WO1999021254A1 - Short-circuiter especially for an accidental arc protection device for use in systems which distribute electric energy - Google Patents

Short-circuiter especially for an accidental arc protection device for use in systems which distribute electric energy Download PDF

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WO1999021254A1
WO1999021254A1 PCT/DE1998/003022 DE9803022W WO9921254A1 WO 1999021254 A1 WO1999021254 A1 WO 1999021254A1 DE 9803022 W DE9803022 W DE 9803022W WO 9921254 A1 WO9921254 A1 WO 9921254A1
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WO
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short
circuiter
circuiting
gas generator
pressure
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Application number
PCT/DE1998/003022
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Inventor
Frank Berger
Wolfgang Kremers
Helge SCHÄFER
Thomas Freyermuth
Original Assignee
Klöckner-Moeller Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Klöckner-Moeller Gmbh filed Critical Klöckner-Moeller Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/004—Closing switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H79/00—Protective switches in which excess current causes the closing of contacts, e.g. for short-circuiting the apparatus to be protected
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/065—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects

Definitions

  • Short circuiter in particular for an arc fault protection device for use in systems for distributing electrical energy
  • the invention relates to a short circuiter according to the preamble of claim 1.
  • a short-circuiting device has become known from WO 95/22167, which is used as a series product in low-voltage switchgear and has proven itself in practical use. Due to the small vacuum gap, use has so far only been limited to low voltage.
  • Short-circuiters with a gas generator are known from DE 196 01 639 A1 and DE 42 36 623 A1.
  • the object of the invention is to provide a short circuiter using a gas generator according to the preamble of claim 1, in which no pressure escape is possible regardless of manufacturing tolerances and the triggering process is initiated at the same defined pressure.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the short circuit ready for connection
  • Fig. 2 is a sectional view of a first embodiment of the
  • Fig. 3 is an enlarged detail of that shown in Fig. 2
  • Fig. 4 is a sectional view of the first embodiment of the
  • Fig. 5 is a sectional view of a second embodiment of the
  • Fig. 6 is a sectional view of a third embodiment of the
  • Fig. 7 is a sectional view of a fourth embodiment of the
  • Fig. 8 is a sectional view of a fifth embodiment of the
  • FIG. 9 is an illustration of the assembly of the short-circuiting unit according to FIG. 2.
  • connection rails 2, 3, 4 show the ready-to-connect short-circuiter 1 with three connection rails 2, 3, 4 arranged flat next to one another in the form of flat rails with corresponding connection bores 5, as are common in low-voltage plant construction.
  • the middle connecting bar 3 is electrically connected at the end, or at the opposite end of the connecting holes 5, to a cross-current bar 6, the cross-current bar 6 being insulated from the connecting bars 2, 4 in the non-tripped state.
  • the rail arrangement is E-shaped.
  • At the ends of the connecting rails 2 and 4 are two short-circuiting units 7, 8, each with a gas generator drive based on nitocellulose, as is used in airbags or belt tensioners.
  • the connecting rails 2, 3, 4, the cross-current rail 6 and further insulating parts described later are held with a total of twelve screw-nut connections 9 and spring washers 10 to form an E-shaped package.
  • the short-circuiting units 7 and 8 are controlled by evaluation electronics, which are provided with fast current and light sensors for arc fault detection.
  • the control can be done with any kind of sensors.
  • the short-circuiter can also be used to protect consumers and equipment in the event of a short-circuit.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of a first embodiment of the short-circuiting unit, FIG. 3 showing an enlargement.
  • the short-circuiting unit 7 consists of a gas generator 11, an encapsulation 12 made of metal for the gas generator 11 with a first capsule part 13 designed as a union nut, which is screwed onto a second capsule part 14.
  • the second capsule part 14 has an external thread at the top and bottom and a nut-shaped part 15 in the middle, the lower external thread being provided for screwing a first upper insulating plate 16.
  • the gas generator 11 is embedded gas-tight in the encapsulation in such a way that the first capsule part 13 presses the gas generator on sealing surfaces 17-20 against the second 14 capsule part and the gas pressure can only have an effect downwards.
  • the first Capsule part 13 is provided with an ignition opening 21 for an ignition line.
  • the short-circuiting unit 7 has a first pressure chamber 22 and a second pressure chamber 23, the gas generator 11 being arranged in the first pressure chamber 22 and a pressure membrane 24 which separates the first and second pressure chambers 22, 23 being present on the opposite side of the gas generator 11 breaks when a defined pressure is exceeded.
  • the short-circuiting element 25 is arranged like a piston.
