DE202006020737U1 - Passive or active short-circuiting device for use in low and medium voltage systems for property and personal protection - Google Patents

Abstract

Device has a switching element (9) actuated by the tripping signal of a fault detection device, two mutually opposite contact electrodes (2,6), and a sacrificial element (5) acting as spacer between contact electrodes. Electrical connection is provided between sacrificial element and switching element and between the sacrificial element and one contact electrode to bring about thermal destruction of the sacrificial element in a targeted manner owing to current flow. The sacrificial element may be provided in the form of a thin-walled hollow cylinder made of high-melting metallic material. The sacrificial element may also be provided in the form of a wire or rod made of conductive material having low melting integral. The sacrificial element in wire or rod form is under mechanical prestress under tension in contrast to the sacrificial element in hollow cylinder form. Contact can be made with the contact electrodes at a circuit having connections of different potentials. The contact electrodes, under mechanical prestress, perform relative movement in relation to one another in the event of a shirt-circuit assisted by spring force. A further part is provided to move with respect to the contact electrodes for short-circuiting the contact electrodes. An independent claim is included for the short-circuiting method using the short-circuiting device.

Description

Die Erfindung betrifft eine weiterentwickelte passive oder aktive Kurzschließeinrichtung für den Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen zum Sach- und Personenschutz mit oder ohne Schaltelement, welches vom Auslösesignal einer Fehlererfassungseinrichtung betätigbar ist, zwei sich gegenüberliegende Kontaktelektroden mit Mitteln zur Stromzuführung, wobei diese an einen Stromkreis mit Anschlüssen von unterschiedlichem Potential kontaktierbar sind, weiterhin die Kontaktelektroden unter mechanischer Vorspannung stehend im Kurzschlussfall federkraftunterstützt eine Relativbewegung zueinander ausführen, wobei ein Opferelement als Abstandshalter angeordnet ist, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a further developed passive or active short-circuiting device for use in low-voltage and medium-voltage installations for and personal protection with or without switching element, which depends on the trigger signal an error detection device is actuated, two opposing contact electrodes with means for Power supply, these being connected to a circuit with connections can be contacted by different potential, continue to Contact electrodes under mechanical preload standing in case of short circuit spring-assisted perform a relative movement to each other, wherein a sacrificial element is arranged as a spacer, according to the preamble of claim 1.

In elektrischen Schalt- und Verteileranlagen können verschiedene Fehler eintreten, die nicht unmittelbar zum Ansprechen bzw. nur zu einem verzögerten Ansprechen vorhandener Überstrom-Schutzeinrichtungen führen. Beispielhaft seien hier Störlichtbögen erwähnt. Ähnliche Probleme treten insbesondere hinsichtlich des Personenschutzes durch betriebsbedingte oder auf Fehler zurückzuführende Potentialdifferenzen auf. Solcherart Fehler können zu extremen Sachschäden, aber auch Personenschäden führen. Zur Begrenzung der Schäden ist neben einer sehr schnellen Erfassung des Fehlers auch dessen rasche Abschaltung erforderlich.In Electrical switching and distribution systems can be different Errors occur that are not immediately responsive or only to a delayed response of existing overcurrent protective devices to lead. By way of example, here arcing arcs mentioned. In particular, similar problems occur in terms of personal protection by operational or on Error due potential differences. Such errors can lead to extreme property damage, but also cause personal injury. To the limit the damage is in addition to a very quick capture of the Error also requires its rapid shutdown.

Für die schnelle Erfassung verschiedener Fehlerfälle gehören verschiedenste Lösungen zum Stand der Technik.For the fast detection of various error cases belong various solutions to the state of the art.

Verwiesen sei hier beispielsweise auf die DE 43 31 992 A1 , die eine gegen Störlichtbögen gesicherte zellenartige Schaltanlage zur Verteilung elektrischer Energie offenbart. Auch in der DE 43 45 170 A1 ist eine Störlichtbogen-Schutzeinrichtung für Schaltanlagen beschrieben, wobei dort das eigentliche Schalt- oder Schutzgerät von einem Signal aus einer UND-Verknüpfung mindestens eines lichtempfindlichen Sensors und eines lichtunempfindlichen Sensors betätigt wird. Der eigentliche Kurzschließer umfasst eine Spule, wobei der Kurzschließer infolge der Kräfte, die durch den Induktionsstrom in unter einem Vakuum stehenden becherartigen Metallteilen entstehen, einen metallischen Kurzschluss zwischen den kurzzuschließenden Teilen erzeugt. Die Energiespeicherquelle und die Spule sollen so bemessen werden, dass der erwähnte metallische Kurzschluss in einer Zeit zwischen 0,1 ms und 2 ms erfolgt.Reference is made, for example, to the DE 43 31 992 A1 , which discloses a protected against arcs cell-like switchgear for the distribution of electrical energy. Also in the DE 43 45 170 A1 an arc fault protection device for switchgear is described, where the actual switching or protection device is actuated by a signal from an AND operation of at least one light-sensitive sensor and a light-insensitive sensor. The actual short-circuiter comprises a coil, wherein the short-circuiter generates a metallic short circuit between the parts to be short-circuited as a result of the forces which are produced by the induction current in cup-shaped metal parts under a vacuum. The energy storage source and the coil should be dimensioned so that the mentioned metallic short circuit takes place in a time between 0.1 ms and 2 ms.

Bei einem Kurzschließer zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer Energie gemäß DE 197 46 815 A1 ist ein direkt von einem Gasgenerator angetriebenes kurzschließendes Element mit einem Kurzschließerkolben vorgesehen. Der dortige Kurzschließerkolben soll unabhängig von Fertigungstoleranzen eine optimale Stossbewegung ausführen und gleichzeitig transportgesichert sein.For a short-circuiter for use in electrical energy distribution installations according to DE 197 46 815 A1 is provided directly driven by a gas generator short-circuiting element with a short-circuiting piston. The local short-circuiting piston should perform regardless of manufacturing tolerances optimal shock movement and at the same time be transport-secured.

Weitere typische Kurzschließer des Standes der Technik sind beispielsweise in der DE 94 19 141 U1 , DE 197 46 815 A1 sowie DE 42 35 329 C2 beschrieben. Hierbei wird zwischen mehrfach verwendbaren und einmalig wirkenden Einrichtungen unterschieden. Wieder verwendbare Kurzschließer sind sehr aufwendig und kostenintensiv. Bei einmalig wirkenden Kurzschließern wird im Allgemeinen eine Sprengladung oder ein Gasgenerator zum Aufeinanderzubewegen der Elektroden eingesetzt, was verständlicherweise besondere Schutzmaßnahmen bei der Herstellung, dem Transport und dem Einsatz nach sich zieht.Other typical short circuiters of the prior art, for example, in the DE 94 19 141 U1 . DE 197 46 815 A1 such as DE 42 35 329 C2 described. Here, a distinction is made between reusable and single-acting devices. Reusable short circuiters are very expensive and expensive. In the case of single-acting short-circuiters, an explosive charge or a gas generator is generally used to move the electrodes towards each other, which understandably involves special protective measures during manufacture, transport and use.

Gemäß der DE 42 35 329 A1 gehört eine Kurzschlusseinrichtung zum Stand der Technik, welche aus mindestens einem Schaltelement besteht, das mit einem Auslösesignal einer Fehlererkennungseinrichtung betätigt wird. Der dort vorgesehene Kurzschließer umfasst mindestens zwei das Schaltelement zwischen sich aufnehmende Elektroden und weist stromführende Teile oder Bereiche auf. Infolge des sowohl in dem Schaltelement als auch in dem Kurzschließer direkt fließenden Stroms in den stromführenden Teilen wird mindestens ein bewegbarer oder deformierbarer stromführender Bereich gegen die Elektroden gedrückt und somit ein metallischer Kurzschluss erzeugt. Bei dieser bekannten Kurzschlusseinrichtung sind die Ansprechzeiten unzureichend und es ist die konstruktive Gesamtanordnung unter Fertigungsaspekt sehr kostenintensiv.According to the DE 42 35 329 A1 includes a short-circuit device to the prior art, which consists of at least one switching element which is actuated with a trigger signal of an error detection device. The short-circuiter provided there comprises at least two electrodes receiving the switching element between them and has current-carrying parts or regions. As a result of the current flowing directly in the current-carrying parts both in the switching element and in the short-circuiting device, at least one movable or deformable current-carrying region is pressed against the electrodes, thus producing a metallic short circuit. In this known short-circuit device, the response times are insufficient and it is the overall design arrangement from a manufacturing point of view very expensive.

Bei der Lehre gemäß Patentschrift DE 103 13 045 B3 wird eine Kurzschließeinrichtung für den Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen vorgestellt, welche ebenfalls ein Schaltelement umfasst, welches von einem Auslösesignal einer Fehlererfassungseinrichtung betätigt wird. Nach der dortigen Erfindung ist das Schaltelement eine triggerbare Überspannungs-Schutzeinrichtung, welche durcheinen Strom- oder Spannungsimpuls zum Ansprechen bringbar und im Fehlerfall zerstörbar ist. Mindestens eine der die Überspannungs-Schutzeinrichtung aufnehmenden Elektroden steht unter mechanischer Vorspannung und ist in Richtung auf die gegenüberliegende Elektrode bewegbar, wobei die Überspannungs-Schutzeinrichtung einen Elektrodenabstandshalter bildet, welcher im Fall der Zerstörung ein In-Kontakt-Kommen der Elektroden zur Kurzschlussbildung ermöglicht.In teaching according to the patent DE 103 13 045 B3 a short-circuiting device for use in low and medium voltage systems is presented, which also includes a switching element which is actuated by a trigger signal of an error detection device. According to the local invention, the switching element is a triggerable overvoltage protection device, which can be brought to a response by a current or voltage pulse and destructible in the event of an error. At least one of the surge arrester receiving electrodes is under mechanical bias and is movable toward the opposite electrode, the overvoltage protector forming an electrode spacer which, in the event of destruction, allows the electrodes to contact the short circuit.

Das vorerwähnte Schaltelement kann eine Reihenschaltung aus einer triggerbaren Überspannungs-Schutzeinrichtung und einer Einrichtung mit einstellbarem oder definiertem Schmelzintegral sein. Bei dieser Reihenschaltung kann im Fehlerfall lediglich die Einrichtung mit dem definierten Schmelzintegral zerstört werden. In einer Ausführungsform ist die vorerwähnte Einrichtung eine Glasrohr-Sicherung, ein linearer oder nichtlinearer Widerstand, ein Varistor, ein niedrigschmelzendes Metall oder eine Metall-Legierung, eine halbleitende oder leitende Keramik, ein derartiges Glas oder Ähnliches. Zur Erzeugung der mechanischen Vorspannung und der Elektrodenrelativbewegung wird gemäß DE 103 13 045 B3 eine Zug- oder Druckfeder verwendet. Auch ist gemäß der diesbezüglichen Lehre des Standes der Technik eine Ausführungsform der Elektroden als Topf mit einer Gegenelektrode geläufig, die eine in den Topf eintauchende Stempelform besitzt.The aforementioned switching element may be a series circuit of a triggerable overvoltage protection device and a device with adjustable or defined melting integral. In this series connection can in the case of failure single Lich the device are destroyed with the defined melt integral. In one embodiment, the aforementioned device is a glass tube fuse, a linear or non-linear resistor, a varistor, a low-melting metal or a metal alloy, a semiconductive or conductive ceramic, such a glass, or the like. To generate the mechanical bias and the relative electrode movement is in accordance with DE 103 13 045 B3 used a tension or compression spring. Also, according to the related teaching of the prior art, an embodiment of the electrodes as a pot with a counter electrode is common, which has a plunging into the pot die.

