DE102005007299A1

DE102005007299A1 - Elektrisches Installationsgerät mit Lichtbogen-Vorkammerraum, Lichtbogenleitschienen und strombegrenzender Lichtbogenlöscheinrichtung

Info

Publication number: DE102005007299A1
Application number: DE102005007299A
Authority: DE
Inventors: Alexander Rab; Klaus Dipl.-Ing. Kling; Patrick Dipl.-Ing. Claeys; Richard Dipl.-Ing. Kommert
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31
Also published as: DE102006030952A1

Abstract

Es wird ein elektrisches Installationsgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter oder Motorschutzschalter vorgeschlagen, mit einem Gehäuse mit Anschlussräumen (3, 4) und Anschlussmitteln zur Verbindung mit Stromschienen und/oder Anschlussleitungen an beiden Stirnseiten, mit mindestens einem Schaltkontakt mit einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück (8, 9), zwischen denen bei einer Ausschaltung ein Lichtbogen (15) in einem Lichtbogen-Vorkammerraum (7) entsteht, welcher Lichtbogen über Lichtbogenleitschienen (10, 11) in eine strombegrenzende Lichtbogenlöscheinrichtung ((12), insbesondere Lichtbogenlöschblechpaket einläuft. An der Oberseite des Gehäuses sind ein Schaltknebel (6) und an der Unterseite des Gehäuses Montagemittel (2) zur Befestigung des Installationsgerätes auf einer Hutprofiltragschiene (24) vorgesehen. Es ist ein Hauptkanal (19, 25) ausgebildet, der aus der Lichtbogenlöscheinrichtung (12) mit erhöhtem Druck austretende Gase aufnimmt und derart in Richtung vom Ausgang zum Eingang der Lichtbogenlöscheinrichtung (12) weiterführt, dass eine Beschleunigung der Gasströmung vom Entstehungsort eines Lichtbogens (15) in Richtung Lichtbogenlöscheinrichtung (12) resultiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Installationsgerät mit Lichtbogen-Vorkammerraum, Lichtbogenleitschienen und strombegrenzender Lichtbogenlöscheinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei Leitungsschutzschaltern und Motorschutzschaltern verwendet werden.
Leitungsschutzschalter und Motorschutzschalter dienen dazu, im Störungsfall elektrische Leitungen, die mit Überströmen hoher Stromstärke belastet sind, vom speisenden Netz zu trennen. Hierzu sind üblicherweise ein festes und ein bewegliches Kontaktstück in einem Lichtbogen-Vorkammerraum vorgesehen, die mit den jeweiligen Anschlussklemmen verbunden sind. Beim Öffnen des Schaltkontaktes, d. h. beim Abheben des beweglichen Kontaktstückes vom feststehenden Kontaktstück, entsteht ein Schaltlichtbogen, welcher in einer hierzu vorgesehenen Löscheinrichtung gelöscht wird. Der gezogene Lichtbogen kommutiert von den geöffneten Kontaktstücken auf Lichtbogenleitschienen, um sich anschließend in einem Lichtbogenlöschblechpaket (Deion-Löschkammer) zu unterteilen. Dort wird eine hohe Lichtbogenspannung zur Strombegrenzung erzeugt, so dass der Lichtbogen erlischt.

Aus der DE 102 42 310 A1 ist eine Lichtbogenlöschanordnung für ein elektrisches Schaltgerät bekannt, die eine Löschkammer (in der bei einer Schalthandlung zwischen einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück ein Lichtbogen erzeugt wird) und ein mehrere Lichtbogenlöschbleche aufweisendes Lichtbogenlöschblechpaket umfasst, in das der Lichtbogen über Leitschienen hineingeführt wird.

