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Elektrodynamisches System zur Betätigung der Schaltkontakte eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Leistungsschalters
Die Vergrösserung der Kurzschlussleistung in neuzeitlichen Netzen vermindert die Netzsicherheit, weil alle Netzteile und Anlagen erhöhten Beanspruchungen ausgesetzt sind. Deshalb werden Leistungs- schalter, die bei Überströmen selbsttätig ausschalten, eingesetzt, um u. a. Sammelschienen, Geräte,
Kabel u. dgl. vor den thermischen und dynamischen Auswirkungen des Kurzschlussstromes zu schützen.
Die höchsten Anforderungen an Leistungsschalter in dynamischer Hinsicht werden in Wechselstromnetzen beim Durchlaufen der Scheitelwerte gestellt. Diese Beanspruchungen könnten erheblich herabgesetzt wer- den, wenn es gelänge, den Kurzschlussstrom schon vor dem Auftreten seines ersten Scheitelwertes abzuschalten.
Das erfordert bei Wechselstrom mit der technischen Frequenz von beispielsweise 50 Hz Leistungsschalter mit einer Schaltzeit, die kleiner als 5 ms ist.
Zur extrem flinken Abschaltung elektrischer Ströme ist bereits eine Sprengtrennvorrichtung, bei der Sprengstoff auf die Schaltbewegung einwirkt, bekanntgeworden. Mit dieser Vorrichtung sind Schaltzeiten um 0, 5 ms erreichbar. Sie sind jedoch nur für einmalige einphasige Abschaltungen geeignet, für hinter- einanderfolgende Schaltvorgänge ist eine längere Zwischenzeit erforderlich oder bei sehr kurzer Aufeinanderfolge ein grosser Aufwand notwendig.
Es ist auch ein elektrischer Überstromselbstschalter bekanntgeworden, bei dem vom Kurzschlussstrom erregte Elektromagnete vorgesehen sind, durch deren Ansprechen bei oder vor der Erreichung der elektrodynamischen Abhebestromstärke Kontaktsperrglieder betätigt werden, die die beweglichen Schaltstücke in der abgehobenen Lage vor der endgültigen Ausschaltstellung gegen Rückgang in die Einschaltlage sperren. Hier wird also die kontaktabhebende Wirkung des Kurzschlussstromes zugelassen, und vom Kurzschlussstrom erregte Magnete verhindern, dass der abgehobene Kontakt beim nächsten Stromnulldurch- gang wieder an seinen Gegenkontakt zur Anlage kommt.
Es hat sich nun gezeigt, dass bei Kurzschlussströmen, die die Kontaktsperrglieder noch nicht zu betätigen vermögen, infolge des verminderten Kontaktdruckes Überhitzungen und Verformungen der Kontaktstellen auftreten. Auch kann der Kurzschlussstrom eine bereits zur Kontaktabhebung ausreichende Grösse haben, jedoch ist der Abhebeweg noch so klein, dass die Sperrung nicht einfällt. Kontaktverschweissungen sind dann unvermeidbar.
Es ist auch bereits versucht worden, mit Hilfe der dynamischen Abstossung eine so schnelle Kontakt- öffnung zu erzielen, dass, bevor der volle Kurzschlussstrom zur Auswirkung kommt, bereits vom sich öffnenden Kontakt ein Lichtbogen gezogen wird. Bei einer hiezu bekanntgewordenen Ausführung sind di" dynamische Abstossung der Kontakte und die magnetische Schnellauslösevorrichtung des Schalters derart aufeinander abgestimmt, dass unmittelbar nach dem Abheben der Kontakte bei einer bestimmten Kurzschlussstromstärke von dem magnetischen Schnellauslöser die Verklinkung eines auf einen Schalthebel wirkenden Kraftspeichers freigegeben wird. Beide Vorgänge müssen in einer Zeit erfolgen, die kleiner als eine Halbwelle ist, um strombegrenzend zu wirken.
Der Nachteil dieser Ausführung besteht u. a. darin, dass die zeitliche Abstimmung der Abhebekräfte und der magnetischen Schnellauslösung schwierig ist.
Bei einer andern Ausführungsform sind Schalter im Grunde gleichen Aufbaues in bezug auf ihre Aus-
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res Ende beim Drehpunkt 9 des Schalthebels als ein mit der Schalthebelwelle zusammenarbeitender Anschlag 31, beispielsweise in Form eines Langloches oder eines liegenden U, ausgebildet ist. Weiterhin ist der Anschlagbolzen 26 entfallen und der Schalthebelrücken 10'mit der Druckfeder 25 am unteren statt oberen Teil des Schalthebels 10 angeordnet. An diesem Schalthebelrücken stützt sich die Druckfeder 25
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die gewünschte Überstromauslösung ab.
