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Selbstschalter
Die Erfindung betrifft einen Selbstschalter für kurzschlussstrombegrenzende Ausschaltung mit durch ein Schaltschloss verklinktem Kontaktsystem, dessen beweglicher Kontakthebel durch eine den Kontaktdruck erzeugende Feder mit einem Antriebsgestänge gekuppelt ist, dessen Antriebsachse durch das Schaltschloss verklinkt ist, wobei das Kontaktsystem eine Stromschleife bildet und der bewegliche Kontakthebel einer durch diese Stromschleife erzeugten dynamischen Kraft in öffnendem Sinne ausgesetzt ist.
Es sind Drehstromleistungsschalter bekannt, deren Schaltstücke mit Hilfe elektrodynamischer Kräfte so frühzeitig öffnen, dass eine strombegrenzende Ausschaltung erzielt wird. Bei Geräten dieser Art mUssen die Schaltstücke bereits in der ersten Halbwelle, dem sogenannten Stoss-Kurzschlussstrom, getrennt werden.
Um ein Zurückprellen der zumeist in diesem Fall gegen eine Kontaktfeder anarbeitenden beweglichen Polbahn zu vermeiden, werden beispielsweise magnetische Auslöser eingesetzt, die in jedem Schaltpol nach dem Aufschleudem der Kontaktstücke in diesen die Aufhebung einer Sperre bewirken. Erst hienach werden die Polbahnen in die volle Öffnungsstellung gebracht und somit für eine neue Zuschaltung bereitgehalten.
Da strombegrenzende Leistungsschalter auch für den Motorschutz Verwendung finden sollen, dürfen sie erst nach einer bestimmten, zumeist fest eingestellten Zeit ansprechen, um beispielsweise MotorAnlaufströme führen zu können, ohne dass eine Auslösung einsetzt. Bei der Auswahl dieses Bereiches, der zumeist ein Mehrfaches des Schalternennstromes beträgt, wird angestrebt, dass die beweglichen Schaltstücke noch keine Kontaktkraftschwäche-Beeinflussung durch elektrodynamische Kräfte erfahren. Man will auch verhindern, dass bei diesen Strömen eine kurzzeitige Aufhebung des Kontaktschlusses einsetzt, die gegebenenfalls bei einer nicht sofort nachfolgenden Auslösung zur Verschweissung an den Kontaktstellen führt.
In Fig. l der Zeichnungen ist dies bereits durch das Intervall n. Jn - Jn gekennzeichnet. Hierin bedeutet Jn den Nennstrom des Gerätes, n. Jn ein bestimmtes Vielfaches dieses Nennstromes ; n kann beispielsweise 6 - 10 betragen. Darüber'hinaus gibt es auch bei strombegrenzenden Leistungsschaltern, deren Schaltstücke in direkter Abhängigkeit vom Hauptstrom durch elektrodynamische Kräfte getrennt werden, ein Stromgebiet, in dem die beweglichen Schaltstücke beginnen, den Kontaktschluss aufzuheben, ohne dass einevollständige Trennung einsetzt.
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zung bereitgestellten Schaltpoles. Dieses kritische Gebiet, in dem die Schaltstücke zwar abheben, aber nicht vollständig öffnen, versuchte man durch die Auswahl eines bestimmten, möglichst schweissfesten Kontaktmaterials zu beherrschen.
Derartige Stoffe bestehen in der Mehrzahl aus Verbundmetallen, von denen nur einige genannt sein mögen : Silber-Wolfram, Kupfer-Wolfram, Silber-Graphit, Silber-Cadmium-Oxyd u. a.
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Verbundmetalle sind nachteilig für den zügigen Ablauf des Schaltlichtbogens. Bei Schaltstücken, die mit Auflagen dieser Art versehen sind, wandert der Lichtbogen nur ungenügend und äusserst langsam aus der Kontakttrennstelle. Da die Stoffe der sogenannten Wolfram-Kohlegruppe angehören, ist bei ihnen mit einer sehr starken Emission für die Elektronen-Erzeugung zu rechnen, was gleichbedeutend ist mit einer intensiven Aufheizung der vom Lichtbogen beaufschlagten Stellen, wobei die Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens selbst unter Magnetfeld-Beeinflussung stark abnimmt.