  • a high pressure of up to 900 bar can arise in the first pressure chamber 22 because the pressure membrane 24 keeps the volume almost constant before it breaks away. After breaking away, the gas reaches the second pressure chamber 23.
  • the short-circuiting element 25 is a short-circuiting pin, which consists of a cylindrical section 26 and a conical section 27, the cylindrical section 26 lying almost flush in the piston guide.
  • encapsulation 12 is a cross-sectionally H-shaped insulating sleeve 28 made of insulating material, on which on one side the gas generator 11 is arranged in a gas-tight and electrically insulated manner from the short-circuiting bolts and on the other side of the short-circuiting bolt is guided in a piston-like manner, the transverse part being the Pressure membrane 24 is.
  • the pressure membrane 24 is also provided with predetermined breaking points.
  • the insulating sleeve 28 is provided on the piston side with a collar 29 which is clamped between the first insulating plate 16 and the connecting bar 2 and additionally has an electrically insulating effect.
  • the short-circuiting piston or element 25 is provided with an O-ring 30. It can also be provided with two spaced-apart O-rings.
  • the O-ring is arranged in the short-circuiting piston in a groove-like receptacle and is designed as a rubber-like seal.
  • the short-circuiter 1 consists of a sandwich-like package of current cross or connecting rails 2,4,6 insulating plates 16, 34 and at least one thin insulating film 31, which acts as a membrane.
  • the package of busbars, insulating film 31 and insulating plates is clamped with insulated screws.
  • the short-circuiting valve moves under high pressure between the busbars and short-circuits them, breaking through the insulating film 31.
  • the punched-out part 39 can fall out at an opening on a lower, second insulating plate 34. This part 39 is provided with a hole 40.
  • FIG. 5 Another embodiment is shown in FIG. 5. This consists of a three-pole short-circuiting device as in the previous example, but with a single gas generator and three stacked busbars 41, 42, 43, which are provided with bores arranged one above the other, two insulating foils 44, 45 being present.
  • the short-circuiting pin short-circuits all three busbars. Both insulation foils are broken through.
  • thin busbars 46, 47, 48, but without bores are arranged in a packet or sandwich-like manner with insulating films 49, 50 between them, as shown in FIG. 6.
  • the short-circuiting pin punches the entire package from busbars and
  • FIG. 7 shows another arrangement, which is basically the same as the arrangement in FIG. 6, but with strand-like busbars 51, 52, 53 and a short-circuiting bolt which has arrow-shaped contact tips 54 which penetrate and short-circuit the stranded material.
  • busbars are arranged in a star shape on one level, of which only two busbars 55, 56 are shown.
  • the short-circuiting pin is arranged in the star point of the busbars without touching them.
  • An insulating film 57 to be pierced is arranged beneath the busbars and lies on a reservoir 58 of an electrically or metallically conductive liquid.
  • the diaphragm 61 After ignition, the diaphragm 61 is destroyed, as before, the short-circuiting piston displacing the liquid into the air gap 60, so that a short circuit arises.
  • the reservoir 58 is realized by lowering a lower insulating plate 59.
  • the bores 32, 33 are centered by two fitting cylinders 61, 62 and a fitting pin 63 connecting both fitting cylinders 61, 62.
  • the membrane or insulating film 31 has a hole 40 for the passage of the dowel pin. After centering, the membrane is fixed to the conductor rails with a double-sided adhesive film or adhesive pad.
  • the invention specifies primarily for use as a central protective organ in portable and stationary energy distribution systems, both in point distributors e.g. Main distributor, as well as in line distributors e.g. Busbar trunking in low, medium and high voltage technology.
  • the invention can also be used as a decentralized protective device e.g. can be used in battery, emergency power, compensation and rail systems.
  • the basic principle is based on the fact that a gas generator, which is activated by a defined ignition current, delivers a defined gas volume in a very short time.
  • the space in which the gas volume develops is sufficiently dense and firm that a pressure of up to 900 bar builds up.
  • the pressure is used as a drive for a closing process.
  • the conductors are designed for a short-circuit current of over 100kA over a period of at least 500 ms.

Abstract

The invention relates to a short-circuiter for an accidental arc protection device for use in systems which distribute electric energy, comprise a gas generator and a short-circuiting element driven directly by the gas generator. A short-circuiter should prevent accidental energizations by the gases on the ignition line along with a possible destruction of the electronic control. In addition, the tripping characteristics of said electronic control should be improved. To this end, the short-circuiter has a first (22) and a second pressure chamber (23), the gas generator (11) is arranged in the first pressure chamber (22), and a pressure membrane (24) is provided on the opposite lying side of the gas generator (11). Said membrane separates the first (22) and second pressure chambers (23) and breaks when a defined pressure is exceeded. In addition, the short-circuiting element is arranged in a piston-like manner in the second pressure chamber (23).

