DE19913236C2 - Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen und zugehörige Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strombegren­ zung in Niederspannungsnetzen, bei dem im Betriebsfall bei den dabei auftretenden Betriebsströmen diffuse Bodenmoden ei­ nes Lichtbogens auftreten und bei dem im Kurzschlußfall der Lichtbogen in hintereinanderliegende Teillichtbögen auf­ gespalten wird.

In Niederspannungsnetzen müssen von Schaltgeräten und Vertei­ lungen neben den Betriebsströmen auch Kurzschlußströme von bis zu 200 kA_eff beherrscht werden. Das Schalten solcher Strö­ me mit Leistungsschaltern erfordert einen erheblichen techni­ schen Aufwand und ist bei selektiven Schaltern mit einer drastischen Reduzierung der Lebensdauer der Schaltanordnung verbunden. Beim Auftreten von Störlichtbögen können aufgrund der hohen Ströme große Schäden an Anlagen sowie eine starke Gefährdung von Personen die Folge sein. Erforderlich sind da­ her Leistungsschalter, die diese Ströme mit möglichst gerin­ gem Aufwand unterbrechen und/oder aber deutlich begrenzen. Für den gleichen Zweck geeignet wären auch Bauelemente, die eine solche Begrenzung unabhängig von einer Abschaltung leis­ ten können, um so das eigentliche Schaltelement zu entlasten.

Bei Verwendung herkömmlicher Luft-Leistungsschalter mit Löschblechkammern (DE 35 39 673 A1) können die bei Kurzschlußabschaltungen in Niederspannungsnetzen möglichen prospektiven Ströme durch den Spannungsaufbau von üblicherweise 300-400 V, der beim Ein­ laufen des Lichtbogens in die Löschblechkammer auftritt, er­ heblich reduziert werden. Dadurch werden zum einen die Schaltkammerarbeit und die damit verbundenen thermischen Be­ lastungen von Schalteinrichtungen erheblich reduziert. Zum anderen bleiben die Stromkräfte bzw. die dadurch verursachten mechanischen Beanspruchungen in den Stromverteilungen be­ trächtlich unter dem möglichen Höchstwert.

Im Niederspannungsbereich sind weiterhin strombegrenzende Bauelemente bekannt, die auf der Basis kohlenstoffgefüllter, leitfähiger Polymere arbeiten, bei denen die Leitfähigkeit für hohe Stromdichten um mehrere Größenordnungen gegenüber dem Nennstrombereich abnimmt. Wegen der vergleichsweise nied­ rigen Leitfähigkeit der Polymere ist dieses Prinzip jedoch nur bis zu Nennströmen von maximal einigen 10 A anwendbar, da andernfalls die Durchlassverluste untragbar hoch werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, neue Verfahren zur Strom­ begrenzung vorzuschlagen, und entsprechende Anordnungen zu schaffen sowie zugehörige Anwendungen anzugeben.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Ver­ fahrensanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anordnung ist durch Patentanspruch 8 gekennzeichnet. Weiterbildungen des Verfahrens und der diesbezüglichen Anordnung sind in den ab­ hängigen Ansprüchen angegeben, wobei die Patentansprüche 22 und 23 die Ausbildung der Anordnung in gier speziellen Verwen­ dung als Sicherungselement beinhalten.

Im Rahmen der Erfindung werden also im Nieder- und Mittel­ spannungsbereich erfolgreich Vakuumschaltröhren für eine Strombegrenzung eingesetzt. Vakuumschalter sind in vielfacher Ausbildung vom Stand der Technik vorbekannt. Speziell für den Niederspannungsbereich werden beispielhaft die DE 198 09 828 C1, die DE 35 33 890 A1 und die EP 740 321 A2 angegeben. Bei diesen Druckschriften geht es insbesondere darum, die Verwendung von Vakuumschaltern für den Niederspannungsbereich dadurch zu optimieren, dass einer­ seits der Schaltvorgang in einem bestimmten Zeitfenster des Stromes erfolgt und dass andererseits die Anordnung und Geo­ metrie der Schaltkontakte optimiert wird. Eine Verwendung solcher Anordnungen zur Strombegrenzung ist weder in diesen Patentschriften noch in der weiteren Patent- oder Fachlitera­ tur angesprochen. Insbesondere sind auch in der Praxis keine Anordnungen von Vakuumschaltkontakten bekannt, die für obigen Zweck geeignet wären.

