Die Erfindung betrifft eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In Niederspannungs-Schaltanlagen kann es durch immer höhere Leistungsdichten, Fehlschaltungen, Fehlhandlungen des Bedienpersonals, Überspannungen oder Geräteversagen zur Ausbildung von Störlichtbögen kommen.

Um Verletzungen von Personen und Materialschäden durch Störlichtbögen zu reduzieren, ist es bekannt, in der Verteilung von Elektrizität Lichtbogenerkennungseinrichtungen einzusetzen, die vorgeordnete Leistungsschalter zur schnellen Abschaltung veranlassen oder Störlichtbogen-Schutzvorrichtungen ansteuern, die einen definierten Kurzschluß verursachen, der jedoch für Personen und Anlage unschädlich ist. Die Dauer des Lichtbogens ist auf diese Weise um bis zu einem Zehntel, teilweise auch mehr reduziert, so daß große Schäden vermieden und das Ausmaß der Nutzung der Schaltanlage erhöht werden können.

Aus der Hü 169992 ist es bekannt, zwei koaxial ineinander gesetzte metallische Zylindermäntel einzusetzen, wobei einer Betriebsspannung und der andere Nullpotential aufweist, die weiterhin unter der Wirkung einer Spule verformt und zusammengedrückt werden können, d.h. der innere nach außen und der äußere nach innen, bis diese einen satten Kurzschluß verursachen. Die Spule wird im Fehlerfall von einer Kondensatorbatterie gespeist, die durch ein Schaltelement zuschaltbar ist. Das Schaltelement wird durch eine

Störlichtbogenerkennungseinrichtung bei einem Störlichtbogen angesteuert.

Um die Kondensatorbatterie unter anderem möglichst klein dimensionieren zu können, befinden sich beide Zylindermäntel in einem Vakuumbehälter, wodurch der Abstand zwischen beiden Zylindermänteln wesentlich verringert werden kann.

Der Vakuumbehälter muß hierbei relativ dick sein, so daß eine dennoch große Dimensionierung der Spule und insbesondere der Kondensatorbatterie erforderlich ist, was nicht nur teuer ist, sondern auch einen erheblichen Platzbedarf in der Schaltanlage fordert.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Störlichtbogen- SchutzVorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, derart zu verbessern, daß eine geringere Dimensionierung der Bauteile und insbesondere der Kondensatorbatterie erforderlich ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.

Durch die Erfindung kann die Spule dicht an der Auslösepatrone angeordnet werden, so daß zum einen die Abmessungen der Spule verringert werden und zum anderen die Kondensatorbatterie kleiner dimensioniert werden kann.

Weiterhin ist sehr vorteilhaft, daß nur innerhalb des Rohrabschnittes ein Vakuum vorhanden ist, wodurch die gesamte Schutzvorrichtung kompakter ist.

Ebenso erweist sich die erfinderische Ausführung sehr vorteilhaft in bezug auf die Vakuumerzeugung und Vakuumerhaltung. So ist es neben einer relativ kostengünstigen

Herstellung besonders wichtig, daß das in der Auslösepatrone vorhandene Vakuum auch nach 10 oder mehr Jahren erhalten bleibt, damit keine unerwünschten Stromüberschläge erfolgen bzw. damit die Schutzvorrichtung Wartungsfrei ist.

Durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 2 bis 5 ergeben sich Montage- und Herstellungsvorteile, insbesondere in bezug auf die Vakuumerzeugung.

Damit das zweite Patronenteil stets mittig angeordnet ist und beide Patronenteile sicher gehalten sind, ist an der Stirnseite des zweiten Patronenteiles im ersten Abschnitt ein hutartiges Zentrierelement vorhanden, das mit seinem Zylinderteil an einer zentrischen Aussparung greift, die an dem zweiten Patronenteil vorhanden ist, wobei das Zentrierelement aus Isolierstoff besteht und in dem Rohrabschnitt des ersten Patonenteiles bündig eingebettet ist.

