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Dokumentenidentifikation DE102005063044B3 12.04.2007
Titel Hochspannungs-Sicherungseinsatz
Anmelder SIBA GmbH & Co. KG, 44534 Lünen, DE
Vertreter Patentanwälte Gesthuysen, von Rohr & Eggert, 45128 Essen
DE-Anmeldedatum 29.12.2005
DE-Aktenzeichen 102005063044
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse H01H 85/30(2006.01)A, F, I, 20061106, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01H 85/042(2006.01)A, L, I, 20061106, B, H, DE   H01H 37/76(2006.01)A, L, I, 20061106, B, H, DE   H01H 7/12(2006.01)A, L, I, 20061106, B, H, DE   H01H 7/02(2006.01)A, L, I, 20061106, B, H, DE   
Zusammenfassung Dargestellt und beschrieben ist ein Hochspannungs-Sicherungseinsatz (1) ausgebildet zur Verwendung in einer Lastschalter-Sicherungs-Kombination, wobei der Sicherungseinsatz (1) einen wenigstens einen Hauptschmelzleiter (7) aufweisenden Sicherungskörper (2) und einen im Sicherungskörper (2) bewegbar gelagerten und im Sicherungskörper (2) gehaltenen federbelasteten Schlagstift (3) aufweist, wobei der Schlagstift (3) mit dem Nebenschmelzleiter (17a) verbunden ist, wobei ein Fehlerstrom zur Unterbrechung des Nebenschmelzleiters (17a) führt, wobei durch Unterbrechung des Nebenschmelzleiters (17a) der Schlagstift (3) freigegeben wird und wobei der Schlagstift (3) nach der Freigabe mit einer festgelegten Austrittsenergie aus dem Sicherungskörper (2) austritt und innerhalb einer Schlagstifteigenzeit eine zum Auslösen einer Auslösemechanik des Lastschalters erforderliche Mindestweglänge erreicht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Verzögerungssystem des Sicherungseinsatzes (1) ausgebildet zur Erzeugung einer gegen die Austrittskraft des Schlagstiftes (3) wirkenden Rückhaltekraft vorgesehen ist, wobei die Rückhaltekraft kleiner als die Austrittskraft ist und eine Verlängerung der Schlagstifteigenzeit bewirkt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen werden beispielsweise zur primärseitigen Absicherung von Transformatorstromkreisen, Motorstromkreisen und Kondensatorbänken eingesetzt. Insbesondere werden sie zur Absicherung eines mehrphasigen Stromkreises mit einem eine Primär- und eine Sekundärseite aufweisenden induktiven und/oder kapazitiven Energiespeicher, vorzugsweise einem Drehstromtransformator, und mit einer Mehrzahl von primärseitigen Phasenleitern eingesetzt, wobei die Lastschalter-Sicherungs-Kombination einen Lastschalter und eine Mehrzahl von Sicherungseinsätzen für die Phasenleiter aufweist und auf der Primärseite des Energiespeichers angeordnet ist. Ein Fehlerstrom führt zur Unterbrechung des Hauptschmelzleiters und des Nebenschmelzleiters, wobei durch Unterbrechung beider Schmelzleiter der zugehörige Phasenleiter abgeschaltet wird und durch Unterbrechung des Nebenschmelzleiters der mit dem Nebenschmelzleiter mittelbar oder unmittelbar verbundene Schlagstift freigegeben und der Lastschalter ausgelöst wird. Der Lastschalter unterbricht den Stromkreis allphasig. Ist die Lastschalter-Sicherungs-Kombination beispielsweise zur Absicherung eines Drehstromtransformators vorgesehen, so bewirkt der Lastschalter eine 3-polige Unterbrechung des Primärstromkreises.

In Abhängigkeit von der Höhe des Fehlerstroms ist es in der Regel vorgesehen, daß der Lastschalter oder die Sicherungen den Stromkreis unterbrechen. Dabei ist es in der Regel so, daß die zur Absicherung der primärseitigen Phasenleiter vorgesehenen Sicherungseinsätze zeitlich versetzt abschalten und die jeweiligen Phasenleiter zeitlich versetzt unterbrochen werden. Bei niedrigen Fehlerströmen kommt es zunächst zum Durchschmelzen des Haupt- und Nebenschmelzleiters eines ersten Sicherungseinsatzes und zur Freigabe des Schlagstiftes dieses Sicherungseinsatzes. In diesem zeitlichen Ablauf schaltet ein weiterer Sicherungseinsatz ab und bevor der diesem Sicherungseinsatz zugeordnete Phasenleiter unterbrochen wird, wird durch den Schlagstift des ersten Sicherungseinsatzes der Lastschalter ausgelöst und nachfolgend der Stromkreis vom Lastschalter allphasig bzw. allpolig geöffnet bzw. unterbrochen. Bei hohen Fehlerströmen schaltet dagegen eine Mehrzahl von Sicherungseinsätzen ab, bevor der Lastschalter den fehlerhaften Stromkreis öffnet, was zu einer mehrphasigen Unterbrechung des Stromkreises durch die Sicherungen führt.

