專利名稱：低壓和中壓裝置中所使用的用于保護(hù)部件和人員的短路設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的進(jìn)一步改進(jìn)的在低壓和 中壓裝置中所使用的用于部件和人員保護(hù)的短路設(shè)備，包括可由故障檢測(cè)設(shè)備的觸發(fā)信號(hào)操縱的開關(guān)元件；兩個(gè)具有饋電裝置的相對(duì)的接 觸電極，其中這兩個(gè)接觸電極在電路上可與不同電勢(shì)的端子接觸，此 外，接觸電極在處于機(jī)械預(yù)應(yīng)力下時(shí)在短路情況下彈力支持地執(zhí)行相 互之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；作為接觸電極之間隔離物的消耗元件 (Opferelement);以及具有消耗元件和開關(guān)元件作為一側(cè)、而接觸 電極之一作為另 一側(cè)它們之間的電連接，以便有針對(duì)性地產(chǎn)生消耗元 件的取決于電流流動(dòng)的熱損壞。此外，本發(fā)明還涉及用于在具有短路設(shè)備的低壓和中壓裝置中實(shí) 現(xiàn)短路的方法。
背景技術(shù)：
在電氣開關(guān)和分配裝置中，可能出現(xiàn)不直接導(dǎo)致存在的過電流保 護(hù)設(shè)備的響應(yīng)的或只導(dǎo)致存在的過電流保護(hù)設(shè)備的延遲響應(yīng)的各種 故障。例如，這里提到的故障電弧。尤其對(duì)于通過取決于操作的或由 故障導(dǎo)致的電勢(shì)差而實(shí)現(xiàn)的人員保護(hù)，出現(xiàn)類似的問題。這樣的故障 可能導(dǎo)致嚴(yán)重的部件損壞，而且還導(dǎo)致人員受傷。為了限制損傷，除 了非常快地確定故障之外，還要求快速地切斷其。對(duì)于快速確定不同故障情況，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有各種解決方案。 這里例如參考DE 43 31 992 Al，其公開了 一種用于分配電能的 防止故障電弧的格子形(zellenartig )開關(guān)裝置。在DE43 45 170A1 中也介紹了一種用于開關(guān)裝置的故障電弧保護(hù)設(shè)備，其中實(shí)際的開關(guān)或保護(hù)器由來自至少一個(gè)光敏傳感器和非光敏傳感器的"與"邏輯信 號(hào)操縱。實(shí)際的短路器包括線圏，其中短路器由于由感應(yīng)電流在處于短路。儲(chǔ)能源和線圏應(yīng)該這樣確定尺寸，即使得在0.1 ms到2 ms之 間的時(shí)間中實(shí)現(xiàn)所提到的金屬短路。在根據(jù)DE 197 46 815 Al的用于分配電能的裝置中的短路器中， 設(shè)置具有短路器活塞(Kurzschliesserkolben )的由氣體發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的 短路元件。這樣的短路器活塞應(yīng)該與制造公差無關(guān)地執(zhí)行最優(yōu)沖擊運(yùn) 動(dòng)(Stossbewegung ), 并同時(shí)是運(yùn)輸安全的(transportgesichert)。例如在DE 94 19 141 US、 DE 197 46 815 Al和DE 42 35 329 C2 中介紹了現(xiàn)有技術(shù)中的其他典型的短路器。這里區(qū)分可多次使用的和 一次作用的設(shè)備。可重復(fù)使用的短路器非常昂貴并且成本很高。對(duì)于 一次作用的短路器，通常使用爆炸式加載(Sprengladung )或氣體發(fā) 生器來使電極相互移動(dòng)，這當(dāng)然對(duì)于生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用需要特別的保護(hù)措施o根據(jù)DE 42 35 329 Al，現(xiàn)有技術(shù)中提供了 一種短路設(shè)備，其由 至少一個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成，以故障識(shí)別設(shè)備的觸發(fā)信號(hào)來操縱該開關(guān)元 件。那里所提供的短路器在接收電極之間包括至少兩個(gè)開關(guān)元件，并 且包括導(dǎo)電的部件或區(qū)域。由于導(dǎo)電部件中既在開關(guān)元件中又在短路 器中直接流動(dòng)的電流，所以至少一個(gè)可移動(dòng)或可變形的導(dǎo)電區(qū)域相對(duì) 于電極被擠壓，并因此產(chǎn)生金屬短路。在該已知短路設(shè)備中，響應(yīng)時(shí) 間不足，并且設(shè)計(jì)的總裝置在制造方面成本很高。在根據(jù)專利文獻(xiàn)DE 103 13 045 B3的教導(dǎo)中，提供了 一種在低壓 和中壓裝置中使用的短路設(shè)備，其同樣包括開關(guān)元件，該開關(guān)元件由 故障識(shí)別設(shè)備的觸發(fā)信號(hào)操縱。