DE102004059097A1 - Schaltvorrichtung mit temperaturabhängigem Widerstand zum Löschen eines Lichtbogens - Google Patents
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- H01H33/16—Impedances connected with contacts
- H01H33/161—Variable impedances
- H01H2033/163—Variable impedances using PTC elements
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Abstract
Der Lichtbogen beim Abschalten eines Schaltgeräts soll mit einfachen Mitteln sicherer gelöscht werden können. Dazu ist vorgesehen, dass eine Widerstandseinrichtung (14), deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt, zwischen einem Festkontakt (1) und einem beweglichen Kontakt (2) angeordnet wird. Im Falle eines Lichtbogens läuft dann der Strom von dem beweglichen Kontakt (2) über die Widerstandseinrichtung (14) zum Festkontakt (1) oder umgekehrt. Der Widerstand (14) erwärmt sich durch den Stromfluss, wodurch auch sein Widerstandswert steigt. Folglich nimmt die Spannungsbeanspruchung der Schaltstrecke ab und der Lichtbogen kann leichter gelöscht werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung mit einem Festkontakt und einem beweglichen Kontakt, zwischen denen beim Abschalten der Schaltvorrichtung ein Lichtbogen auftreten kann.
- Lichtbogenkammern in Niederspannungsschaltgeräten haben eine begrenzte Löschwirkung. Diese hängt bei einem vorgegebenen Schaltgerät in der Regel nur von der Höhe der Lichtbogenspannung und des -stroms ab. Die Löschwirkung ist insbesondere bei Einsatz in den oberen Spannungsebenen des Niederspannungsbereichs (690 V, 1000 V, IT-Netze usw.) kritisch. Durch den immer stärker begrenzten Einbauraum von Niederspannungsschaltgeräten steigen die Anforderungen an die Löschfähigkeit solcher Systeme.
- Beim Einsatz für höhere Spannungen werden üblicherweise die Lichtbogenkammervolumen der Schaltgeräte vergrößert. Eine Alternative hierzu besteht in der Erhöhung der Anzahl von Löschblechen in den heute üblichen Lichtbogenlöschsystemen.
- Aus der Patentschrift
DE 101 18 746 B4 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgeräts mit einem zuschaltbaren Strombegrenzer bekannt. Der dort beschriebene Leistungsschalter oder Schütz weist mindestens eine Hauptstrombahn und einen zugeordneten Nebenstrompfad auf. Der zuschaltbare Strombegrenzer ermöglicht ein Schalten bei hoher Strombelastung von einem Nicht-Strombegrenzungsbetrieb in einen Strombegrenzungsbetrieb. Die Rückstellung des Strombegrenzers erfolgt bei einer Rückkommutierung des Lichtbogens vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn. - Aus der europäischen Patentschrift
EP 1 192 628 B1 ist weiterhin eine Schaltkontaktanordnung eines Niederspannungs-Leistungsschalters mit einer feststehenden und einer bewegbaren Kontaktgruppe jeweils bestehend aus einem Hauptkontakt, einem Zwischenkontakt, einem Abreißkontakt und einem Lichtbogenhorn bekannt. Durch eine spezielle Anordnung und Gestaltung von Komponenten der Schaltkontaktanordnung ergibt sich eine vorteilhafte, dreifache Kontaktgabe. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Lichtbögen in Schaltvorrichtungen sicherer löschen zu können.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltvorrichtung mit einem Festkontakt und einem beweglichen Kontakt oder Kontaktpaket sowie einer Widerstandseinrichtung, deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und die an einem der beiden Kontakte angeschlossen ist, so dass im Falle eines Lichtbogens der Strom von dem beweglichen Kontakt über die Widerstandseinrichtung zum Festkontakt oder umgekehrt verläuft.
- Im Falle des Auftretens eines Lichtbogens erhöht sich der Widerstand der Widerstandseinrichtung durch den wärmeerzeugenden Stromfluss. Dadurch nimmt der Spannungsabfall an dem Widerstand zu und in gleichem Maße die Spannungsbeanspruchung der Schaltstrecke ab. Der Lichtbogen ist somit leichter zu löschen.
