DE19913236A1 - Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen, zugehörige Anordnung sowie spezielle Verwendung dieser Anordnung - Google Patents
Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen, zugehörige Anordnung sowie spezielle Verwendung dieser AnordnungInfo
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Abstract
Aus der Luftschalttechnik sind Methoden zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen bekannt, wobei im Betriebsfall bei den dabei auftretenden Betriebsströmen diffuse Bogenmoden eines Lichtbogens aufreten und wobei im Kurzschlußfall der Lichtbogen in hintereinanderliegende Teillichtbögen aufgespalten wird. Gemäß der Erfindung werden zur Strombegrenzung Vakuumschaltröhren verwendet. bei der zugehörigen Anordnung ist wenigstens eine Vakuumschaltröhre (VS) mit zwei Schaltstücken (3, 4; 13, 14; 23, 24) vorhanden, zwischen denen kreisringförmige Lichtbogenteilerplatten (6a - 6j; 16a - 16h; 26a - 26h) angeordnet sind. Bei geeigneter Auslegung können solche Anordnungen zum betriebsmäßigen Schalten hoher Ströme verwendet werden. Gegebenenfalls werden solche Anordnungen lediglich zur Überwachung der Ströme, d. h. einmaligen Strombegrenzung, verwendet.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strombegren
zung in Niederspannungsnetzen, bei dem im Betriebsfall bei
den dabei auftretenden Betriebsströmen diffuse Bogenmoden ei
nes Lichtbogens auftreten und bei dem im Kurzschlußfall der
Lichtbogen in hintereinanderliegende Teillichtbögen aufge
spalten wird. Daneben bezieht sich die Erfindung auf eine An
ordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie auch auf spezi
fische Verwendungen dieser Anordnung.
In Niederspannungsnetzen müssen von Schaltgeräten und Vertei
lungen neben den Betriebsströmen auch Kurzschlußströme von
bis zu 200 kAeff beherrscht werden. Das Schalten solcher Strö
me mit Leistungsschaltern erfordert einen erheblichen techni
schen Aufwand und ist bei selektiven Schaltern mit einer dra
stischen Reduzierung der Lebensdauer der Schaltanordnung ver
bunden. Beim Auftreten von Störlichtbögen können aufgrund der
hohen Ströme große Schäden an Anlagen sowie eine starke Ge
fährdung 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 Ein
laufen des Lichtbogens in die Löschblechkammer auftritt, er
heblich reduziert werden. Dadurch werden zum einen die
Schaltkammerarbeit und die damit verbundenen thermischen Be
lastungen von Schalteinrichtungen erheblich reduziert. Zum
anderen bleiben die Stromkräfte bzw. die dadurch verursachten
mechanischen Beanspruchungen in den Stromverteilungen be
trächtlich 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 nied
rigen 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 Strom
begrenzung 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 Ver
wendungsansprüche beinhalten demgegenüber spezifische Verwen
dungen der geschaffenen Anordnung.
Im Rahmen der Erfindung werden also im Nieder- und Mittel
spannungsbereich erfolgreich Vakuumschaltröhren für eine
Strombegrenzung eingesetzt. Weder aus der Fach- oder Patent
literatur noch aus der Praxis sind bisher strombegrenzende
Vakuumschaltröhren oder entsprechenden Anordnungen von Vaku
umschaltkontakten bekannt.
Bei der Erfindung werden Vakuumschaltröhren dagegen mit sol
chen Kontaktkonfigurationen verwendet, bei welchen ein in
Richtung zum Strom im Lichtbogen transversales Eigenmagnet
feld auftritt, wobei der Lichtbogen durch geeignete Teiler
platten 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 gerich
teten Magnetfeldern, von denen mindestens ein Kontakt in
Richtung der Stromzuführung gegenüber dem anderen Kontakt be
weglich ist, aus einer vakuumdichten Hülle, einem Isolator
sowie einem elektrisch weitgehend isoliert aufgehängten, die
Hauptkontakte umschließenden Blechpaket zur Lichtbogenauftei
lung.