Für die Vakuumerzeugung und Zuverlässigkeit der Auslösepatrone, ist es besonders günstig, wenn die Stirnseiten des Isolierrohres von der äußeren Kante bis etwa zur Mitte bzw. Stufe mit einer Metallbeschichtung versehen sind, die Metallbeschichtung aus MoMn+Ni besteht und eine Dicke von 0,02 bis 0,03 mm, vorzugsweise 0,025 mm, aufweist und das Isolierrohr einen etwas größeren Durchmesser als der Kragen oder der Randsteg aufweist, weil hierdurch Keramikteile und Metallteile miteinander sicher verlötet werden können.

Niedrige Auslösezeiten bei sicherer Funktion ergibt sich in Niederspannungs-Schaltanlagen, wenn der Spalt zwischen beiden Patronenteile etwa lmm beträgt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Spule in einem Isoliering aus Kunststoff, integriert bzw. eingebettet ist und dort eingegossen ist, wodurch die Spulenwindungen trotz hoher Kräfte, die beim Entladen des Energiespeichers auftreten, sicher gehalten werden und gleichzeitig isoliert sind.

Besonders günstig ist es, wenn in der Nähe des stromdurchflossenen Bereichs des Rohrabschnitts massive Teile aus gut wärmeleitenden Werkstoff vorhanden sind, weil die Wärme in diesem Bereich dann gut abgeführt werden kann.

Ein optimaler Kompromiß aus hoher Auslösegeschwindigkeit und hoher Stromtragfähigkeit beim Einsatz in Hauptverteilern, ergibt sich, wenn die Wandstärke des Rohrabschnittes 0,5mm bis 2,5mm, vorzugsweise 1mm, und sein Durchmesser 50mm bis 60 mm beträgt.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.

•Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung der Auslösepatrone mit Spule im zusammengesetzten Zustand,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des ersten Patronenteiles,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des zweiten Patronenteiles,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Isolierrohres,

Fig. 5 eine Einzelheitdarstellung des Isolierrohres

Fig. 6 und eine Darstellung von der Anschlußseite.

Die in der Fig. 1 dargestellte Auslösepatrone 1 besteht aus einem rotationssymmetrischen ersten Patronenteil la in becherartiger Form. Dieses Patronenteil besteht aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wie Kupfer oder Aluminium, und ist in einem geschlossenen Bodenbereich 3, einem

zylindermantelförmigen Bereich bzw. Rohrabschnitt 4 und einem am anderen Ende nach außen geformten Kragen 5 aufgeteilt. Der Bodenbereich 3 ist derart dick, daß eine zentrische Gewindebohrung 6 für die Befestigung einer Anschlußschiene oder -kabeis angeordnet sein kann.

Das erste Patronenteil la kann beispielsweise an Betriebsspannung anliegen, während ein zweites Patronenteil lb Nullpotential aufweisen kann.

Der Kragen 6 des ersten Patronenteiles la, der in Fig. 2 als Einzelteil im Schnitt dargestellt ist, weist einen Befestigungsring 7 mit einer größeren Wandstärke als die Wandung des Rohrabschnittes 4 auf. Im Querschnitt ist der Kragen Z- för ig.

Die Dicke des Rohrabschnittes 4 muß einerseits derart dünn sein, daß sie leicht und schnell deformierbar ist, also daß der Rohrabschnitt 4 eine geringe Masse aufweist, und andererseits derart Dick sein, daß eine genügend hohe Stromtragfähigkeit erreicht wird. Besonders günstig ist es hierfür, wenn die Wandstärke des Rohrabschnittes etwa 1mm und sein Durchmesser 50 bis 60 mm beträgt.

