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Strombegrenzender Niederspannungs-Leistungsschalter
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das sind im Schaltaugenblick etwa 43, 5 MVA.
Diese hohe Leistung müsste in der Lichtbogenlöschkammer zumindest in einer Polbahn umgesetzt werden. Der Aufwand für eine derartige Lichtbogenlöschkammer wäre zu gross und unwirtschaftlich, die Dimensionierung für einen Niederspannungs-Leistungsschalter vermutlich untragbar. Ausserdem wäre bei einem Durchlassstrom von mehr als 100 kA, der von einem strombegrenzenden Leistungsschalter erwartete Schutz der gestörten Anlagenteile gegen Einwirkung elektrodynamischer Kräfte nicht mehr gegeben.
Ausser den angegebenen Nachteilen wird bei strombegrenzenden Leistungsschaltern der herkömmlichen Bauart von einer zumeist schon bei 7 bis 10. J n liegenden Kurzschlussstromhöhe ab die dynamische Festigkeit des Kontaktsystems überschritten. Entweder wird in diesem Bereich bereits die Auslösung des
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Schalters mittels eines auf alle drei Polbahnen wirkenden und in jeder einzelnen Polbahneingebauten magnetischen Auslösers eingeleitet, oder mit Hilfe der Stromschleife durch Lösen einer mechanischen Verriegelung bewirkt.
Unterhalb dieses und im wesentlichen von den Bauelementen (Kontaktkraftfeder, Stromschleife, Schaltstück u. dgl.) des Schalters abhängigen Bereiches ist mit einem kritischen Gebiet zu rechnen, in dem die Schaltstück weder elektrodynamisch noch magnetisch öffnen, aber bereits ihre elektrodynami- sche Festigkeit durch teilweises Aufheben der Kontaktkraft (Schleifenwirkung) verlieren. Dieses kritische Gebiet kann beispielsweise Anlass zur Verschweissung der Schaltstück geben.
Für viele Schutzaufgaben in Niederspannungsanlagen ist es unerlässlich, Leistungsschalter in den Abzweigen hinter dem einspeisenden Transformator selektiv zu staffeln. Eine Staffelbarkeit nur mit strombegrenzenden Leistungsschaltern der herkömmlichen Bauart zu erzielen, ist technisch kaum denkbar, da ein ausreichender Auslöse-Zeitunterschied zwischen zwei in einem Leitungszug liegenden Begrenzern nicht vorhanden ist. Es ist bisher notwendig gewesen, beispielsweise den Transformatorschalter als staffelbaren Leistungsschalter teilweise mit noch zusätzlichen Verzögerungsgliedern zu versehen.
Um den wirtschaftlichen Nachteil zweier Schalterbaureihen zu vermeiden, sind Leistungsschalter vorgeschlagen worden, die mit Hilfe auswechselbarer (mechanischer) Koppelglieder oder mit Hilfe auswechselbarer Leiterstücke in den Polbahnen sowohl für strombegrenzende als auch für staffelbare Aufgaben herangezogen werden können. In beiden Fällen ist der Eingriff innerhalb der Polbahnen unerlässlich, wenn die eine oder andere Art der Schalterfunktion gewünscht wird.
Durch die Erfindung werden die den Einsatz der bekannten strombegrenzenden Leistungsschalter beschränkenden Nachteile beseitigt und ausserdem kann gemäss der Erfindung ein solches Gerät ohne Umbauten sowohl für strombegrenzende als auch für staffelbare Aufgaben herangezogen werden.
Das wird erfindungsgemäss dadurch err-icht, dass der von den Auslöseeinheiten und der Schalter- mechanik beeinflusste Teil des Kontaktsystems mit einer Arretiervorrichtung versehen ist und die Arretiervorrichtung durch einen mit jedem einzelnen Pol in Reihe geschalteten Schnellauslöser, vorzugsweise elektrodynamisch en Auslöser, aufhebbar ist, der ausserdem auch noch zum Aufschlagen des Kontaktsystems dient.
