PatentDe  


Dokumentenidentifikation EP1039495 29.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001039495
Titel Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen, zugehörige Anordnung sowie spezielle Verwendung dieser Anordnung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Haas, Dipl.-Phys., Wilfried, 91058 Erlangen, DE;
Hartmann, Dr., Werner, 91091 Grossenseebach, DE
DE-Aktenzeichen 50012798
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 16.03.2000
EP-Aktenzeichen 001055623
EP-Offenlegungsdatum 27.09.2000
EP date of grant 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse H01H 33/66(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01H 9/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen, bei dem im Betriebsfall bei den dabei auftretenden Betriebsströmen diffuse Bogenmoden eines Lichtbogens auftreten und bei dem im Kurzschlußfall der Lichtbogen in hintereinanderliegende Teillichtbögen aufgespalten wird. Daneben bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie auch auf spezifische Verwendungen dieser Anordnung.

In Niederspannungsnetzen müssen von Schaltgeräten und Verteilungen neben den Betriebsströmen auch Kurzschlußströme von bis zu 200 kAeff beherrscht werden. Das Schalten solcher Ströme mit Leistungsschaltern erfordert einen erheblichen technischen Aufwand und ist bei selektiven Schaltern mit einer drastischen Reduzierung der Lebensdauer der Schaltanordnung verbunden. Beim Auftreten von Störlichtbögen können aufgrund der hohen Ströme große Schäden an Anlagen sowie eine starke Gefährdung von Personen die Folge sein. Erforderlich sind daher Leistungsschalter, die diese Ströme mit möglichst geringem Aufwand unterbrechen und/oder aber deutlich begrenzen. Für den gleichen Zweck geeignet wären auch Bauelemente, die eine solche Begrenzung unabhängig von einer Abschaltung leisten können, um so das eigentliche Schaltelement zu entlasten.

Bei Verwendung herkömmlicher Luft-Leistungsschalter mit Löschblechkammern können die bei Kurzschlußabschaltungen in Niederspannungsnetzen möglichen prospektiven Ströme durch den Spannungsaufbau von üblicherweise 300 - 400 V, der beim Einlaufen des Lichtbogens in die Löschblechkammer auftritt, erheblich reduziert werden. Dadurch werden zum einen die Schaltkammerarbeit und die damit verbundenen thermischen Belastungen von Schalteinrichtungen erheblich reduziert. Zum anderen bleiben die Stromkräfte bzw. die dadurch verursachten mechanischen Beanspruchungen in den Stromverteilungen beträchtlich unter dem möglichen Höchstwert.

Im Niederspannungsbereich sind weiterhin strombegrenzende Bauelemente bekannt, die auf der Basis kohlenstoffgefüllter, leitfähiger Polymere arbeiten, bei denen die Leitfähigkeit für hohe Stromdichten um mehrere Größenordnungen gegenüber dem Nennstrombereich abnimmt. Wegen der vergleichsweise niedrigen Leitfähigkeit der Polymere ist dieses Prinzip jedoch nur bis zu Nennströmen von maximal einigen 10 A anwendbar, da andernfalls die Durchlassverluste untragbar hoch werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, neue Verfahren zur Strombegrenzung vorzuschlagen, und entsprechende Anordnungen zu schaffen sowie zugehörige Anwendungen anzugeben.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Verfahrensansprüche gelöst. Zugehörige Anordnungen werden durch die diesbezüglichen Sachansprüche angegeben. Die Verwendungsansprüche beinhalten demgegenüber spezifische Verwendungen der geschaffenen Anordnung.

Im Rahmen der Erfindung werden also im Nieder- und Mittelspannungsbereich erfolgreich Vakuumschaltröhren für eine Strombegrenzung eingesetzt. Weder aus der Fach- oder Patentliteratur noch aus der Praxis sind bisher strombegrenzende Vakuumschaltröhren oder entsprechenden Anordnungen von Vakuumschaltkontakten bekannt.

Bei der Erfindung werden Vakuumschaltröhren dagegen mit solchen Kontaktkonfigurationen verwendet, bei welchen ein in Richtung zum Strom im Lichtbogen transversales Eigenmagnetfeld auftritt, wobei der Lichtbogen durch geeignete Teilerplatten in Teillichtbögen aufgeteilt wird. Gegebenenfalls kann der Lichtbogen auch einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogenfadens als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden.