Description

Kurzschließer, insbesondere für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer EnergieShort circuiter, in particular for an arc fault protection device for use in systems for distributing electrical energy
Die Erfindung betrifft einen Kurzschließer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a short circuiter according to the preamble of claim 1.
Aus der WO 95/22167 ist ein Kurzschiießer bekannt geworden, der als Serienprodukt in Niederspannungs-Schaltanlagen Anwendung findet und sich im praktischen Einsatz bewährt hat. Durch den geringen Vakuumspalt begrenzt sich der Einsatz bisher nur für Niederspannung.A short-circuiting device has become known from WO 95/22167, which is used as a series product in low-voltage switchgear and has proven itself in practical use. Due to the small vacuum gap, use has so far only been limited to low voltage.
Aus der DE 94 19 141 U1 ist ein Kurzschließer ohne elektrische Energiespeicher und Leistungsthyristoren bekannt, der als zylindrische Patrone nach dem Vorbild der WO 95/22167 jedoch mit einem Integriertem Sprengsatz ausgeführt ist. Im dem Kurzschließer wird ein Gasdruck gemäß Anspruch 8 erzeugt, der ein Bolzen zur Erzeugung eines metallischen Kurzschlusses bewegt.From DE 94 19 141 U1 a short-circuiter without electrical energy storage and power thyristors is known, which, however, is designed as a cylindrical cartridge based on the model of WO 95/22167 with an integrated explosive device. In the short-circuiter, a gas pressure is generated according to claim 8, which moves a bolt to produce a metallic short-circuit.
Nachteilig ist zum einen die abhängig von Fertigungstoleranzen mögliche Druckentweichung und eine mögliche Spannungsverschleppung durch die Gase auf die Zündleitung und damit eine möglichen Zerstörung der Ansteuerelektronik.Disadvantages are, on the one hand, the possible pressure escape depending on manufacturing tolerances and the possible spread of voltage through the gases to the ignition line and thus possible destruction of the control electronics.
Aus der DD 226 441 A1 ist ein Kurzschließer mit einer Membran, einem beweglichem Kolben und konischen Elementen bekannt.From DD 226 441 A1 a short circuiter with a membrane, a movable piston and conical elements is known.
Kurzschließer mit einem Gasgenerator sind aus der DE 196 01 639 A1 und DE 42 36 623 A1 bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kurzschließer unter Verwendung eines Gasgenerators nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, bei dem unabhängig von Fertigungstoleranzen keine Druckentweichung möglich ist und der Auslösevorgang bei gleichem definierten Druck eingeleitet wird.Short-circuiters with a gas generator are known from DE 196 01 639 A1 and DE 42 36 623 A1. The object of the invention is to provide a short circuiter using a gas generator according to the preamble of claim 1, in which no pressure escape is possible regardless of manufacturing tolerances and the triggering process is initiated at the same defined pressure.
Durch die Mermale des Anspruches 3 wird eine mögliche Spannungsverschleppung durch die Gase auf die Zündleitung und damit eine möglichen Zerstörung der Ansteuerelektronik verhindert.Due to the features of claim 3, a possible carryover of voltage by the gases to the ignition line and thus a possible destruction of the control electronics is prevented.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.The object of the invention is achieved by the characterizing features of claim 1, while particularly advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.
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.The invention, further refinements and improvements of the invention and further advantages are to be described and explained in more detail with reference to the drawing, in which an exemplary embodiment is shown.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des anschlußferigen Kurzschließers,1 is a perspective view of a first embodiment of the short circuit ready for connection,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform derFig. 2 is a sectional view of a first embodiment of the
Kurzschließereinheit, Fig. 3 eine Auschnittsvergrößerung der in Fig. 2 gezeigtenShort-circuiting unit, Fig. 3 is an enlarged detail of that shown in Fig. 2
Kurzschließereinheit,Short-circuiting unit,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform derFig. 4 is a sectional view of the first embodiment of the
Kurzschließereinheit im ausgelösten Zustand,Short-circuiting unit in the triggered state,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform derFig. 5 is a sectional view of a second embodiment of the
Kurzschließereinheit,Short-circuiting unit,
Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform derFig. 6 is a sectional view of a third embodiment of the
Kurzschließereinheit,Short-circuiting unit,
Fig. 7 eine Schnittdarsteliung einer vierten Ausführungsform derFig. 7 is a sectional view of a fourth embodiment of the
Kurzschließereinheit,Short-circuiting unit,
Fig. 8 eine Schnittdarstellung einer fünften Ausführungsform derFig. 8 is a sectional view of a fifth embodiment of the
Kurzschließereinheit undShort circuiter unit and
Fig. 9 eine Darstellung der Montage der Kurzschiießereinheit gemäß Fig. 2.9 is an illustration of the assembly of the short-circuiting unit according to FIG. 2.