Die vorbeschriebenen Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen sind nach IEC 62271-105 bzw. deren deutsche Übersetzung VDE 0671-105 standardisiert. Eine der Koordinationsbedingungen zwischen Lastschalter und Sicherung dieser Norm ist, daß die Sicherungseinsätze und nicht der Lastschalter im Falle eines sekundärseitigen Klemmenkurzschlusses, den Stromkreis bzw. den Fehlerstrom unterbrechen sollen. Im Ergebnis sollen sekundärseitige Kurzschlußströme stets von den Sicherungen unterbrochen werden, bevor der Lastschalter den Stromkreis öffnet. Daraus folgt, daß die vorgesehenen Sicherungseinsätze den Transformatorkurzschlußstrom noch vor Ablauf der Schalteröffnungszeit des Lastschalters ausschalten müssen. Diese Forderung ist dadurch begründet, daß die primärseitige Fehlersituation bei einem sekundärseitigen Klemmenkurzschluß, insbesondere bei Transformatoren, mit sehr hohen Einschwingspannungen verbunden ist, denen der Lastschalter einer Kombination möglicherweise nicht gewachsen ist. Die Lastschalter-Sicherungs-Kombination muß daher sicherstellen, daß durch die Sicherungseinsätze eine Fehlerabschaltung bzw. eine Unterbrechung des primärseitigen Stromkreises ohne Mitinanspruchnahme des Lastschalters bei der Ausschaltung bewirkt wird, bevor der Lastschalter den Stromkreis öffnet.

Die bisherige Praxis bei der Auswahl von Sicherungseinsätzen für den Einsatz in Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen zur Absicherung von Transformatoren war, den Lastschalter nach dem zu schaltenden Laststrom und die Sicherung entsprechend nach dem Einschaltstrom des Verteiltransformators und dem Strom bei einem sekundärseitigen Klemmenkurzschluß auszuwählen. Insbesondere im Zusammenhang mit Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen, die sehr kurze Schalteröffnungszeiten aufweisen, ist die Auswahl der Hochspannungssicherungen aufgrund niedriger Bemessungsstromwerte problematisch. Werden Hochspannungssicherungen mit niedrigen Bemessungsstromwerten ausgewählt, kommt es zu einer stärkeren Erwärmung der Sicherungen, insbesondere in gasisolierten Schaltanlagen. Darüber hinaus steigt die Gefahr einer Sicherungsauslösung beim Einschalten des Transformators. Problematisch sind in diesem Zusammenhang kurze Schalteröffnungszeiten von beispielsweise weniger als 50 ms.

Bei einem aus der Praxis bekannten Stand der Technik werden daher Sicherungen mit einer besonders flinken Kennlinie eingesetzt. Hier ist jedoch von Nachteil, daß je nach Schaltanlage bzw. je nach Schalteröffnungszeit des Lastschalters unterschiedliche Bemessungsströme der Sicherungen bei gleichem Transformator zugrundezulegen sind. Eine andere aus der Praxis bekannte Lösung sieht vor, daß die Freiauslösung der Schaltanlage verzögert anspricht, was jedoch mechanisch aufwendig ist und je nach Schalteröffnungszeit der Schaltanlage ebenfalls zu unterschiedlichen Sicherungs-Bemessungsströmen bei gleichem Transformator führt.

Aus der DE 36 07 596 A1 ist ein gattungsgemäßer Hochspannungs-Sicherungseinsatz bekannt. Dabei ist ein Verzögerungssystem des Sicherungseinsatzes vorgesehen, das eine Verlängerung der Schlagstifteigenschaft bewirkt. Die dort vorgesehene Schaltung sieht vor, daß der Schlagstift abhängig vom Laststrom nach einer vorgegebenen Zeit anspricht, ohne daß der Sicherungs-Schmelzleiter unterbricht.

Aus der DE 38 23 976 A1 und der WO 96/37903 A1 sind Verzögerungssysteme bekannt, die mit einem Schlagstift zusammenwirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Hochspannungs-Sicherungseinsatz weiter zu bilden.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgesehen.

Dabei wird die Schlagstifteigenzeit vorzugsweise derart verlängert, daß bei Auftreten eines sekundärseitigen Kurzschlußstroms beispielsweise eines Transformatorstromkreises wenigstens zwei Sicherungseinsätze der Lastschalter-Sicherungs-Kombination abschalten und der primärseitige Stromkreis vor dem Öffnen des Lastschalters mehrphasig unterbrochen wird.

Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, den Schlagstift des Sicherungseinsatzes verzögert austreten zu lassen und dadurch die Schalteröffnungszeit des Lastschalters entsprechend zu verlängern. Als Schlagstifteigenzeit im Sinne der Erfindung ist die Zeit vom Beginn des Lichtbogens beim Aufschmelzen des Nebenschmelzleiters des Sicherungseinsatzes bzw. der Freigabe des Schlagstiftes bis zum Erreichen des Mindestweges zu verstehen, um den der Schlagstift aus dem Sicherungskörper austreten muß, um den Lastschalter auszulösen. Die Schalteröffnungszeit des Lastschalters im Sinne der Erfindung beginnt mit dem Beginn des Lichtbogens in einer (ersten) angesprochenen Sicherung und endet mit der Trennung der Lichtbogenkontakte in allen Polen. Die Schalteröffnungszeit setzt sich somit additiv aus der Schlagstifteigenzeit und der Schaltereigenzeit zusammen. Die Schlagstifteigenzeit kann bei der Erfindung bis 100 ms, vorzugsweise bis 50 ms, betragen, jeweils bei einer Energieabgabe von ca. 0,3 J bis ca. 2 J. Die resultierende Schalteröffnungszeit kann bei Schaltereigenzeiten von ca. 20 ms bis 80 ms zwischen 70 ms bis 180 ms betragen.