根據(jù)該發(fā)明，開關(guān)元件是可觸發(fā)的過 電壓保護(hù)設(shè)備，其可通過電流或電壓脈沖而導(dǎo)致響應(yīng)并在故障情況下 是可損壞的。至少一個(gè)接收過電壓保護(hù)設(shè)備的電極處于機(jī)械預(yù)應(yīng)力的 狀態(tài)下，并且可在相對(duì)設(shè)置的電極的方向上運(yùn)動(dòng)，其中過電壓保護(hù)設(shè) 備構(gòu)成電極隔離物，電極隔離物在損壞的情況下使得可以使電極接觸，從而構(gòu)成短路。前面所提到的開關(guān)元件可以是由可觸發(fā)的過電壓保護(hù)設(shè)備和具有可調(diào)節(jié)或限定的熔化積分(Schmelzintegral)的設(shè)備構(gòu)成的串聯(lián)電 路。在該串聯(lián)電路中，在故障情形下僅具有限定的熔化積分的設(shè)備可 被損壞。在一種實(shí)施方式中，前面所提到的設(shè)備是玻璃管熔斷器、線 性或非線性的電阻器、變阻二極管、低熔點(diǎn)金屬或金屬合金、半傳導(dǎo) 性或傳導(dǎo)性的陶瓷、這樣的玻璃等。為了產(chǎn)生機(jī)械預(yù)應(yīng)力和電極相對(duì) 運(yùn)動(dòng)，根據(jù)DE 103 13 045 B3使用張力彈簧或壓力彈簧。而且，根據(jù) 與其相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)，電極作為具有對(duì)電極(Gegenelektrode ) 的罐(T叩f)的實(shí)施方式是常用的，其中對(duì)電極具有浸入罐中的凸模 形狀(Stempelform )。但是，在其他試驗(yàn)結(jié)果中已經(jīng)顯示，針對(duì)短路器的功能特性實(shí)現(xiàn) 和優(yōu)化消耗元件具有很大的并且特別的意義。優(yōu)化短路設(shè)備的基本目 的在于實(shí)現(xiàn)主觸頭盡可能快的閉合運(yùn)動(dòng)和開關(guān)元件的非常小的栽荷， 其中消耗元件主要影響這兩個(gè)參數(shù)。發(fā)明內(nèi)容由此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種進(jìn)一步改進(jìn)的在低壓和中壓裝 置中使用的用于部件和人員保護(hù)的短路設(shè)備，其中該短路設(shè)備應(yīng)該具 有經(jīng)濟(jì)制造的消耗元件，該消耗元件導(dǎo)致開關(guān)元件的最小化的栽荷， 并且具有盡可能高的導(dǎo)電性以使換向時(shí)間最小，同時(shí)具有更高的機(jī)械 強(qiáng)度，以使用高彈力，從而減小運(yùn)動(dòng)時(shí)間。通過根據(jù)權(quán)利要求1或12的特征組合的短路設(shè)備來解決本發(fā)明的任務(wù)，其中還涉及根據(jù)本發(fā)明的利用根據(jù)本發(fā)明的短路設(shè)實(shí)現(xiàn)低壓 裝置中的短路的方法。在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的在低壓和中壓裝置中使用的用于部 件和人員保護(hù)的根據(jù)本發(fā)明的短路設(shè)備中，包括可由故障識(shí)別設(shè)備的 觸發(fā)信號(hào)操縱的開關(guān)元件。此外，還設(shè)置具有饋電裝置的兩個(gè)相對(duì)設(shè) 置的接觸電極，其中接觸電極在電路上可與不同電勢(shì)的端子接觸。此外，在機(jī)械預(yù)應(yīng)力之下，接觸電極在短路情況下彈力支持地實(shí) 現(xiàn)相互的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。作為接觸電極之間隔離物設(shè)置的消耗元件在一側(cè)與開關(guān)元件電 連接，在另一側(cè)與接觸電極之一電連接，以便有針對(duì)性地導(dǎo)致取決于 電流流動(dòng)的熱損壞。根據(jù)本發(fā)明，消耗元件被構(gòu)造為由高熔點(diǎn)金屬材料構(gòu)成的薄壁空 心圓筒。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，可能在空心圓筒中容納導(dǎo)電物質(zhì)。 空心圓筒是由耐壓材料構(gòu)成的構(gòu)造，其中前面所提到的填充被實(shí)施為例如^f氐熔點(diǎn)金屬。為了避免過高的熔化積分值(Schmelzintegralwert)， 可以代替部分填充，還在空心圓筒和實(shí)際導(dǎo)電物質(zhì)之間設(shè)置具有很小 的機(jī)械強(qiáng)度或還具有很小的耐熱性的絕緣層。對(duì)于消耗元件、即空心圓筒的期望的損壞，位于內(nèi)部的物質(zhì)被釋 放，并且可以在閉合或完全接觸之前，還沒有主觸點(diǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的情況 下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的短路或支持這樣的短路。