Das zweite Patronenteil lb, ebenfalls aus Metall, besteht aus einem Zylinderteil 8, das, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, an dem einen Ende einen ersten Durchmesser bzw. Abschnitt 11 aufweist, der jedoch kleiner als der Innendurchmesser des Rohrabschnittes 4 ist, so daß dieses Patronenteil lb in das Patronenteil la mit einem Spalt 9 eingeführt werden kann. Das Zylinderteil 8 ist in dem Bereich außerhalb des Rohrabschnittes 4 mit einem zweiten kleineren Durchmesser bzw. Abschnitt 12 versehen, so daß in diesem Bereich eine Vakuumkammer 10 entsteht.

An dem anderen Ende ist das Zylinderteil 8 mit einem dritten Durchmesser bzw. Abschnitt 13 versehen, der größer als die ersten beiden Durchmesser der Abschnitte 11 und 12 ist, so daß

an diesem Ende ein scheibenartiger Deckel 14 als Verschlußdeckel für die Vakuumkammer 10 entsteht.

Der Deckel 14 ist, wie das erste Patronenteil la, mit einer Gewindebohrung 15 für die zweite Anschlußschiene oder -kabel versehen.

Im Bereich der Vakuumkammer 10 ist am Deckel 14 ein Ventil 16 für die Vakuumerzeugung angeordnet. Das Ventil besteht aus einem Saugrohr 17 und einer Verschlußkappe 18, die über das Saugrohr 17 gestülpt wird. Zum Anordnen des Ventils 16 ist der Deckel 14 mit einer Aussparung 19 versehen.

Das zweite Patronenteil lb ist im Übergangsbereich zwischen dem zweiten 12 und dem dritten Abschnitt 13 an der Unterseite des Deckels 14 mit einem Randsteg 20 versehen, der den gleichen Außendurchmesser wie der Deckel 14 und der Befestigungsring 7 aufweist.

Zwischen dem Befestigungsring 7 und dem Randsteg 20 ist ein Isolierrohr 21 angeordnet, der beide Patronenteile la und lb mechanisch verbindet und gleichzeitig aber elektrisch voneinander isoliert.

Das Isolierrohr 21 ist also zwischen dem Ende bzw. am offenen Ende des Rohrabschnittes 4 des Rohrabschnittes la und dem zweiten Patronenteil lb angeordnet.

Das zweite Patronenteil lb ist zwar in diesem Ausführungsbeispiel massiv, dieses kann aber auch hohl oder becherartig sein.

An der Stirnseite des zweiten Patronenteiles lb im ersten Abschnitt 11 greift ein hutartiges Zentrierelement 22 mit seinem Zylinderteil 24 an einer zentrischen Aussparung 23, die an dem zweiten Patronenteil vorhanden ist, wobei das Zentrierelement 22 aus Isolierstoff besteht und in dem Rohrabschnitt 4 des ersten Patonenteiles la bündig eingebettet ist, wodurch beide

Patronenteile la, lb weiterhin voneinander isoliert und mechanisch gehalten werden.

Das Isolierrohr 21, wie in den Figuren 4 und 5 näher dargestellt ist, ist an den Enden ringsherum mit jeweils einer treppenartige Abstufung 25 versehen, derart, daß der Kragen 5 an der einen Isolierrohrseite und der Randsteg 20 an der anderen Isolierrohrseite in die Abstufungen 20 greifen können.

Die Stirnseiten des Isolierrohres 21 sind von der äußeren Kante bis etwa zur Mitte bzw. Stufe 27 mit einer Metallbeschichtung versehen.

Im zusammengesetzten Zustand der Auslösepatrone 1 liegen die metallbeschichteten Flächen jeweils an den Patronenteile la, lb satt an, um durch eine Lötverbindung eine vakuumdichte Patrone zu erreichen. Genauer liegt die linke metallbeschichtete Fläche an dem Kragen 5 des ersten Patronenteiles la und die rechte an dem Randsteg 20 des zweiten Patronenteiles lb an, wobei die Stufe 27 innen und der Kragen 5 bzw. der Randsteg 20 außen liegt.