Die im Rahmen der Erfindung benutzten Vakuumschaltröhren mit strombegrenzender Eigenschaft besteht somit aus mindestens zwei Kontakten mit Maßnahmen zur Erzeugung von radial gerichteten Magnetfeldern, von denen mindestens ein Kontakt in Richtung der Stromzuführung gegenüber dem anderen Kontakt beweglich ist, aus einer vakuumdichten Hülle, einem Isolator sowie einem elektrisch weitgehend isoliert aufgehängten, die Hauptkontakte umschließenden Blechpaket zur Lichtbogenaufteilung.

Vorteilhafterweise kann eine modifizierte Vakuumschaltröhre in Leistungsschaltern eingesetzt werden, die dadurch zusätzlich eine strombegrenzende Funktion erhalten und deshalb für größere Nennströme eingesetzt werden können als dies mit Vakuumschaltröhren herkömmlicher Bauweise möglich ist. Die Vakuumschaltröhren werden dabei in bekannter Weise im Betriebszustand geschlossen gehalten und bei Eintreten einer Störung durch einen geeigneten Antriebsmechanismus aktiv geöffnet.

Ein weiterer vorteilhafter Einsatzbereich ergibt sich durch die Möglichkeit, die Schaltröhren als strombegrenzendes Sicherungselement einzusetzen. Kerngedanke ist, die Schaltröhre für Betriebsströme nur durch Federkraft geschlossen zu halten. Bei Eintreten eines Kurzschlusses wird durch die kurzzeitig auftretenden hohen Ströme zwischen den Kontakten eine so hohe kontaktabhebende Stromkraft erzeugt, daß sich die Kontakte voneinander lösen. Durch einen geeigneten Mechanismus lassen sich dann bei Überschreiten einer voreingestellten Auslösekraft die Federn entklinken, so daß sich die Kontakte durch die Magnetkräfte sowie die im Lichtbogen wirkende Druckkraft vollständig voneinander lösen. Dadurch kann die Kontaktanordnung den beschriebenen strombegrenzenden Effekt aufbauen und den im Verteilernetz fließenden Strom auf im Vergleich zum prospektiven Kurzschlußstrom niedrige Stromwerte begrenzen. Die in diesem Fall eher passiv arbeitende Vakuumschaltröhre hat somit eine sicherungsähnliche, strombegrenzende Wirkung und kann entweder als einmal arbeitende Sicherung genutzt oder bei geeigneter Auslegung, ähnlich einem Sicherungsautomaten, auch mehrfach zurückgesetzt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigen

Figur 1
eine erste Anordnung von in einer Vakuumschaltröhre befindlichen Kontakten mit zugeordneten Lichtbogenteilerplatten in seitlicher Schnittdarstellung,
Figur 2
die Draufsicht auf eine Anordnung gemäß Figur 1,
Figur 3
eine bevorzugte Anordnung mit Kontakten für Transversalmagnetfelder in seitlicher Schnittdarstellung,
Figur 4
eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 3,
Figur 5
eine Anordnung mit Topfkontakten zur Generierung eines radialen Magnetfeldes und zugehörigen Teilerplatten,
Figur 6
eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 5,
Figur 7
eine Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der Funktion der Teilerplatten und
Figur 8
unterschiedliche Beispiele für vom Stand der Technik vorbekannte Elektrodengeometrien.

In Figur 1 sind mit 1 und 2 zwei Kontaktbolzen gezeigt, über die Ströme zu Kontaktträgern 3 und 4 mit zugehörigen Kontaktauflagen 9 geführt werden. Es ist eine Löschanordnung 5 vorhanden, wie sie im Prinzip aus Luftschaltern bekannt ist, die aus einzelnen Löschplatten 6a bis 6j besteht, wobei eine umrandende Keramikbegrenzung 7 vorhanden ist. Letzteres wird aus der Draufsicht gemäß Figur 2 deutlich.

Die Figuren 1 und 2 zeigen also eine Anordnung, die sich an die in konventionellen Niederspannungs-Leistungsschalter verwendeten Luftschaltkammern anlehnt, wobei geeignete Materialien für eine angedeutete Vakuumschaltkammer VS verwendet werden. Diese Anordnung zeigt bei hohen Kurzschlußströmen ein gutes strombegrenzendes Verhalten. Ein im Bereich der Teilerplatten 6a bis 6j stationär brennender Lichtbogen mit mehreren 10 kA kann jedoch gegebenenfalls die Teilerplatten und den äußeren, vom Lichtbogen belasteten Kontaktbereich zerstören und daher keine ausreichende Lebensdauer ermöglichen.