Es hat sich jedoch im Ergebnis weiterer Untersuchungen gezeigt, dass der Ausführung und Optimierung des Opferelements für die funktionalen Eigenschaften des Kurzschließers eine große und außerordentliche Bedeutung zukommt. Grundsätzliches Ziel der Optimierung einer Kurzschlusseinrichtung ist es, eine möglichst schnelle Schließbewegung der Hauptkontakte und eine sehr geringe Belastung des Schaltelements zu erreichen, wobei das Opferelement diese beiden Parameter wesentlich beeinflusst.It However, as a result of further investigations, it has been shown that the execution and optimization of the sacrificial element for the functional properties of the short-circuiter one great and extraordinary importance. Fundamental goal of optimizing a short-circuit device It is a fast closing movement the main contacts and a very low load on the switching element to achieve, with the sacrificial element these two parameters essential affected.

Aus der FR-A-1.514.214 ist ein Zylinder aus einem hochschmelzenden metallischen Material vorbekannt, welcher als Opferelement angewendet wird. Weiterhin ist aus diesem Dokument ein Schmelzelement in Form eines Spiraldrahtes vorbekannt.From the FR-A-1514214 a cylinder of a refractory metallic material is previously known, which is used as a sacrificial element. Furthermore, from this document, a fusible element in the form of a spiral wire is previously known.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Kurzschließeinrichtung für den Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen zum Sach- und Personenschutz anzugeben, wobei diese Kurzschließeinrichtung über ein kostengünstig zu fertigendes Opferelement verfügen soll, welches eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit zur Minimierung der Kommutierungszeit bei gleichzeitiger hoher mechanischer Festigkeit zum Einsatz einer hohen Federkraft mit dem Ziel einer Reduzierung der Bewegungszeit besitzt.Out The above, it is therefore an object of the invention, a further developed Short-circuiting device for use in low and medium voltage installations for property and personal protection, this short-circuiting device is inexpensive to be produced sacrificial element, which is a highest possible electrical conductivity for minimization the commutation with simultaneous high mechanical strength to use a high spring force with the aim of reducing has the movement time.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt in einer ersten Ausführungsform mit einer Kurzschließeinrichtung gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei eine zweite Ausführungsform von Anspruch 11 umfasst ist.The Solution of the object of the invention is carried out in a first Embodiment with a short-circuiting device according to the feature combination according to claim 1, wherein a second embodiment of claim 11 is.

Bei der erfindungsgemäßen Kurzschließeinrichtung gemäß erstem Ausführungsbeispiel für den Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen zum Sach- und Personenschutz umfasst diese ein Schaltelement, welches vom Auslösesignal einer Fehlererfassungseinrichtung betätigbar ist. Weiterhin sind zwei sich gegenüberliegende Kontaktelektroden mit Mitteln zur Stromzuführung vorgesehen, wobei die Kontaktelektroden an einen Stromkreis mit Anschlüssen von unterschiedlichem Potential kontaktierbar sind.at the short-circuiting device according to the invention according to the first embodiment for the use in low- and medium-voltage installations for property and equipment Personal protection includes this a switching element, which depends on the trigger signal an error detection device is actuated. Farther are two opposing contact electrodes with means provided for power supply, wherein the contact electrodes to a circuit with connections of different Potential are contactable.

Weiterhin führen die Kontaktelektroden, unter mechanischer Vorspannung stehend, im Kurzschlussfall federkraftunterstützt eine Relativbewegung zueinander aus.Farther lead the contact electrodes, under mechanical bias standing, in the event of a short circuit spring-assisted one Relative movement to each other.

Das Opferelement, welches als Abstandshalter zwischen den Kontaktelektroden vorgesehen ist, steht in elektrischer Verbindung mit dem Schaltelement einerseits und einer der Kontaktelektroden andererseits, um eine stromflussbedingte thermische Zerstörung gezielt herbeizuführen.The Sacrificial element, which serves as a spacer between the contact electrodes is provided, is in electrical connection with the switching element on the one hand and one of the contact electrodes on the other hand, to a targeted to bring about flow-induced thermal destruction.

Erfindungsgemäß ist das Opferelement als dünnwandiger Hohlzylinder aus einem hochschmelzenden metallischen Material ausgeführt.According to the invention the sacrificial element as a thin-walled hollow cylinder from a refractory metallic material.

Bei einer Variante der Ausführungsformen der Erfindung besteht die Möglichkeit, im Hohlzylinder eine elektrisch leitfähige Substanz aufzunehmen. Der Hohlzylinder ist ein Gebilde aus einem druckfesten Material, wobei die vorerwähnte Füllung als beispielsweise niedrigschmelzendes Metall ausgeführt wird. Zur Vermeidung eines zu hohen Schmelzintegralwerts kann anstelle einer partiellen Befüllung auch eine isolierende Schicht mit geringer mechanischer bzw. auch geringer Temperaturbeständigkeit zwischen dem Hohlzylinder und der eigentlichen leitfähigen Substanz angeordnet werden.at a variant of the embodiments of the invention the possibility of an electrically conductive in the hollow cylinder Take up substance. The hollow cylinder is a structure of one pressure-resistant material, wherein the aforementioned filling as low-melting metal is performed, for example. To avoid too high a melting integral value, instead of a partial filling also an insulating layer with low mechanical or even low temperature resistance between the hollow cylinder and the actual conductive substance to be ordered.

Bei der gewünschten Zerstörung des Opferelements, d. h. des Hohlzylinders, wird die im Inneren befindliche Substanz freigesetzt und kann bereits vor Schließung bzw. vollständigem Berühren auch ohne mechanische Bewegung der Hauptkontakte einen elektrisch leitfähigen Kurzschluss realisieren oder einen solchen Kurzschluss unterstützen.at the desired destruction of the sacrificial element, d. H. of the hollow cylinder, becomes the substance located inside released and can already before closing or complete Touch even without mechanical movement of the main contacts realize an electrically conductive short circuit or support such a short circuit.

Der Hohlzylinder kann in Ausnehmungen der Kontaktelektroden eingesetzt und geführt werden, so dass ein geringer Übergangswiderstand gegeben ist.Of the Hollow cylinder can be used in recesses of the contact electrodes and be guided, so that a low contact resistance given is.

Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist in der feststehenden Kontaktelektrode ein Isolierkörper und eine Hilfselektrode befindlich, wobei die Hilfselektrode mit dem Opferelement in Verbindung steht.at Another variant of the invention is in the fixed contact electrode an insulating body and an auxiliary electrode located, wherein the auxiliary electrode is in communication with the sacrificial element.

Die sich gegenüberstehenden Seiten der Kontaktelektroden bzw. die gegenüberliegenden Flächen können eine komplementär konische Form mit sich ergebender zentrierender Wirkung bei dem Inkontaktkommen im Kurzschlussfall aufweisen.The opposite sides of the contact electrodes or the opposite surfaces can a complementary conical shape with resulting centering Have effect in the contacting in case of short circuit.

Bevorzugt ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Wandstärke des Hohlzylinders größer 10:1 gewählt.Prefers is the ratio between the diameter and the wall thickness of the hollow cylinder greater than 10: 1 selected.

Durch definierte Strukturen oder Wandstärkeschwankungen im Hohlzylinder können sich Strompfade ausbilden, mit der Folge einer ungleichmäßigen Erwärmung bei Strombelastung und einer Deformation mit einhergehendem Verlust der mechanischen Festigkeit. Es bleibt in diesem Fall in vorteilhafter Weise die leitfähige Verbindung zwischen den Kontaktelektroden erhalten, jedoch sinkt die mechanische Widerstandskraft des Hohlzylinders, so dass unter Wirkung der Federkraft der Kurzschließer schnell in einen Schließzustand überführt werden kann.By defined structures or wall thickness variations in the hollow cylinder Rungs can form, resulting in an uneven Heating with current load and a deformation with concomitant loss of mechanical strength. It stays in In this case, the conductive connection in an advantageous manner between the contact electrodes, but the mechanical decreases Resistance force of the hollow cylinder, so that under the action of the spring force the short-circuiter quickly transferred to a closed state can be.

Zwischen den Kontaktelektroden ist ein Hohlraum ausbildbar, um Teile des zerstörten Opferelements aufzunehmen, und zwar ohne dass die gewünschte niederohmige Kontaktverbindung im Kurzschlussfall beeinträchtigt wird.Between The contact electrodes, a cavity can be formed to parts of the destroyed sacrificial element, without the desired low-resistance contact connection in the event of a short circuit is impaired.

Zwischen den Kontaktelektroden kann ein im geschlossenen Zustand wirksamer Entlüftungskanal oder eine Entlüftungsbohrung wirksam sein, um zu verhindern, dass durch einen Druckanstieg im Kurzschlussfall, insbesondere bei der Entstehung eines Lichtbogens Kräfte entstehen, die dem Aufeinanderzubewegen der Kontaktelektroden schließverzögernd entgegenwirken.Between the contact electrodes can be more effective when closed Venting channel or a vent hole be effective to prevent from a pressure increase in the Short circuit, especially when an arc occurs Forces arise when the contact electrodes move toward each other counteract delay.

Die Einrichtung zur Erzeugung der Vorspannkraft kann als Druckfeder, Tellerfeder oder dergleichen Federanordnung ausgeführt werden.The Device for generating the biasing force can be used as a compression spring, Belleville spring or the like spring arrangement executed become.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird von einer Kurzschlusseinrichtung für den Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen zum Sach- und Personenschutz ausgegangen, wobei diese als passive Kurzschließeinrichtung ausgebildet ist und ohne separate Ansteuerung wirkt. In diesem Fall ist also kein Schaltelement vorhanden, welches vom Auslösesignal einer Fehlererfassungseinrichtung betätigbar ist.at A second embodiment of the invention is of a Short circuit device for use in low and medium voltage installations for the protection of property and personal protection, whereby these as passive Short-circuiting device is formed and without separate Control works. In this case, therefore, no switching element is present, which is the trigger signal of an error detection device is operable.

Bei dieser erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform wird wiederum von einem Opferelement in Form eines dünnwandigen Hohlzylinders, bevorzugt aus einem hochschmelzenden metallischen Material ausgegangen, das in der Form weitergebildet werden kann, wie dies voranstehend erläutert wurde.at this second embodiment of the invention is in turn of a sacrificial element in the form of a thin-walled Hollow cylinder, preferably made of a refractory metallic material which can be further developed in the form as this has been explained above.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist innerhalb der Kurzschließeinrichtung ein nicht getriggerter Gasentladungsableiter angeordnet, welcher einerseits mit einer der Kontaktelektroden sowie andererseits mit dem Opferelement in elektrischer Verbindung steht. Mit dem Überschreiten der Ansprechspannung des Gasentladungsableiters fließt Strom über das Opferelement, welches dadurch einer Verformung unterliegt oder schmilzt, so dass sich ein stromtragfähiger Kurschlusspfad ausbildet.at The second embodiment of the invention is within the short-circuiting device is a non-triggered gas discharge arrester arranged, which on the one hand with one of the contact electrodes and on the other hand is in electrical communication with the sacrificial element. With the exceeding of the operating voltage of the gas discharge arrester flows Current through the sacrificial element, which thereby a deformation is subject to or melts, leaving a current carrying capacity Kurschlusspfad trains.