空心圓筒可以被設(shè)置在接觸電極的間隙中，并且被引導(dǎo)使得提供 很小的過渡電阻。在本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)變體中，絕緣體和輔助電極位于在固 定的接觸電極中，其中輔助電極與消耗元件連接。接觸電極的相對(duì)側(cè)或相對(duì)設(shè)置的面可以具有在短路情形下在接 觸時(shí)產(chǎn)生定心作用的互補(bǔ)圓錐形。有利地，空心圓筒的直徑與壁厚之比被選擇為大于10: 1。通過空心圓筒中限定的結(jié)構(gòu)或壁厚波動(dòng)，可以形成電流路徑，從 而對(duì)于電流負(fù)荷產(chǎn)生不均勻的加熱，并伴隨機(jī)械強(qiáng)度的損失產(chǎn)生形 變。在該情形下，以有利的方式保持接觸電極之間的傳導(dǎo)性連接，但 是空心圓筒的機(jī)械阻力降低，從而在短路器的彈力的作用下可以快速 轉(zhuǎn)換到閉合狀態(tài)?？稍诮佑|電極之間構(gòu)造空腔，以便容納被損壞消耗元件的部件， 即在短路情況下不影響期望的低電阻接觸連接。在接觸電極之間，在閉合狀態(tài)下工作的排氣通道或排氣孔工作， 以尤其在產(chǎn)生電弧的情況下，由短路情形下的壓力增高產(chǎn)生對(duì)接觸電 極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)閉合滯后地產(chǎn)生反作用的力。用于產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的設(shè)備可以被構(gòu)造為壓力彈簧、盤形彈簧或類似 彈簧裝置。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，消耗元件是由具有低熔化積分的傳 導(dǎo)性材料構(gòu)成的線或棒，其中消耗元件在機(jī)械預(yù)應(yīng)力下處于拉伸狀 態(tài)。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方式中，有利地，在接觸電極之間設(shè)置迷宮 形的相互嚙合的密封件，以便在電弧形成和壓力形成時(shí)實(shí)現(xiàn)活塞形可 動(dòng)接觸元件的運(yùn)動(dòng)支持。在本發(fā)明第二實(shí)施方式的一種結(jié)構(gòu)中，可動(dòng)的接觸電極可以形成 兩個(gè)電氣端子之間的接觸橋?？蓜?dòng)的接觸電極可以被構(gòu)造為容積式凸模(Verdraengungsstempel)，其與固定的罐接觸電極一起工作,其中 傳導(dǎo)性的低熔點(diǎn)物質(zhì)位于在罐接觸電極中，該物質(zhì)在浸沒凸模時(shí)在相 對(duì)設(shè)置的接觸段之間形成附加的電橋。在該情形下，低熔點(diǎn)的物質(zhì)從 相應(yīng)電極的罐區(qū)域中穿出，并到達(dá)相對(duì)設(shè)置的接觸電極的剩余裂縫 中。在利用根據(jù)本發(fā)明的短路設(shè)備在低壓裝置中產(chǎn)生短路的方法中， 從分級(jí)(gestaffelt)接通短路設(shè)備出發(fā)。這里，在確定故障情形之后首先執(zhí)行開關(guān)元件的短期驅(qū)動(dòng)。然后， 借助于消耗元件和端子阻抗限制流過開關(guān)元件的短路電流，然后實(shí)現(xiàn) 從故障位置到短路器的電流換向。然后，短路電流在預(yù)定時(shí)間之后被開關(guān)元件中斷，并且以電網(wǎng)電壓重新對(duì)裝置進(jìn)行加載。在故障部位的足夠強(qiáng)度恢復(fù)的情況下，保持對(duì)裝置的供電。短路設(shè)備通知所出現(xiàn)的故障，并由此指明裝置的必要檢驗(yàn)。但是，如果故障情形保持，則重新并持續(xù)地驅(qū)動(dòng)短路器的開關(guān)元件。在這種情況下，短路器的消耗元件被過載，并產(chǎn)生強(qiáng)制斷開裝置 的持續(xù)的金屬短路。


以下借助于實(shí)施例并參考附圖更詳細(xì)地描迷本發(fā)明。其中圖1示出了短路設(shè)備的第一實(shí)施方式，具有加壓后的可動(dòng)的接觸 電極和空心圓筒狀消耗元件；圖2示出了與圖1類似的一個(gè)實(shí)施方式，但是具有至少部分被填 充以傳導(dǎo)性物質(zhì)的空心圓筒狀消耗元件；圖3示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式的第一變體，具有拉力加栽的棒 或線作為彈簧元件；圖4示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式的第二變體，具有拉力加載的消 耗元件；圖5示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式的第三變體，具有拉力加栽的消 耗元件；圖6示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式的第四變體，具有拉力加載的消 耗元件和包括待排壓的傳導(dǎo)性物質(zhì)的罐電極；并且圖7示出的框圖說明了以分級(jí)接通實(shí)現(xiàn)低壓裝置中短路的方法。
