DE102015102329A1

DE102015102329A1 - Elektromagnetisch verstärkte Kontakttrennung in einem Schutzschalter

Info

Publication number: DE102015102329A1
Application number: DE102015102329.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Rakuff; Manoj Ramprasad Shah; Paul R. Gemin; Ganesh Krishnamoorthy; Ashraf Said Atalla
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Abb SpA It
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2015-08-20
Also published as: CN104851760A; US20150235793A1; US9412549B2; CN104851760B

Abstract

Es sind verschiedene Ausführungsformen eines Schutzschalters beschrieben, bei dem eine bewegbare Überbrückungsklemme als ein Teil des leitenden Pfads verwendet wird, wenn der Schutzschalter sich in einer geschlossenen Konfiguration befindet. Wenn der Stromkreis geöffnet wird, wird die Klemme von den beiden festen Kontakten, die ansonsten durch die Klemme überbrückt sind, weg verlagert. In einer derartigen Ausführungsform verwendet der Schutzschalter die elektromagnetischen Kräfte, die als Reaktion auf das Öffnungsereignis erzeugt werden, um den Stromkreis zu unterbrechen.

Description

Hierin dargestellte Ausführungsformen betreffen allgemein elektrische Stromkreisunterbrechung unter Verwendung von Schutzschaltern, wie beispielsweise linearen Kontaktanordnungen mit Zweifachunterbrechung, mit Magnetkernen in Leistungsschaltern mit gegossenem Gehäuse (MCCB, Molded Case Circuit Breakers).
HINTERGRUND
Schutzschalter werden verwendet, um AC- oder DC-, Einphasen- oder Mehrphasen-Stromkreise zu unterbrechen, wenn ein elektrischer Fehlerzustand auftritt. Die elektrischen Fehlerzustände können einen Momentanstrom in dem Stromkreis, der eine vordefinierte Momentanstromgrenze überschreitet (d.h., es liegt ein elektrischer Kurzschluss vor), oder einen Dauerstrom enthalten, der eine vordefinierte Dauerstromgrenze überschreitet (d.h., es liegt eine elektrische Überlast vor). Ein MCCB mit Einfachunterbrechung weist gewöhnlich einen einzigen stationären Kontakt, der an einer stationären Stromschleife montiert ist, und einen bewegbaren Kontakt, der an einem drehbaren Kontaktarm montiert ist, für jede Phase auf. Ein MCCB mit Zweifachunterbrechung weist zwei stationäre Kontakte und zwei bewegbare Kontakte für jede Phase auf. Wenn im normalen Betrieb elektrischer Strom durch die Vorrichtung fließt, stehen die bewegbaren Kontakte mit den stationären Kontakten in Berührung, und der Unterbrecher befindet sich im geschlossenen Zustand. In Gegenwart eines elektrischen Fehlers wird der Fluss des elektrischen Stroms durch Trennung der bewegbaren Kontakte von den stationären Kontakten unterbrochen, und der Unterbrecher geht von einem geschlossenen zu einem ausgelösten Zustand über. Der Kontaktarm wird mittels eines Mechanismus, der auf den Kontaktarm einwirkt, von einer geschlossenen zu einer ausgelösten Position bewegt.
Die Energie, um den Kontaktarm zu bewegen, kann von elektromagnetischen Feldern herrühren, die sich um die stationäre Stromschleife und den Kontaktarm herum aufgrund der elektrischen Fehlerströme, die durch diese Komponenten fließen, entwickeln. Die Wechselwirkungen zwischen den elektromagnetischen Feldern und dem Fehlerstrom haben eine Abstoßungskraft zwischen der stationären Stromschleife und dem Kontaktarm zur Folge, die in herkömmlichen Ansätzen den Kontaktarm veranlasst, sich zu drehen und den bewegbaren Kontakt von dem stationären Kontakt zu trennen. Wenn der bewegbare Kontakt sich zu trennen beginnt, kann ein Lichtbogen sich zwischen dem stationären Kontakt und dem bewegbaren Kontakt ausbilden. Aufgrund der elektromagnetischen Felder ist eine Lichtbogenkraft vorhanden, die auf den Lichtbogen einwirkt und seinen Pfad beeinflusst. Die Stärken der Abstoßungskraft und der Lichtbogenkraft nehmen ab, wenn der Fehlerstrom und die elektromagnetische Feldintensität sinken und wenn die Ausrichtung des sich drehenden Kontaktarmes in Bezug auf die stationäre Stromschleife und in Bezug auf das elektromagnetische Feld weniger günstig wird, während sich der Kontaktarm dreht.