Bei dieser Ausgestaltung besteht insbesondere ergänzend die Möglichkeit, die Mittel zur Stromzuführung sammelschienenartig quasi als flache Kontaktstreifen auszubilden.at this embodiment is in addition to the Possibility, the means for power supply busbar-like quasi form as flat contact strips.

Der Gasentladungsableiter der vorgestellten zweiten Ausführungsform ist nicht getriggert und wie dargelegt innerhalb des Kurzschließers in Reihe mit dem Opferelement verschaltet. Es verhält sich damit die vorgestellte Kurzschließeinrichtung wie ein Überspannungsableiter mit sehr leistungsfähigem Überlastkurzschließer.Of the Gas discharge tube of the presented second embodiment is not triggered and as stated within the short circuiter connected in series with the sacrificial element. It behaves so that the presented short-circuiting device as a surge arrester with very powerful overload short-circuiter.

Neben dem Einsatz eines Gasentladungsableiters im Inneren des Kurzschließers können prinzipiell auch weitere oder ähnliche spannungsschaltende Bauelemente wie z. B. Z-Dioden oder Funkenstrecken, aber auch alle spannungsbegrenzenden Bauelemente, wie Varistoren oder Suppressordioden und Ähnliches bzw. deren Kombination vorgesehen sein.Next the use of a gas discharge arrester inside the short circuiter can in principle also other or similar voltage switching components such. Z-diodes or spark gaps, but also all voltage-limiting components, such as varistors or suppressor diodes and the like or their combination be provided.

Durch eine entsprechende Dimensionierung des Opferelements ist eine Abstimmung zwischen reversiblen und nichtreversiblen Arbeitsbereichen des jeweiligen Überspannungselements möglich. Der Kurzschließer realisiert auch bei höchster Belastung und Zerstörung des Überspannungsschutzes einen sicheren Backup-Schutz.By a corresponding dimensioning of the sacrificial element is a vote between reversible and non-reversible working areas of the respective overvoltage element possible. The short-circuiter also implements highest load and destruction of the overvoltage protection a secure backup protection.

Um die Isolationsfestigkeit bzw. eine höhere Variabilität der geometrischen Gestaltung, insbesondere der Baugröße des Kurzschließers zu variieren, besteht die Möglichkeit, das Opferelement mantelseitig zu isolieren. Ebenso ist ein Aufbau unter Schutzgas oder Vakuum im Sinne der Erfindung liegend.Around the insulation resistance or a higher variability the geometric design, in particular the size of the short circuiter, it is possible to isolate the sacrificial element on the shell side. Likewise, a construction under protective gas or vacuum within the meaning of the invention.

Bei der dritten Ausführungsform der Erfindung wird von einem Kurzschließer mit Reihenschaltung eines passiven Überspannungsschutzes und einem ansteuerbaren Schaltelement ausgegangen. Dies ist für folgenden Anwendungsfall relevant.at the third embodiment of the invention is of a Short circuiter with series connection of a passive overvoltage protection and a controllable switching element. This is for relevant application case.

Der Überspannungsschutzpegel im Betriebszustand von elektrotechnischen Anlagen soll im Allgemeinen nur minimal oberhalb der Nennspannung wirksam werden. Bei speziellen Situationen, z. B. dem Anlaufen von Maschinen, Umschalten aufgrund einer Notenergieversorgung und dergleichen wird die Netzspannung jedoch häufig kurzzeitig überschritten, ohne dass ein Fehlerfall vorliegt bzw. das Ansprechen des Überspannungsschutzes erwünscht ist. Für solche Fälle kann der Kurzschließer im Ansteuerzweig neben der bisherigen Reihenschaltung von passiven spannungsschaltenden bzw. spannungsbegrenzenden Elementen und dem Opferelement mit einem weiteren Schaltelement verbunden sein. Das Schaltelement kann z. B. im einfachsten Fall ein Schütz sein, welches extern oder intern des Kurzschließers angebracht ist. Das Schütz trennt den Überspannungsschutz während der genannten Ausnahmesituation von der Anlage ab, so dass ein ungewünschtes Ansprechen vermieden werden kann. Hierdurch kann der Überspannungsschutz optimal auf seine Aufgabe bei üblichem, d. h. Normalbetrieb abgestimmt werden.The overvoltage protection level in the operating state of electrical systems should generally be only slightly above the rated voltage effective. In special situations, eg. As the start-up of machines, switching due to an emergency power supply and the like, the mains voltage is often exceeded for a short time, without an error occurs or the response of the overvoltage protection is desired. For such cases, the short-circuiter may be connected in the control branch in addition to the previous series connection of passive voltage-switching or voltage-limiting elements and the sacrificial element with a further switching element. The switching element can, for. B. in the simplest case be a contactor, which external or internal of the Short circuiter is attached. The contactor disconnects the overvoltage protection from the system during the stated exceptional situation so that an undesired response can be avoided. As a result, the overvoltage protection can be optimally tuned to its task in normal, ie normal operation.

Zur Erhöhung der Dauerstromtragfähigkeit besteht die Möglichkeit, mehrere erfindungsgemäße Kurzschließer parallel zu schalten. Zur Parallelschaltung von zwei Kurzschließern ist jeweils nur ein isoliert ausgeführter Anschluss des jeweiligen Opferelements notwendig und es wird nur ein Kurzschließer mit Schaltelement bzw. Überspannungsschutz benötigt. Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschließeinrichtung mit beidseitig isoliert ausgeführtem Opferelement kann durch Hilfsenergie, z. B. aus der Notstromversorgung, unabhängig von den Bedingungen an den Hauptkontakten, gezielt ein Kurzschluss erzeugt werden.to Increasing the continuous current carrying capacity is the Possibility of several shortcircuiters according to the invention to switch in parallel. For parallel connection of two short-circuiters is in each case only an isolated connection of the respective sacrificial element necessary and it is only a short circuiter with Switching element or overvoltage protection required. In the embodiment of the invention Short-circuiting device with both sides insulated Victim element can by auxiliary energy, for. B. from the emergency power supply, regardless of the conditions at the main contacts, targeted a short circuit will be generated.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zielt auf eine Verlängerung der Trennstrecke innerhalb der Kurzschließeinrichtung.One Another object of the invention is directed to an extension the separation distance within the short-circuiting device.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to embodiments and explained in more detail with the aid of figures become.

Hierbei zeigen:in this connection demonstrate:

1 eine Ausführungsform der Kurzschließeinrichtung mit druckbelasteter beweglicher Kontaktelektrode und hohlzylindrischem Opferelement; 1 an embodiment of the short-circuiting device with pressure-loaded movable contact electrode and hollow cylindrical sacrificial element;

2 eine Ausführungsform analog 1, jedoch mit einem hohlzylindrischen Opferelement, welches mindestens teilweise mit einer leitfähigen Substanz gefüllt ist; 2 an embodiment analog 1 but with a hollow cylindrical sacrificial element which is at least partially filled with a conductive substance;

3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Verfahrens zum Einleiten eines Kurzschlusses in Niederspannungsanlagen mit gestaffelter Zuschaltung; 3 a block diagram for explaining the method for initiating a short circuit in low-voltage systems with staggered connection;

4 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschließeinrichtung unter Verwendung eines nicht getriggerten Gasentladungsableiters, der innerhalb des Kurzschließers in Reihe mit dem Opferelement verschaltet ist; 4 a sectional view of an embodiment of the short-circuiting device according to the invention using a non-triggered Gasendladungsableiters, which is connected within the short-circuiting device in series with the sacrificial element;

5 eine Detaildarstellung des innenseitigen Endes des Hauptanschlusses 9 mit vorgesehenen Nuten zum Druckausgleich, um eine ungehinderte Schließbewegung der Kontakte im Kurzschlussfall ausführen zu können; 5 a detailed view of the inside end of the main terminal 9 with provided grooves for pressure equalization in order to carry out an unimpeded closing movement of the contacts in the event of a short circuit;

6 eine Schnittdarstellung einer weiteren Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Kurzschließers mit Reihenschaltung von passivem Überspannungsschutz und ansteuerbarem Schaltelement; 6 a sectional view of another variant of the second embodiment of the invention in the form of a short-circuiting device with series connection of passive overvoltage protection and controllable switching element;

7 eine Parallelschaltung von erfindungsgemäßen Kurzschließern zur Erhöhung der Dauerstromtragfähigkeit; 7 a parallel connection of short-circuiters according to the invention for increasing the continuous current carrying capacity;

8 eine Ausführungsform der Kurzschließeinrichtung zur Betätigung mit Hilfsenergie und beidseitig isoliertem Opferelement und 8th an embodiment of the short-circuiting device for actuating with auxiliary power and both sides insulated sacrificial element and

9, 9a und 9b beispielhafte Möglichkeiten der Verlängerung der Trennstrecke innerhalb der Kurzschließeinrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung. 9 . 9a and 9b exemplary ways of extending the separation distance within the short-circuiting device of the second embodiment of the invention.

In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden für gleiche oder gleichwirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.In the following embodiments are for identical or equivalent elements used the same reference numerals.

Gemäß den Ausführungsbeispielen kommt dem Opferelement 5 eine besondere Bedeutung bezüglich der effektiven Wirkungsweise der Kurzschließeinrichtung zu. Ziel der Optimierung der Kurzschließeinrichtung ist es, eine möglichst schnelle Schließbewegung der Hauptkontakte und eine sehr geringe Belastung des Schaltelements zu erreichen. Die Geschwindigkeit der Schließbewegung der Hauptkontakte wird neben dem Kontaktabstand, der Masse des bewegten Kontakts, der wirksamen Gegenkräfte auch wesentlich durch die Kraft-Weg-Kennlinie der eingesetzten Feder 4 bestimmt. Je höher die Anfangskraft im gespannten Zustand und je höher die Restkraft im geschlossenen Zustand des Kurzschließers ist, desto kürzer wird die Schließzeit der Hauptkontakte.According to the embodiments, the sacrificial element comes 5 a special meaning in terms of the effective operation of the short-circuiting device too. The aim of optimizing the short-circuiting device is to achieve the fastest possible closing movement of the main contacts and a very low load on the switching element. The speed of the closing movement of the main contacts is in addition to the contact distance, the mass of the moving contact, the effective counter forces also substantially by the force-displacement characteristic of the spring used 4 certainly. The higher the initial force in the tensioned state and the higher the residual force in the closed state of the short-circuiter, the shorter the closing time of the main contacts.

Die Masse des bewegten Kontakts und die Federkraft wirken im gespannten Zustand permament auf das Opferelement und erfordern eine gewisse mechanische Festigkeit.The Mass of the moving contact and the spring force act in the tense Condition permament on the sacrificial element and require a certain amount Mechanic solidity.

Andererseits soll das Opferelement möglichst bereits infolge einer geringen Energiezufuhr überlastet werden und die gewünschte Bewegung des entsprechenden Hauptkontakts, d. h. der jeweiligen Kontaktelektrode bewirken. Bis zur Stromkommutierung des Fehlerstroms auf die Hauptkontakte wird das Schaltelement mit dem Fehlerstrom belastet. Je geringer diese Belastung ist, desto geringer können die Kosten für das Schaltelement gehalten werden. Neben den Kosten und dem Schutz des Schaltelements soll eine schnelle Überlastung des Opferelements auch einer raschen Verringerung der Impedanz des Kurzschlusspfads dienen, da nach dem Schließen der Hauptkontakte ein rein metallischer Kurzschluss realisiert ist. Damit wird die Impedanz des Schaltelements sowie eventuell die vorhandene Impedanz des Lichtbogens und der im Wesentlichen ohmsche Widerstand des Opferelements aus dem Fehlerstromkreis eliminiert.On the other hand, the sacrificial element should be overloaded as possible as a result of a low power supply and cause the desired movement of the corresponding main contact, ie the respective contact electrode. Until the current commutation of the fault current to the main contacts, the switching element is loaded with the fault current. The lower this load, the lower the cost of the switching element can be kept. In addition to the costs and the protection of the switching element is a rapid overload of the sacrificial element and a rapid reduction in the impedance of the Kurzschlusspfads serve, since after closing the main contacts a purely metallic short circuit is realized. This is the Impe Danz the switching element and possibly the existing impedance of the arc and the substantially ohmic resistance of the sacrificial element from the fault circuit eliminated.

