DE10117346B4 - Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung - Google Patents

Abstract

Schutzschalter (1) mit einer Löscheinrichtung (3), mit einem 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) übergeht, 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 zugeordneten Blasschleife (13) in Verbindung steht, welche einen Dauermagneten (14) umfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Ein derartiger Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung ist aus der FR 2 632 772 bekannt. Ferner ist aus der DE 195 18 049 A1 und aus der DE 195 18 051 A1 jeweils eine Lichtbogenlöscheinrichtung bekannt, die Lichtbogenleitschienen und eine Blasspule vorsehen. Die DE 33 37 562 A1 behandelt eine Löscheinrichtung für einen Leitungsschutzschalter, die eine einen Blasmagneten abdeckende Isolierstoffplatte aufweist. Zudem ist ein von einer Blasspule umgebener Magnetkern aus der DE-PS 594 262 bekannt.
• Ein Schutzschalter, insbesondere ein Leitungsschutzschalter, dient als strombegrenzender Selbstschalter. Zum Abschalten eines Überlast- oder eines Kurzschlussstromes wirken ein erstes, thermisches und ein zweites, elektromagnetisches Auslösesystem auf ein Schaltschloss. Zu den beiden Auslösesystemen liegt ein Schaltkontakt in Reihe. Beim Ausklinken des Schaltschlosses wird der Schaltkontakt geöffnet, wobei ein Lichtbogen entsteht, der in einer Löscheinrichtung absorbiert wird.
• Nachteilig bei diesem Leitungsschutzschalter mit Löscheinrichtung ist, dass auf Grund der Anzahl und Anordnung der verwendeten Bauteile ein großer Platzbedarf, insbesondere im Bereich der Löscheinrichtung, besteht bzw. der Lichtbogen ungünstig 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 erhöhtem Schaltvermögen gegeben sein soll.
• Diese Aufgabe wird durch einen Schutzschalter der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß eine Lichtbogenschiene mit einer ihr zugeordneten Blasschleife in Verbindung steht, welche einen Dauermagneten umfasst.
• Mit dieser Erfindung wird ein überdurchschnittlich homogenes Magnetfeld in der Vorkammer erzielt, welches den Lichtbogenlauf günstig beeinflusst und somit den Lichtbogen sehr gleichmäßig und schnell vom Schaltkontakt weg, über die Vorkammer hinaus in Richtung der Löschkammer führt. Der Schutzschalter mit integrierter Löscheinrichtung eignet sich insbesondere 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. Dadurch entsteht ein treibendes Magnetfeld, wodurch ein schnelles Löschen des Lichtbogens und ferner ein hohes Schaltvermögen gegeben ist.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist der Dauermagnet eine parallelogrammähnliche Form auf. Hierbei wird zum einen der verfügbare Raum im Schutzschalter gut ausgenutzt und zum anderen ist eine formgleiche Einpassung in der Blasschleife gegeben. Des Weiteren dient die Form in der erfindungsgemäßen Anordnung der gewünschten Wirkungsweise den Lichtbogen in Richtung der Löschkammer zu führen. Ggf. ist auch eine Auffüllung des Raumes in der Blasschleife mit mehreren Einzelmagneten, 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 Vorkammer gezielt beeinflusst werden. Dazu zählen u.a. eine Beeinflussung der treibenden Kraft, eine Vorgabe der Treibrichtung und eine Bestimmung der Lage des zu treibenden Lichtbogens.
• In einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich eine erweiterte ferromagnetische Platte zumindest teilweise über die Blasschleife mit ihrem umfassten Dauermagneten, über die Vorkammer und zumindest teilweise über die Löschkammer. Eine Ausrüstung der Löscheinrichtung mit einer oder mehreren ferromagnetischen 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:
• 1 einen Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung in einer Seitenansicht,
• 2 einen Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung und mit einer ferromagnetischen Platte in einer Seitenansicht, und
• 3 einen Schutzschalter mit einer Löscheinrichtung und mit einer erweiterten ferromagnetischen Platte in einer Seitenansicht Im nachfolgenden Text sind gleiche Teile der Figuren mit gleichen Bezugszeichen oder sinngemäß mit ähnlichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt einen Schutzschalter 1a mit einer Löscheinrichtung 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 einer ersten Seite der Löschkammer 4 ist eine erste Lichtbogenschiene 7 angeordnet. Die Lichtbogenschiene 7 erstreckt sich parallel zu den Löschblechen 6 und geht nach einer Abwinkelung in einen Festkontaktträger 8 über. Auf dem Festkontaktträger 8 ist ein Festkontakt 9 platziert. Die erste Lichtbogenschiene 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 Betriebsstellung „EIN" des Schutzschalters 1a mit dem Festkontakt 9 in Verbindung steht. An einer der ersten Seite der Löschkammer 4 gegenüberliegenden zweiten Seite ist eine zweite Lichtbogenschiene 12 angeordnet, die sich ebenfalls parallel 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 abgewinkelt 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 beispielhaft eine parallelogrammähnliche Windung auf, wobei deren 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 Feldlinien eines magnetischen Flusses 16 in den Dauermagneten 14 zurück. Der magnetische Fluss 16 stellt das damit zusammenhängende 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 Schutzschalter 1a angeordnet werden.