Die Fig. 1 zeigt den anschlußfertigen Kurzschließer 1 mit drei flach nebeneinander angeordneten Anschlußschienen 2,3,4 in Form von Flachschienen mit entsprechenden Anschlußbohrungen 5, wie sie in dem Niederspannungs-Anlagenbau üblich sind.1 shows the ready-to-connect short-circuiter 1 with three connection rails 2, 3, 4 arranged flat next to one another in the form of flat rails with corresponding connection bores 5, as are common in low-voltage plant construction.
Die mittlere Anschlußschiene 3 ist am Ende, bzw. am gegenüberliegenden Ende der Anschlußbohrungen 5, mit einer Querstromschiene 6 elektrisch verbunden, wobei die Querstromschiene 6 im nichtausgelösten Zustand von den Anschlußschienen 2, 4 isoliert ist. Die Schienenanordnung ist E-förmig. An den Enden der Anschlußschienen 2 und 4 sind zwei Kurzschließereinheiten 7,8 mit jeweils einem Gasgeneratorantrieb auf Nitocellulose-Basis, wie er bei Airbags oder Gurtstraffern verwendet wird.The middle connecting bar 3 is electrically connected at the end, or at the opposite end of the connecting holes 5, to a cross-current bar 6, the cross-current bar 6 being insulated from the connecting bars 2, 4 in the non-tripped state. The rail arrangement is E-shaped. At the ends of the connecting rails 2 and 4 are two short-circuiting units 7, 8, each with a gas generator drive based on nitocellulose, as is used in airbags or belt tensioners.
Die Anschlußschienen 2,3,4, die Querstromschiene 6 und weitere später beschriebene Isolierteile werden mit insgesamt zwölf Schrauben-Mutter-Verbindungen 9 und Federscheiben 10 zu einem E-förmigen Paket gehalten.The connecting rails 2, 3, 4, the cross-current rail 6 and further insulating parts described later are held with a total of twelve screw-nut connections 9 and spring washers 10 to form an E-shaped package.
Bei Zündung der Kurzschließereinheiten 7 und 8 entsteht ein dreipoliger Kurzschluß, der in weningen Millisekunden einen Störlichtbogen löscht.When the short-circuiting units 7 and 8 are ignited, a three-pole short circuit arises which extinguishes an arcing fault in a few milliseconds.
Die Kurzschließereinheiten 7 und 8 werden durch eine Auswerteelektonik angesteuert, die mit schnellen Strom- und Lichtsensoren zur Störlichbogenerkennung versehen ist. Die Ansteuerung kann mit jeder Art von Sensoren erfolgen. Ebenso ist der Kurzschließer zum Schutz von Verbrauchern und Betriebsmittel bei Kurzschluß einsetzbar.The short-circuiting units 7 and 8 are controlled by evaluation electronics, which are provided with fast current and light sensors for arc fault detection. The control can be done with any kind of sensors. The short-circuiter can also be used to protect consumers and equipment in the event of a short-circuit.
In der Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Kurzschließereinheit gezeigt, wobei Fig. 3 eine Vergrößerung zeigt.FIG. 2 shows a sectional illustration of a first embodiment of the short-circuiting unit, FIG. 3 showing an enlargement.
Die Kurzschließereinheit 7 besteht aus einem Gasgenerator 11 , einer Kapselung 12 aus Metall für den Gasgenerator 11 mit einem als Überwurfmutter ausgebildeten ersten Kapselteil 13, der über ein zweites Kapselteil 14 verschraubt wird. Das zweite Kapselteil 14 weist oben und unten ein Außengewinde und in der Mitte ein mutterförmiges Teil 15 auf, wobei das untere Außengewinde für die Verschraubung einer ersten oberen Isolierplatte 16 vorgesehen ist.The short-circuiting unit 7 consists of a gas generator 11, an encapsulation 12 made of metal for the gas generator 11 with a first capsule part 13 designed as a union nut, which is screwed onto a second capsule part 14. The second capsule part 14 has an external thread at the top and bottom and a nut-shaped part 15 in the middle, the lower external thread being provided for screwing a first upper insulating plate 16.