Es wird also die elektrodynamische Wirkung des Stromes sowohl zur Kontaktdruckverstärkung als auch
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mische Auslöser das zulässt.
Weiterhin kann durch Sperrung der elektrodynamischen Auslösung, beispielsweise durch ein Stellglied, bewirkt werden, dass dieser Auslöser nicht wirksam ist und dass die Kontaktöffnung dann erst über weitere vorhandene Auslöser und die Schaltschlossmechanik erfolgt.
Wird z. B. der elektrodynamische Auslöser mechanisch verriegelt (gesperrt), so arbeitet der erfindungsgemässe Leistungsschalter ohne Strombegrenzung in staffelbarer Ausführung. Ein und dasselbe Gerät ist also in der Lage, ohne Auswechslung elektrischer oder mechanischer Teile wahlweise strombegrenzende oder selektive Staffelungsaufgaben zu übernehmen.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gezeigt.
Bei geschlossenem Schalter fliesst der Betriebsstrom über das feste Anschlussstück 1 zu den in Schleifenform angeordneten und federnd gelagerten Lamellenkontakten 2 und 3. wird vom beweglichen Kontakthebel 4 mit Abreissstück 5 übernommen und über einen Strombolzen 9 zum Auslöseag- gregat mit den Hauptstromspulen 6 und 7 und dem unteren festen Anschlussstück 8 geführt. Der bewegliche Schalthebel 4 ist schwenkbar auf dem Strombolzen 9 gelagert, der ausserdem afseinen beiden mit abriebfesten Buchsen versehenen Lagerzapfen die Schaltarme 10, 10'trägt.
Gleichzeitig ist um den Drehpunkt 9 der Auslösehebel 11 gelagert, der mit der Zugstange 12 und einer auf dem Schaltarm 10, 10' schwenkbar angeordneten Klinke 13 gekoppelt ist. Die Klinke 13 hält am Klinkenpunkt 14 durch knappe Überdeckung eines mit dem beweglichen Kontakt- hebel fest verbundenen Mitnehmerstiftes das Kontaktsystem in geschlossener Stellung.
Das im unteren Teil der Strombahn befindliche Auslöseaggregat besteht einerseits aus dem bekannten, für Überstrom-und Kurzschlussausschaltung benötigten magnetisch arbeitenden Schnellauslöser, der gemäss dem Stand der Technik zumeist als kompletter Baustein ausgebildet ist und sowohl mechanisch wirkende Glieder für Kurzzeitverzögerungen als auch thermisch wirkende Glieder (Bimetallauslöser) für Langzeitverzögerungen enthalten kann. Seine Funktion ist im Störungsfall (Kurzschluss durch Überstrom) auf die Entriegelung des Schaltschlosses 17 gerichtet. Bei Einschalten von Verzögerungsgliedern oder nur mittelbarer, beispielsweise über Arbeitsstromauslöser eingeleiteter Schlossentriegelung, kann der Schalter eine für staffelbare Aufgaben geeignete Verzögerungszeit von mehreren 100 ms erhalten.
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Die elektrodynamische Festigkeit des Kontaktsystems ist im Ausführungsbeispiel durch die als enge Stromschleife ausgebildete Lamellenkontaktanordnung gewährleistet und hat sich in der Praxis bewährt.
Der im unteren Teil der Strombahn zusätzlich angeordnete und hauptstromdurchflossene elektrodynamische Schnellauslöser besteht aus der Spule 7 und demKurzschlussring 7'. DerKurzschlussring ist mit Hilfe eines Augenbolzens 18 an den Schwenkhebel 19 gekoppelt, der seinerseits im Drehpunkt 20 gelagert ist.
Eine Verriegelungsklinke 21 kann zur Sperrung oder Freigabe des Schwenkhebels 19 herangezogen werden, je nachdem, ob die Stellung n oder I der Verriegelungsklinke gewählt wird.
Die Funktion des obenbeschriebenen Gegenstandes der Erfindung ist im Kurzschlussfall folgende :
1. Stellung I der Verriegelungsklinke 21
Der über die Polbahn fliessende Kurzschlussstrom bewirkt eine enge magnetische Kopplung zwischen der Hauptstromspule 7 und dem Kurzschlussring 7'.