Die erfindungsgemäßen Opferelemente besitzen folgende Eigenschaften. Es liegt ein geringes Schmelzintegral (I²t-Wert) des Materials zur Minimierung der Belastung des Schaltelements vor. Die Opferelemente weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit zur Minimierung der Kommutierungszeit auf und besitzen eine hohe mechanische Festigkeit zum Einsatz einer hohen Federkraft mit Blick auf eine gewünschte Reduzierung der Bewegungszeit der Kontaktelektroden. Weiterhin liegt nur eine geringe Lichtbogenspannung bei der Zer störung des Opferelements für die Realisierung einer kurzen Kommutierungszeit vor. Kräfte, welche der mechanischen Bewegung entgegenwirken, wie z. B. ein entstehender Druckanstieg, werden vermieden oder reduziert. Das Zerstörungsverhalten des insbesondere hohlzylindrischen Materials ist so ausgelegt, dass keine Beeinträchtigung der mechanischen Bewegung der Kontaktelektroden erfolgt.The sacrificial elements according to the invention have the following properties. There is a low melting integral (I ² t value) of the material to minimize stress on the switching element. The sacrificial elements have a high electrical conductivity to minimize the commutation time and have a high mechanical strength to use a high spring force in view of a desired reduction in the movement time of the contact electrodes. Furthermore, there is only a low arc voltage in the Zer disturbing the sacrificial element for the realization of a short commutation. Forces which counteract the mechanical movement, such. As a resulting increase in pressure are avoided or reduced. The destruction behavior of the particular hollow cylindrical material is designed so that there is no impairment of the mechanical movement of the contact electrodes.

Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist das Opferelement 5 als dünnwandiger Hohlzylinder ausgeführt. Als Material für den Hohlzylinder eignen sich insbesondere aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit Stähle oder Eisenlegierungen. Materialien mit hohen spezifischen Schmelzintegralwerten, wie z. B. Kupfer oder Silber, führen bei ausreichender mechanischer Festigkeit zu einer vergleichsweise höheren Belastung des Schaltelements.As in the 1 and 2 represented, is the sacrificial element 5 designed as a thin-walled hollow cylinder. As a material for the hollow cylinder are particularly suitable due to the high mechanical strength steels or iron alloys. Materials with high specific melting integral values, such. As copper or silver, lead with sufficient mechanical strength to a relatively higher load on the switching element.

Die dünnwandige Hohlzylinder-Geometrie ist so gewählt, dass das Verhältnis von Durchmesser zur Wandstärke im Wesentlichen größer 10:1 ist. Diese Geometrie besitzt gegenüber einem Vollzylinder desselben Materials bei gleichem Schmelzintegral eine deutlich höhere mechanische Festigkeit. Dies erlaubt es, höhere Federkräfte vorzugeben und sichert schnellere Schließzeiten der Kontaktelektroden.The thin-walled hollow cylinder geometry is chosen that the ratio of diameter to wall thickness is essentially larger than 10: 1. This geometry has opposite a solid cylinder of the same material at the same melt integral a much higher mechanical Strength. This allows higher spring forces specify and ensures faster closing times of the contact electrodes.

Gegenüber Vollmaterial besitzt der erfindungsgemäße Hohlzylinder insbesondere bei Durchmessern von mehreren Millimetern einen weiteren, nachstehend erläuterten Vorteil.Across from Solid material has the hollow cylinder according to the invention especially at diameters of several millimeters another, below explained advantage.

Infolge von geringen Unsymmetrien bei der Stromaufteilung auf bzw. im Hohlzylinder erwärmt und schmilzt der Hohlzylinder selbst bei hohen Strombelastungen und kurzen Schmelzzeiten ungleichmäßig. Dieser Effekt kann bewusst durch den Stromübergang an den Kontaktstellen bzw. durch eine Strukturierung des Zylinders gefördert werden. Prinzipiell sind auch strukturelle Materialbeeinflussungen oder aber auch der Einsatz von Verbundmaterial denkbar.As a result of small asymmetries in the current distribution on or in the hollow cylinder The hollow cylinder heats and melts even at high current loads and short melting times uneven. This Effect can be conscious by the current transfer at the contact points or promoted by a structuring of the cylinder become. In principle, structural material influences are also important or even the use of composite conceivable.

Diese ungleichmäßige Erwärmung führt bei kleinen bis mittleren Strombelastungen (Schmelzzeiten Minuten bis einige wenige Millisekunden) zur Deformation des Hohlzylinders. Der Hohlzylinder verliert also bei diesem Prozess nahezu schlagartig seine mechanische Festigkeit, wodurch es zum Zusammendrücken des Zylinders und zum Schließen der Hauptkontakte des Kurzschließers kommt. Diese Art des Schließvorgangs ist sehr vorteilhaft, da der Vorgang selbst im Kurzschließer ohne nennenswerten Lichtbogen abläuft. Es entsteht daher keine zusätzliche Impedanz und keine Druckwelle, welche womöglich bei der Ausführungsform der Erfindung der Kontaktschließung entgegenwirkt.These uneven heating leads at low to medium current loads (melting times minutes to a few milliseconds) for the deformation of the hollow cylinder. The hollow cylinder thus loses almost suddenly in this process its mechanical strength, causing it to squeeze of the cylinder and to close the main contacts of the short-circuiter comes. This type of closing process is very beneficial since the process itself in the short-circuiter without significant arc expires. There is therefore no additional impedance and no pressure wave possibly in the embodiment counteracts the invention of contact closure.

Bei höheren Strömen schmilzt bzw. verdampft der Hohlzylinder ebenfalls nicht gleichmäßig, wodurch einzelne metallische Brücken bestehen bleiben und somit das lichtbogenfreie Verhalten des Kurzschließers bis weit in den kA-Bereich erhalten bleibt.at higher currents melts or evaporates the hollow cylinder likewise not uniform, whereby individual remain metallic bridges and thus the arc-free Behavior of the short-circuiter far into the kA range preserved.

Ein Lichtbogen entsteht hier quasi erst dann, wenn der Hohlzylinder komplett verdampft ist und die Hauptkontakte womöglich noch nicht vollständig geschlossen wurden.One Arc arises here, so to speak, only when the hollow cylinder completely evaporated and the main contacts possibly not yet completely closed.

Für den Fall einer Lichtbogenzündung bei hohen Stromstärken kann ein größerer Hohlraum bzw. auch zusätzlich eine Entlüftung vorgesehen sein, welche den Druckaufbau und damit die entstehenden Gegenkräfte begrenzt.For the case of arc ignition at high currents can a larger cavity or in addition be provided a vent, which the pressure build-up and thus limits the resulting opposing forces.

Die Anordnung des Opferelements, der Hauptkontakte und der Gasströmung ist so gewählt oder gestaltet, dass bei einer Lichtbogenzündung der Lichtbogen sofort von dem Hilfspfad mit dem Schaltelement 9 auf die beiden Kontaktelektroden 2 und 6 kommutiert. Hierdurch kann in diesem Fall das Schaltelement 9 bereits vor dem Schließen der Kontaktelektroden vom Stromfluss entlastet werden.The arrangement of the sacrificial element, the main contacts and the gas flow is chosen or designed so that in an arc ignition of the arc immediately from the auxiliary path to the switching element 9 on the two contact electrodes 2 and 6 commutated. As a result, in this case, the switching element 9 be relieved from the flow of current before closing the contact electrodes.

Um die Lichtbogenfreiheit auch bei höchsten Strömen zu gewährleisten, kann zusätzlich noch eine weitere Stufe der Stromübernahme vor dem Schließen der Hauptkontakte realisiert werden. Hier ist die Verwendung eines Schleifkontakts oder eines niedrigschmelzenden Materials möglich.Around the arcing freedom even at high currents to guarantee, can additionally one more Stage of the current transfer before closing the Main contacts are realized. Here is the use of a sliding contact or a low-melting material possible.

Gemäß den Darstellungen nach 1 und 2 ist demnach ein elektrisch leitendes Gehäuse 1 mit einem beweglichen Kontaktelektrodenelement 2 vorhanden, das unter der Wirkung einer Feder 4 vorgespannt ist. Die bewegliche Kontaktelektrode 2 ist gegenüber dem elektrisch leitenden Gehäuse 1 mittels einer Isolation 3 isoliert. Im Zentrum der festen Kontaktelektrode 6 befindet sich ein Hilfskontakt 8 für das Schaltelement 9 sowie ein Anschluß für das Schaltelement 9. Weiterhin ist hier eine Isolation 7, hin zum elektrisch leitenden Gehäuse 1 sowie zur Kontaktelektrode 6 vorhanden.According to the representations after 1 and 2 is therefore an electrically conductive housing 1 with a movable contact electrode element 2 present, under the action of a spring 4 is biased. The movable contact electrode 2 is opposite to the electrically conductive housing 1 by means of insulation 3 isolated. In the center of the fixed contact electrode 6 there is an auxiliary contact 8th for the switching element 9 as well as a connection for the switching element 9 , Furthermore, here is an isolation 7 , towards the electrically conductive housing 1 as well as the contact electrode 6 available.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine leitfähige Substanz symbolisiert, die als vollständige oder partielle Füllung des Hohlzylinder-Opferelements 5 verwendet werden kann.With the reference number 10 is a conductive substance symbolized as a complete or partial filling of the hollow cylinder sacrificial element 5 can be used.

Bei dieser Ausführungsform nach 2 kann die leitende Substanz 10 z. B. als niedrigschmelzendes Metall oder leitende Flüssigkeit ausgeführt werden.According to this embodiment 2 can be the conductive substance 10 z. B. are designed as low-melting metal or conductive liquid.

Das erfindungsgemäße Prinzip des Verfahrens zur Einleitung eines Kurzschlusses beruht auf einer gestaffelten Zuschaltung des Kurzschließers mit folgendem Zeitablauf.The inventive principle of the method for initiation A short circuit is based on a staggered connection of the Short circuiter with the following timing.

Nach der Erfassung eines Störungsfalls, z. B. einem Störlichtbogen in der Anlage, wird das Schaltelement des Kurzschließers kurzzeitig angesteuert. Der mögliche Kurzschlussstrom durch das Schaltelement wird durch das Opferelement und die Impedanz des Anschlusses sowie des Schaltelements begrenzt. Der Strom kommutiert vom Fehlerort zum Kurzschließer. Nach einer einstellbaren Zeit unterbricht das Schaltelement den Kurzschlussstrom und die Anlage und der Fehlerort werden wieder mit Netzspannung belastet. Im Falle eines Wischers und einer ausreichenden Wiederverfestigung der Fehlerstelle bleibt die Versorgung der Anlage bestehen. Der Kurzschließer meldet den aufgetretenen Fehler und weist somit auf eine notwendige Anlagenüberprüfung hin.To the detection of a fault, z. B. an arc in the plant, the switching element of the short-circuiter briefly activated. The possible short-circuit current through the switching element is characterized by the sacrificial element and the impedance of the Connection and the switching element limited. The stream commutes from the fault location to the short circuiter. After an adjustable Time interrupts the switching element, the short-circuit current and the The system and the fault location are again loaded with mains voltage. In the case of a wiper and a sufficient reconsolidation the fault remains the supply of the system. The short circuiter reports the error that has occurred and thus indicates a necessary Plant review.