Aus der EP 0 251 160 B1 ist eine Löscheinrichtung für einen elektrischen Schalter mit in einem Vorkammerraum befindlichen Kontaktsstücken und einem Löschblechsstapel bekannt, wobei der Vorkammerraum seitlich durch Vorkammerplatten begrenzt wird. Zwischen den Außenseiten der Vorkammerplatten und der inneren Gehäusewand ist ein Spalt, der eine Zurückführung des Überdruckes aus dem Löschblechstapel gestattet, ohne die Entwicklung des Lichtbogens zu stören. Die rückströmende Druckwelle dient zum Ausgleich des Unterdruckes und zur Deionisierung im Kontaktbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Installationsgerät mit Lichtbogen-Vorkammerraum, Lichtbogenleitschienen und strombegrenzender Lichtbogenlöscheinrichtung anzugeben, welche bei optimaler Funktionsweise einen vereinfachten Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die vorgeschlagene Maßnahme eine Beschleunigung der Gasströmung vom Entstehungsort des Lichtbogens in Richtung Lichtbogenlöscheinrichtung erzielt wird, woraus eine beschleunigte Löschung des Lichtbogens resultiert. Es werden das Schaltverhalten verbessert bzw. das Ausschaltverhalten stabilisiert. Dementsprechend werden der durch den Lichtbogen im Schaltgerät bewirkte Eintrag an Energie und damit auch die thermischen Einwirkungen begrenzt. Eine Beschädigung von Baukomponenten des Schaltgeräts aufgrund unzulässig hoher thermischer Belastung (Temperaturerhöhung) wird verhindert. Der Aufbau des Schaltgerätes wird vereinfacht, da zusätzliche Einlegeteile, wie Vorkammerplatten, entbehrlich sind. Damit sind Kosteneinsparungen (Teilekosten, Montagekosten) verbunden.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Schaltgerät gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 einen Schnitt durch ein Schaltgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 einen Schnitt durch ein Schaltgerät gemäß einer dritten Ausführungsform,
4 einen Schnitt durch ein mit Inneneinnehmungen versehenes Schaltgerät gemäß einer vierten Ausführungsform,
5 einen Schnitt durch ein Schaltgerät gemäß einer fünften Ausführungsform.
In 1 ist ein Schnitt durch ein Schaltgerät gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Zum Aufbau eines derartigen auf einer Hutprofiltragschiene montierbaren elektrischen Installationsgerätes wird ausdrücklich auf die eingangs erwähnte DE 102 42 310 A1 hingewiesen. Ein solches Schaltgerät weist in einem schmalen, quaderförmigen Gehäuse an mindestens einer Stirnseite Anschlussmittel zur Verbindung mit Stromschienen und/oder Anschlussleitungen (Eingangs- und Ausgangsanschlüsse), einen elektromagnetischen Auslöser zur Abschaltung von Kurzschlussströmen, einen thermischen Auslöser zur Abschaltung von Überströmen, ein Schaltschloss, einen Schaltknebel an der Oberseite des Gehäuses, mindestens einen Schaltkontakt mit mindestens einem feststehenden und mindestens einem beweglichen Schaltkontaktstück, Lichtbogenleitschienen zur Führung eines Lichtbogens von einem Lichtbogen-Vorkammerraum in eine strombegrenzende Lichtbogenlöscheinrichtung, insbesondere Lichtbogenlöschpaket sowie an der Bodenseite des Gehäuses Montagemittel zur Befestigung auf einer Hutprofiltragschiene auf. Falls mehr als ein Schaltkontakt vorgesehen ist, sind selbst verständlich auch Lichtbogenlöschpakete inklusive Lichtbogenleitschienen entsprechend mehrfach vorhanden.
Das Schaltgerät 1 – ein Leitungsschutzschalter oder ein Motorschutzschalter – weist ein üblicherweise aus zwei Hälften zusammengesetztes Gehäuse aus einem isolierenden Kunststoffmaterial auf. Innerhalb des von der Gehäusewandung umschlossenen Innenraumes befinden sich