具體實(shí)施方式
在以下的實(shí)施例中，對(duì)于相同或相同工作的元件使用相同附圖標(biāo)記。根據(jù)實(shí)施例，消耗元件5對(duì)于短路設(shè)備的有效工作方式具有特別 的意義。優(yōu)化短路設(shè)備的目的在于實(shí)現(xiàn)主接觸電極盡可能快的閉合運(yùn) 動(dòng)以及開關(guān)元件非常小的載荷。除了接觸隙距、被移動(dòng)觸點(diǎn)質(zhì)量、有 效反作用之外，主觸點(diǎn)的閉合運(yùn)動(dòng)速度還主要由所使用的彈簧4的力 -位移行程特征曲線(Kraft-Weg-Kennlinie )確定?？嚲o狀態(tài)下初始 力越大，并且短路器閉合狀態(tài)下剩余力越大，主觸點(diǎn)的閉合時(shí)間就越短。被移動(dòng)觸點(diǎn)的質(zhì)量和彈簧力在繃緊狀態(tài)下永久地作用于消耗元 件上，并且要求一定的機(jī)械強(qiáng)度。另 一方面，消耗元件應(yīng)該盡可能已經(jīng)由于能量供應(yīng)很小而被過 栽，并且導(dǎo)致相應(yīng)主觸點(diǎn)、即各自接觸電極的期望運(yùn)動(dòng)。直到故障電 流被電流換向到主觸點(diǎn)，開關(guān)元件被加載以故障電流。該載荷越小， 用于開關(guān)元件的花費(fèi)就可以被保持得越小。除了開關(guān)元件的花費(fèi)和保 護(hù)之外，消耗元件的快速過栽還用于快速地降低短路路徑的阻抗，因 為在主觸點(diǎn)閉合后實(shí)現(xiàn)了純金屬短路。因此，開關(guān)元件的阻抗、并且 在可能情況下還有存在的電弧阻抗和消耗元件的基本上歐姆性電阻 被從故障電路中消除。根據(jù)本發(fā)明的消耗元件具有以下特性。材料的熔化積分(ft值) 很小，以使開關(guān)元件的載荷最小化。消耗元件具有高的導(dǎo)電性，以使 換向時(shí)間最小化，并且具有高的機(jī)械強(qiáng)度，以使用高彈力，從而期望 地減小接觸電極的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。此外，在消耗元件損壞時(shí)只存在很小的 電弧電壓，以實(shí)現(xiàn)短的換向時(shí)間。反作用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的力、如產(chǎn)生的 壓力增大被避免或減小。這樣設(shè)計(jì)尤其是空心圓筒狀的材料的損壞關(guān) 系，即使得不產(chǎn)生對(duì)接觸電極的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的影響。如圖l和2中所示，消耗元件5被構(gòu)造為薄壁的空心圓筒。鋼或 鐵合金由于機(jī)械強(qiáng)度高而特別適于作為空心圓筒的材料。具有高的單 位熔化積分值的材料、如銅或銀在足夠的機(jī)械強(qiáng)度的情況下產(chǎn)生開關(guān) 元件的相對(duì)更高的載荷。這樣選擇薄壁空心圓筒的幾何形狀，使得直徑與壁厚之比基本上 大于10: 1。在相同熔化積分的情況下，該幾何形狀相對(duì)于同樣材料 的實(shí)心圓筒具有明顯更高的機(jī)械強(qiáng)度。這允許預(yù)先給定更大的彈力，并保證更快的接觸電極閉合時(shí)間。相對(duì)于實(shí)心材料(Vollmaterial)，根據(jù)本發(fā)明的空心圓筒尤其 在直徑為幾毫米的情況下具有另一以下說明的優(yōu)點(diǎn)。由于空心圓筒上或中電流分布的不對(duì)稱性很小，所以在電流負(fù)荷高并且熔斷時(shí)間短的情況下，空心圓筒本身不均勻地加熱和融化。該 效應(yīng)可以有意地通過接觸部位上的電流通過或通過圓筒的結(jié)構(gòu)化而 被促進(jìn)。原則上，也可以想到結(jié)構(gòu)的材料影響，或還使用復(fù)合材料。該不均勻加熱在小到中等電流負(fù)荷(熔斷時(shí)間分鐘直到幾毫秒) 的情況下導(dǎo)致空心圓筒的形變?？招膱A筒在該過程中還近似突然地失 去其機(jī)械強(qiáng)度，由此壓縮圓筒并閉合短路器的主觸點(diǎn)。這種方式的閉 合過程特別有利，因?yàn)檫^程本身在短路器中沒有值得注意的電弧地進(jìn) 行。因此，不產(chǎn)生附加的阻抗和壓力波，其可能在本發(fā)明的第一實(shí)施 方式中反作用于接觸閉合。在高電流的情況下，空心圓筒同樣不均勻地熔化或汽化，由此各個(gè)金屬橋保持存在，并因此短路器的無電弧特性保持在kA范圍中。這里，電弧幾乎在空心圓筒完全被汽化并且主觸點(diǎn)可能還沒有被 完全閉合時(shí)首次產(chǎn)生。對(duì)于高電流強(qiáng)度下電弧點(diǎn)火(Lichtbogenzuendung )的情況，可 以設(shè)置更大的空腔或還設(shè)置排氣管路，其限制壓力形成，并因此限制 所產(chǎn)生的反作用力。