Bei der Erfindung werden dagegen Vakuumschaltröhren mit sol­ chen Kontaktkonfigurationen verwendet, bei welchen ein in Richtung zum Strom im Lichtbogen transversales Eigenmagnet­ feld auftritt, wobei der Lichtbogen durch geeignete Teiler­ platten in Teillichtbögen aufgeteilt wird. Gegebenenfalls kann der Lichtbogen auch einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogenfadens als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden.

Die im Rahmen der Erfindung benutzten Vakuumschaltröhren mit strombegrenzender Eigenschaft besteht somit aus mindestens zwei Kontakten mit Maßnahmen zur Erzeugung von radial gerich­ teten Magnetfeldern, von denen mindestens ein Kontakt in Richtung der Stromzuführung gegenüber dem anderen Kontakt be­ weglich ist, aus einer vakuumdichten Hülle, einem Isolator sowie einem elektrisch weitgehend isoliert aufgehängten, die Hauptkontakte umschließenden Blechpaket zur Lichtbogenauftei­ lung.

Vorteilhafterweise kann eine modifizierte Vakuumschaltröhre in Leistungsschaltern eingesetzt werden, die dadurch zusätz­ lich eine strombegrenzende Funktion erhalten und deshalb für größere Nennströme eingesetzt werden können als dies mit Va­ kuumschaltröhren herkömmlicher Bauweise möglich ist. Die Va­ kuumschaltröhren werden dabei in bekannter Weise im Betriebs­ zustand geschlossen gehalten und bei Eintreten einer Störung durch einen geeigneten Antriebsmechanismus aktiv geöffnet.

Mit den erfindungsgemäßen Anordnungen ergibt sich die Mög­ lichkeit, Vakuumschaltröhren als Sicherungselemente einzuset­ zen. Kerngedanke ist, die Schaltröhre für Betriebsströme nur durch Federkraft geschlossen zu halten. Bei Eintreten eines Kurzschlusses wird durch die kurzzeitig auftretenden hohen Ströme zwischen den Kontakten eine so hohe kontaktabhebende Stromkraft erzeugt, daß sich die Kontakte voneinander lösen. Durch einen geeigneten Mechanismus lassen sich dann bei Über­ schreiten einer voreingestellten Auslösekraft die Federn ent­ klinken, so daß sich die Kontakte durch die Magnetkräfte so­ wie die im Lichtbogen wirkende Druckkraft vollständig vonein­ ander lösen. Dadurch kann die Kontaktanordnung den beschrie­ benen strombegrenzenden Effekt aufbauen und den im Verteiler­ netz fließenden Strom auf im Vergleich zum prospektiven Kurzschlußstrom niedrige Stromwer­ te begrenzen. Die in diesem Fall eher passiv arbeitende Vaku­ umschaltröhre hat somit eine sicherungsähnliche, strombegren­ zende Wirkung und kann entweder als einmal arbeitende Siche­ rung genutzt oder bei geeigneter Auslegung, ähnlich einem Si­ cherungsautomaten, auch mehrfach zurückgesetzt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei­ spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Un­ teransprüchen. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Anordnung von in einer Vakuumschaltröhre befindlichen Kontakten mit zugeordneten Lichtbogen­ teilerplatten in seitlicher Schnittdarstellung,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine bevorzugte Anordnung mit Kontakten für Transver­ salmagnetfelder in seitlicher Schnittdarstellung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Anordnung mit Topfkontakten zur Generierung ei­ nes radialen Magnetfeldes und zugehörigen Teilerplat­ ten,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der Funk­ tion der Teilerplatten und