Die Bewegung des Kontaktarmes von der geschlossenen zu der ausgelösten Position muss schnell erfolgen, um den Strom zu begrenzen und um die Ausbildung von Lichtbögen zu minimieren, die die Kontakte beeinträchtigen können. Der Schutzschaltermechanismus muss ferner eine geeignete Größe haben, um in ein vordefiniertes Schutzschaltergehäuse oder einen Schaltschrank zu passen. Folglich besteht ein Bedarf nach einer Maximierung der Abstoßungskräfte, die den Kontaktarm beschleunigen, und nach einer Reduktion der Größe des Mechanismus.
KURZBESCHEIBUNG
In einer Ausführungsform ist ein Schutzschalter geschaffen. Der Schutzschalter enthält eine Verriegelungsanordnung, die eingerichtet ist, um eine Wiege des Schutzschalters loszulassen und zu ergreifen, und ein Griffjoch, das eingerichtet ist, um sich zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen, wenn die Verriegelungsanordnung mit der Wiege in Eingriff steht. Der Schutzschalter enthält ferner eine lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung, die enthält: eine Überbrückungsklemme, die eingerichtet ist, um stationäre Stromschienen leitend miteinander zu verbinden; eine Führungsstange, die an der Überbrückungsklemme angebracht ist und einen linearen Bewegungsweg für die Überbrückungsklemme definiert; und einen Magnetkern, der an dem linearen Bewegungsweg angeordnet ist und wenigstens einen Satz von Lichtbogenkammerplatten aufweist. Der Schutzschalter enthält ferner eine Verbindunganordnung, die die Wiege, das Griffjoch und die Führungsstange mechanisch koppelt, wobei die Verbindungsanordnung eine Feder aufweist, die bei einer Betriebsstromstärke die Überbrückungsklemme an den stationären Stromschienen in Stellung hält, wenn die Verriegelungsanordnung und die Wiege im Eingriff stehen und wenn das Griffjoch sich in der geschlossenen Position befindet.
In dem zuvor erwähnten Schutzschalter kann die Überbrückungsklemme einen gekrümmten Verbinder aufweisen.
Insbesondere kann der gekrümmte Verbinder einen hufeisenförmigen oder U-förmigen Verbinder aufweisen.
Alternativ kann die Überbrückungsklemme einen Winkelverbinder aufweisen.
Insbesondere kann der Winkelverbinder einen V-förmigen Verbinder aufweisen.
In dem Schutzschalter einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Feder kalibriert sein, um Abstoßungskräfte zu überwinden, die auf die Überbrückungsklemme einwirken und die bei der Betriebsstromstärke erzeugt werden, wenn die Wiege mit der Verriegelungsanordnung in Eingriff steht und wenn das Griffjoch sich in der geschlossenen Position befindet.
Der Schutzschalter einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine isolierende Komponente aufweisen, die an der Überbrückungsklemme gegenüber der Führungsstange angebracht ist.
In einer Konfiguration weist der Magnetkern ferner einen oberen Kern auf, der eine Haubenstruktur aufweist.
In dem Schutzschalter einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Wiege, wenn sie mit der Verriegelungsanordnung in Eingriff steht und wenn das Griffjoch sich in der offenen Position befindet, eine Bewegung der Feder zulassen, so dass die Feder die Überbrückungsklemme der linearen Kontaktanordnung nicht in Kontakt mit den stationären Stromschienen vorspannt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Wiege, wenn sie nicht mit der Verriegelungsanordnung in Eingriff steht, eine Bewegung der Feder derart zulassen, dass die Feder die Überbrückungsklemme der linearen Kontaktanordnung nicht in Kontakt mit den stationären Stromschienen vorspannt.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung geschaffen. Die Kontaktanordnung enthält eine Überbrückungsklemme, die eingerichtet ist, um Kontakte von zwei stationären Stromschienen leitend miteinander zu verbinden. Eine elektromagnetische Abstufungskraft wird erzeugt und wirkt auf die Überbrückungsklemme ein, wenn ein Strom durch die stationären Stromschienen und die Überbrückungsklemme fließt. Die elektromagnetische Kraft drückt die Überbrückungsklemme von den stationären Stromschienen weg. Die Kontaktanordnung enthält ferner eine Vorspannfederkomponente, die eine der elektromagnetischen Abstoßungskraft entgegengesetzte Kraft ausübt, um die Überbrückungsklemmenkomponente mit den stationären Stromschienen in Kontakt zu halten, wenn der Strom unterhalb einer Stromschwelle liegt.