• je ein Anschlussraum 3, 4 an jeder Stirnseite mit Anschlussmitteln zur Verbindung mit Stromschienen und/oder Anschlussleitungen,
• ein Raum 5 zur Aufnahme eines elektromagnetischen Auslösers + thermischen Auslösers + Schaltschloss,
• ein Lichtbogen-Vorkammerraum 7 mit Schaltkontakt, bestehend aus einem beweglichen Kontaktstück 8 und einem festen Kontaktstück 9,
• eine strombegrenzende Löscheinrichtung 12, insbesondere Lichtbogenlöschblechpaket,
• eine mit dem festen Kontaktstück 9 elektrisch verbundene Lichtbogenleitschiene 10 sowie eine mit dem beweglichen Kontaktsstück 8 elektrisch verbundene Lichtbogenleitschiene 11, wobei diese beiden Lichtbogenleitschienen dazu dienen, einen zwischen den Kontaktstücken 8, 9 entstandenen Lichtbogen 15 vom Entstehungsort zur Löscheinrichtung 12 zu leiten.

Unterhalb des im Lichtbogen-Vorkammerraum 7 verlaufenden Abschnitts der Lichtbogenleitschiene 11 ist ein Hauptkanal 19 ausgebildet, der in einen Umluftkanal 13 übergeht, welcher sich ebenfalls unterhalb der Lichtbogenleitschiene respektive zwischen Gehäusewandung und Lichtbogenleitschiene befindet. Auf diese Weise können aus der Lichtbogenlöscheinrichtung 12 mit erhöhtem Druck austretende Gase in den Lichtbogen-Vorkammerraum 7 befördert werden, wo sie über eine Öffnung 14 in der Nähe des Lichtbogen-Entstehungsorts eintreten, d. h. es ergibt sich eine Gasströmung nach dem Umluftprinzip von der Lichtbogenlöscheinrichtung 12 über den Hauptkanal 19 und den Umluftkanal 13 zurück in den Lichtbogen-Vorkammerraum 7, welche zu einer Strömungsoptimierung beiträgt und zu einem beschleunigten Transport des Lichtbogens in Richtung Lichtbogenlöscheinrichtung und damit zu einer beschleunigten Lichtbogen-Löschung führt.
Auf der Oberseite des Gehäuses ist ein für manuelle Schalthandlungen zu verwendender Schaltknebel 6 angeordnet. An der Bodenseite des Gehäuses sind Montagemittel 2 (feste Nase + bewegliche Nase) zur Befestigung des Schaltgerätes 1 auf einer Hutprofiltragschiene angeordnet.
In 2 ist ein Schnitt durch ein Schaltgerät 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform weist der Hauptkanal 19 endseitig eine Verzweigung 16 auf, durch welche außer dem Umluftkanal 13 ein über eine Abluftöffnung 18 in den der Lichtbogenlöscheinrichtung 12 gegenüberliegenden (und mittels des Lichtbogen-Vorkammerraums 7 davon getrennten) Anschlussraum 3 mündender Abluftkanal 17 realisiert wird. Alternativ befindet sich die Abluftöffnung 18 an der stirnseitigen Gehäusewandung des Anschlussraumes 3. Durch die vorgeschlagene Maßnahme ergeben sich zwei Gasströmungen:

• Eine erste Gasströmung nach dem Umluftprinzip von der Lichtbogenlöscheinrichtung 12 über den Hauptkanal 19, die Verzweigung 16, den Umluftkanal 13 und die Öffnung 14 zurück in den Lichtbogen-Vorkammerraum 7.
• Eine zweite Gasströmung von der Lichtbogenlöscheinrichtung 12 über den Hauptkanal 19, die Verzweigung 16, den Abluftkanal 17 und die Abluftöffnung 18, wobei eine relativ hohe Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck in der Lichtbogenlöscheinrichtung 12 einerseits und dem Druck der Außenatmosphäre andererseits dazu herangezogen wird, eine Beschleunigung der Gasströmung (und damit der Lichtbogen-Bewegung) vom Ort der Lichtbogen-Entstehung zur Lichtbogenlöscheinrichtung zu erzielen.