Fig. 8 unterschiedliche Beispiele für vom Stand der Technik vorbekannte Elektrodengeometrien.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei Kontaktbolzen gezeigt, über die Ströme zu Kontaktträgern 3 und 4 mit zugehörigen Kontakt­ auflagen 9 geführt werden. Es ist eine Löschanordnung 5 vor­ handen, wie sie im Prinzip aus Luftschaltern bekannt ist, die aus einzelnen Löschplatten 6a bis 6j besteht, wobei eine um­ randende Keramikbegrenzung 7 vorhanden ist. Letzteres wird aus der Draufsicht gemäß Fig. 2 deutlich.

Die Fig. 1 und 2 zeigen also eine Anordnung, die sich an die in konventionellen Niederspannungs-Leistungsschalter ver­ wendeten Luftschaltkammern anlehnt, wobei geeignete Materia­ lien für eine angedeutete Vakuumschaltkammer VS verwendet werden. Diese Anordnung zeigt bei hohen Kurzschlußströmen ein gutes strombegrenzendes Verhalten. Ein im Bereich der Teller­ platten 6a bis 6j stationär brennender Lichtbogen mit mehre­ ren 10 kA kann jedoch gegebenenfalls die Teilerplatten und den äußeren, vom Lichtbogen belasteten Kontaktbereich zerstö­ ren und daher keine ausreichende Lebensdauer ermöglichen.

Aus lezterem Grund ist die Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 nicht zum eigentlichen betriebsmäßigen Schalten der im all­ gemeinen vorkommenden Betriebsströme, d. h. üblicherweise Strömen von einigen 100 A bis zu einigen kA, vorgesehen. Die hierbei auftretenden Lichtbögen entstehen zwischen den Kon­ taktauflagen der sich trennenden Schaltstücke zwar im inten­ siven Mode, gehen aber mit zunehmenden Kontaktabstand in den diffusen Mode über. Dabei dehnen sich die Ansätze auf den Elektroden größenflächig aus und können so auch in uner­ wünschten Schaltkammergebieten brennen. Solche Anordnungen sind daher nur als Sicherungselemente zu verwenden.

In den Fig. 3 und 4 bedeuten 11 und 12 zwei Kontaktbolzen zur Stromführung, von denen einer über einen nicht darge­ stellten Federbalg beweglich ausgebildet ist. Auch die ei­ gentliche Vakuumschaltröhre ist nicht im einzelnen darge­ stellt. Es sind Kontaktstücke 13 und 14 vorhanden, die je­ weils entsprechende Schlitze zur Generierung von radialen bzw. transversalen Magnetfeldern aufweisen. Zwischen den seitlich abgeschrägten Kontakten 13 und 14 ist eine Anordnung 15 vorhanden, die im einzelnen aus einzelnen Teilerplatten 16a bis 16h und zugehörigen Keramik- bzw. Metallteilen be­ steht. Insbesondere sind die Teilerplatten 16a bis 16k end­ seitig in eine Keramikhalterung 17 eingebracht und ist gemäß Fig. 4 wenigstens ein Radialschlitz 18 vorhanden.

Mit dieser Anordnung kann eine für eine Strombegrenzung er­ wünschte Aufspaltung des Lichtbogens in hintereinander lie­ gende Teillichtbögen im Kurzschlußfall bei gleichzeitiger Be­ herrschung des bei Betriebsströmen auftretenden diffusen Bo­ genmodes erreicht werden. Die Anordnung besteht im wesentli­ chen aus zwei Schaltstücken 13 und 14 sowie der Anordnung 15 mit den kreisringförmigen Lichtbogenteilerplatten 16a bis 16h.