In der zuvor erwähnten linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung kann die Vorspannfederkomponente eine kalibrierte Feder aufweisen.
Die lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung kann ferner einen Magnetkern aufweisen, der eingerichtet ist, um die elektromagnetische Abstoßungskraft zu verstärken, wenn die Überbrückungsklemme von den stationären Stromschienen getrennt wird und durch den Magnetkern verläuft.
Insbesondere kann der Magnetkern eine Reihe von magnetischen Lichtbogenkammerplatten aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ kann der Magnetkern einen oberen Kern aufweisen, der eine Haubenstruktur aufweist.
In der linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Überbrückungsklemmenkomponente ein gekrümmter Verbinder sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zum Unterbrechen eines Stromkreispfades geschaffen. Gemäß diesem Verfahren werden stationäre Stromschienen mit einer Überbrückungsklemmenkomponente verbunden. Es wird eine elektromagnetische Abstoßungskraft erzeugt, die auf die Überbrückungsklemmenkomponente einwirkt, wenn ein Strom durch die stationären Stromschienen und die Überbrückungsklemmenkomponente geleitet wird. Die elektromagnetische Abstoßungskraft drückt die Überbrückungsklemmenkomponente von den stationären Stromschienen weg. Eine Gegenkraft wird auf die Überbrückungsklemmenkomponente ausgeübt, um die elektromagnetische Abstoßungskraft zu überwinden, wenn der Strom unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt. Die Überbrückungsklemmenkomponente wird von den stationären Stromschienen getrennt, wenn der Strom die vorgegebene Schwelle überschreitet. Die elektromagnetische Abstoßungskraft übersteigt die Gegenkraft, wenn der Strom die vorgegebene Schwelle überschreitet.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann das Ausüben der Gegenkraft ein Konfigurieren wenigstens einer Feder aufweisen, um die Gegenkraft auf die Überbrückungsklemmkomponente anzulegen.
Die Überbrückungsklemmkomponente kann einen gekrümmten oder gewinkelten Verbinder aufweisen.
Das Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ein Verstärken der elektromagnetischen Abstoßungskraft aufweisen, wenn die Überbrückungsklemmkomponente sich von den stationären Stromschienen trennt und durch eine Reihe von Lichtbogenkammerplatten verläuft.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile bezeichnen, worin zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Schutzschalters mit einer linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung in einem geschlossenen Zustand gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Schutzschalters mit einer linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung in einem offenen Zustand gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Schutzschalters mit einer linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung in einem ausgelösten Zustand gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
4 eine perspektivische Nahaufnahme einer ersten Ausführungsform einer linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
5 eine schematische Nahaufnahme einer zweiten Ausführungsform einer linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung, wie hierin erläutert, kann für MCCBs geeignet sein, die in wohnungsbezogenen, kommerziellen oder industriellen Anwendungen, wie beispielsweise Anwendungen mit Spannungen bis zu 1000 V DC oder AC, Betriebsströmen bis zu 2000 A und Fehlerströmen von bis zu 1000 kA, verwendet werden. Wie hierin erläutert, sind verschiedene Ausführungsformen einer linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung beschrieben, bei denen eine bewegbare Überbrückungsklemme als ein Teil des elektrisch leitenden Pfads verwendet wird, wenn der Schutzschalter sich in einer geschlossenen Konfiguration befindet. Während die Überbrückungsklemme vielfältige Gestalten, einschließlich gerader, aufweisen kann, ist die Klemme in manchen Ausführungsformen nicht gerade, beispielsweise gekrümmt (z.B. U-förmig oder hufeisenförmig) oder gewinkelt (z.B. V-förmig).