Bleibt der Fehlerfall bestehen, wird das Schaltelement des Kurzschließers erneut und dauerhaft angesteuert. Das Opferelement des Kurzschließers wird in diesem Fall überlastet und ein dauerhafter metallischer Kurzschluss erzeugt, welcher eine Abschaltung der Anlage erzwingt.Remains the fault case, is the switching element of the short circuiter controlled again and permanently. The sacrificial element of the short-circuiter becomes overloaded in this case and a permanent metallic Short circuit generated, which forces a shutdown of the system.

Bei der vorgestellten Lösung wird das Opferelement so ausgelegt, dass bereits nach geringsten Strombelastungen (niedrige I²t-Werte) ein metallischer Kurzschluss erzielt werden kann. Die in diesem Fall eingesetzten Schaltelemente müssen damit nur eine sehr geringe Stromtragfähigkeit bzw. ein geringes Schaltvermögen aufweisen.In the proposed solution, the sacrificial element is designed so that a metallic short circuit can already be achieved after the lowest current loads (low I ² t values). The switching elements used in this case must thus have only a very low current carrying capacity or a low switching capacity.

Für eine Anwendung des beschriebenen Verfahrens ist bei Beibehalten der Konstruktion eine differenzierte Auslegung des Opferelements und des Schaltelements empfehlenswert. Alternativ zu einer nahezu entgegengesetzten Optimierung des vorgestellten Kurzschließers kann dieser jedoch recht einfach durch einen parallel geschalteten Pfad für das erläuterte Verfahren ertüchtigt werden. Somit ist eine preisgünstige und bedarfsgerechte Erweiterung des einfachen Kurzschließers jederzeit zum Einsatz des erläuterten Verfahrens möglich.For an application of the described method is with retention the construction of a differentiated interpretation of the sacrificial element and the switching element is recommended. Alternatively to a near opposite optimization of the presented short circuiter However, this can be done quite simply by a parallel Path for the described method upgraded become. Thus, a cheap and needs-based Extension of the simple short circuiter at any time Use of the explained method possible.

3 zeigt eine prinzipielle Darstellung bezüglich der Parallelschaltung eines weiteren Pfades. Der zusätzliche Parallelpfad besteht im Wesentlichen aus einem ansteuerbaren Schaltelement 17 mit mittlerer bis hoher Stromtragfähigkeit und Ausschaltvermögen. Zusätzlich kann eine Impedanz 16 vorgesehen sein. Mit Hilfe der Impedanz ergibt sich die Möglichkeit, die Höhe des Kurzschlussstroms bzw. den Wert des Stromquadratimpulses, z. B. mit nichtlinearen Impedanzen zu beeinflussen. Dies kann einerseits sinnvoll sein, um bei dem ersten zeitlich begrenzten Durchschalten des Schaltelements ein Ansprechen von möglichen Überstrom- bzw. Unterspannungsschutz-Einrichtungen des Netzes zu vermeiden und andererseits um bei weniger leistungsstarken Schaltelementen die maximale Belastung hinsichtlich Stromtragfähigkeit und Löschfähigkeit nicht zu überschreiten. 3 shows a schematic diagram relating to the parallel connection of another path. The additional parallel path consists essentially of a controllable switching element 17 with medium to high current carrying capacity and breaking capacity. In addition, an impedance can 16 be provided. With the help of the impedance, there is the possibility of the height of the short-circuit current or the value of the current square pulse, z. B. to influence with non-linear impedances. On the one hand, this can be useful in order to avoid a response of possible overcurrent or undervoltage protection devices of the network during the first time-limited switching of the switching element and, on the other hand, not to exceed the maximum load with regard to current carrying capacity and extinguishing capability for less powerful switching elements.

Die Höhe der Impedanz 16 sollte jedoch einige 100 mΩ nicht überschreiten, da ansonsten eine Kommutierung des Fehlerstroms zum Gesamtgerät (Kurzschließerpfad 1 und 2) stark behindert wird. Vorzugsweise sollte die Impedanz kleiner als wenige mΩ sein.The height of the impedance 16 However, it should not exceed a few 100 mΩ, as otherwise commutation of the residual current to the overall device (short circuit path 1 and 2) is severely hindered. Preferably, the impedance should be less than a few mΩ.

Als Schaltelement 17 sind insbesondere Halbleiterschalter, z. B. Thyristoren bzw. IGBTs, aber auch triggerbare Vakuumschalter und Funkenstrecken geeignet.As a switching element 17 are in particular semiconductor switches, z. B. thyristors or IGBTs, but also triggerable vacuum switch and spark gaps suitable.

Die erste Ausführungsform der Erfindung zielt wie oben erläutert im Wesentlichen auf einen ansteuerbaren Kurzschließer insbesondere zur Störlichtbogenbegrenzung.The First embodiment of the invention aims as explained above essentially to a controllable short-circuiter in particular for arc fault limitation.

Neben dieser Applikation ist es gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung möglich, den grundsätzlichen Kurzschließeraufbau zu übernehmen und als passiv wirkenden Kurzschließer weiterzubilden, wobei dieser Kurzschließer ohne separate Ansteuerung für viele Anwendungen genutzt werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird demnach ein nicht getriggerter Gasentladungsableiter innerhalb des Kurzschließers in Reihe mit dem Opferelement verschaltet.Next This application is according to the second embodiment the invention possible, the basic Kurzschließeraufbau and as a passive acting short-circuiter educate, with this short-circuiter without separate control can be used for many applications. At the second Embodiment of the invention is therefore an untriggered Gas discharge tube within the short circuiter in series with interconnected to the victim element.

Wird die Ansprechspannung des Gasentladungsableiters überschritten, fließt ein Strom über das Opferelement, welcher bei entsprechender Höhe und Zeitdauer zur Verformung oder zum Schmelzen des Opferelements führt, wodurch ein dauerhafter, stromtragfähiger Kurzschlusspfad zwischen den Anschlüssen realisiert wird. Es verhält sich demnach die erfindungsgemäße Einrichtung wie ein Überspannungsableiter mit sehr leistungsfähigem Über last kurzschließer.Becomes exceeded the response voltage of the gas discharge arrester, a current flows through the sacrificial element, which with the appropriate amount and duration of deformation or leads to melting of the sacrificial element, whereby a durable, current-carrying Short circuit path between the terminals is realized. It therefore behaves the inventive Device like a surge arrester with very powerful over last short-circuiter.

Die diesbezügliche zweite Ausführungsform der Erfindung sei zunächst anhand der 4 erläutert.The relevant second embodiment of the invention is first based on the 4 explained.

Die Hauptanschlüsse 1' und 9' dieser Ausführungsform sind außenseitig sammelschienenartig ausgebildet. Der Anschluss 9' besitzt im Inneren des Kurzschließers als feststehender Hauptkontakt eine quasi zylinderische Grundform, welche über eine Aufnahme für den Gasentladungsableiter 6' und die Kontaktplatte 5' für das eigentliche Opferelement 4' verfügt.The main connections 1' and 9 ' this embodiment are formed on the outside busbar like. The connection 9 ' has inside the short-circuiter as a fixed main contact a quasi zylinderische basic shape, which has a receptacle for the gas discharge arrester 6 ' and the contact plate 5 ' for the actual sacrificial element 4 ' features.

Eine Isoliationshülse 7' führt den Gasentladungsableiter 6' und die Kontaktplatte 5'.An insulation sleeve 7 ' leads the gas discharge tube 6 ' and the contact plate 5 ' ,

Der Hauptanschluss 1' ist im Inneren des Kurzschließers als Hohlzylinder ausgeführt und dient der Aufnahme eines beweglichen Kontaktstücks 3'. Das bewegliche Kontaktstück 3' wiederum weist einen Führungsdorn zur Zentrierung und Führung von vorspannbaren Federn 13' auf. Das Opferelement 4' wird direkt im Kontaktstück 3' geführt.The main connection 1' is designed inside the short-circuiter as a hollow cylinder and serves to accommodate a movable contact piece 3 ' , The movable contact piece 3 ' in turn has a guide pin for centering and guiding of preloaded springs 13 ' on. The sacrificial element 4 ' is directly in the contact piece 3 ' guided.

Eine Isolationshülse 8' isoliert den Anschluss 9' vom Gehäuseteil 2' und dem Hauptanschluss 1'. Das Gehäuseteil 2' wird über Schrauben 11' mit dem Hauptanschluss kraftschlüssig verbunden und verschließt so die gesamte Kurzschließeinrichtung.An insulation sleeve 8th' isolated the connection 9 ' from the housing part 2 ' and the main terminal 1' , The housing part 2 ' is about screws 11 ' connected to the main connection non-positively and thus closes the entire short-circuiting device.

Durch die Verschraubung kommt es zu einem Vorspannen der Federn 13'. Das Opferelement wird durch den dadurch vorliegenden Druck statisch belastet. Die beiden zylinderförmigen Kontaktflächen des Kurzschließers am Kontaktstück 3' und dem Hauptanschluss 9' sind durch eine Luftstrecke getrennt. Die Spannungsfestigkeit dieser Luftstrecke liegt oberhalb der Betriebsspannung und der Ansprechspannung des Gasentladungsableiters 6'.By screwing it comes to a biasing of the springs 13 ' , The sacrificial element is statically loaded by the pressure present thereby. The two cylindrical contact surfaces of the short-circuiter on the contact piece 3 ' and the main terminal 9 ' are separated by an air gap. The dielectric strength of this air gap is above the operating voltage and the response voltage of the gas discharge arrester 6 ' ,

Beim Ansprechen des Gasentladungsableiters 6' fließt der Strom über den Hauptanschluss 9', den Gasentladungsableiter 6', die Kontaktplatte 5', das Opferelement 4', das bewegliche Kontaktstück 3' zum Hauptanschluss 1'. Wird hierbei das Opferelement 4' überlastet, bewegt sich das Kontaktstück 3' unter Federvorspannung bis zur Kontaktfläche des Hauptanschlusses 9'.When the gas discharge arrester responds 6 ' the current flows through the main connection 9 ' , the gas discharge tube 6 ' , the contact plate 5 ' , the sacrificial element 4 ' , the movable contact piece 3 ' to the main terminal 1' , Is this the sacrificial element 4 ' overloaded, moves the contact piece 3 ' under spring preload up to the contact surface of the main connection 9 ' ,

Das Opferelement 4', die Kontaktplatte 5' und der Gasentladungsableiter 6' werden somit gebrückt und stromlos.The sacrificial element 4 ' , the contact plate 5 ' and the gas discharge tube 6 ' are thus bridged and de-energized.

Die vorstehend beschriebenen Teil 1', 3' und 9' bestehen bevorzugt aus Kupfer und besitzen im Allgemeinen eine galvanische Beschichtung aus Zinn oder Silber, wodurch der Übergangswiderstand und die Temperaturerhöhung bei Dauerstrombelastung gering bleiben.The part described above 1' . 3 ' and 9 ' are preferably made of copper and generally have a galvanic coating of tin or silver, whereby the contact resistance and the increase in temperature at continuous current load remain low.