- Vorzugsweise ist die Widerstandseinrichtung fest mit dem Festkontakt verbunden. Damit kann der bewegliche Kontakt ohne Aufwand für Verbindungstechnik hergestellt werden, so dass dessen Lebensdauer steigt.
- Die Widerstandseinrichtung kann als Lichtbogenleithorn ausgebildet sein. Damit kann auf einen Widerstand als zusätzliche Komponente verzichtet werden, da das Lichtbogenleithorn in einem Schaltgerät in aller Regel ohnehin vorhanden ist.
- Alternativ kann die Widerstandseinrichtung auch zwischen einem Lichtbogenleithorn und dem Festkontakt angeordnet sein. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass das Material der Widerstandseinrichtung und das des Lichtbogenleithorns jeweils optimal für die entsprechende Funktion gewählt werden kann.
- Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
-
1 eine Skizze eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 eine Skizze eines Ausschnitts eines Schaltgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
3 ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Schalters im Zustand EIN; -
4 ein Ersatzschaltbild des Schalters während der Ausschaltung; und -
5 ein Ersatzschaltbild des Schalters während der Lichtbogendauer. - Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
- Entsprechend
1 besitzt ein erfindungsgemäßes Schaltgerät einen Festkontakt1 und einen beweglichen Kontakt2 . Der Festkontakt1 besitzt einen feststehenden Hauptkontakt11 , einen festen Abreiß- oder Abbrandkontakt12 und ein feststehendes Lichtbogenhorn13 . Zwischen dem feststehenden Lichtbogenhorn13 und dem feststehenden Zwischenkontakt12 befindet sich ein temperaturabhängiger Widerstand14 . Sein Widerstand nimmt mit steigender Temperatur zu. - Der bewegliche Kontakt
2 wiederum besteht aus einem beweglichen Hauptkontakt21 , einem beweglichen Abbrandkontakt22 und einem beweglichen Lichtbogenhorn23 . Die Bewegung des beweglichen Lichtkontakts2 erfolgt um einen Bolzen24 , der zusätzlich in horizontaler Richtung von dem Festkontakt1 beim Öffnen des Schalters wegbewegt wird. - Eine alternative Ausführungsform ist in
2 wiedergegeben. Der bewegliche Kontakt2 ist gegenüber der Ausführungsform von1 unverändert. Hingegen ist hier auf einen temperaturabhängigen Widerstand als eigene Komponente verzichtet und ein feststehendes Lichtbogenhorn15 ist aus dem temperaturabhängigen Widerstandsmaterial gefertigt. In diesem Fall ist das feststehende Lichtbogenhorn15 über den Abbrandkontakt12 unmittelbar an dem Festkontakt1 befestigt. - Im geschlossenen Zustand des Schalters fließt der Strom durch den beweglichen Kontakt
2 , die Hauptkontakte11 ,21 und den Festkontakt1 oder umgekehrt. Beim Öffnen des Schalters wird zunächst Kontakt von Zwischenkontakten hergestellt, so dass die Hauptkontakte11 und21 lichtbogenfrei öffnen können. Beim weiteren Öffnungsvorgang kontaktieren die Abbrandkontakte12 und22 , bis sich schließlich auch diese trennen und zwischen ihnen ein Lichtbogen mit jeweils einem Fuß an den Lichtbogenhörnern13 und23 entsteht. Dieser Öffnungsvorgang ist in der eingangs bereits erwähnten DruckschriftEP 1 192 628 B1 näher beschrieben. - Das jeweilige Widerstandselement