Im Falle eines elektrischen Fehlers wird ein Mechanismus des Schutzschalters, der mit der linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung verbunden ist, ausgelöst, und die Überbrückungsklemme in der linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung wird von den beiden stationären Stromschienen, die ansonsten mit der Überbrückungsklemme elektrisch verbunden sind, weg linear verschoben, so dass auf diese Weise der elektrische Stromkreis geöffnet wird. In einer derartigen Ausführungsform verwendet die lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung die Fehlerströme, um Kräfte zu erzeugen, um die Überbrückungsklemme von den stationären Stromschienen geradlinig weg zu treiben, wodurch der elektrische Stromkreis geöffnet wird. In einer Ausführungsform haben die Felder aufgrund des Fehlerstroms, wenn die Überbrückungsklemme von den stationären Stromschienen weg bewegt wird, eine Lichtbogenkraft zur Folge, die jegliche Lichtbögen, die in der Nähe der Lichtbogenkammern vorhanden sind, ablenkt. In einer derartigen Ausführungsform wirken die Lichtbogenkammern, um das magnetische Feld zu verstärken, um die Stärken der Abstoßungskraft und der Lichtbogenkraft zu erhöhen. Ferner kann in einer Ausführungsform ein elektrisch isolierendes Medium vorgesehen sein, das zwischen den beiden stationären Stromschienen eingefügt wird, wenn die Überbrückungsklemme von den festen Kontakten weg linear verlagert wird. Auf diese Weise kann das elektrisch isolierende Medium helfen, ein Lichtbogenüberspringen zwischen den beiden stationären Stromschienen oder zwischen den beiden bewegbaren Kontakten zu verhindern, wenn sich die Überbrückungsklemme von den stationären Stromschienen trennt.
Wie in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert, können Ausführungsformen einer linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung gemäß dem vorliegenden Ansatz einen oder mehrere Magnetkerne verwenden, die die elektromagnetischen Felder und dadurch die Abstoßungskraft und die Lichtbogenkraft, die in Gegenwart eines elektrischen Fehlerstroms erzeugt wird, verstärken. Die Abstoßungskraft wirkt, um die Überbrückungsklemme von den stationären Stromschienen weg zu verlagern, und die Lichtbogenkraft wirkt, um den Lichtbogen in Richtung auf die Lichtbogenkammerplatten abzulenken. In einer Ausführungsform kann eine Haubenstruktur den magnetischen Kreis verstärken und somit die Abstoßungskraft und die Lichtbogenkraft nahe an dem und an dem Ende des Trennereignisses erhöhen.
Unter Berücksichtigung des Vorstehenden, und unter Verweis auf 1, ist eine schematische Ansicht bestimmter Komponenten einer Ausführungsform eines Schutzschalters 100 mit einer linearen Kontaktanordnung 220 mit Zweifachunterbrechung, die mit einem Mechanismus 222 verbunden ist, die gemäß der vorliegenden Offenbarung geschaffen sind, dargestellt. In diesem Beispiel enthält der Mechanismus ein Griffjoch 102, das von einem Benutzer beispielsweise zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand oder durch eine Betätigung des Schutzschalters 100 selbst, wenn beispielsweise der Schutzschalter 100 ausgelöst wird, bewegt werden kann. In dem dargestellten Beispiel befindet sich der Schutzschalter 100 in einem geschlossenen Zustand, wie anhand des Kontaktes zwischen der Überbrückungsklemme 160 (die hier als ein gekrümmter oder hufeisenförmiger Verbinder dargestellt ist) und stationären Stromschienen (z.B. einer ersten stationären Stromschiene 162 und der zweiten stationären Stromschiene 164) gesehen werden kann. Wenn die Überbrückungsklemme 160 sich mit den stationären Stromschienen in Kontakt befindet (d.h., wenn der Schutzschalter 100 sich in einem geschlossenen Zustand befindet), kann ein Strom durch den Schutzschalter 100 fließen.