Mit dem Bezugszeichen 12' ist eine Unterlegscheibe gekennzeichnet. Das Teil 10' kennzeichnet eine Isolationsplatte zur Vermeidung von Überschlägen vom Sammelschienenanschluss des Teiles 9' zu den Schrauben 11', welche das Potential des Anschlusses 1' aufweisen. Vier Entlüftungsnuten 14' befinden sich zwischen den Teilen 1' und 2'.With the reference number 12 ' a washer is marked. The part 10 ' indicates an insulation plate to prevent flashovers from the busbar terminal of the part 9 ' to the screws 11 ' indicating the potential of the connection 1' exhibit. Four ventilation grooves 14 ' are located between the parts 1' and 2 ' ,

Funktionsseitig ist das Isolationselement 8' so gestaltet, dass selbst bei einem kompletten Schmelzen ein sicherer Kurzschluss zwischen den Hauptanschlüssen realisierbar ist. Der Hubweg der Federn ist dementsprechend ausreichend dimensioniert.Function side is the isolation element 8th' designed so that even with a complete melting a safe short circuit between the main terminals is feasible. The stroke of the springs is therefore sufficiently dimensioned.

Der Übergangsbereich des Hauptstroms vom Teil 1' auf das Kontaktstück 3' erfolgt über den Umfang des Zylinders gemäß 4 und nicht über den relativ klein dimensionierten Führungsbolzen.The transition area of the main stream from the part 1' on the contact piece 3 ' takes place over the circumference of the cylinder according to 4 and not over the relatively small sized guide pin.

Die Toleranz zwischen den Baugruppen 1' und 3' ist so gewählt, dass im Federaufnahmebereich ein Unterdruck bei der Bewegung entsteht, welcher zusätzlich Federkraft erfordert. Daher ist es gegebenenfalls notwendig, eine Belüftung mittels einer Bohrung, z. B. geführt durch das Teil 3', auszubilden. Anstelle des Lösungsansatzes einer geringen Toleranz besteht auch die Möglichkeit, in diesem Übergangsbereich dauerstromtragfähige Federelemente einzusetzen.The tolerance between the assemblies 1' and 3 ' is chosen so that in the spring receiving area, a negative pressure arises during the movement, which additionally requires spring force. Therefore, it may be necessary to provide ventilation by means of a bore, e.g. B. guided by the part 3 ' to train. Instead of the solution approach of a low tolerance, it is also possible to use in this transition region permanent current carrying spring elements.

Der zentrale Führungsdorn am Kontaktstück 3' übernimmt die Stromführung, bis die Hauptkontakte geschlossen sind. Hierdurch wird der Abbrand bzw. das Verschweißen der hochwertigen koaxialen Kontaktfläche zwischen Teil 3' und Teil 1' vermieden. Anstelle eines Kontaktdorns kann auch ein flexibler Festanschluss oder ein federndes Kontaktband Verwendung finden.The central guide pin on the contact piece 3 ' Adopts the power supply until the main contacts are closed. As a result, the burning or welding of the high-quality coaxial contact surface between part 3 ' and part 1' avoided. Instead of a contact mandrel, a flexible fixed connection or a resilient contact strip can also be used.

Zur Gewährleistung einer möglichst geringen Temperaturerhöhung bei Dauerstrom sind die Kontaktflächen gezielt dimensioniert. Dabei verhält sich beispielsweise der minimale Querschnitt der Hauptstrombahn durch den Kurzschließer zur Auflagefläche der Sammelschienenanschlüsse bevorzugt wie 1:2 oder aber der minimale Querschnitt der Hauptstrombahn durch den Kurzschließer zur Auflagefläche der unter Federvorspannung stehenden Kontaktflächen bevorzugt wie 1:2 oder der minimale Querschnitt der Hauptbahnstrom durch den Kurzschließer zur koaxialen, federkraftfreien Kontaktfläche bevorzugt wie 1:3.to Ensuring the lowest possible temperature increase With continuous current, the contact surfaces are deliberately dimensioned. For example, the minimum cross section behaves here the main flow path through the short-circuiter to the support surface the busbar connections preferred as 1: 2 or the minimum cross section of the main flow path through the short circuiter to the bearing surface of the spring biased Contact surfaces preferably as 1: 2 or the minimum cross-section the main track current through the short circuit to the coaxial, spring-force-free contact surface preferably as 1: 3.

Die Federn 13' können gegenüber den Teilen 1' und/oder 3' durch ein zusätzliches Isolationsteil getrennt werden, um fließende Teilströme über die Federn und eine Beeinträchtigung der Federwirkung zu vermeiden.The feathers 13 ' can be compared to the parts 1' and or 3 ' be separated by an additional isolation part to avoid flowing partial flows through the springs and a deterioration of the spring action.

Bei der Gefahr von sehr hohen Kurzschlussströmen kann es durch die explosionsartige Zerstörung des Opferelements zu einem Druckaufbau zwischen den Hauptkontakten kommen. Dieser Druck wirkt der Schließbewegung der Kontakte entgegen und sollte reduziert werden. Hierfür können, wie in der 5 dargestellt, z. B. nutförmige Ausnehmungen 15' bzw. Bohrungen in das Teil 9' eingebracht werden. Diese Nuten verlaufen bevorzugt in radialer Richtung des zylindrischen Abschnitts des Teiles 9' an der inneren Stirnflächenseite.At the risk of very high short-circuit currents, it can come to a pressure build-up between the main contacts by the explosive destruction of the sacrificial element. This pressure counteracts the closing movement of the contacts and should be reduced. For this purpose, as in the 5 represented, z. B. groove-shaped recesses 15 ' or holes in the part 9 ' be introduced. These grooves preferably extend in the radial direction of the cylindrical portion of the part 9 ' on the inner end face side.

Bei einer explosionsartigen Zerstörung des Opferelements können Teile des Opferelements zwischen die Hauptkontakte gelangen, so dass dann die Gefahr einer unnötigen Erwärmung bei Dauerstrombelastung resuliert. Zum Schutz der Kontaktflächen kann beispielsweise die Hülse 7' bis über den Kontaktbereich hinaus verlängert werden, wodurch eine Prallwand für Teile oder Reste des Opferelements gebildet wird.In the event of an explosive destruction of the sacrificial element, parts of the sacrificial element can get between the main contacts, so that then the risk of unnecessary heating at continuous current load resounds. To protect the contact surfaces, for example, the sleeve 7 ' be extended beyond the contact area addition, whereby a baffle for parts or remnants of the sacrificial element is formed.

Bei kleinem Innenvolumen ist es bei hohen Überlasten durchaus sinnvoll, eine Entlüftung des gesamten Kurzschließers zu realisieren. Diese Entlüftung kann z. B. über Nuten zwischen den Teilen 2' und 1' vorgenommen werden, wie dies mit dem Bezugszeichen 14' in der 4 dargestellt ist.With a small internal volume, it makes sense to realize a ventilation of the entire short-circuiter at high overloads. This vent can z. B. via grooves between the parts 2 ' and 1' be made as indicated by the reference numeral 14 ' in the 4 is shown.

Das Unterbringen der Funktionskomponenten des Überspannungsschutzes erfolgt in den Figuren immer im Bereich des Hauptanschlusses 9', wobei prinzipiell die Möglichkeit besteht, Teile oder einzelne Komponenten auch in anderen Komponenten des Kurzschließers, z. B. in Teil 1' oder 3', anzuordnen.The accommodation of the functional components of the overvoltage protection always takes place in the figures in the area of the main connection 9 ' , in principle, the possibility exists, parts or individual components in other components of the short circuit, z. B. in part 1' or 3 ' to arrange.

In einer figürlich nicht dargestellten Ausführungsform des Kurzschließers werden neben dem Einsatz eines Gasentladungsableiters im Inneren andere spannungsschaltende Bauelemente, wie Gasableiter, Z-Dioden, Funkenstrecken oder dergleichen, angeordnet, wobei ebenso die Möglichkeit besteht, spannungsbegrenzende Bauelemente, wie Varistoren, Suppressordioden oder dergleichen bzw. deren Kombinationen zu nutzen.In a figuratively not shown embodiment of the short circuiter are in addition to the use of a gas discharge arrester inside other voltage-switching components, such as gas discharge, Z-diodes, spark gaps or the like, arranged as well the possibility exists of voltage-limiting components, such as varistors, suppressor diodes or the like or combinations thereof to use.

Durch die mögliche Dimensionierung des Opferelements ist eine Abstimmung zwischen reversiblem und nicht reversiblem Arbeitsbereich des Überspannungselements möglich. Der Kurzschließer realisiert auch bei höchster Überlastung und Zerstörung des Überspannungsschutzes einen sicheren Backup-Schutz.By the possible dimensioning of the sacrificial element is one Coordination between reversible and non-reversible working area the overvoltage element possible. The short-circuiter realized even with the highest overload and destruction the surge protector secure backup protection.

Ebenfalls figürlich nicht dargestellt ist eine Ausführungsform eines Kurzschließers mit am Mantel isoliertem Opferelement zur Erhöhung der Isolationsfestigkeit bzw. zur gewünschten Variabilität der geometrischen Gestaltung, insbesondere der Baugröße bei höheren Betriebsspannungen. Dieser Aufbau ist auch komplett in Schutzgas oder Vakuum denkbar.Also figuratively not shown is an embodiment a short-circuiter with sacrificial element insulated on the jacket to increase the insulation resistance or to the desired Variability of the geometric design, in particular the size at higher operating voltages. This structure is also completely conceivable in inert gas or vacuum.

Es können auch Anwendungen im Netzbereich bei hohen Betriebsspannungen realisiert werden, da die Isolationsstrecken durch die Gestaltung des Opferelements nahezu beliebig wählbar sind.It can also applications in the network area at high operating voltages be realized because the isolation distances by the design of the Sacrificial elements are almost arbitrary selectable.

Zur Realisierung einer hohen Isolationsfestigkeit kann das Opferelement zusätzlich mit einer Isolationsschicht am Außenmantel versehen werden, wodurch auch eine Positionierung in unmittelbarer Nähe zu potentialbehafteten Elementen, wie z. B. den Kurzschließerkontakten unkritisch ist. Die Isolation kann dabei von einer einfachen Beschichtung wie Lack oder Glas bzw. Folie bis hin zu einer separaten Umhüllung in Form eines Schlauches oder dergleichen ausgeführt werden.to Realization of a high insulation strength can be the sacrificial element additionally with an insulation layer on the outer jacket be provided, thereby also positioning in the immediate vicinity to potential elements, such. B. the short-circuiting contacts is not critical. The insulation can be of a simple coating like paint or glass or foil up to a separate wrapping be executed in the form of a hose or the like.

Die 6 zeigt eine Schnittdarstellung einer Reihenschaltung eines passiven Überspannungsschutzes mit einem ansteuerbaren Schaltelement.The 6 shows a sectional view of a series connection of a passive overvoltage protection with a controllable switching element.

Der Überspannungsschutzpegel im Betriebszustand einer Anlage soll im Allgemeinen nur minimal oberhalb der Nennspannung wirksam werden. Bei speziellen Gegebenheiten, z. B. dem Anlaufen von Maschinen oder dem Umschalten auf eine Notenergieversorgung, wird die Netzspannung häufig kurzzeitig überschritten, ohne dass ein Fehlerfall vorliegt bzw. das Ansprechen des Überspannungsschutzes erwünscht ist.The surge protection level In the operating condition of a system should generally only minimal be effective above the rated voltage. In special circumstances, z. As the startup of machines or switching to a power supply, the mains voltage is often exceeded for a short time, without there being an error or the response of the overvoltage protection is desired.