Aus lezterem Grund ist die Anordnung gemäß den Figuren 1 und 2 nicht zum eigentlichen betriebsmäßigen Schalten der im allgemeinen vorkommenden Betriebsströme, d.h. üblicherweise Strömen von einigen 100 A bis zu einigen kA, vorgesehen. Die hierbei auftretenden Lichtbögen entstehen zwischen den Kontaktauflagen der sich trennenden Schaltstücke zwar im intensiven Mode, gehen aber mit zunehmenden Kontaktabstand in den diffusen Mode über. Dabei dehnen sich die Ansätze auf den Elektroden größenflächig aus und können so auch in unerwünschten Schaltkammergebieten brennen. Solche Anordnungen sind daher nur als Sicherungselemente zu verwenden.

In den Figuren 3 und 4 bedeuten 11 und 12 zwei Kontaktbolzen zur Stromführung, von denen einer über einen nicht dargestellten Federbalg beweglich ausgebildet ist. Auch die eigentliche Vakuumschaltröhre ist nicht im einzelnen dargestellt. Es sind Kontaktstücke 13 und 14 vorhanden, die jeweils entsprechende Schlitze zur Generierung von radialen bzw. transversalen Magnetfeldern aufweisen. Zwischen den seitlich abgeschrägten Kontakten 13 und 14 ist eine Anordnung 15 vorhanden, die im einzelnen aus einzelnen Teilerplatten 16a bis 16h und zugehörigen Keramik- bzw. Metallteilen besteht. Insbesondere sind die Teilerplatten 16a bis 16k endseitig in eine Keramikhalterung 17 eingebracht und ist gemäß Figur 4 wenigstens ein Radialschlitz 18 vorhanden.

Mit dieser Anordnung kann eine für eine Strombegrenzung erwünschte Aufspaltung des Lichtbogens in hintereinander liegende Teillichtbögen im Kurzschlußfall bei gleichzeitiger Beherrschung des bei Betriebsströmen auftretenden diffusen Bogenmodes erreicht werden. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus zwei Schaltstücken 13 und 14 sowie der Anordnung 15 mit den kreisringförmigen Lichtbogenteilerplatten 16a bis 16h.

Basis dieser Ausführungsform ist, daß die Funktionsweise von Vakuumschaltkontakten mit Radialmagnetfeld und umlaufenden Lichtbogen dahingehend modifiziert wird, daß der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld in einen Löschblechstapel gelenkt und dadurch - unter Beibehaltung der Rotation - in eine Serie von hintereinandergeschalteten, rasch umlaufenden Einzellichtbögen aufgespalten wird. Durch diese bisher nicht bekannte Maßnahme kann sowohl die thermische Belastung aller betroffenen Kontaktteile niedrig gehalten werden, als auch gleichzeitig ein so großer Betrag an Brennspannung aufgebaut werden, daß der prospektive Kurzschlußstrom auf in dieser Geometrie beherrschbare Amplituden begrenzt wird.