Der Gasgenerator 11 ist derart in der Kapselung gasdicht eingebettet, daß das erstes Kapselteil 13 den Gasgenerator an Dichtungsflächen 17-20 gegen das zweite 14 Kapselteii drückt und der Gasdruck sich nur nach unten auswirken kann. Das erste Kapselteil 13 ist mit einer Zündöffnung 21 für eine Zündleitung versehen.The gas generator 11 is embedded gas-tight in the encapsulation in such a way that the first capsule part 13 presses the gas generator on sealing surfaces 17-20 against the second 14 capsule part and the gas pressure can only have an effect downwards. The first Capsule part 13 is provided with an ignition opening 21 for an ignition line.
Die Kurzschließereinheit 7 weist einen ersten Druckraum 22 und einen zweiten Druckraum 23 auf, wobei in dem ersten Druckraum 22 der Gasgenerator 11 angeordnet und auf der gegenünerliegenden Seite des Gasgenerators 11 eine Druckmembran 24 vorhanden ist, die den ersten und zweiten Druckraum 22, 23 trennt und bei überschreiten eines definierten Druckes bricht. In dem zweiten Druckraum 23 ist das kurzschließende Element 25 kolbenartig angeordnet.The short-circuiting unit 7 has a first pressure chamber 22 and a second pressure chamber 23, the gas generator 11 being arranged in the first pressure chamber 22 and a pressure membrane 24 which separates the first and second pressure chambers 22, 23 being present on the opposite side of the gas generator 11 breaks when a defined pressure is exceeded. In the second pressure chamber 23, the short-circuiting element 25 is arranged like a piston.
In dem ersten Druckraum 22 kann ein hoher Druck von bis zu 900 bar entstehen, weil die Druckmembran 24 vor ihren Weggbrechen das Volumen nahezu konstant hält. Nach dem Weggbrechen gelangt das Gas in dem zweiten Druckraum 23.A high pressure of up to 900 bar can arise in the first pressure chamber 22 because the pressure membrane 24 keeps the volume almost constant before it breaks away. After breaking away, the gas reaches the second pressure chamber 23.
Das kurzschließende Element 25 ist ein Kurzschließerbolzen, der aus einem zylindrischen Abschnitt 26 und einem konischen Abschnitt 27 besteht, wobei der zylindrische Abschnitt 26 nahezu bündig in der Kolbenführung liegt.The short-circuiting element 25 is a short-circuiting pin, which consists of a cylindrical section 26 and a conical section 27, the cylindrical section 26 lying almost flush in the piston guide.
In der Kapselung 12 ist eine im Querschnitt H-förmige Isolierhülse 28 aus Isolierstoff vorhanden, an der auf der einen Seite der Gasgenerator 11 gasdicht und elektrisch isoliert von den Kurzschiießerbolzen angeordnet ist und auf der anderen Seite der Kurzschließerbolzen kolberartig geführt wird, wobei das Querteil die Druckmembran 24 ist. Die Druckmembran 24 ist ferner mit Sollbruchstellen versehen.In the encapsulation 12 is a cross-sectionally H-shaped insulating sleeve 28 made of insulating material, on which on one side the gas generator 11 is arranged in a gas-tight and electrically insulated manner from the short-circuiting bolts and on the other side of the short-circuiting bolt is guided in a piston-like manner, the transverse part being the Pressure membrane 24 is. The pressure membrane 24 is also provided with predetermined breaking points.
Die Isolierhülse 28 ist auf der Kolbenseite mit einem Kragen 29 versehen, der zwischen der ersten Isolierplatte 16 und der Anschlußschiene 2 eingeklemmt ist und zusätzlich elektrisch isolierend wirkt.The insulating sleeve 28 is provided on the piston side with a collar 29 which is clamped between the first insulating plate 16 and the connecting bar 2 and additionally has an electrically insulating effect.
Der Kurzschließerkolben bzw. Element 25 ist mit einem O-Ring 30 versehen. Er kann auch mit zwei im Abstand angeordneten O-Ringen versehen sein. Der O-Ring ist in dem Kurzschließerkolben in einer nutartigen Aufnahme angeordnet und als gummiartige Dichtung ausgeführt.The short-circuiting piston or element 25 is provided with an O-ring 30. It can also be provided with two spaced-apart O-rings. The O-ring is arranged in the short-circuiting piston in a groove-like receptacle and is designed as a rubber-like seal.
Der Kurzschließer 1 besteht aus einem sandwichartigen Paket aus Strom- Quer- bzw. Anschlußschienen 2,4,6 Isolierplatten 16, 34 und mindesten einer dünnen Isolierfolie 31 , die als Membrane wirkt.The short-circuiter 1 consists of a sandwich-like package of current cross or connecting rails 2,4,6 insulating plates 16, 34 and at least one thin insulating film 31, which acts as a membrane.