Für derartige Fälle kann der Kurzschließer im Ansteuerzweig neben der bisherigen Reihenschaltung von passiven spannungsschaltenden bzw. spannungsbegrenzenden Elementen und dem Opferelement mit einem weiteren Schaltelement verbunden sein. Dieses Schaltelement ist im einfachsten Fall als Schütz ausführbar, welches extern oder intern des Kurzschließers angebracht ist. Das Schütz trennt den Überspannungsschutz während der oben erwähnten Ausnahmesituationen von der elektrischen Anlage ab, so dass ein ungewünschtes Ansprechen vermieden werden kann.For Such cases, the short-circuiter in Ansteuerzweig in addition to the previous series circuit of passive voltage switching or voltage-limiting elements and the sacrificial element with a be connected further switching element. This switching element is in the simplest case executable as a contactor, which external or internal of the short-circuiter is attached. The Contactor disconnects the overvoltage protection during the above-mentioned exceptional situations of the electrical Plant off, so that an undesirable response avoided can be.

Eine derartige prinzipielle Anordnung zeigt die bereits erwähnte 6. Hierbei wird der Anschluss 16' des Gasentladungsableiters 6' isoliert nach außen geführt und an ein Schütz 17' angeschlossen, welches unmittelbar auf dem Sammelschienenanschluss des Kurzschließers montiert ist. Der isolierte Anschluss 16' des Gasentladungsableiters kann z. B. als Nut 18' ausgebildet werden. Das mechanische oder elektronische Schütz 17' ist beispielhaft extern, aber unmittelbar auf dem Sammelschienenanschluss des Kurzschließers montiert.Such a basic arrangement shows the already mentioned 6 , Here is the connection 16 ' of the gas discharge arrester 6 ' isolated led to the outside and to a contactor 17 ' which is mounted directly on the busbar connection of the short-circuiter. The isolated connection 16 ' the gas discharge arrester can z. B. as a groove 18 ' be formed. The mechanical or electronic contactor 17 ' is an example of an external, but mounted directly on the busbar connection of the short-circuiter.

Der Gasentladungsableiter wird gegenüber der Darstellung nach 4 vom Teil 1' isoliert. Hierzu kann beispielsweise ein entsprechender Boden an der Hülse 7' genutzt werden. Der isolierte Anschluss 16' wird durch diesen bis zum Gasentladungsableiter isoliert eingeführt. Es kann demnach prinzipiell das Schütz auch direkt in den Kurzschließer eingebracht werden. In diesem Fall können die nicht dargestellten Leitungen zur Betätigung des Schützes analog zum Anschluss 16' in den Kurzschließer integriert werden. Ebenso kann das Schütz unabhängig von dem Kurzschließer in einem externen Steuerschrank montiert sein oder es wird seine Funktion von einem vorhandenen Schließer übernommen. Je nach Anforderungen kann eine nicht dargestellte Potentialsteuerung zur Regelung der gewünschten, auch eventuell frequenzabhängigen Spannungsverteilung zwischen Gasentladungsableiter und Schütz vorgesehen werden.The gas discharge tube is opposite according to the illustration 4 from the part 1' isolated. For this purpose, for example, a corresponding bottom of the sleeve 7 ' be used. The isolated connection 16 ' is introduced through this isolated to the gas discharge tube. It can therefore be introduced in principle, the contactor directly into the short circuiter. In this case, the lines not shown for actuating the contactor analogous to the connection 16 ' be integrated into the short circuiter. Likewise, the contactor can be mounted independently of the short-circuiter in an external control cabinet or its function is taken over by an existing closer. Depending on the requirements, a potential control, not shown, can be provided for controlling the desired, possibly frequency-dependent, voltage distribution between the gas discharge arrester and the contactor.

Die Parallelschaltung von Kurzschließern zur Erhöhung der Dauerstromtragfähigkeit zeigt die 7.The parallel connection of short circuiters to increase the continuous current carrying capacity shows the 7 ,

Zur Parallelschaltung von zwei Kurzschließern ist jeweils nur ein isoliert ausgeführter Anschluss des jeweiligen Opferelements notwendig. Es wird hier auch nur ein Kurzschließer mit Schaltelement benötigt.to Parallel connection of two short circuit breakers is only possible in each case an isolated executed connection of the respective sacrificial element necessary. There is also only one short circuiter here Switching element needed.

Gemäß 7 wird eine entsprechende parallele Anordnung von zwei Kurzschließern mit jeweils einem isolierten Anschluss des Opferelements analog zum Anschluss 16' entsprechend der 6 dargestellt.According to 7 is a corresponding parallel arrangement of two short-circuiters, each with an insulated terminal of the sacrificial element analogous to the connection 16 ' according to the 6 shown.

Die beiden Kurzschließer müssen in dieser Gestaltungsvariante antiparallel an die jeweils gemeinsamen Potentiale, hier beispielsweise L1 und PEN angeschlossen werden. Der im Bild gezeigte obere Kurzschließer besitzt in diesem Fall den Gasentladungsableiter 600', während der unteren Kurzschließer keinen Gasentladungsableiter enthält. Nach dem Ansprechen des Gasentladungsableiters 600' im oberen Kurzschließer fließt der Strom vom Anschluss 100' über das Opferelement 400', den Gasentladungsableiter 600' und den isolierten Anschluss 16' zum Opferelement 401' und zum Anschluss 900' des zweiten Kurzschließers von L1 zu PEN.The two short-circuiters must be connected in this design variant antiparallel to the respective common potentials, here, for example, L1 and PEN. The upper short-circuiter shown in the picture has the gas discharge arrester in this case 600 ' while the lower short circuiter does not contain a gas discharge tube. After the response of the gas discharge arrester 600 ' in the upper short-circuiter the current flows from the connection 100 ' about the sacrificial element 400 ' , the gas discharge tube 600 ' and the isolated connection 16 ' to the victim element 401 ' and to the connection 900 ' of the second short-circuiter from L1 to PEN.

Durch das identische Schmelzintegral der Opferelemente 400' und 401' wird bei hohen Kurzschlussströmen ein zeitgleiches Ansprechen der beiden parallelen Kurzschließer bewirkt.Due to the identical melting integral of the sacrificial elements 400 ' and 401 ' At high short-circuit currents, a simultaneous response of the two parallel short-circuiters is effected.

Sollen mehr als zwei Kurzschließer parallel geschaltet werden, so ist eine beidseitige isolierte Ausführung der Anschlüsse des Opferelements erforderlich. Auch hierbei wird nur ein Gerät mit Schaltelement benötigt (siehe Erläuterungen zur folgenden 8). Die Anschlüsse der Opferelemente der Geräte ohne Schaltelement werden in Reihe zum Pfad des Opferelements mit Schaltelement verdrahtet. Durch den identischen Schmelzintegralwert der Opferelemente ist bei hohen Überlasten ein zeitgleiches Ansprechen aller Geräte sichergestellt.If more than two short-circuiters are to be connected in parallel, a double-sided insulated version of the connections of the sacrificial element is required. Again, only one device with switching element is required (see explanations to the following 8th ). The terminals of the sacrificial elements of the devices without switching element are wired in series to the path of the sacrificial element with switching element. Due to the identical melting integral value of the sacrificial elements, a simultaneous response of all devices is ensured at high overloads.

Bei der Ausführungsform zur Betätigung mit Hilfsenergie nach 8 ist ein beidseitig isoliert ausgeführtes Opferelement vorhanden, welches durch Hilfsenergie, z. B. aus der Notversorgung, unabhängig von den Bedingungen an den Hauptkontakten in den Kurzschluss versetzt werden kann.In the embodiment for the operation with auxiliary power to 8th is a double-sided executed executed sacrificial element, which by auxiliary power, for. B. from the emergency supply, regardless of the conditions on the main contacts can be placed in the short circuit.

Die Sammelschienenanschlüsse des Kurzschließers nach 8 sind beispielsweise an L1 und PEN angeschlossen. Der Anschluss 16' des Gasentladungsableiters 6' wird, wie bereits erläutert, isoliert nach außen geführt. Zusätzlich wird der weitere Anschluss des Opferelements 4' gegen das bewegliche Teil 3' und den festen Anschluss 1' isoliert. Hierzu wird beispielsweise ein zusätzliches Isolationsteil 19' im Teil 3' angeordnet.The busbar connections of the short circuiter to 8th are connected to L1 and PEN, for example. The connection 16 ' of the gas discharge arrester 6 ' is, as already explained, insulated led to the outside. In addition, the further connection of the sacrificial element 4 ' against the moving part 3 ' and the fixed connection 1' isolated. For this purpose, for example, an additional isolation part 19 ' in part 3 ' arranged.

Der Anschluss des Opferelements 4' kann im weiteren analog zum Anschluss des Gasentladungsableiters über eine isolierte Leitung 20' vorgenommen werden.The connection of the sacrificial element 4 ' can further analogous to the connection of the gas discharge arrester via an insulated line 20 ' be made.

Die vom Kurzschließer jeweils isolierten Leitungen 16' und 20' können nun beispielsweise an eine unabhängige Hilfsenergie angeschlossen werden, welche zur Betätigung des Kurzschließers zuschaltbar ist. Soll die Auslösung des Kurzschließers ausschließlich durch einen Stromfluss über das Opferelement realisiert werden, kann der Gasentladungsableiter 6' entfallen. Bei der erwähnten Parallelschaltung von n Kurzschließern wird überwiegend die Ausführungsform ohne Gasentladungsableiter zum Einsatz kommen.The cables isolated by the short circuiter 16 ' and 20 ' can now be connected, for example, to an independent auxiliary power, which can be activated to operate the short-circuiter. If the tripping of the short-circuiter is to be realized exclusively by means of a current flow via the sacrificial element, the gas discharge arrester can be realized 6 ' omitted. In the aforementioned parallel connection of n short-circuiters, the embodiment without gas discharge arrester will be used predominantly.

Die Anzeige des Zustands des Kurzschließers kann jederzeit rein mechanisch realisiert werden. Hierzu besteht die Möglichkeit, den Führungsdorn des Teiles 3' nach außen zu führen. Durch die Bewegung ist damit eine Anzeige und eine Fernmeldung denkbar. Auch besteht die Möglichkeit, unabhängig von dem Dorn eine mechanische Anzeige durch einen weiteren Kontaktstift zu realisieren.The display of the state of the short-circuiter can always be realized purely mechanically. For this purpose, there is the possibility of the guide pin of the part 3 ' to lead to the outside. The movement makes a display and a remote message possible. It is also possible, independently of the mandrel to realize a mechanical indication by another contact pin.

Folgende im Anschluss erläuterte Modifikationen dienen der Verwendung des Geräts zum Überspannungsschutz.The following following modifications are for use of the device for overvoltage protection.