Erfindungsgemäß ist ein Verzögerungssystem des Sicherungseinsatzes vorgesehen, das während dem Austritt des Schlagstiftes bzw. nach dessen Freigabe eine gegen die Austrittskraft des Schlagstiftes wirkende Rückhaltekraft erzeugt, was zu einer Verzögerung der Austrittsbewegung des Schlagstiftes bzw. zu einer Verlängerung der Schlagstifteigenzeit führt. Die Austrittskraft des Schlagstiftes wird durch die Rückstellkraft eines gegen den Schlagstift wirkenden Federmittels festgelegt, das vor der Freigabe des Schlagstiftes vorgespannt ist und beim Austritt des Schlagstiftes ausfedert. Die Rückhaltekraft muß kleiner als die Austrittskraft sein, um sicherzustellen, daß der Schlagstift nach seiner Freigabe aus dem Sicherungskörper austritt und den Mindestweg bis zum Auslösen des Lastschalters in jedem Fall zurücklegt.

Die Verzögerung der Austrittsbewegung führt zu einer Verlängerung der Schlagstifteigenzeit in dem Umfang, daß bei Auftreten eines sekundärseitigen Klemmenkurzschlusses der primärseitige Stromkreis durch das Abschalten von wenigstens zwei bzw. allen Sicherungseinsätzen unterbrochen werden kann, bevor der Lastschalter den fehlerhaften Stromkreis öffnet. Die Anzahl der Sicherungseinsätze, die zur Unterbrechung des primärseitigen Stromkreises nötig sind, hängt davon ab, ob eine Stern- oder Dreieckschaltung auf der Primärseite vorliegt. Bei Ablauf der Schalteröffnungszeit ist der primärseitige Stromkreis dann bereits durch Abschalten von wenigstens zwei Sicherungseinsätzen unterbrochen.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, daß es grundsätzlich auch möglich ist, daß die Auslösezeit vom Auftreten eines Fehlerstroms bis zur Freigabe bzw. zum Auslösen des Schlagstiftes verlängert wird, um bei gleicher oder ggf. verlängerter Schlagstifteigenzeit sicherzustellen, daß ein Kurzschlußstrom vor Ablauf der Schalteröffnungszeit des Lastschalters von den Sicherungseinsätzen der Lastschalter-Sicherungs-Kombination und nicht von dem Lastschalter unterbrochen wird. Darüber hinaus läßt sich der erfindungsgemäße Grundgedanke grundsätzlich auch auf solche Sicherungseinsätze übertragen, bei denen der Schlagstift nicht durch die Kraft einer Feder, sondern durch eine Treibladung aus dem Sicherungskörper ausgetrieben wird. In diesem Zusammenhang ist es gegebenenfalls möglich, die Treibladung verzögert zu zünden, so daß es zu einer Verlängerung der Auslösezeit bzw. zu einer verzögerten Freigabe des Schlagstiftes kommt.

Die Erfindung läßt es bedarfsweise zu, daß das Verzögerungssystem während der Austrittsbewegung des Schlagstiftes über die gesamte Weglänge des Schlagstiftes wirksam ist. In diesem Fall wird die Austrittsgeschwindigkeit während des gesamten Austrittsvorgangs des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper verringert. Ebensogut ist es natürlich auch möglich, daß das Verzögerungssystem lediglich über einen Teil der Weglänge des Schlagstiftes, vorzugsweise am Anfang der Weglänge, wirksam ist, so daß die Austrittsgeschwindigkeit lediglich über eine vorgegebenen Weglänge, vorzugsweise zu Beginn der Austrittsbewegung, verzögert wird und der Schlagstift anschließend unverzögert austritt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Verzögerungssystem wenigstens eine lösbare oder nicht-lösbare Reibverbindung und/oder eine durch Verformung lösbare Fügeverbindung zur Verlängerung der Austrittszeit des Schlagstiftes umfaßt und wobei, vorzugsweise, die Reibverbindung und/oder die Fügeverbindung zwischen dem Sicherungskörper und dem Schlagstift vorgesehen sind. Unter dem Verzögerungssystem im Sinne der Erfindung wird jede Art von Verzögerungssystem verstanden, das auf einem rein mechanischen Wirkungsprinzip basiert. Die Reibverbindung umfaßt nicht nur die Bauteilpaarung, sondern schließt die Stoffe mit ein, in denen die Reibung wirkt, wie beispielsweise Schmierstoffe. Je nach dem Aggregatzustand der miteinander in Berührung stehenden Stoffbereiche können Festkörperreibung, Flüssigkeitsreibung und Gasreibung unterschieden werden. Bei der Bewegung des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper kommt es zu einer Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme- und/oder Deformationsenergie, wobei Reibkräfte der Austrittskraft des Schlagstiftes beim Austritt aus dem Sicherungskörper entgegenwirken. Unter einer Fügeverbindung im Sinne der Erfindung ist jede Bauteilpaarung zu verstehen, die durch die Austrittsbewegung des Schlagstiftes deformiert wird, wobei ein Teil der Bewegungsenergie des Schlagstiftes nach dessen Freigabe in die zur Verformung und zum Lösen der Fügeverbindung erforderliche Deformationsenergie umgesetzt wird. Nach dem Lösen der miteinander gepaarten Bauteile durch Verformung können die Bauteile eine Reibverbindung miteinander eingehen, was zu einer weiteren Verzögerung führt.

Das Verzögerungssystem kann wenigstens ein vorzugsweise ringförmiges und/oder scheibenförmiges und/oder hülsenförmiges Reibmittel zur Ausbildung der Reibverbindung aufweisen. Das Reibmittel wirkt mit dem Schlagstift und/oder mit dem Sicherungskörper unter Ausbildung einer Reibverbindung zusammen, wobei der Schlagstift und/oder der Sicherungskörper bei der Austrittsbewegung des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper an dem Reibmittel vorbeibewegt werden. Beispielsweise ist es möglich, daß der Schlagstift eine Auslöserhülse und der Sicherungskörper eine Führungshülse für die Auslöserhülse aufweisen, daß die Reibverbindung und/oder die Fügeverbindung zwischen der Führungshülse und der Auslöserhülse vorgesehen sind und daß, vorzugsweise, das Reibmittel zwischen der Auslöserhülse und der Führungshülse angeordnet ist. Ebensogut ist es möglich, daß das Reibmittel oberhalb einer Austrittsöffnung der Führungshülse vorgesehen ist. Vorzugsweise kann das Reibmittel wenigstens eine Öffnung für die Auslöserhülse derart aufweisen, daß beim Austritt des Schlagstiftes aus der Austrittsöffnung eine Reibverbindung zwischen der Öffnung des Reibmittels und der Auslöserhülse ausgebildet wird.