In den Quer- und Anschlußschienen 2,6 sind übereinander fluchtende Bohrungen 32,33 vorhanden, die leicht konisch entsprechend der Form des Kurzschließerkolbens sind, wobei diese Stromschienen bei einer Zündung durch das kurzschließende Element 25 nach einem durchstanzen oder durchstossen der Isolierfolie kurzgeschlossen werden.In the transverse and connecting rails 2.6, one above the other, there are bores 32, 33 which are slightly conical in accordance with the shape of the short-circuiting piston, these busbars being short-circuited when the short-circuiting element 25 is ignited after punching or piercing the insulating film.
Das Paket aus Stromschienen, der Isolierfolie 31 und Isolierplatten wird mit isolierten Schrauben verspannt.The package of busbars, insulating film 31 and insulating plates is clamped with insulated screws.
Rund um die Schrauben 37 im Bereich der Kurzschließereinheiten 7,8, die auch die Schraben-Mutter-Verbindungen 9 herstellen, sind Schraubenisoiierhülsen 35 mit entsprechenden Isolierkragen 36 und der erforderlichen Hülsenlänge vorhanden.Around the screws 37 in the area of the short-circuiting units 7, 8, which also produce the scratch-nut connections 9, there are screw insulation sleeves 35 with corresponding insulating collars 36 and the required sleeve length.
Durch die Isolierkragen 36, der Hülsenlängen, der Isolierfolie 31 die größer als die Querschiene 6 ist, dem Kragen 29 werden Luft- und Kriechstrecken entsprechend der Normen eingehalten.Due to the insulating collar 36, the sleeve lengths, the insulating film 31 which is larger than the cross rail 6, the collar 29, air and creepage distances are maintained in accordance with the standards.
Der Gasgenerator 11 , der in einer Kapselung 12 oder Druckgehäuse gehalten ist, wird mit einem Innengewinde 38 in der Isolierplatte 16 verschraubt. Bei einer Zündung bewegt sich der Kurzschließerkoiben unter hohem Druck zwischen den Stromschienen und schließt diese kurz, wobei er die Isolierfolie 31 durchbricht. Das ausgestanzte Teil 39 kann an einer Öffnung an einer unteren, zweiten Isolierplatte 34 herausfallen. Dieses Teil 39 ist mit einem Loch 40 versehen.The gas generator 11, which is held in an encapsulation 12 or pressure housing, is screwed into the insulating plate 16 with an internal thread 38. When ignited, the short-circuiting valve moves under high pressure between the busbars and short-circuits them, breaking through the insulating film 31. The punched-out part 39 can fall out at an opening on a lower, second insulating plate 34. This part 39 is provided with a hole 40.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt. Hierbei handelt es sich aus einem dreiploigen Kurzschließer wie im vorangegangenen Beispiel jedoch mit einem einzigen Gasgenerator und drei paketweise übereinander angeordneten Stromschienen 41 ,42,43, die mit übereinander angeordneten Bohrungen versehen sind, wobei zwei Isolierfolien 44,45 vorhanden sind.Another embodiment is shown in FIG. 5. This consists of a three-pole short-circuiting device as in the previous example, but with a single gas generator and three stacked busbars 41, 42, 43, which are provided with bores arranged one above the other, two insulating foils 44, 45 being present.
Bei einer Zündung des Gasgenerators schießt der Kurzschließerbolzen alle drei Stromschienen kurz. Beide Isoiierfolien werden dabei durchbrochen.When the gas generator is ignited, the short-circuiting pin short-circuits all three busbars. Both insulation foils are broken through.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden dünne Stromschienen 46,47,48, jedoch ohne Bohrungen, mit zwischenliegenden Isolierfolien 49,50 paket- bzw. sandwichartig angeordnet, wie Fig. 6 zeigt.In a further exemplary embodiment, thin busbars 46, 47, 48, but without bores, are arranged in a packet or sandwich-like manner with insulating films 49, 50 between them, as shown in FIG. 6.
Der Kurzschließerbolzen stanzt das gesamte Paket aus Stromschienen undThe short-circuiting pin punches the entire package from busbars and
Isoiierfolien.Isoier foils.