Fig. 2 zeigt schematisch das Schalt-Oszillogramm eines strombegrenzenden Leistungsschalters, der einmal an den Schaltstücken mit Verbundmetall-Auflage und zum andern Mal mit reinem Kupfer bei gleichem Schaltzustand arbeitet. Man erkennt, dass der Lichtbogenspannungsverlauf u"charakteristisch für die Schaltung mit Verbundmetallen ist. Der zugehörige Durchlassstrom J"D liegt erheblich höher als der im gleichen Schaltzustand gewonnene Durchlassstrom J'mit Kupferkontakten. Desgleichen ist der zugehörige Lichtbogenspannungsverlauf ul erheblich steiler, was einem besonders guten und nicht gehemmten Lichtbogenablauf entspricht.
Fig. 2 zeigt, dass bei Einsatz zweier verschiedener Kontaktmaterialien erhebliche Unterschiede in der Durchlassstromhöhe und den zur Strom-Zeitfläche gehörigen/i dt-Werten bestehen. Dass anderseits mit der günstigeren Wahl des Schaltstückmaterials auch eine geringere Schaltarbeit für die Lichtbogenlöschkammer erzielt werden kann, und dass eine wirksamere Strombegrenzung für den zu schützenden Anlagenteil erreicht wird, sei noch erwähnt.
Schaltstücke strombegrenzender Leistungsschalter, die mit einem für den Lichtbogenablauf optimal günstigen Werkstoff belegt werden, sind jedoch in dem genannten Bereich (n + v) J-n. Jn nicht schweissfest. Um diesen Nachteil zu vermeiden und den besonders grossen Vorteil des möglichst günstigen
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de Ausschaltung der eingangs beschriebenen Art die Anordnung so getroffen, dass die Kontaktdruckkraft der Feder, die auf eine Verklinkung zwischen dem beweglichen KontaktheDel und der Feder einwirkt, einerseits und die in öffnendem Sinne wirkenden dynamischen Kräfte anderseits so aufeinander abgestimmt sind, dass bis zu einem betriebsmässig bedingten n-fachen Wert des Nennstromes die Kontaktöffnung durch Entklinkung des Schaltschlosses seitens des normalen Auslösers erfolgt,
dass ferner oberhalb dieses n-fachen Wertes des Nennstromes und Abnehmens der Kontaktkraft an den Kontaktstellen infolge gleicher oder geringfügig höherer dynamischer Stromschleifenkraft als der Kraft der Feder durch einen besonderen, magnetischen Auslöser, der durch einen Mitnehmer auf den beweglichen Kontakthebel einwirkt, die Kontakt- öffnung eingeleitet, unter Lösung der Verklinkung durch gemeinsame magnetische und Stromschleifenkräfte der bewegliche Kontakthebel in die volle Öffnungsstellung gebracht wird, und dass schliesslich bei oberhalb dieser Ströme liegenden Überströmen die dynamische Schleifenkraft allein unter Entklinkung der Kontaktkraftfeder den beweglichen Kontakthebel in die volle Ausschaltstellung bringt.
Dadurch wird erreicht, dass ein solcher Selbstschalter die ihm gestellten Anforderungen erfüllt und dar- über : hinaus in der Lage ist, den für den Drehstromschutz bereitgestellten Leistungsschalter auch als echten Gleichstromschnellschalter für den Gleichstrom-Kurzschlussschutz zu verwenden.
In den Zeichnungen ist in Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Der Strom i fliesst über das feste Kontaktstück l, das bewegliche Schaltstück 2 mit dem flexiblen Band 3 zum unteren Anschluss 4. Das Schaltstück 2 ist mit einem Schwenkarm 5 drehbar bei 5'gekuppelt und wird über den festen Drehpunkt 6 gegen die Isolierstofftraverse 7 abgestützt. Der Schwenkarm 5 besitzt ausserdem ein Schaltstück 5", das beim Schwenken um den Drehpunkt 6 die Kontaktbahn 2 mitnimmt. Diese wird durch eine Feder 8 an der Verklinkungsstelle 9 gegen das feste Schaltstück 1 gepresst. Die Feder 8 nebst Verklinkungsstelle 9 stellt die Kupplung zwischen dem Schaltstück (Hebel) 2 und dem von der Schaltermechanik verstellbaren Gestänge 12, 12 1 dar. Der Hebel 12 ist bei 13 drehbar gelagert.
Der Schalthebel 2 ist in der Lage, bei einer hohen Kurzschlussstrombelastung durch elektrodyna- mische Kräfte, hervorgerufen durch antiparallele Strompfade und durch die Kontaktengestelle um 5 I zu schwenken und die Verklinkungsstelle 9 in kürzester Zeit zu lösen, so dass damit die Feder 8 wirkungslos wird.
Die Kontaktbahn 2 öffnet hiebei vollständig in dem gemäss Fig. l dargestellten Bereich J > (n+ ! ) n.