Darüber hinaus können die Auslöserhülse und die Führungshülse zumindest bereichsweise gegeneinander verformt sein, wobei die Verformungsbereiche der vorgenannten Bauteile eine Reibverbindung eingehen. Bei der vorgenannten Ausführungsform kann es in Folge der Austrittsbewegung des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper grundsätzlich auch zu einer Verformung der Auslöserhülse und/oder der Führungshülse kommen, so daß ein Teil der Bewegungsenergie des Schlagstiftes in Deformationsenergie und ein Teil in Wärmeenergie aufgrund von Reibung umgewandelt wird.

Die Auslöserhülse kann gegen ein vorzugsweise im Inneren der Auslöserhülse angeordnetes vorgespanntes Federmittel, vorzugsweise eine Schraubenfeder, anliegen, wobei die Reibverbindung und/oder die Fügeverbindung zwischen der Auslöserhülse und dem Federmittel vorgesehen sein können. Nach der Freigabe bewirkt das vorgespannte Federmittel den Austritt des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper, wobei das Federmittel ausfedert bzw. entspannt wird. Beispielsweise kann die Auslöserhülse einen Verformungsbereich aufweisen, der beim Entspannen des Federmittels bzw. beim Austritt der Auslöserhülse aus der Führungshülse mit dem Federmittel eine Reibverbindung ausbildet, wobei die beim Entspannen des Federmittels erzeugte Reibkraft der Rückstellkraft des Federmittels entgegenwirkt. Dadurch kann die Austrittsbewegung des Schlagstiftes ebenfalls verzögert werden.

Darüber hinaus ist es grundsätzlich in diesem Zusammenhang möglich, daß die Auslöserhülse einen im Inneren des Federmittels geführten Haltebügel aufweist, wobei der Haltebügel dazu vorgesehen ist, den Schlagstift bzw. eine Schlagstiftfeder am Sicherungskörper über ein Haltemittel, beispielsweise einen Haltedraht, zu halten. Dabei kann eine Reibverbindung und/oder eine Fügeverbindung zwischen dem Haltebügel und dem Federmittel vorgesehen sein, wobei, vorzugsweise, der Haltebügel ein Übermaß derart aufweist, daß der Haltebügel beim Entspannen des Federmittels mit dem Federmittel eine Reibverbindung ausbildet, und wobei die bei der Entspannung des Federmittels erzeugte Reibkraft der Rückstellkraft des Federmittels entgegengerichtet ist.

Das Verzögerungssystem kann ein verformbares Haltemittel für den Schlagstift aufweisen, wobei das Haltemittel bei der Austrittsbewegung des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper, vorzugsweise zu Beginn der Austrittsbewegung, von dem Schlagstift verformt wird. Auch hier ist es so, daß die Bewegungsenergie des Schlagstiftes zum Teil in Verformungsenergie umgewandelt wird, wodurch der Schlagstift zunächst abgebremst wird. In diesem Zusammenhang ist darauf zu achten, daß die notwendige Deformationsenergie ausreichend gering ist, um nach der Deformation des Haltemittels den Austritt des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper bis zum Erreichen des Mindestweges zu ermöglichen.

Als Haltemittel kann beispielsweise eine Abdeckung oberhalb der Austrittsöffnung der Führungshülse vorgesehen sein und/oder ein nicht in den Stromkreis integrierter und mit dem Schlagstift einerseits und dem Sicherungskörper andererseits verbundener Haltedraht, wobei der Schlagstift über den Haltedraht am Sicherungskörper gehalten ist. Ist der Schlagstift über einen Nebenschmelzleiter am Sicherungskörper unmittelbar oder mittelbar gehalten, und wird der Schlagstift durch Aufschmelzen des Nebenschmelzleiters in Folge eines Fehlerstroms freigegeben, bewirkt der nicht in den Stromkreis des Schlagstiftes integrierte Haltedraht eine Verzögerung der Austrittsbewegung des Schlagstiftes. Dabei kann der Haltedraht über eine Reibverbindung derart mit dem Sicherungskörper verbunden sein, daß sich der Haltedraht nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit aus der Reibverbindung löst und den Schlagstift freigibt. Ebensogut ist es möglich, daß der Haltedraht eine ausreichend geringe Reißfestigkeit aufweist, so daß sich eine Einschnürung bildet und der Haltedraht nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit unter Einwirkung der Austrittskraft des Schlagstiftes zerreißt.