Basis dieser Ausführungsform ist, daß die Funktionsweise von Vakuumschaltkontakten mit Radialmagnetfeld und umlaufenden Lichtbogen dahingehend modifiziert wird, daß der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld in einen Löschblechstapel ge­ lenkt und dadurch - unter Beibehaltung der Rotation - in eine Serie von hintereinandergeschalteten, rasch umlaufenden Ein­ zellichtbögen aufgespalten wird. Durch diese bisher nicht be­ kannte Maßnahme kann sowohl die thermische Belastung aller betroffenen Kontaktteile niedrig gehalten werden, als auch gleichzeitig ein so großer Betrag an Brennspannung aufgebaut werden, daß der prospektive Kurzschlußstrom auf in dieser Geometrie beherrschbare Amplituden begrenzt wird.

Die Schaltstücke 13 und 14 weisen in ihrem Grundriß Ähnlich­ keiten mit den in der Vakuumschalttechnik verwendeten Spiral­ kontakten auf. In diesem Fall besitzt die auf den intensiven Lichtbogen, der zwischen den sich trennenden Kontaktauflagen entsteht, wirkende Magnetkraft Komponenten, die den Lichtbo­ gen in Richtung auf einen umlaufenden Laufring 19 treiben. Bei dieser Lichtbogenwanderung wird durch Abschrägung der Schalt­ stücke 13 und 14 eine Verlängerung des Lichtbogens erreicht. Während dieses Bewegungsvorganges wird der Lichtbogen in den diffusen Mode übergehen und sich dabei über die gesamte Schaltstückfläche ausdehnen, wenn ein vom Schaltstückdurch­ messer D abhängiger Grenzstrom von I_G ≈ 15-25 kA nicht über­ schritten wird. Bei Momentanströmen, die über diesem Grenz­ wert liegen, bleibt der Lichtbogen dagegen im kontrahierten Mode erhalten, wobei sein Spannungsbedarf beim Wandern infol­ ge der Verlängerung auf einige 100 V zunimmt und somit die Strombegrenzung wirksam wird. In der Nähe des Laufrings 19 wird der Spannungsbedarf eines langen Lichtbogens zumindest für die immer wieder auftretenden instabilen Bogenkonfigura­ tionen größer sein als die Summe des Spannungsbedarf von Teillichtbögen, die zwischen zwei einzelnen Tellerplatten 16a bis 16h bzw. zwischen dem Laufring 19 und einer der Teller­ platten 16a bis 16h brennen. Für solche Lichtbogenkonfigura­ tionen erfolgt innerhalb weniger µs die Kommutierung des lan­ gen Bogens in den Bereich der Tellerplatten und seine Auftei­ lung. Bei diesem Vorgang wird die Brennspannung und die damit verbundene Strombegrenzung nur unwesentlich reduziert. Erst wenn vor Stromnull der Momentanstrom den Grenzwert I_G unter­ schreitet, zieht sich der Lichtbogen aus dem Teilerplattenbe­ reich zurück und wechselt in den diffusen Mode. Er breitet sich dabei über die Schaltstückoberfläche aus, und die Bogen­ spannung sinkt mit abnehmendem Strom ebenfalls ab.

Die Laufrichtung der zwischen je zwei der Tellerplatten 16a bis 16h entstehenden kontrahierten Lichtbögen ist durch das lokale Magnetfeld bestimmt, das von der Stromführung in den Schaltstücken bzw. Laufringen und den Teilerplatten abhängt. Die Richtungen einzelner Teillichtbögen können deshalb für die einzelnen Bögen, wie anhand der Fig. 7 für einen Aus­ schnitt der Teilerplatten und Laufringe gezeigt wird, unter­ schiedlich sein.

Da die strombegrenzende Wirkung bei einer Abschaltung mög­ lichst schnell einsetzen soll und unmittelbar mit dem Licht­ bogenspannungsaufbau zusammenhängt, muß der Lichtbogen rasch von den Kontaktauflagen in Richtung der Teilerplatten wan­ dern. Außerdem muß die Kommutierung in den Bereich der Tel­ lerplatten zügig erfolgen, damit Neuzündungen im Rücken des Bogens und damit Bogenspannungseinbrüche vermieden werden.