Bleiben die Kurzschlussströme in ihrer Grössenordnung in dem Intervall (n + u) Jn - n. Jn, so wäre lediglich mit einer Kontaktabhebung zu rechnen, da die elektrodynamischen Kräfte zum vollständigen Aufschleudern der Kontaktbahn 2 entgegen der Kraft der Feder 8 nicht ausreichen. In diesem Bereich wird nunmehr ein schnell arbeitender magnetischer Auslöser 10 eingesetzt, der in dem Motoranfahrbereich zwar unwirksam ist, dagegen die vollständige Öffnung des Schalterpoles in dem kritischen
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Bereich bewirkt.
Dieser magnetische Auslöser öffnet mit Hilfe der Zugstange 11, die direkt mit dem magnetischen
Anker gekuppelt ist, die Kontaktbahn 2 bereits in der ersten Halbwelle vollständig. Im oberen Bereich des Intervalles (n + v) in-n. J, wirken ausserdem Anteile elektrodynamischer Kräfte bei der Öffnung mit. Der mechanische Ablauf ist hiebei folgender : Der Magnetanker dreht mit Hilfe der Zugstange 11 den Schwenkarm 5 um den festen Drehpunkt 6, wobei die Kuppelwelle 5'die Kontaktbahn 2 aus der Klinke 9 herausdreht.
Gleichzeitig nimmt der Mitnehmer 5" die Kontaktbahn 2 mit und drückt diese in die Aus- gangsstelle. Ein Schweissen der Schaltstücke kann also in diesem bisher kritischen Gebiet nicht mehr auf- treten. Den zur vollständigen Öffnung der Polbahn nicht ausreichenden elektrodynamischen Kräften wer- den damit magnetische Kräfte überlagert, so dass auch in dem bisher unsicheren Gebiet eine einwand- freie Öffnung der Kontaktstücke erzielt werden kann.
Unabhängig von diesen, bei hohen Überströmen erfolgenden Kontaktöffnungen werden durch be- triebsmässige Überlastungen an sich bekannte Auslöser wirksam, die über ein verklinktes Schaltschloss die Antriebswelle 14 die Schaltermechanik zur Kontaktöffnung freigeben.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass sie auch für den Kurzschlussschutz in Gleichstromanlagen anwendbar ist. Es ist bekannt, dass strombegrenzende Drehstromleistungsschalter höherer Nennstromstufen nicht ohne weiteres für den Gleichstromschutz verwendet werden können. Entweder reichen die elektro- dynamischen Kräfte zur selbständigen Öffnung der Polbahn nicht aus oder sie sind wegen der zumeist viel geringeren Stromanstiegswerte bei Gleichstrom erst sehr spät oder gar nicht wirksam.
Auch diesen Nachteil beseitigt die Kombination von elektrodynamischer und magnetischer Auslösung vollständig. Der gleiche Schaltertyp lässt sich so durch den Einsatz eines direkt auf den Kontakt wirkenden Magnetantriebes auch für den Gleichstrom-Kurzschlussschutz verwenden. Hier arbeitet dieses Gerät wie ein normaler Gleichstromschnellschalter.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbstschalter für kurzschlussstrombegrenzende Ausschaltung, mit durch ein Schaltschloss verklinktem Kontaktsystem, dessen beweglicher Kontakthebel durch eine den Kontaktdruck erzeugende Feder mit einem Antriebsgestänge gekuppelt ist, dessen Antriebsachse durch das Schaltschloss verklinkt ist, wobei das Kontaktsystem eine Stromschleife bildet und der bewegliche Kontakthebel einer durch diese Stromschleife erzeugten dynamischen Kraft in öffnendem Sinne ausgesetzt ist, wobei die dynamische Kraft durch eine Kraft eines elektromagnetischen Auslösers verstärkt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktdruckkraft der Feder (8), die auf eine Verklinkung (9) zwischen dem beweglichen Kontakthebel (2) und der Feder einwirkt, einerseits und die in öffnendem Sinne wirkenden dynamischen Kräfte anderseits so aufeinander abgestimmt sind,
dass bis zu einem betriebsmässig bedingten n-fachen Wert des Nennstromes die Kontaktöffnung durch Entklinkung des Schaltschlosses seitens des normalen Auslösers erfolgt, dass ferner oberhalb dieses n-fachen Wertes des Nennstromes undAbnehmens der Kontaktkraft an den Kontaktstellen infolge gleicher oder geringfügig höherer dynamischer Stromschleifenkraft als der Kraft der Feder (8) durch einen besonderen, magnetischen Auslöser (10), der durch einen Mitnehmer (5") auf den beweglichen Kontakthebel (2) einwirkt, die Kontaktöffnung eingeleitet, unter Lösung der Verklinkung (9) durch gemeinsame magnetische und Stromschleifenkräfte derbewegliche Kontakthebel (2) in die volle Öffnungsstellung gebracht wird,
und dass schliesslich bei oberhalb dieser Ströme liegenden Überströmen die dynamische Schleifenkraft allein unter Entklinkung der Kontaktkraftfeder (8) den beweglichen Kontakthebel (2) in die volle Ausschaltstellung bringt.
