SE536707C2 - Anordning för snabb kortslutning och jordning av faserna i ett kraftnät - Google Patents

Abstract

11 S A M M A N D R A G Uppfinningen avser en kopplingsanordning for att kort-sluta och jorda minst två faser i ett elkraftnat. Anord-ningen innefattar en forsta faskontakt (1), en andra fas-kontakt (2) och en jordad, rorlig kontakt (4), vilken kaninta dels ett forsta lage, dar kontakten (4) ar isoleradfrån faserna, dels ett andra lage, dar kontakten ar kopp-lad till faskontakterna och då jordar och kortsluterfaserna. Anordningen kannetecknas av att den forsta fas-kontakten och den andra faskontakten ar axiellt for-skjutna från varandra och att de ar anordnade runt denrorliga kontakten, samt att kontakten ar cylinderformadoch innefattar två stycken i omkretsled anordnade kon-taktomràden (18, 19; 34, 35), vilka ar axiellt förskjutnafrån varandra och avsedda att koppla mot faskontakterna idet andra laget, så att faserna kortsluts och jordas viakontakten, och att anordningen innefattar elektrisktisolerande områden (32; 33), vilka ar anordnade att anligga mot faskontakterna i det forsta laget. Fig. 1

Description

lO l5 20 25 30 35 536707 höjs personsäkerheten och driftstörningen från ett ljus- bågsfel inskränker sig till tiden för kontrollen av fel- orsaken. De materiella skadorna blir då försumbara. Detta förutsätter dock att kortslutningen är fullbordad inom ca 5 ms.

Ett vanligt förfarande vid kortslutning av nätet är att faserna kortsluts sekventiellt, dvs. en fas i taget. I US 2,930,87O visas dock en variant där en kontakt sluter alla faserna momentant genom att faserna är anordnade i ett runtomgående plan kring en jordad kontakt, som kan föras upp och ner för att kortsluta faserna. Den kontakt- anordning som visas i US 2,930,87O är dock komplicerad i sin konstruktion och tämligen otymplig.

Föreliggande uppfinning avser att åstadkomma en anord- ning, som snabbt kortsluter faserna och som är enkel i sitt utförande med få ingående delar och som inte är för- enade med de nackdelar som påvisats med anordningen i US 2,930,870.

Anordningen enligt uppfinningen kännetecknas av att den första faskontakten och den andra faskontakten är axiellt förskjutna från varandra och att de är anordnade runt den rörliga kontakten, samt att den rörliga kontakten är cylinderformad och innefattar två stycken i omkretsled anordnade kontaktområden, vilka kontaktområden är axiellt förskjutna från varandra och att de två kontaktområdena är avsedda att koppla mot de två faskontakterna i det andra läget, så att faserna kortsluts och jordas via den rörliga kontakten, och att anordningen innefattar elekt- riskt isolerande områden, vilka är anordnade att anligga mot faskontakterna i det första läget.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar. 10 15 20 25 30 35 536707 Figur 1 visar en utföringsform av den uppfinningsenliga anordningen i genomskärning, vilken anordning innefattar ett hus, faskontakter, en jordad, fast kontakt, en rörlig kontakt och en Thomsonspole.

Figur 2 visar en alternativ utföringsform av anordningen i figur 1.

Figur 3 visar en föredragen utföringsform av en fas- kontakt.

Figur 4 visar en alternativ utforingsform för jordningen av den rörliga kontakten.

Figur 5 visar en variant av utföringsformen i figur 4.

Den uppfinningsenliga anordningen innefattar ett elekt- riskt isolerande, cylinderformat hus 5 med cylinder- formade väggar 6. I husets 5 väggar 6 är en första fas- kontakt 1, en andra faskontakt 2 och en tredje faskontakt 3 anordnade. På utsidan av huset 5 ar varje faskontakt 1, 2, 3 ansluten till varsin fas i det elkraftnät som anord- ningen verkar i. Faskontakterna 1, 2, 3 är axiellt för- skjutna från varandra, så att nödvändig elektrisk isola- tion erhålles mellan faserna. Huset 5 är lämpligen till- verkat av ett elektriskt isolerande polymermaterial.