Die Schaltstücke 13 und 14 weisen in ihrem Grundriß Ähnlichkeiten mit den in der Vakuumschalttechnik verwendeten Spiralkontakten auf. In diesem Fall besitzt die auf den intensiven Lichtbogen, der zwischen den sich trennenden Kontaktauflagen entsteht, wirkende Magnetkraft Komponenten, die den Lichtbogenin Richtung auf einen umlaufenden Laufring 19 treiben. Bei dieser Lichtbogenwanderung wird durch Abschrägung der Schaltstücke 13 und 14 eine Verlängerung des Lichtbogens erreicht. Während dieses Bewegungsvorganges wird der Lichtbogen in den diffusen Mode übergehen und sich dabei über die gesamte Schaltstückfläche ausdehnen, wenn ein vom Schaltstückdurchmesser D abhängiger Grenzstrom von IG ≈ 15-25 kA nicht überschritten wird. Bei Momentanströmen, die über diesem Grenzwert liegen, bleibt der Lichtbogen dagegen im kontrahierten Mode erhalten, wobei sein Spannungsbedarf beim Wandern infolge der Verlängerung auf einige 100 V zunimmt und somit die Strombegrenzung wirksam wird. In der Nähe des Laufrings 19 wird der Spannungsbedarf eines langen Lichtbogens zumindest für die immer wieder auftretenden instabilen Bogenkonfigurationen größer sein als die Summe des Spannungsbedarf von Teillichtbögen, die zwischen zwei einzelnen Teilerplatten 16a bis 16h bzw. zwischen dem Laufring 19 und einer der Teilerplatten 16a bis 16h brennen. Für solche Lichtbogenkonfigurationen erfolgt innerhalb weniger µs die Kommutierung des langen Bogens in den Bereich der Teilerplatten und seine Aufteilung. Bei diesem Vorgang wird die Brennspannung und die damit verbundene Strombegrenzung nur unwesentlich reduziert. Erst wenn vor Stromnull der Momentanstrom den Grenzwert IG unterschreitet, zieht sich der Lichtbogen aus dem Teilerplattenbereich zurück und wechselt in den diffusen Mode. Er breitet sich dabei über die Schaltstückoberfläche aus, und die Bogenspannung sinkt mit abnehmendem Strom ebenfalls ab.

Die Laufrichtung der zwischen je zwei der Teilerplatten 16a bis 16h entstehenden kontrahierten Lichtbögen ist durch das lokale Magnetfeld bestimmt, das von der Stromführung in den Schaltstücken bzw. Laufringen und den Teilerplatten abhängt. Die Richtungen einzelner Teillichtbögen können deshalb für die einzelnen Bögen, wie anhand der Figur 7 für einen Ausschnitt der Teilerplatten und Laufringe gezeigt wird, unterschiedlich sein.

Da die strombegrenzende Wirkung bei einer Abschaltung möglichst schnell einsetzen soll und unmittelbar mit dem Lichtbogenspannungsaufbau zusammenhängt, muß der Lichtbogen rasch von den Kontaktauflagen in Richtung der Teilerplatten wandern. Außerdem muß die Kommutierung in den Bereich der Teilerplatten zügig erfolgen, damit Neuzündungen im Rücken des Bogens und damit Bogenspannungseinbrüche vermieden werden.

Diese Forderungen an das Lichtbogenverhalten lassen sich durch die konstruktive Auslegung der Schaltstücke und Teilerplatten erfüllen. Der Grundkörper der Schaltstücke sollte aus sauerstofffreiem Kupfer (Cu) oder auch dem Material der Kontaktauflagen wie z. B. Chrom-Kupfer (CrCu) oder Wolfram-Kupfer (Wcu) bestehen. Aus der Literatur sind zahlreiche Untersuchungen bekannt, nach denen diese Werkstoffe hinsichtlich ihres Lauf- und Neuzündverhaltens für Vakuumschaltkontakte geeignet sind. Die Schaltstücke sind vorzugsweise als Spiralkontakte ausgebildet und besitzen 3-5, vorzugsweise 4 Schlitze, die entsprechend der Anlage 4 gestaltet sein können oder eine der in der Anmeldung 19624920.1 v. 21. 06. 1996 beschriebenen Formen besitzen. Die Abschrägung der Schaltstücke sollte durch einen Neigungswinkel ψ gegenüber der Kontaktoberfläche von ψ = 15 - 45°, vorzugsweise ψ = 30° charakterisiert sein, da für dieses Winkelintervall das Laufverhalten des Bogens durch Neuzündungen nur gering beeinflußt wird. Der Laufbereich des Lichtbogens im äußeren Bereich der Spiralflügel kann, wie in Anlage 2 beispielhaft gezeigt, auch durch einen zusätzlich aufgelegten Laufring aus einem abbrandfesten Kontaktwerkstoff wie Chrom-Kupfer (CrCu), Wolfram-Kupfer (WCu) oder Wolframkarbid-Kupfer (WCCu) gebildet werden. Andere mögliche Kontaktgeometrien mit Radialmagnetfeldern, wie beispielsweise der sogenannte Topfkontakt (engl.: contrate contact) oder der sogenannte

Windmühlenflügel-Kontakt", sind bei entsprechender Modifikation ebenfalls geeignet.