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Auto switch
The invention relates to a circuit breaker for short-circuit current limiting disconnection with a contact system latched by a switch lock, the movable contact lever of which is coupled by a spring generating the contact pressure to a drive linkage, the drive shaft of which is latched by the switch lock, the contact system forming a current loop and the movable contact lever a through this current loop generated dynamic force is exposed in the opening sense.
Three-phase circuit breakers are known whose contact pieces open so early with the aid of electrodynamic forces that a current-limiting disconnection is achieved. With devices of this type, the contact pieces have to be disconnected in the first half-wave, the so-called surge short-circuit current.
In order to prevent the moving pole track, which in this case mostly works against a contact spring, from bouncing back, magnetic triggers are used, for example, which in each switching pole cause a lock to be lifted after the contact pieces have been blown into them. Only then are the pole tracks brought into the fully open position and thus held ready for a new connection.
Since current-limiting circuit breakers are also to be used for motor protection, they may only respond after a certain, usually fixed time, in order, for example, to be able to carry motor starting currents without triggering. When selecting this range, which is usually a multiple of the nominal switch current, the aim is to ensure that the moving contact pieces do not yet experience any weak contact force from electrodynamic forces. One also wants to prevent a brief cancellation of the contact closure with these currents, which may lead to welding at the contact points if it is not triggered immediately.
In Fig. 1 of the drawings this is already indicated by the interval n. Jn-Jn. Here Jn means the nominal current of the device, n. Jn a certain multiple of this nominal current; For example, n can be 6-10. In addition, with current-limiting circuit breakers, the contact pieces of which are separated by electrodynamic forces in direct dependence on the main current, there is a current area in which the moving contact pieces begin to break the contact without a complete separation.
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switching poles provided. Attempts were made to master this critical area, in which the contact pieces lift off but not completely open, by selecting a specific contact material that is as weld-resistant as possible.
Such substances consist mostly of composite metals, of which only a few may be mentioned: silver-tungsten, copper-tungsten, silver-graphite, silver-cadmium-oxide and the like. a.
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Composite metals are disadvantageous for the rapid progress of the switching arc. In the case of contacts that are provided with this type of support, the arc only moves insufficiently and extremely slowly from the contact separation point. Since the substances belong to the so-called tungsten-carbon group, a very strong emission for the generation of electrons is to be expected with them, which is equivalent to an intensive heating of the areas affected by the arc, whereby the migration speed of the arc is strong even under the influence of a magnetic field decreases.
Fig. 2 shows schematically the switching oscillogram of a current-limiting circuit breaker, which works on the one hand on the contact pieces with composite metal coating and on the other hand with pure copper with the same switching status. It can be seen that the arc voltage curve u "is characteristic of the circuit with composite metals. The associated forward current J" D is considerably higher than the forward current J 'obtained in the same switching state with copper contacts. Likewise, the associated arc voltage curve ul is considerably steeper, which corresponds to a particularly good and uninhibited arc sequence.
FIG. 2 shows that when two different contact materials are used, there are considerable differences in the forward current level and the / i dt values associated with the current-time area. It should also be mentioned that, on the other hand, with the more favorable selection of the contact piece material, less switching work can be achieved for the arc extinguishing chamber, and that more effective current limitation is achieved for the part of the system to be protected.
Contact pieces of current-limiting circuit breakers, which are covered with a material that is optimally favorable for the arc sequence, are, however, in the stated range (n + v) J-n. Jn not sweatproof. In order to avoid this disadvantage and the particularly great advantage of the cheapest possible
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de elimination of the type described above, the arrangement is made so that the contact pressure force of the spring, which acts on a latch between the movable contact lever and the spring, on the one hand, and the dynamic forces acting in the opening sense, on the other hand, are coordinated in such a way that up to one operational due to the n-fold value of the nominal current, the contact is opened by unlatching the switch lock on the part of the normal release,
that above this n-fold value of the nominal current and a decrease in the contact force at the contact points as a result of the same or slightly higher dynamic current loop force than the force of the spring by a special, magnetic trigger that acts on the movable contact lever through a driver, the contact opening initiated, with the release of the latching by common magnetic and current loop forces, the movable contact lever is brought into the fully open position, and that finally with overcurrents above these currents, the dynamic loop force brings the movable contact lever into the fully open position solely by unlatching the contact force spring.