Vidare innefattar anordningen en övre, cylinderformad, jordad, fast kontakt 7, vilken visas i figur 1 och 2. Den jordade, fasta kontakten 7 är anordnad i husets 5 övre parti, i centrum av huset 5 och sträcker sig ut ur huset 5 på dess utsida. Nära den fasta kontaktens 7 nedre kant är ett runtomgående kontaktelement 16 anordnat. Mellan den fasta kontaktens mantelyta 8 och husets inre mantel- yta 9 bildas ett hålrum 10. 10 15 20 25 30 35 536707 Anordningen innefattar även en nedre, oylinderformad, axiellt rörlig kontakt 4 med cylinderformade väggar 12.

Den rörliga kontakten 4 är öppen vid dess övre, första ände 13 och har ett stängt bottenparti 24 vid dess nedre, andra ände 14. Den rörliga kontaktens öppna ändparti vid den första änden 13 omsluter den fasta kontakten 7 på ett sådant sätt att den fasta kontaktens 7 kontaktelement 16 är i elektrisk kontakt med den rörliga kontaktens 4 inre mantelyta 15. Den rörliga kontaktens 4 väggar 12, vid den första änden 13, är således belägna i hålrummet 10. Den rörliga kontakten 4 kan inta dels ett första läge, där den rörliga kontakten är isolerad från faskontakterna 1, 2, 3, dels ett andra läge, där den rörliga kontakten 4 är kopplad till de tre faskontakterna och då kortsluter och jordar de tre faskontakterna. Den rörliga kontakten 4 är jordad av den fasta kontakten 7 under hela den rörliga kontaktens 4 rörelse från det öppna, första läget till det kopplade, andra läget.

Den elektriska förbindelsen mellan den rörliga kontakten 4 och faskontakterna 1-3 åstadkommes via tre stycken kon- taktelement 18-20, 21-23. I figur 1 visas en första före- dragen utföringsform, där de tre kontaktelementen 18-20 är anordnade i omkretsled runt väggarna 12 på den rörliga kontaktens 4 yttre mantelyta 25. De tre kontaktelementen 18-20 är axiellt förskjutna från varandra längs den rör- liga kontakten 4 och deras inbördes avstånd har samma avstånd som avstånden mellan de tre faskontakterna 1-3.

Kontaktelementen 18-20 är anordnade att i det kopplade, andra läget koppla mot varsin faskontakt 1-3. I det öppna, första läget befinner sig kontaktelementen 18-20 i en position nedanför sina respektive faskontakter 1-3 och är då elektriskt isolerade från faskontakterna 1-3.

Mellan kontaktelementen 18-20 bildas en isolerande luft- spalt 32, genom att den rörliga kontakten 4 har en dia- meter i detta område som är mindre än ytterdiametern vid kontaktelementen 18-20. I det öppna, första läget 10 15 20 25 30 35 536707 isoleras det översta kontaktelementet 18 av att den rör- liga cylinderns övre, första ande 13 befinner sig nedan- för den första faskontakten 1. De två andra kontaktele- menten 19-20 isoleras av att luftspalten 32 ar i positio- nerna vid de två faskontakterna 2, 3.

I figur 2 visas en alternativ utföringsform av anord- ningen, dar kontaktelementen 21-23 mellan den rörliga kontakten 4 och faskontakterna 1-3 ar anordnade på fas- kontakterna 1-3 vid vaggarnas 6 inre mantelyta 9. Den rörliga kontakten 4 ar har utformad med tre stycken i omkretsled anordnade kontaktytor 34-36 på den rörliga kontaktens mantelyta 25. Kontaktytorna 34-36 är anordnade att i det kopplade, andra laget koppla mot varsin fas- kontakts 1-3 kontaktelement 21-23. I det öppna, första läget befinner sig kontaktytorna 34-36 i en position nedanför sina respektive faskontakter 1-3 och ar då elektriskt isolerade från faskontakterna 1-3. Mellan kon- taktytorna 34-36 är två isolationsomràden 33 anordnade på den rörliga kontaktens mantelyta. I det öppna, första laget isoleras den översta kontaktytan 34 av att den rör- liga cylinderns övre, första ande 13 befinner sig nedan- för den första faskontakten 1. De två andra kontaktytorna 35-36 isoleras av att isolationsomràdena 32 är i positio- nerna vid de två faskontakterna 2, 3.