Diese Forderungen an das Lichtbogenverhalten lassen sich durch die konstruktive Auslegung der Schaltstücke und Teller­ platten erfüllen. Der Grundkörper der Schaltstücke sollte aus sauerstofffreiem Kupfer (Cu) oder auch dem Material der Kon­ taktauflagen wie z. B. Chrom-Kupfer (CrCu) oder Wolfram- Kupfer (Wcu) bestehen. Aus der Literatur sind zahlreiche Un­ tersuchungen bekannt, nach denen diese Werkstoffe hinsicht­ lich ihres Lauf- und Neuzündverhaltens für Vakuumschaltkon­ takte geeignet sind. Die Schaltstücke sind vorzugsweise als Spiralkontakte ausgebildet und besitzen 3-6, vorzugsweise 4 Schlitze, die entsprechend der Anlage 4 gestaltet sein können oder eine der in der Anmeldung 19624920.1 v. 21.06.1996 be­ schriebenen Formen besitzen. Die Abschrägung der Schaltstücke sollte durch einen Neigungswinkel ψ gegenüber der Kontakto­ berfläche von ψ = 15-45°, vorzugsweise ψ = 30° charakteri­ siert sein, da für dieses Winkelintervall das Laufverhalten des Bogens durch Neuzündungen nur gering beeinflußt wird. Der Laufbereich des Lichtbogens im äußeren Bereich der Spiralflü­ gel kann, wie in Anlage 2 beispielhaft gezeigt, auch durch einen zusätzlich aufgelegten Laufring aus einem abbrandfesten Kontaktwerkstoff wie Chrom-Kupfer (CrCu), Wolfram-Kupfer (WCu) oder Wolframkarbid-Kupfer (WCCu) gebildet werden. Ande­ re mögliche Kontaktgeometrien mit Radialmagnetfeldern, wie beispielsweise der sogenannte Topfkontakt (engl.: contrate contact) oder der sogenannte "Windmühlenflügel-Kontakt", sind bei entsprechender Modifikation ebenfalls geeignet.

Als Material für die Teilerplatten bieten sich sowohl sauer­ stofffreies Kupfer (Cu) oder Chrom-Kupfer (CrCu), die auf­ grund ihres Kommutierungsverhaltens ein einwandfreies Eintre­ ten und Laufen des Lichtbogens garantieren, als auch Edel­ stähle an. Bei Verwendung von magnetischen Edelstählen kann durch Verstärkung der Magnetfeldkomponente, die den Lichtbo­ gen in die Teilerplatten treibt, die Aufteilung des Bogens erleichtert werden. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten bei Nenn- und Betriebstromstärken sollten die Teilerplatten mit mindestens einem Schlitz in radialer Richtung versehen sein. Die Breite b der Teilerplatten sollte bei etwa b ≈ 0.1 -0.3 . D liegen, wobei D der Außendurchmesser der Kontakte ist. Die Breite a der Laufringe ist sinnvollerweise nicht größer als die der Teilerplatten; sie muß aber breiter als der größtmögliche Fußpunktdurchmesser sein. Sie wird deshalb zu a ≈ 0.5-1.0 . b gewählt.

In einer Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 werden aus der Vakuumschalttechnik bekannte Topfkontakte verwendet. Bei diesen Topfkontakten wird durch entsprechende Schlitzung im Trägerteil des Topfes das radiale Magnetfeld generiert. Seitlich muß hier ebenfalls eine Abschrägung erfolgen, so daß entsprechende Teilerplatten eingefügt werden können.

