aufweisend einen Vakuumschalter in einem Hauptstrompfad und eine hierzu parallel geschaltete Strombegrenzungseinheit in einem Kommutierungsstrompfad, er hält man unterschiedliche Messwerte, die um einen Mittelwert streuen. The material of the contact pieces of the switching contacts of the vacuum switch is chosen so that the mean value of the breakaway current is at least 8 amperes. With several measurements of the chopping current for a specific configuration of a short-circuit current limiter, having a vacuum switch in a main current path and a current-limiting unit connected in parallel in a commutation current path, different measured values are obtained, which scatter around an average value.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein hoher Abreißstrom, engl.: chopping current, d. h. ein Abreißstrom mit einem Mittelwert von mindestens 8 Ampere, in einem Über strombegrenzer gemäß dem Oberbegriff, d. h. einem Schaltgerät mit einem in einem Hauptstrompfad angeordneten Vakuumschalter und einem parallelen Kommutierungspfad, die Stromkommutation bzw. die Stromunterbrechung im Hauptstrompfad unterstützt. Gemäß der Erfindung wird das Material von Kontaktstücken der Schaltkontakte so gewählt, dass der Mittelwert des Abreiß stroms mindestens 8 Ampere ist; dabei gibt es zu höheren Wer ten hin keine Grenze, sondern es gilt: je größer der Mittel wert des Abreißstroms, desto besser. Dies ist insofern über raschend, als bei einfachen Vakuumschaltern, d. h. Vakuum schaltern ohne parallelen Kommutierungspfad, darauf geachtet wird, dass der Abreißstrom möglichst niedrig ist, d. h. bei wenigen Ampere, bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 3 Am pere, maximal 6 Ampere, liegt, siehe z. B. Vinaricky, Eduard: Kontaktwerkstoffe für die Mittel- und Hochspannungs- Energietechnik, EVU-Betriebspraxis 12/1995, S. 408 - 410; und Heitzinger, F.; Kippenberg, H.; Saeger, K. E.; Schröder, K.- H.: Contact Materials for Vacuum Switching Devices, XVth In ternational Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, Darmstadt, 1992. Der Grund dafür, dass bei einfa chen Vakuumschaltern ein geringer Abreißstrom angestrebt wird, ist, dass beim Schalten von Induktivitäten eine Induk tion von Überspannungen, die durch das abrupte Abreißen des Stromes, engl.: current chopping, kurz vor dem Stromnull durchgang, insbesondere bei geringen Schaltströmen, entsteht, vermieden bzw. minimiert werden soll. Im Hinblick auf die An forderungen an den Abreißstrom unterscheidet sich somit die Erfindung grundsätzlich von den einfachen Vakuumschaltern:The invention is based on the finding that a high chopping current, ie a chopping current with a mean value of at least 8 amperes, in an overcurrent limiter according to the preamble, ie a switching device with a vacuum switch arranged in a main current path and a parallel commutation path, the current commutation or the power interruption in the main current path is supported. According to the invention, the material of the contact pieces of the switching contacts is chosen so that the mean value of the chopping current is at least 8 amperes; there is no limit to higher values, but the following applies: the larger the mean value of the stall current, the better. This is surprising insofar as with simple vacuum switches, ie vacuum switches without a parallel commutation path, care is taken to ensure that the chopping current is as low as possible, ie a few amperes, preferably in a range from 2 to 3 amperes, maximum 6 amperes , see e.g. B. Vinaricky, Eduard: Contact materials for medium and high voltage energy technology, EVU-Betriebspraxis 12/1995, pp. 408-410; and Heitzinger, F.; Kippenberg, H.; Saeger, KE; Schröder, K.- H.: Contact Materials for Vacuum Switching Devices, XVth International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, Darmstadt, 1992. The reason why a low chopping current is sought for simple vacuum switches is that when When switching inductances, an induction of overvoltages caused by the abrupt current chopping shortly before the current zero crossing, especially with low switching currents, should be avoided or minimized. With regard to the requirements for the chopping current, the invention differs fundamentally from simple vacuum switches:
Ein hoher Abreißstrom, der in einfachen Vakuumschaltern uner wünschte Überspannungen induziert, führt bei der Erfindung aufgrund des parallelen Kommutierungspfads nicht zu schädli chen Überspannungen im Netz. A high chopping current, which induces undesirable overvoltages in simple vacuum switches, does not lead to damaging overvoltages in the network in the case of the invention due to the parallel commutation path.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Material der Kontaktstücke der Schaltkontakte so gewählt, dass der Mittelwert des Abreißstroms mindestens 10 Ampere be trägt. Je größer der Mittelwert des Abreißstroms ist, desto zuverlässiger erfolgt die Stromkommutation bzw. die Stromun terbrechung im Hauptstrompfad. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Kontaktstücke der Schaltkontakte aus einem der folgenden Ma terialien hergestellt: According to a preferred development of the invention, the material of the contact pieces of the switching contacts is selected such that the mean value of the breakaway current is at least 10 amperes. The greater the mean value of the chopping current, the more reliable is the current commutation or the current interruption in the main current path. According to a preferred embodiment of the invention, the contact pieces of the switching contacts are made of one of the following materials:
- Reine Metalle im allgemeinen, insbesondere Kupfer Cu, Wolf ram W, Chrom Cr, Nickel Ni, Molybdän Mo, Titan Ti, Zirconi- um Zr. Mit Kontaktstücken aus reinem Kupfer ergibt sich ein Abreißstrom von 15 Ampere. Mit Kontaktstücken aus reinem Wolfram ergibt sich ein Abreißstrom von 14 bis 50 Ampere.- Pure metals in general, especially copper Cu, tungsten W, chromium Cr, nickel Ni, molybdenum Mo, titanium Ti, zirconium Zr. With contact pieces made of pure copper, the chopping current is 15 amperes. A chopping current of 14 to 50 amperes results with contact pieces made of pure tungsten.
- Legierungen wie Kupfer-Bismut-Legierung Cu/Bi; Wolfram- Kupfer-Lithium-Legierung W/Cu/Li 69,76/30/0,24 (Zahlenanga ben sind Massenprozent). Mit Kontaktstücken aus einer Kup- fer-Bismut-Legierung ergibt sich ein Abreißstrom von bis zu 21 Ampere. Mit Kontaktstücken aus der Wolfram-Kupfer- Lithium-Legierung W/Cu/Li 69,76/30/0,24 ergibt sich ein Ab reißstrom von 22,1 Ampere. - Alloys such as copper-bismuth alloy Cu/Bi; Tungsten-copper-lithium alloy W/Cu/Li 69.76/30/0.24 (numbers are percent by mass). A chopping current of up to 21 amps results with contact pieces made of a copper-bismuth alloy. With contact pieces made of the tungsten-copper-lithium alloy W/Cu/Li 69.76/30/0.24, the tear current is 22.1 amps.
- Weitere geeignete Materialien sind Standard-Kontaktmateri alien wie Kupfer-Chrom CuCr mit Zusätzen von 0,1 bis 20 Ge wichtsprozent anderer Materialien, die den Abreißstrom er höhen, wie z. B. Wolfram W, Nickel Ni, Molybdän Mo, Titan Ti, Zirconium Zr. - Other suitable materials are standard contact materials such as copper-chrome CuCr with additions of 0.1 to 20 percent by weight of other materials that increase the chopping current, e.g. B. Tungsten W, Nickel Ni, Molybdenum Mo, Titanium Ti, Zirconium Zr.