This ensures that such a circuit breaker fulfills the requirements placed on it and, moreover, is able to use the circuit breaker provided for three-phase protection as a real DC high-speed switch for direct current short-circuit protection.
In the drawings, an embodiment of the invention is shown schematically in FIG.
The current i flows via the fixed contact piece 1, the movable contact piece 2 with the flexible band 3 to the lower connection 4. The contact piece 2 is rotatably coupled to a swivel arm 5 at 5 'and is supported via the fixed pivot point 6 against the insulating cross member 7. The pivot arm 5 also has a switching piece 5 ″, which takes the contact path 2 with it when pivoting about the pivot point 6. This is pressed by a spring 8 at the latching point 9 against the fixed switching piece 1. The spring 8 together with the latching point 9 provides the coupling between the Switching piece (lever) 2 and the rods 12, 12 1 which can be adjusted by the switch mechanism. The lever 12 is rotatably mounted at 13.
In the event of a high short-circuit current load due to electrodynamic forces, caused by anti-parallel current paths and the contact frames, the switching lever 2 is able to pivot by 5 I and to release the latching point 9 in the shortest possible time, so that the spring 8 is ineffective.
The contact track 2 opens completely in the area J> (n +!) N shown according to FIG.
If the short-circuit currents remain in their order of magnitude in the interval (n + u) Jn - n. Jn, only a contact lifting would be to be expected, since the electrodynamic forces are not sufficient to completely throw the contact track 2 against the force of the spring 8. In this area, a fast-working magnetic release 10 is now used, which is ineffective in the motor start-up area, but the complete opening of the switch pole in the critical one
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Area effects.
This magnetic release opens with the help of the pull rod 11, which connects directly to the magnetic
Armature is coupled, the contact track 2 completely in the first half-wave. In the upper part of the interval (n + v) in-n. J, parts of electrodynamic forces also contribute to the opening. The mechanical sequence is as follows: the magnet armature rotates the swivel arm 5 around the fixed pivot point 6 with the aid of the pull rod 11, the coupling shaft 5 ′ rotating the contact track 2 out of the pawl 9.
At the same time, the driver 5 ″ takes the contact track 2 with it and presses it into the starting point. Welding of the contact pieces can therefore no longer occur in this previously critical area. The electrodynamic forces that are insufficient to completely open the pole track are thus eliminated superimposed magnetic forces, so that a perfect opening of the contact pieces can be achieved even in the previously unsafe area.
Independently of these contact openings that occur in the event of high overcurrents, triggers known per se become effective due to operational overloads, which release the drive shaft 14 via a latched switch mechanism for contact opening.
The invention has the further advantage that it can also be used for short-circuit protection in DC systems. It is known that current-limiting three-phase circuit breakers of higher rated current levels cannot easily be used for direct current protection. Either the electrodynamic forces are insufficient for the independent opening of the pole track or they are only effective very late or not at all because of the mostly much lower current rise values with direct current.
The combination of electrodynamic and magnetic release completely eliminates this disadvantage. The same switch type can also be used for direct current short-circuit protection by using a magnetic drive that acts directly on the contact. Here this device works like a normal DC high-speed switch.
PATENT CLAIMS:
1.Switch for short-circuit current-limiting disconnection, with a contact system latched by a switch lock, the movable contact lever of which is coupled by a spring generating the contact pressure to a drive linkage, the drive shaft of which is latched through the switch lock, the contact system forming a current loop and the movable contact lever one through this Current loop generated dynamic force is exposed in the opening sense, wherein the dynamic force can be amplified by a force of an electromagnetic release, characterized in that the contact pressure force of the spring (8) acting on a latch (9) between the movable contact lever (2) and the spring acts, on the one hand and the dynamic forces acting in the opening sense on the other hand are so coordinated with one another,
that up to an operationally related n-fold value of the nominal current, the contact is opened by unlatching the switch lock on the part of the normal release, that above this n-fold value of the nominal current and a decrease in the contact force at the contact points due to the same or slightly higher dynamic current loop force than the force the spring (8) by a special, magnetic trigger (10), which acts on the movable contact lever (2) through a driver (5 "), the contact opening is initiated, with the release of the latch (9) by common magnetic and current loop forces the movable contact lever (2) is brought into the fully open position,
and that, finally, with overcurrents above these currents, the dynamic loop force brings the movable contact lever (2) into the full switch-off position by unlatching the contact force spring (8).