Die Fig. 7 zeigt eine andere Anordnung, die prinzipiell wie die Anordnung in Fig. 6 ausgeführt ist, jedoch mit litzeartigen Stromschienen 51 ,52,53 und einem Kurzschließerbolzen, der pfeilförmige Kontaktspitzen 54 aufweist, die das litzenmaterial durchdringen und kurzschließen.FIG. 7 shows another arrangement, which is basically the same as the arrangement in FIG. 6, but with strand-like busbars 51, 52, 53 and a short-circuiting bolt which has arrow-shaped contact tips 54 which penetrate and short-circuit the stranded material.
In einer letzten Ausführungsform, die in Fig. 8 gezeigt ist, sind drei Stromschienen auf einer Ebene sternförmig angeordnet, wovon nur zwei Stromschienen 55,56 gezeigt sind. Der Kurzschließerbolzen ist im Sternpunkt der Stromschienen angeordnet ohne diese zu berühren. Unterhalb der Stromschienen ist eine zu durchstoßende Isolierfolie 57 angeordnet, die auf ein Reservoir 58 einer elektrisch bzw. metallisch leitenden Flüssigkeit liegt.In a last embodiment, which is shown in FIG. 8, three busbars are arranged in a star shape on one level, of which only two busbars 55, 56 are shown. The short-circuiting pin is arranged in the star point of the busbars without touching them. An insulating film 57 to be pierced is arranged beneath the busbars and lies on a reservoir 58 of an electrically or metallically conductive liquid.
Nach einer Zündung wird, wie vorher, die Membrane 61 zerstört wobei der Kurzschließerkolben die Flüssigkeit in den Luftspalt 60 verdrängt, so daß ein Kurzschluß entsteht.After ignition, the diaphragm 61 is destroyed, as before, the short-circuiting piston displacing the liquid into the air gap 60, so that a short circuit arises.
Das Reservoir 58 wird durch eine Einsenkung einer unteren Isolierplatte 59 realisiert.The reservoir 58 is realized by lowering a lower insulating plate 59.
Bei der Montage werden die Bohrungen 32,33 durch zwei Paßzylinder 61 ,62 und einem beide Paßzylinder 61 ,62 verbindenden Paßstift 63 zentiert. Die Membrane bzw. Isolierfolie 31 weist hierfür ein Loch 40 zur Durchführung des Paßstiftes auf. Nach dem Zentrieren wird die Membrane mit den Stromschienen mit einen doppelseitig klebenden Klebefolie oder Klebepad fixiert.During assembly, the bores 32, 33 are centered by two fitting cylinders 61, 62 and a fitting pin 63 connecting both fitting cylinders 61, 62. For this purpose, the membrane or insulating film 31 has a hole 40 for the passage of the dowel pin. After centering, the membrane is fixed to the conductor rails with a double-sided adhesive film or adhesive pad.
Die Erfindung spezifiziert sich vorrangig auf den Einsatz als zentrales Schutzorgan in ortsveränderlichen und stationären Energieverteilungsaniagen, sowohl in Punktverteiler z.B. Hauptverteiler, als auch in Linienverteiiern z.B. Schienenverteiler in der Nieder-, Mittel-, und Hochspannungstechnik. Die Erfindung kann auch als dezentrales Schutzorgan z.B. in Batterie-, Notstrom-, Kompensations-, und Bahnanlagen eingesetzt werden.The invention specifies primarily for use as a central protective organ in portable and stationary energy distribution systems, both in point distributors e.g. Main distributor, as well as in line distributors e.g. Busbar trunking in low, medium and high voltage technology. The invention can also be used as a decentralized protective device e.g. can be used in battery, emergency power, compensation and rail systems.