Ist das Verzögerungssystem als mechanischer Reibungsdämpfer ausgebildet, können eine Auslöserhülse des Schlagstiftes und eine Führungshülse des Sicherungskörpers unter Ausbildung einer Fügeverbindung derart gegeneinander verformt sein, daß die Fügeverbindung bei der Austrittsbewegung des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper, vorzugsweise zu Beginn der Austrittsbewegung, verformt und gelöst wird. Wie bereits zuvor darauf hingewiesen worden ist, wird bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform ein Teil der Bewegungsenergie des Schlagstiftes zunächst in Deformationsenergie umgewandelt, die erforderlich ist, um die durch Verformung der Auslöserhülse und der Führungshülse erhältliche Fügeverbindung zu lösen. Anschließend kann es bei der weiteren Bewegung des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper heraus durch Reibung zwischen der Auslöserhülse und der Führungshülse im Verformungsbereich zum weiteren Abbau von Bewegungsenergie und zu einer weiteren Verzögerung der Austrittsgeschwindigkeit des Schlagstiftes kommen.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Verzögerungssystem als hydraulischer oder pneumatischer Dämpfer ausgebildet sein, wobei die Dämpfungskraft von dem Dämpfungsmedium direkt abhängig ist. Als Dämpfungsmedien können Gase oder Flüssigkeiten eingesetzt werden. Vorzugsweise kann das Verzögerungssystem wenigstens ein viskoses Fluid aufweisen, wobei das Fluid in einem Ringraum zwischen einer Auslöserhülse des Schlagstiftes und einer Führungshülse des Sicherungskörpers und/oder innerhalb der Auslöserhülse vorgesehen sein kann. Bei dem viskosen Fluid kann es sich um eine Silikonpaste oder andere Medien mit entsprechender Viskosität handeln. Der Ringraum zwischen der Auslöserhülse und der Führungshülse kann mit dem viskosen Fluid gefüllt werden. Beim Austreten der Auslöserhülse aus der Führungshülse wird dann das viskose Fluid nach hinten durch einen definierten Spalt zwischen der Auslöserhülse und der Führungshülse oder nach vorne durch einen definierten Spalt zwischen einem Kragen eines Verschlußdeckels der Führungshülse und der Auslöserhülse gedrängt. Der Grad der Dämpfung hängt dabei ab von der Viskosität des Fluides und von den Abmessungen des Spaltes.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmelzsicherungseinsatzes kann vorgesehen sein, daß eine Auslöserhülse des Schlagstiftes und eine Führungshülse des Sicherungskörpers derart ausgebildet sind und zusammenwirken, daß die Austrittsbewegung des Schlagstiftes aus dem Sicherungskörper zur Ausbildung einer Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Innenraum der Auslöserhülse führt und daß eine gegen die Austrittskraft gerichtete Rückhaltekraft durch den Strömungswiderstand der zum Ausgleich der Druckdifferenz in die Auslöserhülse über einen Spalt der Auslöserhülse nachströmenden Luft erzeugt wird. Die Führungs- und die Auslöserhülse können ggf. mit einem zusätzlichen Dichtelement so aufeinander bemessen werden, daß der austretende Schlagstift einen Unterdruck im hinteren Teil oder einen Überdruck im vorderen Teil der Auslöserhülse erzeugt. Die Druckdifferenz wird durch einen Spalt mit definierten Spaltmaßen zwischen der Auslöser- und der Führungshülse abgebaut, was zu einer Verzögerung der Austrittsgeschwindigkeit des Schlagstiftes führt.

Im einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Sicherungseinsatz auszugestalten und weiterzubilden, wobei einerseits auf die abhängigen Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verwiesen wird.

In der Zeichnung zeigen

1 einen Sicherungseinsatz mit einem Schlagstift,

2 eine Teilschnittansicht des in 1 dargestellten Sicherungseinsatzes und

3 bis 10 Ausführungsformen möglicher Verzögerungssysteme des in 1 dargestellten Sicherungseinsatzes.

In 1 ist ein Sicherungseinsatz 1 ausgebildet zur Verwendung mit einem nicht dargestellten Lastschalter in einer Lastschalter-Sicherungs-Kombination auf der Primärseite eines Transformators dargestellt. Der Sicherungseinsatz 1 weist einen Sicherungskörper 2 und einen Schlagstift 3 auf, wobei der Schlagstift 3 im Sicherungskörper 2 geführt und gehalten ist. Der Sicherungskörper 2 weist ein Keramikisolierrohr 4, eine angeformte Kappe 5 und im Inneren einen Schmelzleiterträger 6 für einen Schmelzleiter 7 auf. Das Keramikisolierrohr 4 ist mit Quarzsand 8 gefüllt. Auf der Austrittsseite des Schlagstiftes 3 ist eine Austrittsöffnung 9 des Sicherungskörpers 2, die zum Austritt des Schlagstiftes 3 vorgesehen ist, mit einer Folie 10 abgedeckt. Zur Abdichtung der Verbindung zwischen der angeformten Kappe 5 und dem Keramikisolierrohr 4 ist eine Dichtmasse 11 vorgesehen, die darüber hinaus zur Abdichtung der Verbindung zwischen der angeformten Kappe 5 und einer Verschlußkappe 12 vorgesehen ist.

In 2 ist eine Teilschnittansicht des in 1 dargestellten Sicherungseinsatzes 1 dargestellt. Der Schlagstift 3 weist eine Auslöserhülse 13 auf, die in einer Führungshülse 14 des Sicherungskörpers 2 geführt ist. Im Inneren der Auslöserhülse 13 ist eine Schraubenfeder 15 vorgesehen, die mittels eines Haltebügels 16 und einem Haltedraht 17 vorgespannt ist. Der Haltedraht 17 ist an einen Nebenschmelzleiter 17a angeschlossen und in den Stromkreis des Schlagstiftes 3 integriert.