消耗元件、主觸點(diǎn)和氣流的布置被這樣選擇或設(shè)計(jì)，即使得在電 孤點(diǎn)火時(shí)，電弧立即被開關(guān)元件9從輔助路徑換向到這兩個(gè)接觸電極 2和6。由此，在這種情況下，開關(guān)元件9已經(jīng)在接觸電極閉合之前 ,皮卸載電流纟充動(dòng)。為了即使在最大電流的情況下也保證沒有電弧，附加地還可以在 主觸點(diǎn)閉合之前實(shí)現(xiàn)另一個(gè)電流轉(zhuǎn)移級(jí)。這里，可以使用滑動(dòng)觸點(diǎn)或 低熔點(diǎn)材料。根據(jù)圖1和2所示，因此存在具有可動(dòng)的接觸電極元件2的導(dǎo)電 外殼l,接觸電極元件在彈簧4的作用下被預(yù)加應(yīng)力。借助于隔離物 3將可動(dòng)的接觸電極2相對(duì)于導(dǎo)電外殼1隔離。在固定的接觸電極6 的中央設(shè)置用于開關(guān)元件9的輔助觸點(diǎn)8以及用于開關(guān)元件9的端子。 此外，這里還存在相對(duì)于導(dǎo)電外殼1并相對(duì)于接觸電極6的隔離物7。用附圖標(biāo)記10表示傳導(dǎo)性物質(zhì)，其可以被用作完全地或部分地填充空心圓筒消耗元件5。在根據(jù)圖2的實(shí)施方式中，傳導(dǎo)性物質(zhì)IO可以例如被構(gòu)造為低 熔點(diǎn)金屬或傳導(dǎo)性流體。如圖3至6所示，如圖1和2所示的短路器的基本構(gòu)造可以從工 作原理出發(fā)被反轉(zhuǎn)。根據(jù)圖3，消耗元件5不被彈簧預(yù)應(yīng)力加載以耐壓強(qiáng)度，而是發(fā) 生對(duì)拉力的負(fù)荷。該實(shí)施方式使得可以使用便宜的線或棒作為消耗元件5。第二實(shí) 施方式的消耗元件除了該構(gòu)造所必需的高抗拉強(qiáng)度之外還具有低的 熔化積分。在也構(gòu)成到消耗元件5的過渡區(qū)域的導(dǎo)板11上設(shè)置用于 開關(guān)元件9的輔助電極8和相應(yīng)的端子。根據(jù)圖3，彈簧4具有導(dǎo)板 12，其與用于力傳輸?shù)脑?3—起被用于可動(dòng)的接觸電極14。元件12和13構(gòu)成迷宮式密封，從而在密封內(nèi)部壓力提高的情況 下保證活塞狀的可動(dòng)的接觸電極14的運(yùn)動(dòng)支持。通過使用例如由鋼支撐的抗拉的線，可以在彈力非常高的情況下 實(shí)現(xiàn)消耗元件5的非常小的熔化積分。這允許使用廉價(jià)的開關(guān)元件9， 并可以實(shí)現(xiàn)接觸電極的非常小的開關(guān)時(shí)間。與根據(jù)圖l和2的實(shí)施形式不同，在根據(jù)圖3至6的形式中，由 電弧產(chǎn)生的壓力波不反作用于接觸電極的閉合運(yùn)動(dòng)，而是可以被用于 加速該運(yùn)動(dòng)，如參考活塞狀構(gòu)造介紹接觸電極之一那樣。但是替換地 還存在這樣的可能性，即在合適的材料選擇的情況下通過部件12和 13的構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)類似于滑動(dòng)觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，其引導(dǎo)電流直到主觸點(diǎn)閉 合。為此，在持續(xù)的傳導(dǎo)性接觸時(shí)，調(diào)整消耗元件與部件12和13之 間的電流分布是必需的。但是也可以想到，部件12和13在最小運(yùn)動(dòng) 之后才電氣接觸，或通過由于消耗元件5上電弧點(diǎn)火而產(chǎn)生的很小距 離的滑動(dòng)擊穿(Gleitueberschlag )或擊穿形式的電壓擊穿來實(shí)現(xiàn)接觸。在根據(jù)圖l至3所示的實(shí)施方式以及必要的接觸電極的高的電流 承載能力(Stromtragfaehigkeit)中，包括接觸部位的接觸電極分別 可以被可運(yùn)動(dòng)地實(shí)現(xiàn)可能是有問題的。這除了對(duì)接觸部位的高要求之外還導(dǎo)致很大的被移動(dòng)質(zhì)量，并因此導(dǎo)致高的接觸壓力。但是，可以 通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)變體來降低質(zhì)量和必需的接觸壓力。此外，還可以使用這樣的構(gòu)造，即其中電動(dòng)力支持被移動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)。圖4示出了一個(gè)實(shí)施變體，具有線形消耗元件5，即目的是減小 被移動(dòng)質(zhì)量，這原則上還可在處于根據(jù)圖1的彈簧壓力下的管狀消耗 元件中想到。根據(jù)圖4的接觸電極6和14被固定地實(shí)現(xiàn)，并且只使用可動(dòng)的 接觸板15，該可動(dòng)的接觸板對(duì)于接觸電極6和14構(gòu)成橋。圖4中原理性示出的結(jié)構(gòu)也可以與圖5所示類似地同軸對(duì)稱地實(shí)現(xiàn)。