Gemensamt för de tvà utföringsformerna i figur 1 och 2 ar att den rörliga kontakten 4 har en isolationsstracka 32, 33 mellan den rörliga kontaktens 4 kontaktområden 18-20, 34-36.

För att åstadkomma förflyttningen av den rörliga kon- takten 4 innefattar anordningen en Thomsonspole 17, vil- ken ar anordnad i husets 5 bottenparti och belagen nedan- för den rörliga kontaktens 4 bottenparti 24. Då en kraf- tig strömpuls löper genom Thomsonspolen 17, åstadkommer Thomsonspolen 17 ett magnetfält i den rörliga kontaktens 10 15 20 25 30 35 536707 4 bottenparti 24. Kraften från magnetfältet slungar den rörliga kontakten 4 upp till det kopplade, andra läget, så att faskontakternas 1-3 respektive faser kortsluts och jordas.

I figur 3 visas en föredragen utföringsform av en fas- kontakt 1-3. Faskontakten är utformad som en anslutnings- terminal mot elkraftnätet. Faskontakten uppvisar ett cir- kulärformat urtag 26 för att rymma den rörliga kontakten 4. Urtagets 26 mantelyta 27 är avsedd att vara i elekt- risk kontakt med den rörliga kontakten 4 via kontaktele- menten 18-23. Vid en ände hos faskontakten 1-3 är ett anslutningsparti 28 anordnat för anslutning till en fas i elkraftnätet. I strömbanan mellan anslutningspartiet 28 och det cirkulära urtaget 26 uppvisar faskontakten ett U- format urtag 28, som styr strömmens inmatningsriktning.

De inrusande kortslutningsströmmarna ger upphov till stora magnetiska krafter och det U-formade urtaget 29 förhindrar att dessa krafter kastar den rörliga kontakten 4 i sidled. Urtaget 29 styr och delar den inrusande strömmen så att mekanisk påverkan på den rörliga kon- takten 4 minimeras.

I figur 4 och 5 visas en alternativ utföringsform beträf- fande jordningen av den rörliga kontakten 4. Istället för att använda den övre, fasta kontakten 4 enligt figur 1 och 2, används istället en fast, runtomgäende jordnings- kontakt 30, som är anordnad i väggarna 6 på huset 5.

Jordningskontakten 30 jordar den rörliga kontakten 4 på dess utsida via ett runtomgàende kontaktelement 31, som är anordnat i omkretsled på den rörliga kontaktens 4 yttre mantelyta. I figur 4 är jordningskontakten 31 anordnad i väggarna 6 vid husets 5 bottenparti och kontaktelementet 31 är anordnat nära den rörliga kontak- tens 4 nedre, andra ände 14. I figur 5 är jordnings- kontakten 31 anordnad i väggarna 6 vid husets 5 övre 10 15 20 25 30 35 536707 parti och kontaktelementet 31 är anordnat nära den rör- liga kontaktens övre, första ände 13.

Nämnda kontaktelement 16, 18-23, 31 utgörs lämpligen av en kontinuerligt sammanhängande, spiralformad fjäder med god ledningsförmåga. Det inses dock, att även andra typer av kontaktelement skulle kunna vara tillämpliga att anordnas på den rörliga kontakten 4 och/eller faskontak- terna 1-3.

Vid användning är anordningen normalt i ett öppet, första läge, vilket visas i figur 1 och 2. Den rörliga kontak- tens 4 kontaktomräden 18-20; 34-36 är då belägna nedanför faskontakternas 1-3 kontaktomràden 21-23. I denna posi- tion är den rörliga kontaktens isolationsområden 32, 33 belägna vid faskontakternas kontaktområden 21-23. I händelse av att en ljusbäge detekteras, kommer en ström- puls att trigga Thomsonspolen att slunga iväg den rörliga kontakten 4 till ett kopplat, andra läge (ej visat i figur). Den rörliga kontaktens 4 kontaktomräden 18-20; 34-36 kommer då att vara i positionen vid faskontakternas 1-3 kontaktområden 21-23. Faserna kommer då att kortslu- tas och jordas, sä att ljusbägen släcks.