- Weitere Hinweise auf geeignete Materialien mit einem Ab reißstrom größer als 10 Ampere findet man in Kapitel 3 fol gender Monographie: Paul G. Slade, The Vacuum Interrupter: Theory, Design, and Application, 2008, CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, ISBN 978-0-8493-9091-3. - Further information on suitable materials with a chopping current greater than 10 amperes can be found in Chapter 3 of the following monograph: Paul G. Slade, The Vacuum Interrupter: Theory, Design, and Application, 2008, CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, ISBN 978-0-8493-9091-3.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich durch die folgende Beschreibung der Zeichnungen. Hierbei zeigen in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung: The properties, features and advantages of this invention described above, and the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood from the following description of the drawings. Here are shown in a schematic representation that is not true to scale:
FIG 1 einen Kurzschlussstrombegrenzer; FIG 2 den Aufbau des in FIG 1 dargestellten Vakuumschal ters mit geschlossener Kontaktstellung; und 1 shows a short-circuit current limiter; 2 shows the structure of the vacuum switch shown in FIG. 1 with the contact position closed; and
FIG 3 den Vakuumschalter aus FIG 2 mit geöffneter Kon taktstellung. FIG 1 zeigt einen Kurzschlussstrombegrenzer 2. Dieser umfasst einen Nennstrompfad 12, der durch eine Unterbrechereinheit 4 unterbrechbar ist. Bei der Unterbrechereinheit 4 handelt es sich um einen Vakuumschalter. Außerdem umfasst der Strombe grenzer 2 einen Parallelstrompfad 14, in dem eine Strombe grenzungseinheit 6 angeordnet ist, die im Wesentlichen ein Sicherungselement 8, vorzugsweise in Form einer Schmelzsiche rung, umfasst. In einem Kurzschlussfall wird mithilfe des Va kuumschalters 4 der Nennstrompfad 12 geöffnet, wobei ein Lichtbogen entsteht. Die Lichtbogenspannung bewirkt eine vollständige Kommutierung des Stroms in den Parallelstrompfad 14 mit dem Sicherungselement 8, wobei der Lichtbogen erlischt und das Sicherungselement 8 aufzuschmelzen beginnt. Das Si cherungselement 8 beginnt erst mit der Strombegrenzung, wenn der Nennstrompfad 12 durch die Unterbrechereinheit 4 sicher isoliert ist. Damit die Kommutierung vom Nennstrompfad 12 in den Parallelstrompfad 14 erfolgen kann, müssen die Impedanzen des Parallelstrompfades 14 und des Nennstrompfades 12 aufei nander abgestimmt sein. Eine weitere Herausforderung bei der Auswahl des Sicherungselementes 8 und der daraus entstehenden Impedanz besteht darin, dass im Nennbetrieb der Strom, der durch das Sicherungselement 8 fließt, nicht zu hoch wird, da mit das Sicherungselement 8 nicht bereits während des Nennbe triebs durch Aufschmelzen zerstört wird. Somit besteht ein Zielkonflikt zwischen einer möglichst hohen Impedanz im Pa rallelstrompfad 14 relativ zum Nennstrompfad 12, um die Si cherung 8 nicht zu überlasten, und einer möglichst geringen Impedanz relativ zum Nennstrompfad 12 bei einem auftretenden Kurzschlussfall, um den Strom in den Parallelstrompfad 14 kommutieren zu lassen. FIG. 3 shows the vacuum switch from FIG. 2 with the contact open. 1 shows a short-circuit current limiter 2. This includes a rated current path 12 which can be interrupted by an interrupter unit 4. The interrupter unit 4 is a vacuum switch. In addition, the current limiter 2 includes a parallel current path 14, in which a current limiting unit 6 is arranged, which essentially includes a fuse element 8, preferably in the form of a safety fuse. In the event of a short circuit, the rated current path 12 is opened using the vacuum switch 4, with an arc being produced. The arc voltage brings about a complete commutation of the current in the parallel current path 14 with the fuse element 8, the arc extinguishing and the fuse element 8 beginning to melt. The safety element 8 only begins to limit the current when the rated current path 12 is reliably isolated by the interrupter unit 4 . So that the commutation from the rated current path 12 to the parallel current path 14 can take place, the impedances of the parallel current path 14 and the rated current path 12 must be matched to each other. Another challenge when selecting the fuse element 8 and the resulting impedance is that the current flowing through the fuse element 8 does not become too high during rated operation, since the fuse element 8 is not already destroyed by melting during rated operation . There is thus a conflict of objectives between the highest possible impedance in the parallel current path 14 relative to the nominal current path 12, so as not to overload the fuse 8, and the lowest possible impedance relative to the nominal current path 12 in the event of a short circuit, in order to commutate the current in the parallel current path 14 leave.