Vorteilhafterweise kann eine modifizierte Vakuumschaltröhre
in Leistungsschaltern eingesetzt werden, die dadurch zusätz
lich eine strombegrenzende Funktion erhalten und deshalb für
größere Nennströme eingesetzt werden können als dies mit Va
kuumschaltröhren herkömmlicher Bauweise möglich ist. Die Va
kuumschaltröhren werden dabei in bekannter Weise im Betriebs
zustand 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 Si
cherungselement einzusetzen. Kerngedanke ist, die Schaltröhre
für Betriebsströme nur durch Federkraft geschlossen zu hal
ten. Bei Eintreten eines Kurzschlusses wird durch die kurz
zeitig auftretenden hohen Ströme zwischen den Kontakten eine
so hohe kontaktabhebende Stromkraft erzeugt, daß sich die
Kontakte voneinander lösen. Durch einen geeigneten Mechanis
mus 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 Stromwer
te begrenzen. Die in diesem Fall eher passiv arbeitende Vaku
umschaltröhre hat somit eine sicherungsähnliche, strombegren
zende Wirkung und kann entweder als einmal arbeitende Siche
rung genutzt oder bei geeigneter Auslegung, ähnlich einem Si
cherungsautomaten, auch mehrfach zurückgesetzt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei
spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Un
teransprüchen. Es zeigen
Fig. 1 eine erste Anordnung von in einer Vakuumschaltröhre
befindlichen Kontakten mit zugeordneten Lichtbogen
teilerplatten in seitlicher Schnittdarstellung,
Fig. 2 die Draufsicht auf eine Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine bevorzugte Anordnung mit Kontakten für Transver
salmagnetfelder in seitlicher Schnittdarstellung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine Anordnung mit Topfkontakten zur Generierung ei
nes radialen Magnetfeldes und zugehörigen Teilerplat
ten,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 5,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der Funk
tion der Tellerplatten und
Fig. 8 unterschiedliche Beispiele für vom Stand der Technik
vorbekannte Elektrodengeometrien.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei Kontaktbolzen gezeigt, über
die Ströme zu Kontaktträgern 3 und 4 mit zugehörigen Kontakt
auflagen 9 geführt werden. Es ist eine Löschanordnung 5 vor
handen, wie sie im Prinzip aus Luftschaltern bekannt ist, die
aus einzelnen Löschplatten 6a bis 6j besteht, wobei eine um
randende Keramikbegrenzung 7 vorhanden ist. Letzteres wird
aus der Draufsicht gemäß Fig. 2 deutlich.
Die Fig. 1 und 2 zeigen also eine Anordnung, die sich an
die in konventionellen Niederspannungs-Leistungsschalter ver
wendeten Luftschaltkammern anlehnt, wobei geeignete Materia
lien für eine angedeutete Vakuumschaltkammer VS verwendet
werden. Diese Anordnung zeigt bei hohen Kurzschlußströmen ein
gutes strombegrenzendes Verhalten. Ein im Bereich der Teiler
platten 6a bis 6j stationär brennender Lichtbogen mit mehre
ren 10 kA kann jedoch gegebenenfalls die Teilerplatten und
den äußeren, vom Lichtbogen belasteten Kontaktbereich zerstö
ren und daher keine ausreichende Lebensdauer ermöglichen.
Aus letzterem Grund ist die Anordnung gemäß den Fig. 1 und
2 nicht zum eigentlichen betriebsmäßigen Schalten der im all
gemeinen vorkommenden Betriebsströme, d. h. üblicherweise
Strömen von einigen 100 A bis zu einigen kA, vorgesehen. Die
hierbei auftretenden Lichtbögen entstehen zwischen den Kon
taktauflagen der sich trennenden Schaltstücke zwar im inten
siven 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 uner
wünschten Schaltkammergebieten brennen. Solche Anordnungen
sind daher nur als Sicherungselemente zu verwenden.
In den Fig. 3 und 4 bedeuten 11 und 12 zwei Kontaktbolzen
zur Stromführung, von denen einer über einen nicht darge
stellten Federbalg beweglich ausgebildet ist. Auch die ei
gentliche Vakuumschaltröhre ist nicht im einzelnen darge
stellt. Es sind Kontaktstücke 13 und 14 vorhanden, die je
weils 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 be
steht. Insbesondere sind die Teilerplatten 16a bis 16k end
seitig in eine Keramikhalterung 17 eingebracht und ist gemäß
Fig. 4 wenigstens ein Radialschlitz 18 vorhanden.