該實(shí)施變體的優(yōu)點(diǎn)在于接觸板15的很小的待移動(dòng)質(zhì)量、以及對(duì) 于在根據(jù)圖5的實(shí)施方式中被中心地實(shí)現(xiàn)的固定的主電極6或14之 一和接觸板15之間的連接的動(dòng)態(tài)栽荷及電流承栽能力的要求很小。原則上，也可以通過滑動(dòng)觸點(diǎn)從固定的電極之一出發(fā)實(shí)現(xiàn)到接觸 板或到消耗元件的電流饋送。為此存在這樣的可能性，即部件15通過滑動(dòng)觸點(diǎn)導(dǎo)電地連接到 第一固定主電極6。根據(jù)示例性顯示同軸構(gòu)造的圖5和6所示，第二 固定接觸電極或主電極14通過部件17而相對(duì)于外殼1隔離。在根據(jù)圖6的結(jié)構(gòu)中，可以在第二固定主電極14的底部還設(shè)置 低熔點(diǎn)焊料10或類似材料。該焊料物質(zhì)10可以在加熱時(shí)在固定設(shè)置 的觸點(diǎn)6和14之間被擠壓，從而顯著提高傳導(dǎo)性接觸面的大小。在圖6所示的情況下，固定的主電極14被構(gòu)造為罐電極，其中 可動(dòng)接觸板15在浸入熔化焊料10中時(shí)如前面所述的那樣擠排焊料。在使用自消開關(guān)元件、如火花隙或晶閘管時(shí)，所述的短路設(shè)備還 允許使用尤其在低壓范圍中有意義的操作方法來實(shí)現(xiàn)金屬短路。在高壓和中壓范圍中，經(jīng)常通過隔離段的老化或污染作為飛弧 (Ueberschlag )或作為擊穿而在裝置中形成短路。該隔離段被持續(xù)地 損壞，并在重新接通電網(wǎng)電壓時(shí)會(huì)導(dǎo)致重復(fù)的故障情形。相反在低壓下，經(jīng)常只因?yàn)樗^的短時(shí)短路(Wischern)-即 在低壓范圍中通過不同電勢(shì)的短時(shí)傳導(dǎo)性連接或通過與只非常小的 電流承栽能力相連而產(chǎn)生的短路-而產(chǎn)生短路。由于老化或污染而持續(xù)地?fù)p壞隔離物作為裝置范圍中短路的原 因很少。裝置內(nèi)的維護(hù)費(fèi)用經(jīng)常由于持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的故障電弧的作用才 產(chǎn)生。如果相反，故障電弧的影響被強(qiáng)烈地限制，則可能不需要經(jīng)常 立即維護(hù)。由于低壓裝置中故障產(chǎn)生和故障持續(xù)時(shí)間的特殊性，對(duì)于 使用短路器以減小故障電弧的作用產(chǎn)生特殊的情形。在快速動(dòng)作的短路器中，實(shí)現(xiàn)第一故障電流半波內(nèi)的短路，持續(xù) 直到被上級(jí)保護(hù)設(shè)備斷開。因此，整個(gè)裝置與電網(wǎng)分隔開。由此，有 時(shí)已經(jīng)在可能出現(xiàn)的自消短時(shí)短路時(shí)由于斷開而產(chǎn)生高的使用故障。 如果相反短路器響應(yīng)的時(shí)間被延遲，則在實(shí)際損壞情況下對(duì)裝置的損 壞顯著地提高。而且產(chǎn)生明顯更高的維護(hù)費(fèi)用。而且，通過短路器的 延遲，無法想象可能需要的人員保護(hù)。通過使用根據(jù)本發(fā)明的具有消耗元件和開關(guān)元件串聯(lián)電路的短 路器，可以滿足看起來矛盾的要求，即一方面要求高的裝置可用性， 另一方面要求強(qiáng)的損壞限制。根據(jù)本發(fā)明的短路實(shí)現(xiàn)方法的原理基于具有以下時(shí)間特性的短 路器的分級(jí)接通。在確定故障情形、例如裝置中的故障電弧之后，短路器的開關(guān)元 件被短時(shí)地驅(qū)動(dòng)。可能通過開關(guān)元件的短路電流被消耗元件和短路及 開關(guān)元件的阻抗限制。電流從故障位置換向到短路器。在可設(shè)置的時(shí) 間之后，開關(guān)元件中斷短路電流，并且裝置和故障位置被加載以電網(wǎng) 電壓。在短時(shí)短路和故障部位足夠恢復(fù)強(qiáng)度的情況下，保持對(duì)裝置的 供電。短路器通知所出現(xiàn)的故障，并因此指示必要的裝置檢查。如果故障情形保持，則短路器的開關(guān)元件被重新持續(xù)地驅(qū)動(dòng)。在 這種情況下，短路器的消耗元件過載，并產(chǎn)生強(qiáng)制關(guān)斷裝置的持續(xù)的 金屬短路。在所述技術(shù)方案中，消耗元件被這樣設(shè)計(jì)，即使得可以已經(jīng)在最小的電流載荷(低I2t值)之后實(shí)現(xiàn)金屬短路。因此，在這種情況下 所使用的開關(guān)元件必須只具有非常小的電流承載能力或很小的斷流 容量。為了使用所述方法，在保持結(jié)構(gòu)的情況下建議不同地設(shè)計(jì)消耗元 件和開關(guān)元件。作為幾乎相反地優(yōu)化所述短路器的替換，但是可以簡(jiǎn) 單地通過并聯(lián)路徑為所述方法訓(xùn)練該短路器。因此，經(jīng)濟(jì)且滿足需求 的簡(jiǎn)單短路器改進(jìn)可以隨時(shí)用于所述方法。