FIG 2 zeigt den schematischen Aufbau des in FIG 1 dargestell ten Vakuumschalters 4 mit geschlossener Kontaktstellung. Ein in einer hermetischen Lageranordnung 44, z. B. einem Gleitla ger, verschieblich gelagerter Schaltkontakt 41 und ein fest stehender Schaltkontakt 42 liegen in einem Vakuumgefäß 43 ei nander koaxial gegenüber. Der bewegliche Schaltkontakt 41 ist elektrisch mit einem Stromleiter des Nennstrompfades 12 ver- bunden. Der feststehende Schaltkontakt 42 ist ebenfalls elektrisch mit dem Stromleiter des Nennstrompfades 12 verbun den. Die Schaltkontakte 41, 42 besitzen schematisch darge stellte Kontaktstücke 410 und 420, die in dem gezeigten Aus führungsbeispiel einen größeren Durchmesser aufweisen als die jeweils daran anschließenden Anschlussbolzen 411 und 421, die das Vakuumgefäß 43 hermetisch durchdringen. Die Kontaktstücke 410 und 420 können auch dieselben oder geringere Durchmesser aufweisen als die jeweils daran anschließenden Anschlussbol zen 411 und 421. Die Anschlussbolzen 411 und 421 sind außer halb des Vakuumgefäßes 43 mit dem Nennstrompfad 12 elektrisch so verbunden, dass der Vakuumschalter 4 bei geschlossener Kontaktstellung einen Stromfluss durch den Nennstrompfad 12 gewährt und der Vakuumschalters 4 bei geöffneter Kontaktstel lung den Nennstrompfad 12 unterbricht. FIG. 2 shows the schematic structure of the vacuum switch 4 shown in FIG. 1 with the contact position closed. A in a hermetic bearing assembly 44, z. B. a Gleitla ger, slidably mounted switch contact 41 and a fixed switch contact 42 are in a vacuum vessel 43 egg nander coaxially opposite. The movable switching contact 41 is electrically connected to a conductor of the rated current path 12 tied. The fixed switching contact 42 is also electrically connected to the conductor of the rated current path 12 the verbun. The switching contacts 41, 42 have schematically illustrated contact pieces 410 and 420, which in the exemplary embodiment shown have a larger diameter than the connecting bolts 411 and 421 which are connected thereto and which penetrate the vacuum vessel 43 hermetically. The contact pieces 410 and 420 can also have the same or smaller diameters than the connection bolts 411 and 421 connected to them Granted current flow through the rated current path 12 and the vacuum switch 4 with open contact position development the rated current path 12 interrupts.
FIG 3 zeigt den Vakuumschalter aus FIG 2 mit geöffneter Kon taktstellung. Der bewegliche Schaltkontakt 41 wurde nach der Detektion eines Überstroms durch einen nicht dargestellten Antrieb aus der in FIG 2 gezeigten geschlossenen Kontaktstel lung in die in FIG 3 gezeigte geöffnete Kontaktstellung ge bracht, in der die beiden Kontaktstücke 410 und 420 durch ei ne Schaltstrecke 45 voneinander getrennt sind. FIG. 3 shows the vacuum switch from FIG. 2 with the contact position open. After the detection of an overcurrent, the movable switching contact 41 was brought by a drive (not shown) from the closed contact position shown in FIG. 2 to the open contact position shown in FIG are.
Gemäß der Erfindung ist das Material der Kontaktstücke 410, 420 der Schaltkontakte 41, 42 so gewählt, dass der Abreiß strom zwischen den beiden Kontaktstücke 410 und 420 größer als 8 Ampere, in einer vorteilhaften Weiterbildung größer als 10 Ampere, ist. Zum Beispiel ist das Material der Kontaktstü cke 410 und 420 als eine Wolfram-Kupfer-Lithium-Legierung mit dem Massenprozent-Mischungsverhältnis W/Cu/Li 69,76/30/0,24 gewählt. According to the invention, the material of the contact pieces 410, 420 of the switching contacts 41, 42 is chosen so that the breakaway current between the two contact pieces 410 and 420 is greater than 8 amperes, in an advantageous development greater than 10 amperes. For example, the material of the contact pieces 410 and 420 is chosen as a tungsten-copper-lithium alloy with the mass percent mixing ratio W/Cu/Li 69.76/30/0.24.