In Abhängigkeit von der Höhe eines Fehlerstroms unterbrechen eine Mehrzahl von Sicherungseinsätzen 1, die in einer Lastschalter-Sicherungs-Kombination angeordnet sind, oder der Lastschalter als solcher den Fehlerstrom bzw. den Primärstromkreis. Bei kleineren Fehlerströmen schaltet zunächst ein erster von in der Regel drei einem Transformator vorgeschalteten Sicherungseinsätzen 1 ab, wobei der Fehlerstrom zu einem Durchschmelzen des Hauptschmelzleiters 7, des Nebenschmelzleiters 17a und des Haltedrahtes 17 führt. Dadurch wird der Schlagstift 3 freigegeben und tritt aufgrund der Federkraft der Schraubenfeder 15 in einer Schlagstifteigenzeit aus dem Sicherungskörper 2 mit einer Austrittskraft aus. Der Schlagstift 3 dieses Sicherungseinsatzes 1 wirkt auf eine Freiauslösung des Lastschalters, der eine 3-polige Unterbrechung des Primärstromkreises bewirkt. Bei hohen Fehlerströmen schalten eine Mehrzahl von Sicherungseinsätzen 1 ab, bevor der Lastschalter nach einer Fehlerstromausschaltung durch die Sicherungseinsätze 1 für eine allpolige Freischaltung sorgt. Häufig schalten zwei von drei Sicherungseinsätzen ab und unterbrechen die diesen Sicherungseinsätzen 1zugeordneten Phasenleiter, was bei einem Drehstromtransformator in Dreieckschaltung dazu führt, daß der dritte Phasenleiter ebenfalls stromlos ist.

Um sicherzustellen, daß Kurzschlußströme von den Sicherungseinsätzen 1 unterbrochen werden, bevor der Lastschalter öffnet, weist jeder Sicherungseinsatz 1 der Lastschalter-Sicherungs-Kombination ein Verzögerungssystem auf, das zur Erzeugung einer gegen die Austrittskraft des Schlagstiftes 3 wirkenden Rückhaltekraft ausgebildet ist. Die Rückhaltekraft ist kleiner als die Austrittskraft und führt zu einer Verlängerung der Schlagstifteigenzeit derart, daß ein sekundärseitiger Transformatorkurzschlußstrom von den Sicherungseinsätzen 1 innerhalb der Schalteröffnungszeit des Lastschalters unterbrochen wird.

In 3 ist eine erste Ausführungsform eines Verzögerungssystems zur Verlängerung der Schlagstifteigenzeit dargestellt. Das Verzögerungssystem weist ein Reibmittel 18 auf, bei dem es sich gemäß 3 um einen O-Ring handelt. Das Reibmittel 18 wird über die Auslöserhülse 13 gestreift und wird in Austrittsrichtung des Schlagstiftes 3 von der in die Führungshülse 14 eingepreßten Verschlußkappe 12 gehalten. Bei der Austrittsbewegung des Schlagstiftes 3 kommt es zur Ausbildung einer Reibverbindung zwischen dem O-Ring und der Auslöserhülse 13 und/oder der Führungshülse 14. Dabei kann die Reibverbindung über die gesamte Austrittslänge des Schlagstiftes 3 oder nur über eine Teilstrecke wirksam sein. Beim Austritt der Auslöserhülse 13 wird die Auslöserhülse 13 relativ zum Reibmittel 18 und/oder das Reibmittel 18 relativ zur Führungshülse 14 bewegt. Ebensogut ist es möglich, daß das Reibmittel 18 zwischen der Auslöserhülse 13 und der Führungshülse 14 abrollt.

In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Verzögerungssystems dargestellt, wobei eine Manschette 19 in die Führungshülse 14 eingesetzt ist und die Auslöserhülse 13 bei der Austrittsbewegung des Schlagstiftes 3 unter Ausbildung einer Reibverbindung an der Manschette 19 vorbeibewegt wird. Ebensogut ist es möglich, daß eine Manschette auf der Auslöserhülse 13 vorgesehen ist, die zusammen mit der Auslöserhülse 13 austritt und dabei an der Innenfläche der Führungshülse 14 vorbeibewegt wird und eine Reibverbindung mit dieser ausbildet. Die Manschette 19 kann aus einem elastomeren Kunststoff, insbesondere aus Silikon, bestehen.

Bei einer nicht im einzelnen dargestellten Ausführungsform kann im unteren Bereich der Auslöserhülse eine Kunststoffhülse in die Führungshülse eingepreßt werden, wobei beim Austreten der Auslöserhülse 13 der untere Bereich der Auslöserhülse 13 über eine definierte Wegstrecke an der Kunststoffhülse vorbeibewegt wird und eine Reibverbindung mit der Hülse bildet. Nachdem das untere konusförmige Ende der Auslöserhülse 13 die Hülse passiert hat, wird die Auslöserhülse 13 ungehindert freigegeben.

In 5 ist eine andere Ausführungsform eines Verzögerungssystems dargestellt, wobei ein scheibenförmiges Reibmittel 18, vorzugsweise aus einem elastomeren Kunststoff, oberhalb der Auslöserhülse 13 angeordnet und mit der Verschlußkappe 12 verbunden ist. In diesem Zusammenhang können unterschiedlich ausgebildete Reibmittel 18a, 18b, 18c zum Einsatz kommen, die jeweils einen geschlitzten und/oder kreisförmigen Öffnungsbereich 20 aufweisen. Bei Austreten der Auslöserhülse 13 schiebt sich diese durch den Öffnungsbereich 20, wobei die Auslöserhülse 13 mit dem Reibmittel 18 eine Reibverbindung über die gesamte Wegstrecke oder nur über eine Teilstrecke ausbildet.