Die Kraftkomponenten beider magnetischen Felder stossen einander ab und erteilen dem Kurzschlussring eine hohe Beschleunigung. Der Vorgang ist aus der technischen Physik als "Thomson-Effekt" bekannt. Geschwindigkeit und Kraftimpuls, die dem Ring vermittelt werden, sind abhängig von der Steilheit der Stromflanke in der ersten Halbwelle, der Kurzschlussstromhöhe und der Windungszahl der Hauptstromspule.
Befindet sich der Schwenkarm in nicht verriegeltem Zustand, so schnellt der Kurzschlussring in Pfeilrichtung bis zur Begrenzung 22. Auf diesem Wege wurde bereits über den als Hebelbalken wirkenden Schwenkarm 19 mit Hilfe des Koppelgliedes 11'und 12 die Klinke 13 gehoben und die beweglichen Kontakthebel freigegeben. Gleichzeitig trifft der Auslösehebel 11 auf das Schlagstuck 23, womit eine beschleunigte Öffnungsbewegung des beweglichen Schalthebels erzielt wird. Die Kombination "Entriegelung und Schlagimpuls unmittelbar auf den Kontakt" ist für die Kurzzeitigkeit der Kontaktöffnung besonders wichtig. Die in der angegebenen Kombination erzielten Verzugszeiten liegen bereits bei einem Stromwert von 20 kA unter 3 ms bei voll asymmetrischem Kurzschlussverlauf.
Bei voll symmetrischem Kurzschlussverlauf kann wegen der steilen Stromflanke am Kurzschlussbeginn die Kontaktöffnungszeit in der beschriebenen Anordnung um eine weitere Millisekunde herabgesetzt werden. In dieser Ausführung ist eine strombegrenzende'Ausschaltung bei hohen Kurzschlüssen gesichert.
Um RUckprellungen des mit hoher Beschleunigung geöffneten beweglichen Schaltarmes 4 zu vermeiden, trifftderbegrenzungssteller 241 derhaltestange 24 auf einen vorzugsweise aus nichtelastischem Material bestehenden Begrenzungsring 25. Der bewegliche Schaltarm wird damit gleichzeitig in seiner maximalen Öffnungsstellung gehalien, so dass bei nachfallendem Schloss eine Wiedereinschaltbarkeit aller drei Polbahnen gewährleistet ist.
2. Stellung n der Verriegelungsklinke 21
Wird durch die Klinke 21 die Bewegungsmöglichkeit des Schwenkarmes 19 aufgehoben, so unterbleibt die Öffnung der Verklinkungsstelle 14 bis zur Auslösung über die Schlossverriegelung mit Hilfe des magnetischen Auslösers 16.
In dieser Stellung ist also der Leistungsschalter wieder für selektive Staffelungsaufgaben einsetzbar, zumal das kurzschlussfeste Kontaktsystem die Übernahme von Stosskurzschlussströmen ohne Folgeerscheinung gestattet.
InFig. 2 ist die Arbeitsweise des erfindungsgemäss angegebenen Leistungsschalters für Niederspannungsanlagen am Kurzschlussstromverlauf in einer Phase dargestellt. Strombegrenzende Auslösung I bei nichtverriegeltem Schwenkarm und Normalauslösung für staffelbare Aufgaben n bei verriegelte Schwenkarm.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Strombegrenzender Niedepannungs-Leistungsschalter mit einem Kontaktsystem das durch Stromschleifenbildung einerseits dynamisch fest ist, anderseits bestrebt ist, sich unter der dynamischen Wirkung des Schalterstromeszu öffnen, dadurch gekennzeichnet, der von den Auslöseeinheiten (16, 17) und der Schaltermechanik (10-15) beeinflusste Teil (4,5) des Kontaktsystems (2,3, 4,5) mit einer Arretiervorrichtung (14,15) versehen ist und die Arretiervorrichtung durch einen mit jedem einzelnen
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