Mit dieser Anordnung kann eine für eine Strombegrenzung er
wünschte Aufspaltung des Lichtbogens in hintereinander lie
gende Teillichtbögen im Kurzschlußfall bei gleichzeitiger Be
herrschung des bei Betriebsströmen auftretenden diffusen Bo
genmodes erreicht werden. Die Anordnung besteht im wesentli
chen 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 ge
lenkt und dadurch - unter Beibehaltung der Rotation - in eine
Serie von hintereinandergeschalteten, rasch umlaufenden Ein
zellichtbögen aufgespalten wird. Durch diese bisher nicht be
kannte 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 Ähnlich
keiten mit den in der Vakuumschalttechnik verwendeten Spiral
kontakten auf. In diesem Fall besitzt die auf den intensiven
Lichtbogen, der zwischen den sich trennenden Kontaktauflagen
entsteht, wirkende Magnetkraft Komponenten, die den Lichtbo
gen in Richtung auf einen umlaufenden Laufring 19 treiben. Bei
dieser Lichtbogenwanderung wird durch Abschrägung der Schalt
stücke 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 Schaltstückdurch
messer D abhängiger Grenzstrom von IG ≈ 15-25 kA nicht über
schritten wird. Bei Momentanströmen, die über diesem Grenz
wert liegen, bleibt der Lichtbogen dagegen im kontrahierten
Mode erhalten, wobei sein Spannungsbedarf beim Wandern infol
ge 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 Bogenkonfigura
tionen größer sein als die Summe des Spannungsbedarf von
Teillichtbögen, die zwischen zwei einzelnen Tellerplatten 16a
bis 16h bzw. zwischen dem Laufring 19 und einer der Teller
platten 16a bis 16h brennen. Für solche Lichtbogenkonfigura
tionen erfolgt innerhalb weniger µs die Kommutierung des lan
gen Bogens in den Bereich der Teilerplatten und seine Auftei
lung. Bei diesem Vorgang wird die Brennspannung und die damit
verbundene Strombegrenzung nur unwesentlich reduziert. Erst
wenn vor Stromnull der Momentanstrom den Grenzwert IG unter
schreitet, zieht sich der Lichtbogen aus dem Teilerplattenbe
reich zurück und wechselt in den diffusen Mode. Er breitet
sich dabei über die Schaltstückoberfläche aus, und die Bogen
spannung 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 Fig. 7 für einen Aus
schnitt der Teilerplatten und Laufringe gezeigt wird, unter
schiedlich sein.
Da die strombegrenzende Wirkung bei einer Abschaltung mög
lichst schnell einsetzen soll und unmittelbar mit dem Licht
bogenspannungsaufbau zusammenhängt, muß der Lichtbogen rasch
von den Kontaktauflagen in Richtung der Teilerplatten wan
dern. Außerdem muß die Kommutierung in den Bereich der Tel
lerplatten 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 Teiler
platten erfüllen. Der Grundkörper der Schaltstücke sollte aus
sauerstofffreiem Kupfer (Cu) oder auch dem Material der Kon
taktauflagen wie z. B. Chrom-Kupfer (CrCu) oder Wolfram-
Kupfer (Wcu) bestehen. Aus der Literatur sind zahlreiche Un
tersuchungen bekannt, nach denen diese Werkstoffe hinsicht
lich ihres Lauf- und Neuzündverhaltens für Vakuumschaltkon
takte geeignet sind. Die Schaltstücke sind vorzugsweise als
Spiralkontakte ausgebildet und besitzen 3-6, vorzugsweise 4
Schlitze, die entsprechend der Anlage 4 gestaltet sein können
oder eine der in der Anmeldung 196 24 920.1 v. 21. 06. 1996 be
schriebenen Formen besitzen. Die Abschrägung der Schaltstücke
sollte durch einen Neigungswinkel ψ gegenüber der Kontakto
berfläche von ψ = 15-45°, vorzugsweise ψ = 30° charakteri
siert sein, da für dieses Winkelintervall das Laufverhalten
des Bogens durch Neuzündungen nur gering beeinflußt wird. Der
Laufbereich des Lichtbogens im äußeren Bereich der Spiralflü
gel 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. Ande
re 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 sauer
stofffreies Kupfer (Cu) oder Chrom-Kupfer (CrCu), die auf
grund ihres Kommutierungsverhaltens ein einwandfreies Eintre
ten und Laufen des Lichtbogens garantieren, als auch Edel
stähle an. Bei Verwendung von magnetischen Edelstählen kann
durch Verstärkung der Magnetfeldkomponente, die den Lichtbo
gen 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 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 Fig. 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 Tellerplatten eingefügt werden können.