In 6 ist eine Ausführungsform eines Verzögerungssystems bei einem Sicherungseinsatz 1 dargestellt, wobei der Außendurchmesser der Auslöserhülse 13 im Bereich des unteren konusförmigen Endes der Auslöserhülse 13 geringfügig größer ist als der Innendurchmesser der Führungshülse 14. Die Auslöserhülse 13 weist im unteren Bereich ein definiertes Übermaß auf, so daß die Auslöserhülse 13 über die gesamte Wegstrecke oder nur über eine Teilstrecke an der Innenwand der Führungshülse 14 vorbeibewegt wird und dabei eine Reibverbindung mit der Führungshülse 14 ausbildet.

Darüber hinaus ist es möglich, an einer definierten Stelle in der Auslöserhülse 14 eine Nut 21 von außen einzurollen, so daß sich ein Kragen 22 auf der Innenwand der Auslöserhülse 13 bildet. Tritt der Schlagstift 3 aus dem Sicherungskörper 2 aus, so müssen eine Mehrzahl von Windungen den Kragen passieren, wobei jede Windung der Schraubenfeder 15 beim Passieren mit dem Kragen 22 eine Reibverbindung bildet. Durch eine abgestufte Feder kann erreicht werden, daß der Schlagstift verzögert austritt. Dies ist in 7 dargestellt. Ebensogut ist es möglich, daß ein auf ein definiertes Übermaß dimensionierter Haltebügel 16 beim Austreten der Auslöserhülse 13 an den Windungen der Schraubenfeder 15 vorbeibewegt wird und dabei eine Reibverbindung mit der Schraubenfeder 15 gebildet wird. Der Haltebügel 16 weist dabei an seinem unteren Ende einen Außendurchmesser d1 auf, der geringfügig größer ist als der Innendurchmesser d2 der Schraubenfeder 15. Dies ist in 8 dargestellt.

Um die Austrittsbewegung des Schlagstiftes 3 zu verzögern, kann ein Haltemittel 23 vorgesehen sein, wobei die Auslöserhülse 13 bei der Austrittsbewegung an dem Haltemittel 23, beispielsweise einem Etikett, zunächst aufgehalten wird. Für eine weitere Austrittsbewegung der Auslöserhülse 13 ist es notwendig, daß diese das Haltemittel 23 durchstößt, wobei ein Teil der Bewegungsenergie des Schlagstiftes 3 in Deformationsenergie umgewandelt wird. Das Haltemittel 23 weist einen eingekerbten Bereich 24 auf, der das Durchstoßen erleichtert. In diesem Zusammenhang kann es sich bei dem Haltemittel 23 um ein Etikett handeln, das entsprechend verstärkt ist, um eine ausreichende Umwandlung von Bewegungsenergie in Deformationsenergie sicherzustellen.

In 10 ist schließlich ein Verzögerungssystem dargestellt, wobei eine durch Verformung gebildete Fügeverbindung zwischen der Auslöserhülse 13 und der Führungshülse 14 vorgesehen ist, um die Austrittszeit des Schlagstiftes 3 zu verlängern bzw. die Austrittsbewegung zu verzögern. Die Auslöserhülse 13 weist einen nach außen gerichteten umlaufenden Kragen 25 auf, während die Führungshülse 14 einen in Richtung zur Auslöserhülse 13 gerichteten umlaufenden Kragen 26 aufweist. Dazu ist es notwendig, die Auslöserhülse 13 und die Führungshülse 14 definiert zu verformen, wobei die Verformung sicherstellt, daß es zum Beginn der Austrittsbewegung der Auslöserhülse 13 zu einem Rückhalt in der Führungshülse 14 kommt. Nach Überwinden des Kragenbereiches kann die Auslöserhülse 13 ungehindert austreten. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß der Kragen 25 und der Kragen 26 beim Passieren eine Reibverbindung ausbilden und/oder daß es beim Austreten der Auslöserhülse 13 zu einer Verformung des Kragens 25 und/oder des Kragens 26 und zum Lösen der Verbindung kommt.

Im übrigen läßt es die Erfindung bedarfsweise zu, die in den Ansprüchen genannten und/oder die anhand der Zeichnungen offenbarten und beschriebenen Merkmale miteinander zu kombinieren, auch wenn dies nicht im einzelnen beschrieben ist.