Es besteht die Möglichkeit, die Relativbewegung der Teile 3', 1' und 9' nicht zum Kurzschluss, sondern zur Abtrennung zu nutzen. Hier muss das Teil 3' oder das Teil 9' nur über einen schmalen Kontaktbereich verfügen. Bei einer entsprechenden Bewegung wird dieser Kontaktbereich getrennt. Bei sehr enger Toleranz zwischen den Teilen 3' und 1' ergibt sich somit ein sehr enger Spalt zwischen den Isolationsteilen, welcher ein sehr gutes Schaltvermögen besitzt. Bei der Wahl eines federnden Kontaktbands kann bei der Bewegung des Teiles 3' auch ein weiteres Isolationsteil zwischen die Kontaktfläche bewegt werden, wodurch eine deutliche Verlängerung der Trennstrecke gegenüber dem Bewegungsweg erreichbar ist. Auch bei dieser Lösung lässt sich eine spaltförmige Löschkammer mit hohem Löschvermögen realisieren. Hierzu ist es sinnvoll, den Führungsdorn des Teiles 3' isoliert auszuführen, wie dies in der 9 gezeigt ist. Die 9 zeigt eine beispielhafte Anordnung mit Möglichkeiten zur Verlängerung der Trennstrecke. Das bewegliche Teil 3' besitzt gemäß dieser Darstellung einen isolierten Führungsdorn 21'. Die Stromzufuhr zum Teil 3' erfolgt z. B. über eine Ringfeder 22' vom Teil 1' her. Der Kontaktbereich der Ringfeder 22' ist räumlich durch die Isolationsteile 23' und 24' lokal begrenzt.There is the possibility of relative movement of the parts 3 ' . 1' and 9 ' not to short circuit, but to use for separation. Here's the part 3 ' or the part 9 ' only have a narrow contact area. With a corresponding movement, this contact area is disconnected. at very close tolerance between the parts 3 ' and 1' This results in a very narrow gap between the insulating parts, which has a very good switching capacity. When choosing a resilient contact band can be during the movement of the part 3 ' Also, a further isolation part between the contact surface to be moved, whereby a significant extension of the separation distance relative to the movement path can be achieved. Even with this solution, a gap-shaped quenching chamber with high extinguishing capacity can be realized. For this purpose, it makes sense, the guide pin of the part 3 ' perform in isolation, as in the 9 is shown. The 9 shows an exemplary arrangement with ways to extend the separation distance. The moving part 3 ' has in this illustration an isolated guide pin 21 ' , The power supply in part 3 ' takes place for. B. via an annular spring 22 ' from the part 1' ago. The contact area of the ring spring 22 ' is spatially through the isolation parts 23 ' and 24 ' locally limited.

Die Isolationsteile 23' und 24' sind in die Teile 3' bzw. 1' integriert und besitzen beispielsweise elastische Lamellen 25', 26', welche bei der Bewegung des Teiles 3' ineinander greifen und die Teile 3' und 1' nach der Bewegung gegeneinander isolieren.The isolation parts 23 ' and 24 ' are in the parts 3 ' respectively. 1' integrated and have, for example, elastic lamellae 25 ' . 26 ' which in the movement of the part 3 ' mesh and the parts 3 ' and 1' isolate each other after the movement.

Der Aufbau kann prinzipiell koaxialsymmetrisch ausgeführt sein. Es sind aber auch mehrere einzelne Kontakte realisierbar.Of the Construction can be carried out in principle koaxialsymmetrisch. But there are also several individual contacts feasible.

Die 9a stellt den Zustand vor der Bewegung des Teiles 3' und die 9b nach der Bewegung des Teiles 3' dar. Es versteht sich, dass die zeichnerischen Darstellungen die vorstehend erläuterte Ausführungsform nur beispielhaft illustrieren.The 9a represents the condition before the movement of the part 3 ' and the 9b after the movement of the part 3 ' It is understood that the drawings illustrate the embodiment explained above only by way of example.

Bei dem Einsatz eines Überspannungsableiters mit interner Trennstrecke in Reihe zum Opferelement ist auch folgende weitere Funktion realisierbar. Das Gesamtgerät funktioniert als üblicher Überspannungsableiter mit z. B. thermischer Abtrennvorrichtung. Tritt ein Fehlerfall auf, bei welchem die thermische Abtrennvorrichtung nicht ordnungsgemäß arbeitet, z. B. der Überschlagsfall, kein bzw. verzögertes Ansprechen, mangelhaftes Abschaltvermögen der Trennstelle, wird das Opferelement durch den nicht unterbrochenen Fehlerstrom überlastet und es ist ein dauerhafter Kurzschluss des Gesamtgeräts gegeben. Zusätzlich zur Überlastung des Opferelements entsprechend dessen Strom/Zeit-Kennlinie kann das Opferelement auf einem thermisch sensiblen Material direkt oder indirekt gelagert sein. Dieses Material wird bei Überlastung oder Überschlag der Abtrennvorrichtung erwärmt, wodurch die Abstützfunktion des Opferelements aufgehoben wird und der Kurzschließer trotz intaktem Opferelement in seinen Schließzustand übergeht. In einem einfachsten Fall wird der Boden der Kontaktplatte 5' gemäß 4, auf welchem das Opferelement ruht, aus einem Lot oder dergleichen Material gefertigt. Der Boden steht in einem engen thermischen Kontakt mit dem überlastgefährdeten Überspannungsableiter bzw. dessen interner Abtrennvorrichtung.When using a surge arrester with an internal separation path in series with the sacrificial element, the following further function can also be realized. The entire device works as a conventional surge arrester with z. B. thermal separating device. If an error occurs in which the thermal separation device is not working properly, eg. As the rollover case, no or delayed response, poor Abschaltvermögen the separation point, the sacrificial element is overloaded by the uninterrupted fault current and there is a permanent short circuit of the entire device. In addition to overloading the sacrificial element according to its current / time characteristic, the sacrificial element may be mounted directly or indirectly on a thermally sensitive material. This material is heated in case of overload or rollover of the separating device, whereby the support function of the sacrificial element is released and the short-circuiter passes despite its intact sacrificial element in its closed state. In a simplest case, the bottom of the contact plate 5 ' according to 4 on which the sacrificial element rests, made of a solder or the like material. The floor is in close thermal contact with the overload surge arrester or its internal disconnecting device.

Der Kurzschluss wird durch eine externe, aber auch eine interne Überstromschutzvorrichtung unterbrochen. Für diese Funktionsweise ist nur eine sehr einfache Abstimmung der Leistungsfähigkeit des Überspannungsschutzes und der Stromtragfähigkeit des Opferelements erforderlich.Of the Short circuit is interrupted by an external, but also an internal overcurrent protection device. For this mode of operation is only a very simple vote the performance of the overvoltage protection and the current carrying capacity of the sacrificial element required.

Die Variante Abtrennvorrichtung kann bei einer weiteren Ausführungsform auch mit Hilfe einer Kommutierungsfunktion unterstützt werden. Hierzu wird eine Kontakttrennung, wie oben erläutert, z. B. zwischen Teil 3' und Teil 1' durch die Bewegung des Teiles 3' realisiert. Im Führungsdorn des Teiles 3' kann in diesem Fall eine Sicherung integriert werden, welche nach der Kontakttrennung im koaxialen Umfangsbereich des Teiles 3' den Strom übernimmt und führt und diesen entsprechend der Zeit/Strom-Kennlinie unterbricht. Diese Zweistufigkeit der Unterbrechung kann auch in einer geometrisch alternativen Gestaltungsvariante umgesetzt werden.The variant separating device can also be supported in a further embodiment by means of a commutation function. For this purpose, a contact separation, as explained above, z. B. between part 3 ' and part 1' through the movement of the part 3 ' realized. In the guide pin of the part 3 ' In this case, a fuse can be integrated, which after the contact separation in the coaxial peripheral region of the part 3 ' the current takes over and leads and interrupts this according to the time / current characteristic. This two-stage interruption can also be implemented in a geometrically alternative design variant.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (12)

Passive oder aktive Kurzschließeinrichtung für den Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsanlagen zum Sach- und Personenschutz, mit oder ohne Schaltelement, welches vom Auslösesignal einer Fehlererfassungseinrichtung betätigbar ist, zwei sich gegenüberliegende Kontaktelektroden mit Mitteln zur Stromzuführung, wobei diese an einen Stromkreis mit Anschlüssen von unterschiedlichem Potential kontaktierbar sind, weiterhin die Kontaktelektroden, unter mechanischer Vorspannung stehend, im Kurzschlussfall federkraftunterstützt eine Relativbewegung zueinander ausführen, wobei ein Opferelement als Abstandshalter zwischen den Kontaktelektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Opferelement ein dünnwandiger Hohlzylinder aus einem hochschmelzenden metallischen Material ist.Passive or active short-circuiting device for use in low and medium voltage systems for property and personal protection, with or without switching element, which is actuated by the trigger signal of a fault detection device, two opposing contact electrodes with means for power supply, which to a circuit with terminals of different potential can be contacted, continue the contact electrodes, under mechanical bias standing, in the case of short circuit spring assisted perform a relative movement to each other, wherein a sacrificial element is arranged as a spacer between the contact electrodes, characterized in that the sacrificial element is a thin-walled hollow cylinder made of a refractory metallic material. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlzylinder eine elektrisch leitfähige Substanz aufgenommen ist.Short-circuiting device according to claim 1, characterized in that in the hollow cylinder an electrically conductive Substance is absorbed. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der leitfähigen Substanz und dem Hohlzylinder eine isolierende Schicht geringerer mechanischer Festigkeit und Temperaturbeständigkeit als das Material des Hohlzylinders vorgesehen ist.Short-circuiting device according to claim 2, characterized in that between the conductive substance and the hollow cylinder an insulating layer of lesser mechanical Strength and temperature resistance as the material the hollow cylinder is provided. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder in Ausnehmungen der Kontaktelektroden eingesetzt und geführt ist.Short-circuiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that the hollow cylinder inserted and guided in recesses of the contact electrodes is. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der feststehenden Kontaktelektrode ein Isolierkörper und eine Hilfselektrode befindlich sind, wobei die Hilfselektrode mit dem Opferelement in Verbindung steht.Short-circuiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that in the fixed Contact electrode is an insulating body and an auxiliary electrode located wherein the auxiliary electrode is in communication with the sacrificial element stands. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberstehenden Seiten der Kontaktelektroden eine komplementär konische Form aufweisen.Short-circuiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that the opposing ones Sides of the contact electrodes a complementary conical Have shape. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder über die Wandstärke verteilt Strukturen zur Ausbildung von Strompfaden mit der Folge einer ungleichmäßigen Erwärmung bei Strombelastung und einer Deformation mit einhergehendem Verlust mechanischer Festigkeit aufweist.Short-circuiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that the hollow cylinder via the wall thickness distributes structures for the formation of current paths with the result of uneven heating with current load and a deformation with concomitant loss having mechanical strength. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontaktelektroden ein Hohlraum ausgebildet ist, um Teile des zerstörten Opferelements aufzunehmen.Short-circuiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that between the contact electrodes a cavity is formed around parts of the destroyed sacrificial element take. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontaktelektroden auch im geschlossenen Zustand ein Entlüftungskanal oder eine Entlüftungsbohrung wirksam ist.Short-circuiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that between the contact electrodes also in the closed state, a ventilation duct or a vent hole is effective. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung der Erzeugung der Vorspannkraft eine Druckfeder ist.Short-circuiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that the device the generation of the biasing force is a compression spring. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Kurzschließeinrichtung ein nicht getriggerter Gasentladungsableiter angeordnet ist, welcher einerseits mit einer der Kontaktelektroden sowie andererseits mit dem Opferelement in elektrischer Verbindung steht, wobei mit dem Überschreiten der Ansprechspannung des Gasentladungsableiters Strom über das Opferelement fließt, welches dadurch einer Verformung oder einem Schmelzen unterliegt, so dass sich ein stromtragfähiger Kurzschlusspfad ausbildet.Short-circuiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that within the short-circuiting device a non-triggered gas discharge tube is arranged, which on the one hand with one of the contact electrodes and on the other with the sacrificial element is in electrical connection with the passing the response voltage of the gas discharge arrester current over the sacrificial element flows, which thereby a deformation or a melt undergoes, so that is a current-carrying Short circuit path forms. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Stromzuführung sammelschienenartig ausgebildet sind.Short-circuiting device according to claim 11, characterized in that the means for supplying power are busbar-like are formed.