Als Material für die Teilerplatten bieten sich sowohl sauerstofffreies Kupfer (Cu) oder Chrom-Kupfer (CrCu), die aufgrund ihres Kommutierungsverhaltens ein einwandfreies Eintreten und Laufen des Lichtbogens garantieren, als auch Edelstähle an. Bei Verwendung von magnetischen Edelstählen kann durch Verstärkung der Magnetfeldkomponente, die den Lichtbogen in die Teilerplatten treibt, die Aufteilung des Bogens erleichtert werden. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten bei Nenn- und Betriebstromstärken sollten die Teilerplatten mit mindestens einem Schlitz in radialer Richtung versehen sein. Die Breite b&peseta;der Teilerplatten sollte bei etwa b ≈ 0.1 - 0.3*D liegen, wobei D der Außendurchmesser der Kontakte ist. Die Breite a der Laufringe ist sinnvollerweise nicht größer als die der Teilerplatten; sie muß aber breiter als der größtmögliche Fußpunktdurchmesser sein. Sie wird deshalb zu a ≈ 0.5 - 1.0*b gewählt.

In einer Abwandlung der Anordnung gemäß Figur 3 und 4 werden aus der Vakuumschalttechnik bekannte Topfkontakte verwendet. Bei diesen Topfkontakten wird durch entsprechende Schlitzung im Trägerteil des Topfes das radiale Magnetfeld generiert. Seitlich muß hier ebenfalls eine Abschrägung erfolgen, so daß entsprechende Teilerplatten eingefügt werden können.

In den Figuren 5 und 6 bedeuten 21 und 22 zwei Kontaktbolzen zur Stromführung, von denen einer über einen nicht dargestellten Federbalg beweglich ausgebildet ist. Die eigentliche Vakuumschaltröhre VS ist wiederum nur angedeutet. Es sind Topfkontaktstücke 23 und 24 vorhanden, wie sie vom Stand der Technik vorbekannt sind. Durch derartige geschlitzte Topfkontakte läßt sich, sofern zwei symmetrisch gegenüberstehende Topfkontaktstücke 23 und 24 gegeneinander geneigte Schlitze aufweisen, ein in bezug auf die Stromrichtung im Lichtbogen transversales Magnetfeld erzeugen, so daß derartige Kontaktstücke auch als Radialfeldkontakte bezeichnet werden. Auf den eigentlichen Topfkontakten 23 und 24 sind zur eigentlichen Kontaktgabe Ringe 29 aus Kontaktmaterial aufgebracht. Die Ringe 29 haben entsprechend der Anordnung gemäß Figur 3 eine spezifische Ausformung. Speziell wird vom inneren im gschlossenen Zustand des Schalters kontaktgebenden Teil über Abschrägungen mit vorgegebenem Winkel ψ erreicht, daß im äußeren Bereich ein größerer Freiraum besteht. In diesen Freiraum greifen von außen entsprechend Figur 2 Teilerplatten 26a bis 26h ein, die außen durch ein Keramikteil 27 gehaltert werden.

Bei den in Figur 5 und 6 dargestellten Topfkontakten 23 und 24 besteht jedes einzelne Kontaktstück insbesondere aus einem Kontaktkörper 30, in das gerade Schlitze 31 unter vorgegebener Steigung eingebracht sind.

Anhand Figur 7 wird verdeutlicht, wie insbesondere zwischen den einzelnen Teilerplatten 6a bis 6j aus Figur 1 bzw. 16a bis 16h aus Figur 3 bzw. 26a bis 26h aus Figur 5 die Aufteilung des Lichtbogens erfolgen kann. Somit wird die erwünschte Wirkung der Strombegrenzung im Vakuum erreicht.

Die Figur 8 zeigt anhand von vier Beispielen I bis IV mögliche Geometrien der eigentlichen Kontaktplatte, wie sie auch vom Stand der Technik vorbekannt sind. Dabei geht es im wesentlichen im Beispiel I um die sogenannten Spiralkontakte, bei denen in einer Kontaktplatte 100 spiralförmige Schlitze 101 bis 104 vorhanden sind und in der Mitte eine kreisförmige Eindrehung 105 in der Kontaktplatte 100 vorhanden ist. Eine solche Kontaktgeometrie gewährleistet ein radiales Umlaufen des Lichtbogens.