In 3 ist ein Schnitt durch ein Schaltgerät 21 gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform mündet der Hauptkanal 19 nicht in einen Umluftkanal 13, sondern lediglich in den Abluftkanal 17, welcher über die Abluftöffnung 18 in den Anschlussraum 3 mündet. Alternativ befindet sich die Abluftöffnung 18 an der stirnseitigen Gehäusewandung des Anschlussraumes 3. Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird eine relativ hohe Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck in der Lichtbogenlöscheinrichtung 12 einerseits und dem Druck der Außenatmosphäre andererseits dazu herangezogen, eine Beschleunigung der Gasströmung (und damit der Lichtbogen-Bewegung) vom Ort der Lichtbogen-Entstehung zur Lichtbogenlöscheinrichtung 12 zu erzielen.
Für alle Schaltgeräte 1, 20, 21 (und selbstverständlich auch für das nachstehend erläuterte Schaltgerät 27) gilt, dass die beiden Breitseiten ihrer Gehäuse mit Inneneinnehmungen 22 versehen sein können, welche sich im Bereich zwischen Schaltkontakt mit den Kontaktstücken 8, 9, Lichtbogenlöscheinrichtung 12 und Lichtbogenleitschiene 11 erstrecken, so dass der zwischen diesen Innenausnehmungen 22 gebildete Raum im Vergleich zum übrigen Lichtbogen-Vorkammerraum 7 eine verringerte Breite und somit einen verringerten Querschnitt aufweist. Auf diese Weise ergeben sich – wie in 4 gezeigt – zwei zusätzliche Seitenkanäle zwischen Gehäusewandung (der Breitseite) 23, Rand 24 der Inneneinnehmung 22 und stirnseitiger Gehäusewandung. Diese Seitenkanäle unterstützen die vorstehend erwähnte Gasströmung nach dem Umluftprinzip von der Lichtbogenlöscheinrichtung zurück in den Lichtbogen-Vorkammerraum respektive in die Außenatmosphäre.
4 zeigt hierzu einen Schnitt A-A (Schnittlinie siehe 1) durch ein mit Inneneinnehmungen 22 versehenes Schaltgerät gemäß einer vierten Ausführungsform. Hinter der Lichtbogenleitschiene 11 befindet sich der durch die Inneneinnehmungen 22 begrenzte Bereich des Lichtbogen-Vorkammerraums 7. Aufgrund des verringerten Querschnitts dieses Bereichs wird die Strömungsgeschwindigkeit des in Richtung Lichtbogenlöscheinrichtung 12 strömenden Gases erhöht. Diese Maßnahme führt ebenfalls zu einer beschleunigten Löschung des Lichtbogens.
In 5 ist ein Schnitt durch ein Schaltgerät 27 gemäß einer fünften Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform grenzt die Lichtbogenleitschiene 11 bis an die bodenseitige Gehäusewandung (Stirnseite), so dass sich ein Hauptkanal 25 zwischen Lichtbogenlöscheinrichtung 12 und Leitschiene 11 ausbildet. Es ergibt sich eine Gasströmung vom Hauptkanal 25 in zwei Seitenkanäle 26 zwischen Gehäusewandung der Breitseite 23, Rand 24 der Inneneinnehmung 22 und bodenseitiger Gehäusewandung. Diese Gasströmung setzt sich fort

• über Abluftkanal 17 zur Abluftöffnung 18 oder
• über Umluftkanal 13 zur Öffnung 14 oder
• über Verzweigung 16 in Abluftkanal 17 + Abluftöffnung 18 und Umluftkanal 13 + Öffnung 14.

Vorstehend wird davon ausgegangen, dass sich Hauptkanal 19 und Umluftkanal 13 durch einen definierten Abstand zwischen Lichtbogenleitschiene und Gehäusewandung ausbilden. Alternativ hierzu kann die Lichtbogenleitschiene 11 selbst abschnittsweise in Form eines Kanals ausgebildet sein.