圖7示出了對(duì)于另一路徑并聯(lián)電路的原理示圖。附加的并聯(lián)路徑 主要由具有中等到高電流承載能力和斷路容量的可驅(qū)動(dòng)的開關(guān)元件 17構(gòu)成。此外，可以設(shè)置阻抗16。借助于阻抗得到這樣的可能性， 即例如通過非線性阻抗影響短路電流的大小或電流平方脈沖。這一方 面在開關(guān)元件的第一時(shí)間受限轉(zhuǎn)接時(shí)避免電網(wǎng)的可能過電流或欠電 壓保護(hù)設(shè)備的響應(yīng)方面可能是有意義的，而且另一方面在功率很小的能是有意義的。但是，阻抗16的大小應(yīng)該不超過幾百mQ,因?yàn)榉駝t強(qiáng)烈地阻 礙故障電流到總設(shè)備的換向(短路路徑1和2)。有利地，阻抗應(yīng)該小于幾mn。尤其是半導(dǎo)體開關(guān)、例如晶閘管或IGBTs;但是可觸發(fā)的真空 開關(guān)和火花隙同樣也適于作為開關(guān)元件17。
權(quán)利要求
1.一種在低壓和中壓裝置中使用的用于部件和人員保護(hù)的短路設(shè)備，包括開關(guān)元件，所述開關(guān)元件可由故障確定設(shè)備的觸發(fā)信號(hào)操縱；兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的具有饋電裝置的接觸電極，其中所述接觸電極在電路上可與不同電勢(shì)的端子接觸，而且所述接觸電極在機(jī)械預(yù)應(yīng)力下在短路情形中彈力支持地執(zhí)行相互的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；消耗元件，作為所述接觸電極之間的隔離物，并且在所述消耗元件和開關(guān)元件作為一側(cè)、所述接觸電極之一作為另一側(cè)之間具有電連接，以便有針對(duì)性地產(chǎn)生所述消耗元件的取決于電流流動(dòng)的熱損壞；其特征在于，所述消耗元件是由高熔點(diǎn)金屬材料構(gòu)成的薄壁空心圓筒，其中所述空心圓筒的直徑與壁厚之比大于10∶1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的短路設(shè)備，其特征在于，在所述空心圓筒 中容納導(dǎo)電物質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的短路設(shè)備，其特征在于，在所述導(dǎo)電物質(zhì) 和所述空心圓筒之間設(shè)置機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性比所述空心圓筒的材料 更小的隔離層。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的短路設(shè)備，其特征在于，所述 空心圓筒被放置并引導(dǎo)到所述接觸電極的間隙中。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的短路設(shè)備，其特征在于，絕緣 體和輔助電極位于固定的接觸電極中，其中所述輔助電極與所述消耗 元件連接。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的短路設(shè)備，其特征在于，所述 接觸電極的相對(duì)側(cè)包括互補(bǔ)圓錐形。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的短路設(shè)備，其特征在于，所述 空心圓筒包括在壁厚上分布的結(jié)構(gòu)，用于形成電流路徑，從而在電流 加載時(shí)產(chǎn)生不均勻的加熱并且伴隨機(jī)械強(qiáng)度的損耗產(chǎn)生形變。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的短路設(shè)備，其特征在于，在所 述接觸電極之間構(gòu)造空腔，以便容納部分被損壞的消耗元件。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的短路設(shè)備，其特征在于，在所 述接觸電極之間，排氣通道或排氣孔還在閉合狀態(tài)下工作。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的短路設(shè)備，其特征在于，產(chǎn)生 預(yù)應(yīng)力的設(shè)備是壓力彈簧。