Zur vereinfachten Herstellung sind im Beispiel II in einer Kontaktplatte 200 mit kreisförmiger Eindrehung 205 drei tangentiale gerade Schlitze 201 bis 203 eingebracht. Hier ergibt sich im wesentlichen die gleiche Wirkung.

In den Beispielen III und IV sind in den Kontaktplatten 300 bzw. 400 mit konzentrischen Eindrehungen 305 bzw. 405 ebenfalls gerade Schlitze 301 bis 304 bzw. 401 bis 404 vorhanden, die im Beispiel III rechtwinkelig abgebogen sind und im Beispiel IV mit kreisförmigen Eindrehung 205 versehen sind. Solche Schlitze können ebenfalls vergleichsweise einfach in vorhandene Kontaktplatten eingebracht werden.

Während die Anordnung gemäß den Figuren 3/4 und 5/6 im wesentlichen zum betriebsmäßigen Schalten von hohen Strömen mit Strombegrenzung vorgesehen ist, ist die Anordnung gemäß Figur 1 und Figur 2 im wesentlichen nur als Stromgegrenzungs- bzw. Überwachungselement vorhanden, mit dem also kein reversibles Arbeiten möglich ist.

Zur Verwendung als strombegrenzende Sicherungselemente können bei den Anordnungen gemäß den beschriebenen Figuren die Kontaktstücke in der Schaltröhre für die Betriebsströme durch Federkraft geschlossen sein, wobei bei Eintreten eines Kurzschlusses eine kontaktabhebende Stromkraft erzeugt wird, welche die Kontaktstücke voneinander trennen. Es ist für einen solchen Fall auch möglich, bei Eintreten eines Kurzschlusses durch die Stromkraft einen Verklinkungsmechanismus zu lösen und die Kontaktstücke durch Federkraft, pneumatisch oder hydraulisch voneinander zu trennen.