Anspruch[de]
Hochspannungs-Sicherungseinsatz (1) ausgebildet zur Verwendung in einer Lastschalter-Sicherungs-Kombination, wobei der Sicherungseinsatz (1) einen wenigstens einen Hauptschmelzleiter (7) aufweisenden Sicherungskörper (2) und einen im Sicherungskörper (2) bewegbar gelagerten und im Sicherungskörper (2) gehaltenen federbelasteten Schlagstift (3) aufweist, wobei der Schlagstift (3) nach der Freigabe mit einer festgelegten Austrittsenergie aus dem Sicherungskörper (2) austritt und innerhalb einer Schlagstifteigenzeit eine zum Auslösen einer Auslösemechanik des Lastschalters erforderliche Mindestweglänge erreicht und wobei wenigstens ein Verzögerungssystem des Sicherungseinsatzes (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagstift (3) mit einem Nebenschmelzleiter (17a) verbunden ist, wobei ein Fehlerstrom zur Unterbrechung des Nebenschmelzleiters (17a) führt, wobei durch Unterbrechung des Nebenschmelzleiters (17a) der Schlagstift (3) freigegeben wird, und daß das Verzögerungssystem des Sicherungseinsatzes (1) ausgebildet ist zur Erzeugung einer gegen die Austrittskraft des Schlagstiftes (3) wirkenden Rückhaltekraft, wobei die Rückhaltekraft kleiner als die Austrittskraft ist und eine Verlängerung der Schlagstifteigenzeit bewirkt. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungssystem während der Austrittsbewegung des Schlagstiftes (3) aus dem Sicherungskörper (2) über die gesamte Weglänge des Schlagstiftes (3) wirksam ist oder daß das Verzögerungssystem lediglich über einen Teil der Weglänge des Schlagstiftes (3) wirksam ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungssystem am Anfang der Weglänge des Schlagstiftes (3) wirksam ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungssystem wenigstens eine lösbare oder nicht-lösbare Reibverbindung und/oder eine durch Verformung lösbare Fügeverbindung (7) zur Verlängerung der Austrittszeit des Schlagstiftes (3) umfaßt. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibverbindung und/oder die Fügeverbindung zwischen dem Sicherungskörper (2) und dem Schlagstift (3) vorgesehen sind. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungssystem wenigstens ein ringförmiges und/oder scheibenförmiges und/oder hülsenförmiges Reibmittel (18) zur Ausbildung der Reibverbindung aufweist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagstift (3) eine Auslöserhülse (13) und der Sicherungskörper (2) eine Führungshülse (14) für die Auslöserhülse (13) aufweisen, daß die Reibverbindung und/oder die Fügeverbindung zwischen der Führungshülse (14) und der Auslöserhülse (13) vorgesehen sind. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibmittel (18) zwischen der Auslöserhülse (13) und der Führungshülse (14) angeordnet ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibmittel (18) oberhalb einer Austrittsöffnung (9) der Führungshülse (14) vorgesehen ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß da Reibmittel (18) wenigstens einen Öffnungsbereich (20) für die Auslöserhülse (13) derart aufweist, daß beim Austreten des Schlagstiftes (3) aus der Austrittsöffnung (9) eine Reibverbindung zwischen dem Reibmittel (18) und der Auslöserhülse (13) ausgebildet wird. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöserhülse (13) und die Führungshülse (14) zur Bildung einer Reibverbindung gegeneinander verformt sind. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöserhülse (13) gegen ein vorgespanntes Federmittel anliegt und daß die Reibverbindung und/oder die Fügeverbindung zwischen der Auslöserhülse (13) und dem Ferdermittel (15) vorgesehen sind. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Federmittel im Innern der Auslöserhülse angeordnet ist und/oder daß das Federmittel als Schraubenfeder (15) ausgebildet ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöserhülse (13) einen Verformungsbereich aufweist, der beim Entspannen des Federmittels mit dem Federmittel eine Reibverbindung ausbildet, wobei die beim Entspannen des Federmittels erzeugte Reibkraft der Rückstellkraft des Federmittels entgegenwirkt. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöserhülse (13) einen im Inneren des Federmittels geführten Haltebügel (16) aufweist und daß die Reibverbindung und/oder die Fügeverbindung zwischen dem Haltebügel (16) und dem Federmittel vorgesehen sind. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltebügel (16) ein Übermaß derart aufweist, daß der Haltebügel (16) beim Entspannen des Federmittels mit dem Federmittel eine Reibverbindung ausbildet, und daß die beim Entspannen des Federmittels erzeugte Reibkraft der Rückstellkraft des Federmittels entgegenwirkt. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein verformbares Haltemittel (23) für den Schlagstift (3) vorgesehen ist, wobei das Haltemittel (23) bei der Austrittsbewegung des Schlagstiftes (3) aus dem Sicherungskörper (2) von dem austretenden Schlagstift (3) verformt wird. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel zu Beginn der Austrittsbewegung verformt wird. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Haltemittel (23) eine Abdeckung oberhalb der Austrittsöffnung (9) der Führungshülse (14) vorgesehen ist und/oder daß als Haltemittel ein mit dem Schlagstift (3) einerseits und dem Sicherungskörper (2) andererseits verbundener Haltedraht vorgesehen ist, wobei der Schlagstift (3) über den Haltedraht an dem Sicherungskörper (2) gehalten ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltedraht nicht in den Stromkreis integriert ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht in den Stromkreis integrierte Haltedraht über eine Reibverbindung derart mit dem Sicherungskörper (2) verbunden ist, daß sich der Haltedraht nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit aus der Reibverbindung löst und den Schlagstift (3) freigibt. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltedraht eine ausreichend geringe Reißfestigkeit aufweist, so daß der Haltedraht nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit unter Einwirkung der Austrittskraft des Schlagstiftes (3) zerreißt. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagstift (3) eine Auslöserhülse (13) und der Sicherungskörper (2) eine Führungshülse (14) für die Auslöserhülse (13) aufweisen und daß die Auslöserhülse (13) und die Führungshülse (14) unter Ausbildung einer Fügeverbindung derart gegeneinander verformt sind, daß die Fügeverbindung bei der Austrittsbewegung des Schlagstiftes (3) aus dem Sicherungskörper (2) verformt und gelöst wird. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügeverbindung zu Beginn der Austrittsbewegung verformt und gelöst wird. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungssystem als hydraulischer oder pneumatischer Dämpfer ausgebildet ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungssystem wenigstens ein viskoses Fluid aufweist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid in einem Ringraum zwischen einer Auslöserhülse (13) des Schlagstiftes (3) und einer Führungshülse (14) des Sicherungskörpers (2) und/oder innerhalb der Auslöserhülse (13) vorgesehen ist. Hochspannungs-Sicherungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslöserhülse (13) des Schlagstiftes (3) und eine Führungshülse (14) des Sicherungskörpers (2) derart ausgebildet sind und zusammenwirken, daß die Austrittsbewegung des Schlagstiftes (3) aus dem Sicherungskörper (2) zur Ausbildung einer Druckdifferenz zwischen der Umgebung und der Auslöserhülse (13) führt, wobei ein Druckausgleich beim Austritt des Schlagstiftes (3) über einen Spalt der Auslöserhülse (13) erfolgt.






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