Ein anderes Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Es unterscheidet sich von den bisher beschriebenen vor allen Dingen dadurch, dass der mittlere Schenkel zwei parallele Tei- le 6, 2'umfasst. Hiebei trägt der zweite Teil 2'ein Kontaktstück 4 eines zweiten Kontaktpaares, dessen
Gegenkontakt 4'auf dem erwähnten äusseren beweglichen Schenkel 6'angeordnet ist. Der Schenkel- teil 2'ist ebenfalls wie Schenkel 2 starr angeordnet und gegen diesen durch ein Isolierstück 3 abgestützt.
Alle andern Bau- und Schaltelemente sind nicht verändert.
Der Kontaktdruck des ersten Kontaktpaares wird bei dieser Anordnung durch die den Anschlagbol- zen 24 umgreifende Druckfeder 22 hergestellt, der des zweiten Kontaktpaares durch die Druckfeder 25, die sich am Schalthebelrücken 10'abstützt und den mit den äusseren beweglichen das Kontaktstück 4" des zweiten Kontaktpaares tragenden Schenkel 6'verbundenen Anschlagbolzen 26 umgreift. Der Anschlagbolzen 26 ist hiebei im Schalthebelrücken geführt. Im Einschaltzustand besteht somit zwischen dem Kopf des Anschlagbolzens und dem Schalthebelrücken ein Abstand (Durchhub) b. Die Druckfedern und die Anschlagbolzen sind hiebei so bemessen, dass die Kontakte des ersten Kontaktpaares gegenüber denen des zweiten Kontaktpaares voreilend schliessen.
Wird das Gerät eingeschaltet, d. h. aus der Stellung nach Fig. 3 in die nach Fig. 1 gebracht, so fliesst der Strom vom Anschlussstück über den starren Schenkel 2 und das flexible Band 8 zum zweiten Scheitel und teilt sich hier in zwei Teilströme. Der erste Teilstrom fliesst wie bei der Anordnung nach Fig. 8 über den mittleren beweglichen Schenkelteil 6, das erste Kontaktpaar 7, 7', die flexible Verbin dung 12 zum äusseren beweglichen Schenkel 6'und weiter über das flexible Band 21 zum Anschlussstück 1'. Der zweite Teilstrom fliesst über den andern mittleren Schenkelteil2', das zweite Kontaktpaar 4, 4', zum äusseren beweglichen Schenkel 6'und von hier aus vereint mit dem ersten Teilstrom zum Anschlussstück l'.
Beginnt ein Kurzschlussstrom zu fliessen, so erhöht sich der Kontaktdruck am ersten Kontaktpaar 7,7' in Abhängigkeit von der Stromstärke, da der das erste Kontaktstück 7 tragende Schenkelteil 6 infolge der auf ihn wirkenden elektrodynamischen Abstossung in RichtungC auszuweichen versucht. Desgleichen wirkt auf den äusseren beweglichen, das Gegenkontaktstück 4'des zweiten Kontaktpaares tragenden Schenkels* eine elektrodynamische Kraft, die der Kontaktdruckkraft der Druckfeder 25 entgegengerichtet ist und diese überwindet. Somit wird das zweite Kontaktpaar 4, 4'getrennt und der Stromweg des zweiten Teilstromes geöffnet.
Der Gesamtstrom fliesst jetzt druckverstärkend über das erste Kontaktpaar 7,7', bis der Schalthebel 10 durch Anschlag des äusseren beweglichen Schenkels 6'an die Verstellschraube 18 des Anschlaghebels 17 in der bereits beschriebenen Weise entsperrt wird. Nunmehr erhält der das zweite Kontaktstück 7'des ersten Kontaktpaares tragende Schalthebel 10 durch die auf den Schenkelteil 6 ausgeübte Kraft eine hohe in Richtung C (also im Ausschaltsinne) wirkende Beschleunigung, so dass nach Beendigung des Durchhubes a das erste Kontaktpaar ebenfalls getrennt wird. Die Ausschaltbewegung des Schalthebels C wird noch durch die Zugfeder 20 unterstützt, die den Schalthebel endgültig an den Klinkenhebel heran und somit in die Aus-Stellung reisst (Fig. 2).
Die weitere Ausschaltbewegung des Schalters über die Freiauslösung und Schaltwelle 13. erfolgt in der bereits beschriebenen Art und Weise.
Der das erste Kontaktstück 7 des ersten Kontaktpaares tragende Schenkelteil 6 kann bei einem der-artigen Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 als zweizinkige, den das Kontaktstück 4 des zweiten Kontaktpaares tragenden Schenkelteil 2'umgreifende Gabel ausgebildet sein. Umgekehrt kann aber auch nach Fig. 5 der das Kontaktstück4 des zweiten Kontaktpaares tragende Schenkelteil 2'als zweizinkige, den das erste Kontaktstück des ersten Kontaktpaares tragende Schenkelteil 6 umgreifende Gabel ausgebildet sein. Beide Ausführungen haben verschiedene elektrodynamische Wirkungen. Es wird z. B. nach Fig. 4 die am ersten Kontaktpaar auftretende Kontaktdruckverstärkung durch die Aufteilung des über den Schenkelteil 6 fliessenden Stromes in Einzelströme gering gehalten.
