DE10117346A1 - Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung - Google Patents

Abstract

Um bei einem Schutzschalter (1a, 1b, 1c) mit einer Löscheinrichtung einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Lichtbogenlauf und ein erhöhtes Schaltvermögen zu erzielen, ist vorgesehen, dass eine Lichtbogenschiene (12) mit einer ihr zugeordneten Blasschleife (13) in Verbindung steht, welche einen Dauermagneten (14) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter mit einer Lösch­ einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung ist aus der FR 2 632 772 bekannt.

Ein Schutzschalter, insbesondere ein Leitungsschutzschalter, dient als strombegrenzender Selbstschalter. Zum Abschalten eines Überlast- oder eines Kurzschlussstromes wirken ein ers­ tes, thermisches und ein zweites, elektromagnetisches Auslö­ sesystem auf ein Schaltschloss. Zu den beiden Auslösesystemen liegt ein Schaltkontakt in Reihe. Beim Ausklinken des Schalt­ schlosses wird der Schaltkontakt geöffnet, wobei ein Lichtbo­ gen entsteht, der in einer Löscheinrichtung absorbiert wird.

Nachteilig bei diesem Leitungsschutzschalter mit Löschein­ richtung ist, dass auf Grund der Anzahl und Anordnung der verwendeten Bauteile ein großer Platzbedarf, insbesondere im Bereich der Löscheinrichtung, besteht bzw. der Lichtbogen un­ günstig verläuft. Zudem weist der Leitungsschutzschalter ein relativ geringes Schaltvermögen auf.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung anzugeben, bei dem ein optimierter Lichtbogenlauf bei einem gleichzeitig erhöh­ tem Schaltvermögen gegeben sein soll.

Diese Aufgabe wird durch einen Schutzschalter der eingangs genannten Axt gelöst, bei dem erfindungsgemäß eine Lichtbo­ genschiene mit einer ihr zugeordneten Blasschleife in Verbin­ dung steht, welche einen Dauermagneten umfasst.

Mit dieser Erfindung wird ein überdurchschnittlich homogenes Magnetfeld in der Vorkammer erzielt, welches den Lichtbogen­ lauf günstig beeinflusst und somit den Lichtbogen sehr gleichmäßig und schnell vom Schaltkontakt weg, über die Vor­ kammer hinaus in Richtung der Löschkammer führt. Der Schutz­ schalter mit integrierter Löscheinrichtung eignet sich insbe­ sondere für den Einsatz als Leitungsschutzschalter.

Mit Vorteil ist dem Dauermagneten zumindest an einem Pol eine ferromagnetische Platte polendseitig zugeordnet. Dadurch wird das Magnetfeld derart vorteilhaft in die Vorkammer gelenkt, dass der Lichtbogen gleichmäßig geführt wird. Kommt jeweils eine Platte beiderseits des Dauermagneten zum Einsatz, so wird der Lichtbogen durch das homogene Magnetfeld annähernd mittig zwischen den ferromagnetischen Platten in Richtung Löschkammer getrieben. Die Vorkammer liegt somit wie zwischen den Schenkeln eines Hufeisenmagneten.

Der Dauermagnet ist derart vorteilhaft in der Blasschleife angeordnet, dass sein magnetischer Fluss zumindest teilweise in eine Ebene der ferromagnetischen Platte senkrecht eintritt und ein die Vorkammer umfassendes Magnetfeld aufweist. Da­ durch entsteht ein treibendes Magnetfeld, wodurch ein schnel­ les Löschen des Lichtbogens und ferner ein hohes Schaltvermö­ gen gegeben ist.

In bevorzugter Ausgestaltung weist der Dauermagnet eine pa­ rallelogrammähnliche Form auf. Hierbei wird zum einen der verfügbare Raum im Schutzschalter gut ausgenutzt und zum an­ deren ist eine formgleiche Einpassung in der Blasschleife ge­ geben. Des Weiteren dient die Form in der erfindungsgemäßen Anordnung der gewünschten Wirkungsweise den Lichtbogen in Richtung der Löschkammer zu führen. Ggf. ist auch eine Auf­ füllung des Raumes in der Blasschleife mit mehreren Einzel­ magneten, z. B. mit Stabmagneten, möglich.