11. 一種在低壓和中壓裝置中使用的用于部件和人員保護(hù)的短路 設(shè)備，包括開關(guān)元件，所述開關(guān)元件可由故障確定設(shè)備的觸發(fā)信號(hào)操縱；兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的具有饋電裝置的接觸電極，其中所述接觸電極在 電路上可與不同電勢(shì)的端子接觸，而且所述接觸電極在機(jī)械預(yù)應(yīng)力下 在短路情形中彈力支持地執(zhí)行相互的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或如果處于預(yù)應(yīng)力之 下的接觸元件執(zhí)行到所述接觸電極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則所述接觸電極被所 述接觸元件橋接；消耗元件，作為所述接觸電極之間的隔離物，并且在所述消耗元 件和開關(guān)元件作為一側(cè)、所述接觸電極之一作為另一側(cè)之間具有電連 接，以便有針對(duì)性地產(chǎn)生所述消耗元件的取決于電流流動(dòng)的熱損壞；其特征在于，所述消耗元件是由熔化積分很小的傳導(dǎo)性材料所構(gòu)成的線或棒，其中所述消耗元件在機(jī)械預(yù)應(yīng)力下處于拉伸狀態(tài)，并且在所述接觸電 極之間設(shè)置迷宮形的相互嚙合的密封元件，以便在電弧形成和壓力生 成時(shí)產(chǎn)生活塞狀可動(dòng)接觸電極或橋狀接觸元件的運(yùn)動(dòng)支持。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的短路設(shè)備，其特征在于，所述可動(dòng)接觸 電極在兩個(gè)電氣端子之間構(gòu)成接觸橋。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11的短路設(shè)備，其特征在于，所述開關(guān)元件 被連接到所述可動(dòng)的接觸電極上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11的短路設(shè)備，其特征在于，所述開關(guān)元件 被連接到所述固定的接觸電極上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11的短路設(shè)備，其特征在于，所述可動(dòng)的接 觸電極被構(gòu)造為與固定的罐接觸電極一起工作的容積式凸模，其中傳 導(dǎo)性的低熔點(diǎn)物質(zhì)位于所述罐接觸電極中，所述物質(zhì)在浸沒凸模時(shí)在 相對(duì)設(shè)置的接觸段之間形成附加的電橋。
16. —種利用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的短路設(shè)備在低壓裝置 中實(shí)現(xiàn)短路的方法，其特征在于，包括具有以下步驟的短路設(shè)備的分 級(jí)接通在確定故障情形之后短時(shí)驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件；借助于消耗元件并通過端子的阻抗及開關(guān)元件本身的阻抗限制 流過開關(guān)元件的短路電流，并將電流從故障位置換向到短路器；在預(yù)定時(shí)間之后由開關(guān)元件中斷短路電流，并以電網(wǎng)電壓重新加 載所述裝置；在所述故障情形保持時(shí)，在可能的情況下重新持續(xù)地驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件；損壞消耗元件，并產(chǎn)生持續(xù)的短路，從而關(guān)斷所述裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在低壓和中壓裝置中使用的用于部件和人員保護(hù)的短路設(shè)備，包括可由故障確定設(shè)備的觸發(fā)信號(hào)操縱的開關(guān)元件；兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的具有饋電裝置的接觸電極，其中接觸電極在電路上可與不同電勢(shì)的端子接觸，而且接觸電極在機(jī)械預(yù)應(yīng)力下在短路情形下彈力支持地執(zhí)行相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且另一部件在到接觸電極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中將其短路；消耗元件，作為接觸電極之間的隔離物，并且具有在消耗元件和開關(guān)元件作為一側(cè)、接觸電極之一作為另一側(cè)之間的電氣連接，以便有針對(duì)性地產(chǎn)生取決于電流流動(dòng)的熱損壞。在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，消耗元件是由高熔點(diǎn)金屬材料構(gòu)成的薄壁空心圓筒。在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，消耗元件是由熔化積分低的傳導(dǎo)性材料構(gòu)成的線或棒，其中與第一實(shí)施方式相反，消耗元件在機(jī)械預(yù)應(yīng)力下處于拉伸狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01T1/00GK101278369SQ200680036189
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者彼得·扎赫曼, 阿恩德·埃爾哈特 申請(qǐng)人:德恩及索恩兩合股份有限公司