Sie kann aber auch nach Fig. 5 erhöht werden, da in diesem Falle nur der über das zweite Kontaktpaar fliessende Strom in Einzelströme aufgeteilt wird. Hiebei tritt jedoch eine Verringerung der auslösenden Kraftwirkung ein.
Weitere Änderungen dieser voneinander abhängigenKraftwirkungen können durch entsprechende Bemessungen von Länge und Abstand der einzelnen Schenkel erzielt werden.
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Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, dass mit dem nach Fig. 1 im wesentlichen übereinstimmt. An Stelle des den Schenkelteil 2'gegen den starren Schenkel 2 abstützenden Isolierstücke 3 ist eine im starren Schenkel 2 eingelassene Isolierbuchse 27 vorgesehen. In dieser Buchse, die gleichzeitig der Abstützung des Schenkelteiles 2'dient, ist ein mit diesem Schenkelteil verbundener und von einer Druckfeder 28 umgriffener Anschlagbolzen 29 geführt. Die Druckfeder 28 stützt sich hiebei gegen den Schenkelteil 2'ab. Ihre Kraft ist kleiner als die der Druckfeder 25. Des weiteren ist neben den das erste Kontaktstück 7 des ersten Kontaktpaares tragenden Schenkelteil 6 auch der das Kontaktstück 4 des zweiten Kontaktpaares tragende Schenkelteil 2'im zweiten Scheitel um den Drehpunkt 5 schwenkbar angeordnet.
Beide Schenkelteile 6, 2'sind miteinander'und mit dem starren Schenkel 2 durch das flexible Band 8 verbunden. Alle sonstigen Bau- und Schaltelemente sind unverändert. Beim Einschalten drückt das am oberen Schalthebelrücken 10'befestigte zweite Kontaktstück 7'nicht nur sein Gegenkontaktstück 7 entgegen der Wirkung der Druckfeder 22 um den Durchhub. a zurück, sondern auch das Kontaktstück 4 mit seinem Schenkelteil 2'entgegen dem Druck der Feder 28, um den Durchhub c. Der Schenkelteil 2'legt sich somit in jedem Falle zuerst an die Isolierbuchse 27 an. Erst dann wird die Druckfeder 25 auf ihren vorausbestimmten Auslösewert zusammengedrückt.
Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass sich im Kurzschlussfalle in der Zeit, in der sich gemeinsam der Schenkelteil 2'mit dem Kontaktstück 4 und der äussere Schenkel 6'mit dem Gegenkontaktstück 4'des zweiten Kontaktpaares in Richtung zur Sperrvorrichtung bewegen, der Kontaktdruck an diesem Kontaktpaar voll aufrecht erhalten bleibt. Die Trennung dieses Kontaktpaares erfolgt erst dann, wenn der Durchhub c des Anschlagbolzens 29 null ist. In dieser Bewegungsphase erfolgt die Entsperrung des Schalthebels 10 und die auf den Schenkelteil2' wirken de elektrodynamische Abstossung beschleunigt die Ausschaltbewegung des Schalthebels in bereits geschilderter Weise.
Fig. 7 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 6 insofern, als der äussere bewegliche Schenkel 6' an seinem inneren Ende wieder an einem Drehpunkt 30 angelenkt ist und dass sein äusseres Ende beim Drehpunkt 9 des Schalthebels als ein mit der Schalthebelwelle zusammenarbeitender Anschlag 31, beispielsweise in Form eines Langloches oder eines liegenden U, ausgebildet ist analog dem.
Ausführungsbeispiel nach Fig. 9.
Bei allen Ausführungsbeispielen kann eine mit dem Schalthebel gekuppelte Auslöseeinrichtung vorgesehen sein, die eine bei Leistungsschaltern übliche Freiauslösung entsperrt.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Elektrodynamisches System zur Betätigung der Schaltkontakte eines elektrischen Schalters, ins- besondere eines Leistungsschalters, mit zumindest einem Kontaktpaar, bestehend aus einer s-förmigen drei parallel verlaufende Schenkel aufweisenden Leiterschleife, die an einem Scheitel das Kontaktpaar enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere das eine Kontaktstück (7) tragende Schenkel (6) um den zweiten Scheitel als Drehpunkt (5) in engen Grenzen schwenkbar ist, dass ferner der der Stromzuführung zum zweiten Kontaktstück (7') über eine flexible Zuleitung (12) dienende äussere Schenkel (6') um sein äusseres oder inneres Ende drehbeweglich ist (bei 30 bzw.
9), und dass schliesslich das zweite Kontaktstück von einem vorzugsweise um denselben Drehpunkt (9) schwenkbaren Schalthebel (10, 10') getragen ist, der von einem um denselben Punkt drehbaren Klinkenhebel (11, 11') einerseits unter Zwischenschaltung eines durch Druck des genannten äusseren Schenkels (6') lösbaren Riegels (15) in Schliessstellung gehalten ist, anderseits der Kraft einer in Öffnungsrichtung wirkenden Feder (20) ausgesetzt ist (Fig. 8 und 9).