Im Gegensatz zu gewöhnlichen Vakuumschaltern unterstützt bei dem vorliegenden Kurzschlussstrombegrenzer ein Abreißstrom größer als 8 bzw. 10 Ampere die Stromkommutation bzw. die Stromunterbrechung im Hauptstrompfad 12. Die in gewöhnlichen Anwendungen auftretenden induzierten Überspannungen führen bei dieser Anwendung durch den parallelen Kommutierungspfad 14 nicht zu schädlichen Überspannungen im Netz. In contrast to conventional vacuum circuit breakers, in the case of the present short-circuit current limiter, a chopping current greater than 8 or 10 amperes supports the current commutation or current interruption in the main current path 12. The induced overvoltages that occur in normal applications lead in this application, the parallel commutation path 14 does not lead to harmful overvoltages in the network.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Kurzschlussstrombegrenzer (2), aufweisend einen Schaltkon takte (41, 42) aufweisenden Vakuumschalter (4) in einem Hauptstrompfad (12) und eine hierzu parallel geschaltete Strombegrenzungseinheit (6) in einem Kommutierungsstrompfad (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Material von Kontaktstücken (410, 420) der Schalt kontakte (41, 42) so gewählt ist, dass der Mittelwert des Ab reißstroms mindestens 8 Ampere ist. 1. Short-circuit current limiter (2), having a vacuum switch (4) having switching contacts (41, 42) in a main current path (12) and a current-limiting unit (6) connected in parallel thereto in a commutation current path (14), characterized in that the material of Contact pieces (410, 420) of the switching contacts (41, 42) is chosen so that the mean value of the tear-off current is at least 8 amps.
2. Kurzschlussstrombegrenzer nach Anspruch 1, wobei das Mate rial der Kontaktstücke (410, 420) der Schaltkontakte (41, 42) so gewählt ist, dass der Mittelwert des Abreißstroms mindes tens 10 Ampere ist. 2. Short-circuit current limiter according to claim 1, wherein the Mate rial of the contact pieces (410, 420) of the switching contacts (41, 42) is selected so that the mean value of the chopping current is at least 10 amperes.
3. Kurzschlussstrombegrenzer nach Anspruch 1, wobei das Mate rial der Kontaktstücke (410, 420) der Schaltkontakte (41, 42) aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Reine Metalle im allge meinen, insbesondere Kupfer Cu, Wolfram W, Chrom Cr, Nickel Ni, Molybdän Mo, Titan Ti, Zirconium Zr. 3. Short-circuit current limiter according to claim 1, wherein the material of the contact pieces (410, 420) of the switching contacts (41, 42) is selected from the following group: Pure metals in general, in particular copper Cu, tungsten W, chromium Cr, nickel Ni , Molybdenum Mo, Titanium Ti, Zirconium Zr.
4. Kurzschlussstrombegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der Kontaktstücke (410, 420) der Schaltkontakte (41, 42) aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Kupfer-Bismut-Legierung Cu/Bi; Wolfram-Kupfer-Lithium- Legierung W/Cu/Li 69,76/30/0,24. 4. Short-circuit current limiter according to one of the preceding claims, wherein the material of the contact pieces (410, 420) of the switching contacts (41, 42) is selected from the following group: copper-bismuth alloy Cu / Bi; Tungsten-copper-lithium alloy W/Cu/Li 69.76/30/0.24.
5. Kurzschlussstrombegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der Kontaktstücke (410, 420) der Schaltkontakte (41, 42) aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Standard-Kontaktmaterialien wie Kupfer-Chrom CuCr mit Zusätzen von 0,1 bis 20 Gewichtsprozent anderer Materialien, die den Abreißstrom erhöhen, wie z. B. Wolfram W, Nickel Ni, Molybdän Mo, Titan Ti, Zirconium Zr. 5. Short-circuit current limiter according to one of the preceding claims, wherein the material of the contact pieces (410, 420) of the switching contacts (41, 42) is selected from the following group: standard contact materials such as copper-chromium CuCr with additives of 0.1 to 20 percent by weight other materials that increase chopping current, such as B. Tungsten W, Nickel Ni, Molybdenum Mo, Titanium Ti, Zirconium Zr.
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