In dem dargestellten Beispiel ist eine Verriegelungsanordnung dargestellt, die, wenn sie sich im Eingriff befindet, wirkt, um die Überbrückungsklemme 160 in einer geschlossenen Position zu halten, wenn sich das Griffjoch 102 in der entsprechenden geschlossenen Position befindet. Die dargestellte Verriegelungsanordnung enthält eine primäre Verriegelung 104, die mit einer Wiege 106 an einer Fläche und mit einer sekundären Verriegelung 108 an einer zweiten Fläche in Eingriff stehen kann. Wie erkannt wird, ist die dargestellte Verriegelungsanordnung eine Doppelverriegelungsanordnung (d.h., es gibt zwei Eingriffsverbindungsflächen, die erste zwischen der primären Verriegelung 104 und der sekundären Verriegelung 108 und die zweite Eingriffsverbindung zwischen der primären Verriegelung 104 und der Wiege 106). In anderen Ausführungsformen kann sich die Verriegelungsanordnung unterscheiden, indem sie beispielsweise eine einfache Verriegelungsanordnung zwischen einer primären Verriegelung und einer Wiege oder eine dreifache oder mehrfache Verriegelungsanordnung mit mehr als zwei Verriegelungen ist.
In dem dargestellten Beispiel ist die Wiege 106 mit der Überbrückungsklemme 160 und mit dem Griffjoch 102 über eine Verbindungsanordnung wirkungsmäßig verbunden, die ein erstes Verbindungsglied 110, ein zweites Verbindungsglied 112 und eine Feder 114 gemeinsam mit den zugehörigen Zapfen und anderen Komponenten für diese Anordnung enthält. In anderen Ausführungsformen können die Wiege 106, das Griffjoch 102 und die Überbrückungsklemme 160 durch andere strukturelle Einrichtungen, wie beispielsweise in einer Ausführungsform ein Biegeelement, das unterschiedliche stabile Zustände aufweist, die in unterschiedliche Konfigurationen des Schutzschalters 100 (wie beispielsweise einen geschlossenen Zustand, einen offenen Zustand und einen ausgelösten Zustand) umgesetzt werden, verbunden sein und/oder gekoppelt sein.
Die mechanische Bewegung der vorstehend beschriebenen Komponenten ist durch verschiedene Drehgelenke, die als ein Teil der Anordnung vorgesehen sind, bestimmt (oder beschränkt). Zum Beispiel können manche der Drehgelenke in Bezug auf den Rahmen oder die Tragstruktur des Schutzschalters 100 ortsfest sein, wie beispielsweise Drehgelenke, die auf Verlängerungen oder Merkmalen der Rahmenwand oder -oberfläche basieren. Zum Beispiel bildet ein Wiegendrehzapfen 120 ein Drehgelenk, um das sich die Wiege 106 in Bezug auf die Wand oder den Rahmen des Schutzschalters 100 dreht, während ein primärer Verriegelungsdrehzapfen 122 ein Drehgelenk bildet, um das sich die primäre Verriegelung 104 in Bezug auf die Wand oder den Rahmen des Schutzschalters 100 dreht, ein sekundärer Verriegelungsdrehzapfen 124 ein Drehgelenk bildet, um das sich die sekundäre Verriegelung 108 herum in Bezug auf die Wand oder den Rahmen des Schutzschalters 100 bewegt, und ein Griffjochdrehzapfen 126 ein Drehgelenk bildet, um das sich das Griffjoch 102 in Bezug auf die Wand oder den Rahmen des Schutzschalters 100 dreht. In dem dargestellten Beispiel definieren die verschiedenen ortsfesten Drehgelenke sowie Drehgelenke, die durch die paarweise bewegbaren Komponenten definiert sind, die verfügbaren Bewegungen und Bereiche für die dargestellten Komponenten als Reaktion auf intern oder extern ausgeübte Kräfte.
In dem dargestellten Beispiel ist ein zentraler oder mittlerer Abschnitt der Überbrückungsklemme 160 mit einer Führungsstange 166 beispielsweise durch einen Überbrückungsklemmenzapfen 168 verbunden. Die Führungsstange 166, wie sie in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert ist, wirkt, um die Überbrückungsklemme 160 auf der Basis des Zustands des Schutzschalters 100 (d.h., ob der Schutzschalter 100 geöffnet, geschlossen oder ausgelöst ist) von den Kontakten der ersten Stromschiene 162 und der zweiten Stromschiene 164 weg oder zu diesen hin zu bewegen.