In den Fig. 5 und 6 bedeuten 21 und 22 zwei Kontaktbolzen
zur Stromführung, von denen einer über einen nicht darge
stellten 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 Topfkon
takte 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 Kontakt
stücke 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 Fig. 3 eine
spezifische Ausformung. Speziell wird vom inneren im geschlos
senen Zustand des Schalters kontaktgebenden Teil über Ab
schrägungen mit vorgegebenem Winkel ψ erreicht, daß im äuße
ren Bereich ein größerer Freiraum besteht. In diesen Freiraum
greifen von außen entsprechend Fig. 2 Teilerplatten 26a bis
26h ein, die außen durch ein Keramikteil 27 gehaltert werden.
Bei den in Fig. 5 und 6 dargestellten Topfkontakten 23 und
24 besteht jedes einzelne Kontaktstück insbesondere aus einem
Kontaktkörper 30, in das gerade Schlitze 31 unter vorgegebe
ner Steigung eingebracht sind.
Anhand Fig. 7 wird verdeutlicht, wie insbesondere zwischen
den einzelnen Teilerplatten 6a bis 6j aus Fig. 1 bzw. 16a
bis 16h aus Fig. 3 bzw. 26a bis 26h aus Fig. 5 die Auftei
lung des Lichtbogens erfolgen kann. Somit wird die erwünschte
Wirkung der Strombegrenzung im Vakuum erreicht.
Die Fig. 8 zeigt anhand von vier Beispielen I bis IV mögli
che Geometrien der eigentlichen Kontaktplatte, wie sie auch
vom Stand der Technik vorbekannt sind. Dabei geht es im we
sentlichen 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 tan
gentiale 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 eben
falls gerade Schlitze 301 bis 304 bzw. 401 bis 404 vorhanden,
die im Beispiel III rechtwinkelig abgebogen sind und im Bei
spiel IV mit kreisförmigen Eindrehung 205 versehen sind. Sol
che Schlitze können ebenfalls vergleichsweise einfach in vor
handene Kontaktplatten eingebracht werden.
Während die Anordnung gemäß den Fig. 3/4 und 5/6 im we
sentlichen zum betriebsmäßigen Schalten von hohen Strömen mit
Strombegrenzung vorgesehen ist, ist die Anordnung gemäß Fig.
1 und Fig. 2 im wesentlichen nur als Strombegrenzungs- 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 Kon
taktstücke in der Schaltröhre für die Betriebsströme durch
Federkraft geschlossen sein, wobei bei Eintreten eines Kurz
schlusses eine kontaktabhebende Stromkraft erzeugt wird, wel
che 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 hy
draulisch voneinander zu trennen.
Insbesondere bei den Anordnungen gemäß Fig. 3/4 und Fig.
5/6 sind rotationssymmetrische Radialfeldkontakte vorhanden,
bei denen der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld und
durch die Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Rota
tion in eine Serie von hintereinandergeschalteten, rasch um
laufenden Einzellichtbogen aufgespalten wird. In einer be
stimmten Modifikation kann der Lichtbogen auch einteilig
bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten lediglich als
Lichtbogenkühlplatten dienen. Gemäß Fig. 1/2 ist es möglich,
bei Verwendung einer Vakuumschaltröhre mit transversalem Ma
gnetfeld und einer nichtrotationssymmetrischen Kontaktanord
nung einen geradlinig laufenden Lichtbogen zu realisieren,
wobei der Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch minde
stens eine Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Be
wegung in eine Serie von hintereinandergeschalteten Ein
zellichtbögen aufgespalten wird. In einer spezifischen Modi
fikation kann bei einer solchen nichtrotationssymmetrischen
Kontaktanordnung der geradlinig laufende Lichtbogen ebenfalls
einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten au
ßerhalb des Lichtbogenspfades wieder als Lichtbogenkühlplat
ten dienen.