In den Fig. 5 und 6 bedeuten 21 und 22 zwei Kontaktbolzen zur Stromführung, von denen einer über einen nicht darge­ stellten Federbalg beweglich ausgebildet ist. Die eigentliche Vakuumschaltröhre VS ist wiederum nur angedeutet. Es sind Topfkontaktstücke 23 und 24 vorhanden, wie sie vom Stand der Technik vorbekannt sind. Durch derartige geschlitzte Topfkon­ takte läßt sich, sofern zwei symmetrisch gegenüberstehende Topfkontaktstücke 23 und 24 gegeneinander geneigte Schlitze aufweisen, ein in bezug auf die Stromrichtung im Lichtbogen transversales Magnetfeld erzeugen, so daß derartige Kontakt­ stücke auch als Radialfeldkontakte bezeichnet werden. Auf den eigentlichen Topfkontakten 23 und 24 sind zur eigentlichen Kontaktgabe Ringe 29 aus Kontaktmaterial aufgebracht. Die Ringe 29 haben entsprechend der Anordnung gemäß Fig. 3 eine spezifische Ausformung. Speziell wird vom inneren im gschlos­ senen Zustand des Schalters kontaktgebenden Teil über Ab­ schrägungen mit vorgegebenem Winkel ψ erreicht, daß im äuße­ ren Bereich ein größerer Freiraum besteht. In diesen Freiraum greifen von außen entsprechend Fig. 2 Teilerplatten 26a bis 26h ein, die außen durch ein Keramikteil 27 gehaltert werden.

Bei den in Fig. 5 und 6 dargestellten Topfkontakten 23 und 24 besteht jedes einzelne Kontaktstück insbesondere aus einem Kontaktkörper 30, in das gerade Schlitze 31 unter vorgegebe­ ner Steigung eingebracht sind.

Anhand Fig. 7 wird verdeutlicht, wie insbesondere zwischen den einzelnen Teilerplatten 6a bis 6j aus Fig. 1 bzw. 16a bis 16h aus Fig. 3 bzw. 26a bis 26h aus Fig. 5 die Auftei­ lung des Lichtbogens erfolgen kann. Somit wird die erwünschte Wirkung der Strombegrenzung im Vakuum erreicht.

Die Fig. 8 zeigt anhand von vier Beispielen I bis IV mögli­ che Geometrien der eigentlichen Kontaktplatte, wie sie auch vom Stand der Technik vorbekannt sind. Dabei geht es im we­ sentlichen im Beispiel I um die sogenannten Spiralkontakte, bei denen in einer Kontaktplatte 100 spiralförmige Schlitze 101 bis 104 vorhanden sind und in der Mitte eine kreisförmige Eindrehung 105 in der Kontaktplatte 100 vorhanden ist. Eine solche Kontaktgeometrie gewährleistet ein radiales Umlaufen des Lichtbogens.

Zur vereinfachten Herstellung sind im Beispiel II in einer Kontaktplatte 200 mit kreisförmiger Eindrehung 205 drei tan­ gentiale gerade Schlitze 201 bis 203 eingebracht. Hier ergibt sich im wesentlichen die gleiche Wirkung.

In den Beispielen III und IV sind in den Kontaktplatten 300 bzw. 400 mit konzentrischen Eindrehungen 305 bzw. 405 eben­ falls gerade Schlitze 301 bis 304 bzw. 401 bis 404 vorhanden, die im Beispiel III rechtwinkelig abgebogen sind und im Bei­ spiel IV mit kreisförmigen Eindrehung 205 versehen sind. Sol­ che Schlitze können ebenfalls vergleichsweise einfach in vor­ handene Kontaktplatten eingebracht werden.

Während die Anordnung gemäß den Fig. 3/4 und 5/6 im we­ sentlichen zum betriebsmäßigen Schalten von hohen Strömen mit Strombegrenzung vorgesehen ist, ist die Anordnung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 im wesentlichen nur als Stromgegrenzungs- bzw. Überwachungselement vorhanden, mit dem also kein reversibles Arbeiten möglich ist.