Insbesondere bei den Anordnungen gemäß Figur 3/4 und Figur 5/6 sind rotationssymmetrische Radialfeldkontakte vorhanden, bei denen der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch die Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Rotation in eine Serie von hintereinandergeschalteten, rasch umlaufenden Einzellichtbogen aufgespalten wird. In einer bestimmten Modifikation kann der Lichtbogen auch einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten lediglich als Lichtbogenkühlplatten dienen. Gemäß Figur 1/2ist es möglich, bei Verwendung einer Vakuumschaltröhre mit transversalem Magnetfeld und einer nichtrotationssyznmetrischen Kontaktanordnung einen geradlinig laufenden Lichtbogen zu realisieren, wobei der Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch mindestens eine Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Bewegung in eine Serie von hintereinandergeschalteten Einzellichtbögen aufgespalten wird. In einer spezifischen Modifikation kann bei einer solchen nichtrotationssymmetrischen Kontaktanordnung der geradlinig laufende Lichtbogen ebenfalls einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogenspfades wieder als Lichtbogenkühlplatten dienen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen, bei dem im Betriebsfall bei den dabei auftretenden Betriebsströmen diffuse Bogenmoden eines Lichtbogens auftreten und bei dem im Kurzschlußfall der Lichtbogen in hintereinander liegende Teillichtbögen aufgespalten wird, gekennzeichnet durch die Verwendung von Vakuumschaltröhren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit wenigstens einem Radialfeldkontakt verwendet wird, bei der die Schaltkontakte ein gegenüber der Stromrichtung im Lichtbogen senkrecht verlaufendes Magnetfeld erzeugen und ein umlaufender Lichtbogen bewirkt wird, wobei der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch mindestens eine Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Rotation in eine Serie von hintereinander geschalteten, rasch umlaufenden Einzellichtbögen aufgespalten wird (FIG 3/4, FIG 5/6).
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Radialfeldkontakt einerseits und ein abgeschrägter Plattenkontakt andererseits verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit wenigstens einem Radialfeldkontakt verwendet wird, bei der die Schaltkontakte ein gegenüber der Stromrichtung im Lichtbogen senkrecht verlaufendes Magnetfeld erzeugen und ein umlaufender Lichtbogen bewirkt wird, der Lichtbogen einteilig bleibt und die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogenpfades als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden (FIG 3/4, FIG 5/6).
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit transversalen Magnetfeld verwendet wird und daß ein in einer nicht rotationssymmetrischen Kontaktanordnung geradlinig laufender Lichtbogen verwendet wird, wobei der Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch mindestens eine Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Bewegung in eine Serie von hintereinander geschalteten Einzellichtbögen aufgespalten wird (FIG 1/2).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit transversalem Magnetfeld verwendet wird und daß ein in einer nichtrotationssymmetrischen Kontaktanordnung geradlanig laufender Lichtbogen verwendet wird, wobei der Lichtbogen einteilig bleibt und die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogenpfades als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden (FIG 1/2).
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kontaktanordnung und die Lichtbogenteilerplatte geeignete, insbesondere sauerstofffreie, Vakuumschalterwerkstoffe verwendet werden.
  8. Anordnung zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen unter Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens eine Vakuumschaltröhre (VS) mit zwei Schaltstücken (13, 14; 23, 24) und durch kreisringförmige Lichtbogenteilerplatten (16a - 16K, 26a - 26k), die zumindest teilweise zwischen den Schaltstücken (13, 14; 23, 24) angeordnet sind.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstücke (13, 14) in ihrem Grundriß die Form von Spiralkontakten (100) haben.
  10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralkontakte (100) drei bis sechs, vorzugsweise vier Schlitze (101 -104), aufweisen.
  11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstücke (13, 14; 23, 24) in den Zonen,die in radialer Richtung nach außen auf das eigentliche kontaktgebende Gebiet folgen, abgeschrägt sind.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung der Schaltstücke (13, 14; 23, 24) einen Neigungswinkel (ψ) gegenüber der Kontaktoberfläche von 15° > ψ ≤ 45°, vorzugsweise ψ = 30°, hat.
  13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Kontaktfläche der Schaltstücke (13, 14; 23, 24) aus einem abbrandfesten Kontaktwerkstoff, vorzugsweise Chrom-Kupfer (CrCu), Wolfram-Kupfer (Wcu) oder Wolfram-Carbid-Kupfer (WCCu), besteht.
  14. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerplatten (16a bis 16k, 26a bis 26k)) aus sauerstofffreiem Kupfer (Cu) oder Chrom-Kupfer (CrCu) bestehen.
  15. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerplatten (16a bis 16k, 26a bis 26k) aus Edelstahl, insbesondere magnetischem Edelstahl, bestehen.
  16. Anordnung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerplatten (16a bis 16k, 26a bis 26k) mindestens einen Schlitz (17, 27) in radialer Richtung aufweisen.
  17. Anordnung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der Teilerplatten (16a - 16k, 26a - 26k) eine Dimensionierung 0,1 D ≥ b ≤ 0,3 D hat, wobei D der Außendurchmesser der Kontakte (13, 14; 23, 24) ist.
  18. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Kontaktfläche Kontaktstücke (13, 14; 23, 24) Laufringe (19, 29) gebildet wird, die eine Breite (a) kleiner als die Breite (b) der Teilerplatten (16a - 16k, 26a - 26k) haben.
  19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (a) der Laufringe ( ) der Dimensionierung 0,5 b ≤ a ≤ 1,0 b entspricht.
  20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring (9, 19, 29) aus einem anderen Material wie der Kontaktkörper ((3, 4; 13, 14; 23, 24) besteht.
  21. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstücke (3, 4; 13, 14, 23, 24) aus sauerstofffreien Kupfer (CU) oder Kupfer-Chrom (CuCr) bestehen.
  22. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 9 bis 20 als strombegrenzendes Sicherungselement, wobei die Kontaktestücke (3, 4, 13, 14; 23, 24) in der Schaltröhre (VS) für Betriebsströme durch Federkraft geschlossen sind und bei Eintreten eines Kurzschlusses eine kontaktabhebende Stromkraft erzeugt wird und dadurch die Kontaktstücke (13, 14; 23, 24) voneinander getrennt werden.
  23. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 8 bis 21 als strombegrenzendes Sicherungselement, wobei die Kontaktstücke (3, 4, 13, 14; 23, 24) in der Schaltröhre (VS) für Betriebsströme durch Federkraft geschlossen sind und bei Eintreten eines Kurzschlusses durch Stromkraft ein Verklinkungsmechanismus gelöst wird und die Kontaktstücke (13, 14; 23, 24) durch Federkraft, pneunatisch oder hydraulisch voneinander getrennt werden.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com