Zweckmäßigerweise erstreckt sich die ferromagnetische Platte zumindest teilweise über die Blasschleife mit ihrem umfassten Dauermagneten und über die Vorkammer. Durch diese Anordnung und die Ausgestaltung der Platte kann das den Lichtbogen treibende Magnetfeld an beliebiger Stelle im Bereich der Vor­ kammer gezielt beeinflusst werden. Dazu zählen u. a. eine Be­ einflussung der treibenden Kraft, eine Vorgabe der Treibrich­ tung und eine Bestimmung der Lage des zu treibenden Lichtbo­ gens.

In einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich eine erweiter­ te ferromagnetische Platte zumindest teilweise über die Blas­ schleife mit ihrem umfassten Dauermagneten, über die Vorkam­ mer und zumindest teilweise über die Löschkammer. Eine Aus­ rüstung der Löscheinrichtung mit einer oder mehreren ferro­ magnetischen Platten ermöglicht ein Schaltvermögen des Schutzschalters von bis zu 10 kA. Darüber hinaus wird das Magnetfeld derart vorteilhaft verstärkt, dass ein noch schnelleres Treiben des Lichtbogens gegeben ist.

Vorteilhafterweise ist eine Verwendung bei Wechsel- und Gleichstrom gegeben. Damit ist ein universeller Einsatz des Schutzschalters möglich.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung in einer Seitenansicht,

Fig. 2 einen Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung und mit einer ferromagnetischen Platte in einer Seitenan­ sicht, und

Fig. 3 einen Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung und mit einer erweiterten ferromagnetischen Platte in ei­ ner Seitenansicht Im nachfolgenden Text sind gleiche Teile der Figuren mit gleichen Bezugszeichen oder sinngemäß mit ähnlichen Bezugs­ zeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen Schutzschalter 1a mit einer Löscheinrich­ tung 3 in einer Seitenansicht. Der Schutzschalter 1a ist von einem Gehäuse 2 umfasst. Die Löscheinrichtung 3 weist eine eine Vorkammer 5 umfassende Löschkammer 4 auf, die mehrere Löschbleche 6 in Form eines Löschblechpaketes umfasst. An ei­ ner ersten Seite der Löschkammer 4 ist eine erste Lichtbogen­ schiene 7 angeordnet. Die Lichtbogenschiene 7 erstreckt sich parallel zu den Löschblechen 6 und geht nach einer Abwinke­ lung in einen Festkontaktträger 8 über. Auf dem Festkontakt­ träger 8 ist ein Festkontakt 9 platziert. Die erste Lichtbo­ genschiene 7 verläuft im Anschluss an den Festkontaktträger 8 hakenförmig weiter, wobei ein freies Ende auf die Löschkammer 4 gerichtet ist.

Dem Festkontakt 9 ist ein auf einem Bewegkontaktträger 10 sitzender Bewegkontakt 11 zugeordnet. Der Bewegkontaktträger 10 ist derart schwenkbar, dass sein Bewegkontakt 11 in Be­ triebsstellung "EIN" des Schutzschalters 1a mit dem Festkon­ takt 9 in Verbindung steht. An einer der ersten Seite der Löschkammer 4 gegenüberliegenden zweiten Seite ist eine zwei­ te Lichtbogenschiene 12 angeordnet, die sich ebenfalls paral­ lel zu den Löschblechen 6 erstreckt. Die erste wie auch die zweite Lichtbogenschiene 7 bzw. 12 sind in ihrem Verlauf in etwa nach Abschluss der Löschbleche 6 zueinander schräg abge­ winkelt und bilden somit eine trichterähnliche Anordnung, die die Vorkammer 5 umschließt.

Die zweite Lichtbogenschiene 12 verläuft nach einer weiteren Abwinkelung windungsförmig in der Gestalt einer Blasschleife 13 um einen Dauermagneten 14. Die Blasschleife 13 weist bei­ spielhaft eine parallelogrammähnliche Windung auf, wobei de­ ren Längsabschnitte parallel zu der Schräge der zweiten Lichtbogenschiene 12 angeordnet sind. Der Dauermagnet 14 ist der parallelogrammähnlichen Gestalt nachgebildet, so dass der Raum in der Blasschleife 13 ausgefüllt ist. Dies kann ggf. auch durch andere Formen des Dauermagneten 14, z. B. durch einzelne Stabmagneten, erzielt werden. Der Dauermagnet 14 ist im Zentrum der Blasschleife 13 eingesetzt, wobei sein Südpol an dem dem Betrachter zugewandten Ende liegt.