Das Isolierrohr 21 weist einen etwas größeren Durchmesser als der Kragen 5 oder der Randsteg 20 auf, wodurch das Lot entlang der Metallbeschichtung 26 durch Kapillarwirkung nach innen fließen kann und außen eine Art Vakuumdichtung bildet.

Im Bereich des ersten Abschnittes 11 des zweiten Patronenteiles lb und des Rohrabschnittes 4 des ersten Patronenteiles, also des Spaltes 9 ist an dem Rohrabschnitt 4 eine isolierte Spule 29 direkt anliegend angeordnet.

Die Windungen der Spule 29 sind koaxial um die Auslösepatrone angeordnet, wie in der Fig. 1 dargestellt ist.

Die Spule 29 wird in einem Isoliering 30 aus Kunststoff, z.B. Polyurethan-Hartschaum, integriert bzw. eingebettet und dort

eingegossen.

Beim Auslösen der Störlichtbogen-Schutzvorrichtung fließt von einem Energiespeicher kurzzeitig in die Spule 29 ein derart hoher Strom, daß in dem Rohrabschnitt 4 und dem ersten Abschnitt 11 des zweiten Patronenteiles lb ein derart hoher Strom induziert wird, daß -aufgrund der Kraftwirkung infolge der induzierten Ströme- der Rohrabschnitt 4 gegen den ersten Abschnitt 11 bzw. gegen das zweite Patronenteil lb gedrückt wird und der Spalt 9 in ein Bruchteil einer Millisekunde kurzgeschlossen wird, wobei ein Störlichtbogendetektor ein Thyristor ansteuert, das zwischen der Spule 29 und dem Energiespeicher angeordnet ist.

Der Spalt muß einerseits derart klein sein, daß die zu überwindende Strecke klein ist, um kurze Auslösezeiten zu erreichen und andererseits derart groß sein, daß kein Spannungs¬ bzw. Stromüberschlag erfolgen kann. Bei einer Spannung von 220/380 V weist der Spalt eine Breite von etwa 1mm auf, z.B. 0,7 bis 1,3 mm.

Nach einem Störlichtbogen fließt dann in der Nähe der Stromsammeischienen der Anlage ein Kurzschlußstrom und zwar jeweils von einer Stromschiene durch beide Patronenteile la, lb wieder in die Stromschienen zurück, wodurch die Spannung völlig zusammenbricht und der Störlichtbogen gelöscht wird.

In der Nähe des stromdurchflossenen Bereichs des Rohrabschnitts 4 sind massive Teile aus gut wärmeleitenden Werkstoff vorhanden. Durch die massiven Teile, d.h. Bodenteil 3 und Abschnitt 11, wird die Wärme von dem freiliegenden Rohrabschnitt 4 in der Nähe des Zentrierteiles 22 schnell abgeführt, so daß eine derart hohe Stromtragfähigkeit erreicht wird, daß auch bei einem Versagen eines vorgeschalteten Leistungsschalters keine gefährliche Materialabschmelzung oder sogar ein Sekundärlichtbogen an der Auslösepatrone stattfinden kann.

Wie die Fig. 7 zeigt weisen die Stirnseiten der Auslösepatrone 1 senkrechte Greifflächen 28 für ein Montagewerkzeug, wie Maulschlüssel oder dergleichen.

Das Isolierrohr (21) ist vorzugsweise aus Keramik ausgeführt, es kann aber auch aus anderen geeigneten Isolierstoffen sein. Wie in der Fig. 1 zu sehen ist, ist das Isolierrohr (21) außerhalb der Spule (8) angeordnet.

Das Isolierrohr (21) kann weiterhin eine oder mehrere nicht gezeigte Rippen zur Vergrößerung der Kriechstrecke aufweisen.

Das Schaltelement, das bei einem Störlichtbogen den Strom in der Spule (29) zuschaltet, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Leistungsthyristor.

Die Auslösepatrone ist aufgrund der Vakuumkammer ebenso in der Mittelspannungstechnik zu verwenden, z.B. in einer Mittelspannungsschaltanlage.