Das Grundprinzip beruht darauf, daß ein Gasgenerator, der durch einen definierten Zündstrom aktiviert wird, in sehr kurzer Zeit ein definiertes Gasvolumen liefert. Der Raum, in dem sich das Gasvolumen entwickelt ist ausreichend dicht und fest, so daß sich ein Druck bis 900 bar aufbaut. Der Druck wird als Antrieb für einen Schließvorgang genutzt. Die Leiter sind für einen Kurzschußstrom von über 100kA über einen Zeitraum von mindestens 500 ms ausgelegt. Liste der BezugszeichenThe basic principle is based on the fact that a gas generator, which is activated by a defined ignition current, delivers a defined gas volume in a very short time. The space in which the gas volume develops is sufficiently dense and firm that a pressure of up to 900 bar builds up. The pressure is used as a drive for a closing process. The conductors are designed for a short-circuit current of over 100kA over a period of at least 500 ms. List of reference numbers
Kurzschließer 1 Anschlußschienen 2,3,4 Anschlußbohrungen 5 Querstromschiene 6 Kurzschließereinheiten 7,8 Schrauben-Mutter-Verbindungen 9 Federscheiben 10 Gasgenerator 11 Kapselung 12 erstes Kapselteil 13 zweites Kapselteil 14 rnutterförmiges Teil 15 erste obere Isolierplatte 16 Dichtungsfiächen 17-20 Zündöffnung 21 Druckraum 22 Druckraum 23 Druckmembran 24 kurzschließende Element 25 zylindrischer Abschnitt 26 konischer Abschnitt 27 Isolierhülse 28 Kragen 29 O-Ring 30 Isolierfolie 31 Bohrungen 32,33 zweite Isolierplatte 34 Schraubenisolierhüisen 35 Isolierkragen 36 Schrauben 37 Innengewinde 38 Teil 39 Loch 40Short-circuiter 1 connecting rails 2,3,4 connection holes 5 cross-current rail 6 short-circuiting units 7,8 screw-nut connections 9 spring washers 10 gas generator 11 encapsulation 12 first capsule part 13 second capsule part 14 nut-shaped part 15 first upper insulating plate 16 sealing surfaces 17-20 ignition opening 21 pressure chamber 22 pressure chamber 23 pressure membrane 24 short-circuiting element 25 cylindrical section 26 conical section 27 insulating sleeve 28 collar 29 O-ring 30 insulating film 31 bores 32, 33 second insulating plate 34 Screw insulating sleeves 35 insulating collar 36 screws 37 internal thread 38 part 39 hole 40
Stromschienen 41 ,42,43 Isolierfolien 44,45 Stromschienen 46,47,48 Isolierfolien 49,50 Stromschienen 51 ,52,53 Kontaktspitzen 54 Stromschienen 55,56 Isolierfolie 57 Reservoir 58 Isolierplatte 59 Luftspalt 60 Paßzylinder 61 ,62 Paßstift 63 Busbars 41, 42.43 insulating films 44.45 busbars 46.47.48 insulating films 49.50 busbars 51, 52.53 contact tips 54 busbars 55.56 insulating film 57 reservoir 58 insulating plate 59 air gap 60 fitting cylinder 61, 62 fitting pin 63

Claims

Patentansprüche claims
1. Kurzschließer für eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung zur Verwendung in Anlagen zur Verteilung elektrischer Energie mit einem Gasgenerator und einem direkt vom dem Gasgenerator angetriebenen kurzschließenden Element, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschließer einen ersten (22) und einen zweiten Druckraum (23) aufweist, daß in dem ersten Druckraum (22) der Gasgenerator (11) angeordnet und auf der gegenünerliegenden Seite des Gasgenerators (11) eine Druckmembran (24) vorhanden ist, die den ersten (22) und zweiten Druckraum (23) trennt und bei überschreiten eines definierten Druckes bricht und daß in dem zweiten Druckraum (23) das kurzschließende Element kolbenartig angeordnet ist (25).1. Short circuiter for an arc fault protection device for use in systems for distributing electrical energy with a gas generator and a short-circuiting element driven directly by the gas generator, characterized in that the short circuiter has a first (22) and a second pressure chamber (23) that The gas generator (11) is arranged in the first pressure chamber (22) and a pressure membrane (24) is present on the opposite side of the gas generator (11), which separates the first (22) and second pressure chamber (23) and when a defined pressure is exceeded breaks and that in the second pressure chamber (23) the short-circuiting element is arranged like a piston (25).
2. Kurzschließer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das kurzschließende Element (25) ein Kurzschließerbolzen ist, der aus einem zylindrischen Abschnitt (26) und einem konischen Abschnitt (27) besteht.2. Short-circuiter according to claim 1, characterized in that the short-circuiting element (25) is a short-circuiting bolt, which consists of a cylindrical section (26) and a conical section (27).
3. Kurzschließer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Querschnitt H-förmige Isolierhülse (28) aus Isolierstoff vorhanden ist, an der auf der einen Seite der Gasgenerator (11 ) gasdicht und elektrisch isoliert von den Kurzschließerkolben angeordnet ist und an der auf der anderen Seite der Kurzschließerbolzen kolberartig geführt wird, wobei der Querteil die Druckmembran (24) ist.3. Short-circuiter according to claim 1 or 2, characterized in that a cross-sectionally H-shaped insulating sleeve (28) is made of insulating material, on which on one side the gas generator (11) is arranged in a gas-tight and electrically insulated manner from the short-circuiting piston and on which is guided on the other side of the short-circuiting bolt in a piston-like manner, the transverse part being the pressure membrane (24).
4. Kurzschließer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmembran (24) mit Sollbruchstellen versehen ist. 4. Short circuiter according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure membrane (24) is provided with predetermined breaking points.
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