Senkrecht in diese Zeichnungsebene laufen vom hier nicht sichtbaren Nordpol des Dauermagneten 14 magnetische Feldli­ nien eines magnetischen Flusses 16 in den Dauermagneten 14 zurück. Der magnetische Fluss 16 stellt das damit zusammen­ hängende Magnetfeld 17 dar. Der Dauermagnet 14 ist derart in der Blasschleife angeordnet ist, dass sein magnetischer Fluss 16 ein die Vorkammer 5 umfassendes Magnetfeld 17 erzeugt. Der Dauermagnet 14 kann ggf. auch an anderer Stelle im Schutz­ schalter 1a angeordnet werden.

Hierbei gilt es, den beim Trennen des Festkontaktes 9 und des Bewegkontaktes 11 enstehenden Lichtbogen schnell und zuver­ lässig zu löschen. Beim Trennen wird der Lichtbogen dazu vom Bewegkontakt 11 auf die zweite Lichtbogenschiene 12 umge­ setzt. Der Kurzschlussstrom fließt dabei durch die Blas­ schleife 13, wodurch ein Magnetfeld 17 entsteht. Der Lichtbo­ gen wird durch das erzeugte Magnetfeld 17 über die Vorkammer 5 in die Löschkammer 4 geführt. Diese Wirkungsweise kommt insbesondere bei Wechselstrom zum tragen und wird durch den Nulldurchgang des Wechselstromes begünstigt.

Sofern der Kurzschluss bei Gleichstrom auftritt, besteht kein derartiger Nulldurchgang, wodurch der vorab genannte begüns­ tigende Effekt entfällt. Um gleichermaßen effektiv den Licht­ bogen zu führen, findet der Dauermagnet 14 Anwendung. Hierfür ist der Dauermagnet 14 gemäß Fig. 1 derart in der Blasschleife 13 angeordnet, dass sein magnetischer Fluss 16 ein die Vor­ kammer 5 umfassendes homogenes Magnetfeld 17 aufweist. Das durch die Blasschleife 13 und durch den Dauermagneten 14 er­ zeugte Magnetfeld 17 bewirkt ein verstärktes Führen des Lichtbogens in Richtung der Löschkammer 4. Die Richtung des magnetischen Flusses 16 ist dabei durch feldartige Pfeile an­ gedeutet.

Das zugrundeliegende physikalische Prinzip besteht darin, dass ein stromdurchflossener Leiter - hier Lichtbogen - in einem Magnetfeld abgelenkt wird. Die Richtung der ablenkenden Kraft ist abhängig von der Richtung des Polfeldes und von der Stromrichtung im Leiter. Die ablenkende Kraft ergibt sich aus den Kräften von den im Leiter wandernden Ladungsträgern.

In Fig. 2 ist ein weiterer Schutzschalter 1b mit einer Lösch­ einrichtung 3 in einer Seitenansicht gezeigt. Der Unterschied zur Fig. 1 besteht darin, dass die Löscheinrichtung 3 mit ei­ ner ferromagnetischen Platte 15a versehen ist. Dabei ist dem Dauermagneten 14 zumindest an einem Pol die ferromagnetische Platte 15a polendseitig zugeordnet.

Die ferromagnetische Platte 15a erstreckt sich zumindest teilweise über die Blasschleife 13 mit ihrem umfassten Dauer­ magneten 14 und über die Vorkammer 5. Der magnetische Fluss 16 des in der Blasschleife 13 angeordneten Dauermagneten 14 tritt dabei zumindest teilweise in eine Ebene der ferromagne­ tischen Platte 15a senkrecht ein und weist ebenfalls ein die Vorkammer 5 umfassendes Magnetfeld 17 auf. Durch die Platte 15a wird der magnetische Fluss 16 quasi "gesammelt" und ge­ zielt in die Vorkammer 5 geleitet.

Gemäß Fig. 2 ist eine, ggf. auch eine doppelt ausgeführte fer­ romagnetische Platte 15a so angeordnet, dass der magnetische Fluss 16 der Blasschleife 13 und des Dauermagneten 14 zumin­ dest teilweise in eine Ebene der ferromagnetischen Platte 15a senkrecht eintritt und ein die Vorkammer 5 umfassendes Mag­ netfeld 17 aufweist, wodurch der zu löschende Lichtbogen zur Löschkammer 4 getrieben wird.