Zur Verwendung als strombegrenzende Sicherungselemente können bei den Anordnungen gemäß den beschriebenen Figuren die Kon­ taktstücke in der Schaltröhre für die Betriebsströme durch Federkraft geschlossen sein, wobei bei Eintreten eines Kurz­ schlusses eine kontaktabhebende Stromkraft erzeugt wird, wel­ che die Kontaktstücke voneinander trennen. Es ist für einen solchen Fall auch möglich, bei Eintreten eines Kurzschlusses durch die Stromkraft einen Verklinkungsmechanismus zu lösen und die Kontaktstücke durch Federkraft, pneumatisch oder hy­ draulisch voneinander zu trennen.

Insbesondere bei den Anordnungen gemäß Fig. 3/4 und Fig. 5/6 sind rotationssymmetrische Radialfeldkontakte vorhanden, bei denen der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch die Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Rota­ tion in eine Serie von hintereinandergeschalteten, rasch um­ laufenden Einzellichtbogen aufgespalten wird. In einer be­ stimmten Modifikation kann der Lichtbogen auch einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten lediglich als Lichtbogenkühlplatten dienen. Gemäß Fig. 1/2 ist es möglich, bei Verwendung einer Vakuumschaltröhre mit transversalem Ma­ gnetfeld und einer nichtrotationssymmetrischen Kontaktanord­ nung einen geradlinig laufenden Lichtbogen zu realisieren, wobei der Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch minde­ stens eine Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Be­ wegung in eine Serie von hintereinandergeschalteten Ein­ zellichtbögen aufgespalten wird. In einer spezifischen Modi­ fikation kann bei einer solchen nichtrotationssymmetrischen Kontaktanordnung der geradlinig laufende Lichtbogen ebenfalls einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten au­ ßerhalb des Lichtbogenspfades wieder als Lichtbogenkühlplat­ ten dienen.

Claims (23)

1. Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen, bei dem im Betriebsfall bei den dabei auftretenden Betriebs­ strömen diffuse Bogenmoden eines Lichtbogens auftreten und bei dem im Kurzschlußfall der Lichtbogen in hintereinander liegende Teillichtbögen aufgespalten wird, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung von Vakuumschaltröh­ ren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit wenigstens einem Radialfeldkontakt verwendet wird, bei der die Schaltkontakte ein gegenüber der Stromrichtung im Licht­ bogen senkrecht verlaufendes Magnetfeld erzeugen und ein um­ laufender Lichtbogen bewirkt wird, wobei der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch mindestens eine Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Rotation in ei­ ne Serie von hintereinander geschalteten, rasch umlaufenden Einzellichtbögen aufgespalten wird (Fig. 3/4, Fig. 5/6).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Radialfeldkontakt einerseits und ein abgeschrägter Plattenkontakt andererseits verwendet wer­ den.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit wenigstens einem Radialfeldkontakt verwendet wird, bei der die Schaltkontakte ein gegenüber der Stromrichtung im Licht­ bogen senkrecht verlaufendes Magnetfeld erzeugen und ein um­ laufender Lichtbogen bewirkt wird, der Lichtbogen einteilig bleibt und die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogenpfades als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden (Fig. 3/4, Fig. 5/6).

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit transversalen Magnetfeld verwendet wird und daß ein in einer nicht rotationssymmetrischen Kontaktanordnung geradlinig lau­ fender Lichtbogen verwendet wird, wobei der Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch mindestens eine Lichtbogenteiler­ platte unter Beibehaltung der Bewegung in eine Serie von hin­ tereinander geschalteten Einzellichtbögen aufgespalten wird (Fig. 1/2).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine Vakuumschaltröhre mit transversalem Magnetfeld verwendet wird und daß ein in einer nichtrotationssymmetrischen Kontaktanordnung geradlanig lau­ fender Lichtbogen verwendet wird, wobei der Lichtbogen ein­ teilig bleibt und die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogen­ pfades als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden (Fig. 1/2).