Genom den rörliga kontaktens 4 unika utformning blir det möjligt att i samma ögonblick kortsluta alla tre faserna momentant. Denna geometri ger en fullbordad kortslutning efter en kort rörelse, vars längd motsvarar en isola- tionssträcka plus kontaktingrepp.

Uppfinningen har ovan beskrivits utifrån specifika utföringsformer. Det inses emellertid, att även andra utföringsformer och varianter är möjliga inom ramen för de efterföljande kraven. Exempelvis är det inte nödvän- digt för uppfinningen att kortsluta samtliga tre faser samtidigt. Anordningen är även tillämpbar att kortsluta endast två av faserna, även om kortslutning av samtliga lO l5 536707 tre faser ar att föredra. Kontaktelementen kan aven de utföras på alternativa satt an vad som visats i ovan- stående utföringsformer med kontaktfjadrar. Även om en Thomsonspole ar att föredra för att flytta den rörliga kontakten 4 från det första laget till det andra laget, inses att även andra typer av kraftgenererande anord- ningar kan användas. Exempel på sådana anordningar kan vara andra typer av spolar eller kraftiga fjaderpaket.

Claims (8)

lO 15 20 25 30 35 536707 P A T E N T K R A V

1. Kopplingsanordning för att kortsluta och jorda minst två faser i ett elkraftnät, vilken anordning innefattar: - en första faskontakt (1), vilken är kopplad till en första fas i elkraftnätet, - en andra faskontakt (2), vilken är kopplad till en andra fas i elkraftnätet, och - en jordad, rörlig kontakt (4), vilken kan inta dels ett första läge, där den rörliga kontakten (4) är isolerad från faserna (1, 2), dels ett andra läge, där kontakten är kopplad till faskontakterna (1, 2) och då jordar och kortsluter faserna med varandra, kännetecknad av att den första faskontakten (1) och den andra faskontakten (2) är axiellt förskjutna från var- andra och att de är anordnade runt den rörliga kontakten (4), samt att den rörliga kontakten (4) är cylinderformad och innefattar två stycken i omkretsled anordnade kon- taktområden (18, 19; 34, 35), vilka kontaktområden är axiellt förskjutna från varandra och avsedda att i det första läget vara belägna på isolerande avstånd från de tvâ faskontakterna (1, 2) men att i det andra läget koppla mot de två faskontakterna (1, 2), så att faserna kortsluts och jordas via den rörliga kontakten (4) för att åstadkomma samtidig kortslutning av faserna, och att anordningen innefattar elektriskt isolerande områden (32; 33), vilka är anordnade att anligga mot faskontakterna (1, 2) i det första läget.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att anord- ningen innefattar en jordad, fast kontakt (7, 30), som jordar den rörliga kontakten (4) i det andra läget.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att den rör- liga kontakten (4) via dess inre mantelyta (15) är i elektrisk kontakt den fasta kontakten (7). lO 15 20 25 30 35 536707

4. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att den rör- liga kontakten (4) via dess yttre mantelyta är i elekt- risk kontakt med den fasta kontakten (30).

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att det elektriskt isolerande området (32) hos den rör- liga kontakten (4) utgörs av en luftspalt (32).

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att luft- spalten (32) bildas av att den rörliga kontaktens dia- meter vid kontaktområdena är större än diametern vid det isolerande området (32).

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att anordningen innefattar en Thomsonspole (17) för att överföra rörelseenergi till den rörliga kontakten (4), då den rörliga kontakten (4) skall röra sig från det första läget till det andra läget.

8. Anordning enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att respektive faskontakt (1, 2) uppvisar en urtagning (29) i dess strömbana för att styra strömmens inmatnings- riktning. 10