14 bzw.15 weist im kalten Zustand einen vergleichsweise niedrigen Widerstand auf. Infolgedessen ist die Kommutierung des Lichtbogenfußpunkts und des durch ihn fließenden Stroms vom Kontaktbereich auf das zum Löschsystem gehörende feststehende Lichtbogenhorn13 nicht behindert. Vor allem im Bereich höherer Ströme bis zur maximalen Schaltleistung ergibt sich durch die Eigenerwärmung des Widerstandselements aufgrund des durch ihn fließenden Lichtbogenstroms ein zusätzlicher Spannungsabfall. Dieser zusätzliche Spannungsabfall erhöht die Gesamtspannung bestehend aus Lichtbogenspannung und Spannung am Widerstand bei sonst gleichen Lichtbogenkammergeometrien. - Der bewegliche Kontakt
2 kann aus einem einzigen oder mehreren Einzelkontakten bzw. Kontaktfingern bestehen. Im Falle mehrerer Kontakte ergibt sich ein entsprechendes bewegliches Kontaktpaket. -
3 gibt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Schalters im Zustand EIN wieder, in dem die Hauptkontakte geschlossen sind. Dieses Ersatzschaltbild besteht aus einer Serienschaltung folgender Widerstände: -
- 31
- Widerstand
des oberen Anschlusses, d. h. des Festkontakts
1 - 32
- Kontaktwiderstand
der Hauptkontakte
11 und21 - 33
- Widerstand
des Kontakthebels, d. h. des beweglichen Kontakts
2 - 34
- Widerstand der Stromseile
- 35
- Widerstand des unteren Anschlusses
- Die Stromseile und der untere Anschluss sind in den Ausschnitten der
1 und2 nicht wiedergegeben. - Während des Ausschaltvorgangs berühren sich zu einem bestimmten Zeitpunkt nur noch die Abbrandkontakte
12 und22 . Zu diesem Zeitpunkt ergibt sich das in4 wiedergegebene vereinfachte Ersatzschaltbild, bei dem anstelle des Kontaktwiderstands32 der Hauptkontakte11 und21 der Widerstand36 des in dieser Phase noch kalten, integrierten, temperaturabhängigen Widerstands und der Widerstand37 der Abbrandkontakte12 ,22 treten. Beim weiteren Öffnen des Schalters kommt gemäß5 zwischen den Widerstand37 der Abbrandkontakte12 ,22 und dem Widerstand33 des Kontakthebels noch ein Widerstand38 des Lichtbogens selbst hinzu. Während der Lichtbogendauer ergibt sich somit eine Serienschaltung der Widerstände31 ,36 ,37 ,38 ,33 ,34 und35 . Daraus ist ohne weiteres ersichtlich, dass bei gleichbleibender Gesamtsystemspannung die Spannung an dem temperaturabhängigen Widerstand36 bei dessen Erwärmung ansteigt und folglich die Spannungsbeanspruchung der Schaltstrecke abnimmt, so dass der Lichtbogen leichter gelöscht werden kann. -
- 1
- Festkontakt
- 2
- beweglicher Kontakt
- 11, 21
- Hauptkontakte
- 12, 22
- Abbrandkontakte
- 13, 15, 23
- Lichtbogenhörner
- 14
- temperaturabhängiger
- Widerstand
- 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38
- Widerstände
- 24
- Bolzen
Claims (4)
- Schaltvorrichtung mit – einem Festkontakt (
1 ) und – einem beweglichen Kontakt oder Kontaktpaket (2 ), gekennzeichnet durch – eine Widerstandseinrichtung (14 ,15 ), deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und die an einem der beiden Kontakte angeschlossen ist, so dass im Falle eines Lichtbogens der Strom von dem beweglichen Kontakt (2 ) über die Widerstandseinrichtung (14 ,15 ) zum Festkontakt (1 ) oder umgekehrt verläuft. - Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Widerstandseinrichtung (
14 ,15 ) fest mit dem Festkontakt (1 ) verbunden ist. - Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Widerstandseinrichtung (
15 ) als Lichtbogenleithorn ausgebildet ist. - Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Widerstandseinrichtung (
14 ) zwischen einem Lichtbogenleithorn (13 ) und dem Festkontakt (1 ) angeordnet ist.
Priority Applications (3)
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