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die Kontaktanordnung und die Lichtbogenteilerplatte geeignete, insbesondere sauerstoff­ freie, Vakuumschalterwerkstoffe verwendet werden.

8. Anordnung zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen un­ ter Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch we­ nigstens eine Vakuumschaltröhre (VS) mit zwei Schaltstücken (13, 14; 23, 24) und durch kreisringförmige Lichtbogenteiler­ platten (16a-16K, 26a-26k), die zumindest teilweise zwi­ schen den Schaltstücken (13, 14; 23, 24) angeordnet sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltstücke (13, 14) in ihrem Grundriß die Form von Spiralkontakten (100) haben.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spiralkontakte (100) drei bis sechs, vorzugsweise vier Schlitze (101-104), aufweisen.

11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltstücke (13, 14; 23, 24) in den Zonen, die in radialer Richtung nach außen auf das eigentliche kontaktgebende Gebiet folgen, abgeschrägt sind.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschrägung der Schalt­ stücke (13, 14; 23, 24) einen Neigungswinkel (ψ) gegenüber der Kontaktoberfläche von 15° < ψ ≦ 45°, vorzugsweise ψ = 30°, hat.

13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest die Kontaktfläche der Schaltstücke (13, 14; 23, 24) aus einem abbrandfesten Kontaktwerkstoff, vorzugsweise Chrom-Kupfer (CrCu), Wolfram- Kupfer (Wcu) oder Wolfram-Carbid-Kupfer (WCCu), besteht.

14. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilerplatten (16a bis 16k, 26a bis 26k) aus sauerstofffreiem Kupfer (Cu) oder Chrom-Kupfer (CrCu) bestehen.

15. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilerplatten (16a bis 16k, 26a bis 26k) aus Edelstahl, insbesondere magnetischem Edelstahl, bestehen.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Teiler­ platten (16a bis 16k, 26a bis 26k) mindestens einen Schlitz (17, 27) in radialer Richtung aufweisen.

17. Anordnung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der Teilerplatten (16a-16k, 26a-26k) eine Dimensio­ nierung 0,1 D ≧ b ≦ 0,3 D hat, wobei D der Außendurchmesser der Kontakte (13, 14; 23, 24) ist.

18. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die durch die Kontaktfläche Kontaktstücke (13, 14; 23, 24) Laufringe (19, 29) gebildet wird, die eine Breite (a) kleiner als die Breite (b) der Tei­ lerplatten (16a-16k, 26a-26k) haben.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Breite (a) der Laufringe (19, 29) der Dimensionierung 0,5 b ≦ a ≦ 1,0 b entspricht.

20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lauf ring (9, 19, 29) aus einem anderen Material wie der Kontaktkörper (3, 4; 13, 14; 23, 24) besteht.

21. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltstücke (3, 4; 13, 14, 23, 24) aus sauerstofffreiem Kupfer (Cu) oder Kupfer- Chrom (CuCr) bestehen.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Verwendung als strombegrenzendes Sicherungselement die Kontaktestücke (3, 4, 13, 14; 23, 24) in der Schaltröhre (VS) für Betriebs­ ströme durch Federkraft geschlossen sind und bei Eintreten eines Kurzschlusses eine kontaktabhebende Stromkraft erzeugt wird, wodurch die Kontaktstücke (13, 14; 23, 24) voneinander getrennt werden.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Verwendung als strombegrenzendes Sicherungselement die Kontaktstücke (3, 4, 13, 14; 23, 24) in der Schaltröhre (VS) für Betriebsströme durch Federkraft geschlossen sind und bei Eintreten eines Kurzschlusses durch Stromkraft ein Verklinkungsmechanismus gelöst wird, wodurch die Kontaktstücke (13, 14; 23, 24) durch Federkraft, pneumatisch oder hydraulisch voneinander getrennt werden.