1: Schaltgerät
2: Montagemittel zur Befestigung auf einer Hutprofiltragschiene
3: Anschlussraum
4: Anschlussraum
5: Raum für elektromagnetischen Auslöser + thermischen Auslöser +
: Schaltschloss
6: Schaltknebel
7: Lichtbogen-Vorkammerraum
8: bewegliches Kontaktstück
9: festes Kontaktstück
10: Lichtbogenleitschiene
11: Lichtbogenleitschiene
12: strombegrenzende Lichtbogenlöscheinrichtung, insbesondere Lichtbo
: genlöschblechpaket
13: Umluftkanal
14: Öffnung
15: Lichtbogen
16: Verzweigung
17: Abluftkanal
18: Abluftöffnung
19: Hauptkanal
20: Schaltgerät
21: Schaltgerät
22: Inneneinnehmung
23: Gehäusewandung
24: Rand der Inneneinnehmung
25: Hauptkanal
26: Seitenkanal
27: Schaltgerät

Claims

Elektrisches Installationsgerät, insbesondere Leitungsschutzschalter oder Motorschutzschalter, mit einem Gehäuse mit Anschlussräumen (3, 4) und Anschlussmitteln zur Verbindung mit Stromschienen und/oder Anschlussleitungen an beiden Stirnseiten, mit mindestens einem Schaltkontakt mit einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück (8, 9), zwischen denen bei einer Ausschaltung ein Lichtbogen (15) in einem Lichtbogen-Vorkammerraum (7) entsteht, welcher Lichtbogen über Lichtbogenleitschienen (10, 11) in eine strombegrenzende Lichtbogenlöscheinrichtung (12), insbesondere Lichtbogenlöschblechpaket einläuft, wobei an der Oberseite des Gehäuses ein Schaltknebel (6) und an der Unterseite des Gehäuses Montagemittel (2) zur Befestigung des Installationsgerätes auf einer Hutprofiltragschiene (24) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptkanal (19, 25) ausgebildet ist, der aus der Lichtbogenlöscheinrichtung (12) mit erhöhtem Druck austretende Gase aufnimmt und derart in Richtung vom Ausgang zum Eingang der Lichtbogenlöscheinrichtung (12) weiterführt, dass eine Beschleunigung der Gasströmung vom Entstehungsort eines Lichtbogens (15) in Richtung Lichtbogenlöscheinrichtung (12) resultiert.
Installationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkanal (19) zwischen Gehäusewandung und Lichtbogenleitschiene (11) ausgebildet ist.
Installationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkanal (25) zwischen Lichtbogenlöscheinrichtung (12) und Lichtbogenleitschiene (11) ausgebildet ist.
Installationsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkanal (19, 25) in einen Umluftkanal (13) mündet, dessen Öffnung (14) im Lichtbogen-Vorkammerraum (7) mündet.
Installationsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkanal (19, 25) in einen Abluftkanal (17) mündet, dessen Abluftöffnung (18) im der Lichtbogenlöscheinrichtung (12) gegenüberliegenden Anschlussraum (3) respektive an dieser stirnseitigen Gehäusewandung mündet.
Installationsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Verzweigung (16) sowohl ein Umluftkanal (13) als auch ein Abluftkanal (17) am Hauptkanal (19, 25) angeschlossen sind.
Installationsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Breitseiten des Gehäuses mit Inneneinnehmungen (22) versehen sind, welche sich im Bereich zwischen Schaltkontakt mit den Kontaktstücken (8, 9), Lichtbogenlöscheinrichtung (12) und Lichtbogenleitschiene (11) erstrecken, so dass der zwischen diesen Innenausnehmungen (22) gebildete Raum im Vergleich zum übrigen Lichtbogen-Vorkammerraum (7) eine verringerte Breite und somit einen verringerten Querschnitt aufweist und sich auf diese Weise zwei zusätzliche Seitenkanäle zwischen Gehäusewandung der Breitseite (23), Rand (24) der Inneneinnehmung (22) und stirnseitiger Gehäusewandung ergeben.