Der Lichtbogenlauf wird dabei durch das geführte Magnetfeld 17 günstig beeinflusst, so dass der Lichtbogen annähernd mit­ tig zwischen den ferromagnetischen Stahlplatten 15a in Rich­ tung der Löschkammer 4 geführt wird. Gleichermaßen kann durch diese Maßnahme ein im Vergleich zu herkömmlichen Schutzschal­ tern höheres Schaltvermögen von bis zu 10 kA Wechsel- und Gleichstrom erreicht werden.

Fig. 3 zeigt einen Schutzschalter 1c mit einer Löscheinrich­ tung 3 in einer Seitenansicht. Im Vergleich zur Fig. 2 unter­ scheidet sich diese Ausführungsvariante durch eine erweiterte ferromagnetische Platte 15b. Dabei erstreckt sich die ferro­ magnetische Platte 15b zumindest teilweise über die Blas­ schleife 13 mit ihrem darin angeordneten Dauermagneten 14, über die Vorkammer 5 und zumindest teilweise über die Lösch­ kammer 4. Die ferromagnetischen Platten 15a und 15b können ggf. jeweils paarweise, beid- und polendseitig am Dauermagne­ ten 14 angeordnet sein und ggf. als Stahl- oder als gleich­ wertige Platten ausgeführt sein. Dieser Abschnitt bezieht sich auf die Fig. 1 und 2.

Die gemäß Fig. 3 gezeigt Ausführungsvariante führt dazu, dass das Schaltvermögen des Schutzschalters 1c erhöht und der Lichtbogen schneller getrieben wird. Hierbei erstreckt sich die erweiterte ferromagnetische Platte 15b zumindest teilwei­ se über die Blasschleife 13, wobei diese den Dauermagneten 14 umfasst sowie über die Vorkammer 5 und zumindest teilweise über die Löschkammer 4.

Da die ferromagnetische Platte 15b das Magnetfeld 17 auf eine gewollte Weise in Richtung der Löschkammer 4 führt, wird der lichtbogenführende Effekt hierbei durch einen stark und schnell lichtbogentreibenden Effekt verstärkt. Die erweiterte ferromagnetische Platte 15b, kann ggf. auch so ausgeführt sein, dass sie beiderseits der vorab genannten Bauteile ange­ ordnet ist. Bei dieser Ausführungsform besteht die Löschkam­ mer 4 aus einem nicht ferromagnetischen Material.

Grundsätzlich kann diese Anordnung bei Wechsel- und Gleich­ strom eingesetzt werden, wobei Wechsel- und Gleichstrom unter anderem auch als Allstrom bezeichnet werden.

Claims (7)

1. Schutzschalter (1) mit einer Löscheinrichtung (3), mit ei­ nem Gehäuse (2) und mit einer eine Vorkammer (5) umfassenden Löschkammer (4), die mehrere Löschbleche (6) aufweist und an der an einer ersten Seite eine erste Lichtbogenschiene (7) angeordnet ist, welche in einen Festkontaktträger (8) über­ geht, wobei diesem ein Bewegkontakt (11) zugeordnet ist und an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite eine zweite Lichtbogenschiene (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtbogenschiene (12) mit einer ihr zugeord­ neten Blasschleife (13) in Verbindung steht, welche einen Dauermagneten (14) umfasst.

2. Schutzschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dauermagneten (14) zumindest an einem Pol eine fer­ romagnetische Platte (15a, 15b) polendseitig zugeordnet ist.

3. Schutzschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (14) derart in der Blasschleife (13) an­ geordnet ist, dass sein magnetischer Fluss (16) zumindest teilweise in eine Ebene der ferromagnetischen Platte (15a, 15b) senkrecht eintritt und ein die Vorkammer (5) durch­ dringendes Magnetfeld (17) aufweist.

4. Schutzschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (14) eine parallelogrammähnliche Form aufweist.

5. Schutzschalter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ferromagnetische Platte (15a) zumindest teil­ weise über die Blasschleife (13) mit ihrem umfassten Dauer­ magneten (14) und über die Vorkammer (5) erstreckt.

6. Schutzschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ferromagnetische Platte (15b) zumindest teil­ weise über die Löschkammer (4) erstreckt.

7. Schutzschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verwendung bei Wechsel- und Gleichstrom gegeben ist.