• Hierbei gilt es, den beim Trennen des Festkontaktes 9 und des Bewegkontaktes 11 enstehenden Lichtbogen schnell und zuverlässig zu löschen. Beim Trennen wird der Lichtbogen dazu vom Bewegkontakt 11 auf die zweite Lichtbogenschiene 12 umgesetzt. Der Kurzschlussstrom fließt dabei durch die Blasschleife 13, wodurch ein Magnetfeld 17 entsteht. Der Lichtbogen 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 begünstigende Effekt entfällt. Um gleichermaßen effektiv den Lichtbogen zu führen, findet der Dauermagnet 14 Anwendung. Hierfür ist der Dauermagnet 14 gemäß 1 derart in der Blasschleife 13 angeordnet, dass sein magnetischer Fluss 16 ein die Vorkammer 5 umfassendes homogenes Magnetfeld 17 aufweist. Das durch die Blasschleife 13 und durch den Dauermagneten 14 erzeugte Magnetfeld 17 bewirkt ein verstärktes Führen des Lichtbogens in Richtung der Löschkammer 4. Die Richtung des magnetischen Flusses 16 ist dabei durch feldartige Pfeile angedeutet.
• 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 2 ist ein weiterer Schutzschalter 1b mit einer Löscheinrichtung 3 in einer Seitenansicht gezeigt. Der Unterschied zur 1 besteht darin, dass die Löscheinrichtung 3 mit einer 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 Dauermagneten 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 ferromagnetischen 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 gezielt in die Vorkammer 5 geleitet.
• Gemäß 2 ist eine, ggf. auch eine doppelt ausgeführte ferromagnetische Platte 15a so angeordnet, dass der magnetische Fluss 16 der Blasschleife 13 und des Dauermagneten 14 zumindest teilweise in eine Ebene der ferromagnetischen Platte 15a senkrecht eintritt und ein die Vorkammer 5 umfassendes Magnetfeld 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 mittig zwischen den ferromagnetischen Stahlplatten 15a in Richtung der Löschkammer 4 geführt wird. Gleichermaßen kann durch diese Maßnahme ein im Vergleich zu herkömmlichen Schutzschaltern höheres Schaltvermögen von bis zu 10kA Wechsel- und Gleichstrom erreicht werden.
• 3 zeigt einen Schutzschalter 1c mit einer Löscheinrichtung 3 in einer Seitenansicht. Im Vergleich zur 2 unterscheidet sich diese Ausführungsvariante durch eine erweiterte ferromagnetische Platte 15b. Dabei erstreckt sich die ferromagnetische Platte 15b zumindest teilweise über die Blasschleife 13 mit ihrem darin angeordneten Dauermagneten 14, über die Vorkammer 5 und zumindest teilweise über die Löschkammer 4. Die ferromagnetischen Platten 15a und 15b können ggf. jeweils paarweise, beid- und polendseitig am Dauermagneten 14 angeordnet sein und ggf. als Stahl- oder als gleichwertige Platten ausgeführt sein. Dieser Abschnitt bezieht sich auf die 1 und 2.
• Die gemäß 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 teilweise 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 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform besteht die Löschkammer 4 aus einem nicht ferromagnetischen Material.
• Grundsätzlich kann diese Anordnung bei Wechsel- und Gleichstrom eingesetzt werden, wobei Wechsel- und Gleichstrom unter anderem auch als Allstrom bezeichnet werden.

Claims (7)

1. Schutzschalter (1) mit einer Löscheinrichtung (3), mit einem 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) übergeht, 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 zugeordneten 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 ferromagnetische 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) angeordnet ist, dass sein magnetischer Fluss (16) zumindest teilweise in eine Ebene der ferromagnetischen Platte (15a,15b) senkrecht eintritt und ein die Vorkammer (5) durchdringendes 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 teilweise über die Blasschleife (13) mit ihrem umfassten Dauermagneten (14) und über die Vorkammer (5) erstreckt.
6. Schutzschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ferromagnetische Platte (15b) zumindest teilweise über die Löschkammer (4) erstreckt.
7. Schutzschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verwendung bei Wechsel- und Gleichstrom gegeben ist.