Claims (23)
1. Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen,
bei dem im Betriebsfall bei den dabei auftretenden Betriebs
strömen diffuse Bogenmoden eines Lichtbogens auftreten und
bei dem im Kurzschlußfall der Lichtbogen in hintereinander
liegende Teillichtbögen aufgespalten wird, gekenn
zeichnet durch die Verwendung von Vakuumschaltröh
ren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit
wenigstens einem Radialfeldkontakt verwendet wird, bei der
die Schaltkontakte ein gegenüber der Stromrichtung im Licht
bogen senkrecht verlaufendes Magnetfeld erzeugen und ein um
laufender Lichtbogen bewirkt wird, wobei der umlaufende
Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch mindestens eine
Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Rotation in ei
ne Serie von hintereinander geschalteten, rasch umlaufenden
Einzellichtbögen aufgespalten wird (Fig. 3/4, Fig. 5/6).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Radialfeldkontakt einerseits und
ein abgeschrägter Plattenkontakt andererseits verwendet wer
den.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit
wenigstens einem Radialfeldkontakt verwendet wird, bei der
die Schaltkontakte ein gegenüber der Stromrichtung im Licht
bogen senkrecht verlaufendes Magnetfeld erzeugen und ein um
laufender 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 gekenn
zeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit
transversalen Magnetfeld verwendet wird und daß ein in einer
nicht rotationssymmetrischen Kontaktanordnung geradlinig lau
fender Lichtbogen verwendet wird, wobei der Lichtbogen durch
das Magnetfeld und durch mindestens eine Lichtbogenteiler
platte unter Beibehaltung der Bewegung in eine Serie von hin
tereinander geschalteten Einzellichtbögen aufgespalten wird
(Fig. 1/2).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit
transversalem Magnetfeld verwendet wird und daß ein in einer
nichtrotationssymmetrischen Kontaktanordnung geradlinig lau
fender Lichtbogen verwendet wird, wobei der Lichtbogen ein
teilig bleibt und die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogen
pfades als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden (Fig. 1/2).
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß für die Kontaktanordnung und die
Lichtbogenteilerplatte geeignete, insbesondere sauerstoff
freie Vakuumschalterwerkstoffe verwendet werden.
8. Anordnung zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen un
ter Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder einem der
Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch we
nigstens eine Vakuumschaltröhre (VS) mit zwei Schaltstücken
(13, 14; 23, 24) und durch kreisringförmige Lichtbogenteiler
platten (16a-16k, 26a-26k), die zumindest teilweise zwi
schen den Schaltstücken (13, 14; 23, 24) angeordnet sind.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaltstücke (13, 14) in ihrem
Grundriß die Form von Spiralkontakten (100) haben.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Spiralkontakte (100) drei
bis sechs, vorzugsweise vier Schlitze (101-104), aufweisen.
11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, 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 ge
kennzeichnet, daß die Abschrägung der Schalt
stücke (13, 14; 23, 24) einen Neigungswinkel (ψ) gegenüber
der Kontaktoberfläche von 15° < ψ ≦ 45°, vorzugsweise ψ =
30°, hat.
13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, 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 gekenn
zeichnet, daß die Teilerplatten (16a bis 16k, 26a
bis 26k)) aus sauerstofffreiem Kupfer (Cu) oder Chrom-Kupfer
(CrCu) bestehen.
15. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Teilerplatten (16a bis 16k, 26a
bis 26k) aus Edelstahl, insbesondere magnetischem Edelstahl,
bestehen.
16. Anordnung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, da
durch gekennzeichnet, daß die Teiler
platten (16a bis 16k, 26a bis 26k) mindestens einen Schlitz
(17, 27) in radialer Richtung aufweisen.
17. Anordnung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, da
durch gekennzeichnet, daß die Breite
(b) der Teilerplatten (16a-16k, 26a-26k) eine Dimensio
nierung 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 ge
kennzeichnet, 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 Tei
lerplatten (16a-16k, 26a-26k) haben.
19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Breite (a) der Laufringe
() der Dimensionierung 0,5b ≦ a ≦ 1,0b entspricht.
20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch ge
kennzeichnet, 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 ge
kennzeichnet, daß die Schaltstücke (3, 4; 13,
14, 23, 24) aus sauerstofffreiem 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 Kontaktstücke (3, 4, 13, 14; 23, 24) in der Schalt
röhre (VS) für Betriebsströme durch Federkraft geschlossen
sind und bei Eintreten eines Kurzschlusses eine kontaktabhe
bende 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 Schalt
röhre (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, pneumatisch oder hydrau
lisch voneinander getrennt werden.
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