In dem dargestellten Beispiel kann eine Bewegung der Überbrückungsklemme 160 von den stationären Stromschienen weg eine Bewegung der Überbrückungsklemme 160 durch einen Magnetkern, der durch eine Reihe von Lichtbogenkammerplatten 172 definiert ist, und in einer Ausführungsform durch eine Haubenstruktur 170, die eine laminierte Struktur sein kann, hindurch oder in diese hinein umfassen. 4 zeigt eine perspektivische Nahansicht einer Ausführungsform der Überbrückungsklemme 160, der Lichtbogenkammerplatten 172 und der Haubenstruktur 170. In einer Implementierung können die voneinander beabstandeten Lichtbogenkammerplatten 172 innerhalb eines elektrisch isolierenden Tragrahmens 174 positioniert sein. In dem dargestellten Beispiel kann die Führungsstange 166 durch eine nicht leitfähige lineare Durchführung hindurchtreten, die in oder benachbart zu der Haubenstruktur 170 angeordnet ist. Wie in den 1–3 dargestellt, kann die Führungsstange 166 mit dem ersten Verbindungsglied 110 der Verbindungsanordnung über einen Verbindungszapfen 178 verbunden sein. Das erste Verbindungsglied 110 kann wiederum direkt oder indirekt mit dem Griffjoch 102, der Wiege 106 und der Verriegelungsanordnung verbunden sein.
Unter Verweis auf 5 ist eine schematische Nahansicht einer Ausführungsform einer linearen Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung dargestellt. Diese Ausführungsform enthält eine sekundäre Vorspannfeder 210 (die im Querschnitt veranschaulicht ist), die zwischen der Überbrückungsklemme 160 und der Haubenstruktur 170 positioniert ist. Die sekundäre Vorspannfeder 210 steht unter Druck und übt eine Federkraft auf die Überbrückungsklemme 160 aus, um die Überbrückungsklemme mit den stationären Stromschienen 162, 164 in Kontakt zu halten.
Wie erkannt wird, weisen in dem dargestellten Beispiel die Ströme, die durch den horizontalen Abschnitt der ersten stationären Stromschiene 162 und den horizontalen Abschnitt der zweiten stationären Stromschiene 164 fließen, die gleiche Stärke und eine entgegengesetzte Richtung auf, wodurch eine auf die Überbrückungsklemme 160 einwirkende Abstoßungskraft erzeugt wird, die wirkt, um die Überbrückungsklemme 160 von den stationären Stromschienen 162, 164 weg zu drücken. Jedoch können in dem dargestellten Beispiel, unter normalen Betriebsbedingungen (d.h. ohne Kurzschluss und ohne Überstrom) die sekundäre Vorspannfeder 210 und die Feder 114 der Verbindungsanordnung kalibriert oder bemessen sein, um diese Abstoßungskraft zu überwinden, während die Verriegelungsanordnung im Eingriff (d.h. in einem nicht ausgelösten Zustand) bleibt und das Griffjoch 102 in der geschlossenen Position bleibt. Wie erkannt wird, können die sekundäre Vorspannfeder 210 und die Feder 114 in anderen Ausführungsformen eine Art einer Vorspannkomponente bilden, die in der Lage ist, die vorgegebene Vorspannkraft auf die Überbrückungsklemme 160 aufzubringen und die Abstoßungskraft zu überwinden. In einer Kurzschlusssituation überwindet jedoch die Abstoßungskraft, die in Gegenwart von Kurzschluss-Fehlerströmen erzeugt wird, die durch die sekundäre Vorspannfeder 210 bereitgestellte Vorspannkraft, wodurch die Überbrückungsklemme 160 veranlasst wird, sich von den stationären Stromschienen 162, 164 zu trennen und sich von den stationären Stromschienen 162, 164 weg zu bewegen. Anschließend löst die elektromagnetische Klappe 190 den Mechanismus 222 aus.
In dem dargestellten Beispiel ist ferner ein flexibler Leiter 180 (z.B. ein flexibles Kupfergeflecht) veranschaulicht, der die zweite stationäre Stromschiene 164 und einen Bimetallstreifen 62 in Kontakt mit der Verriegelungsanordnung verbindet. In einer derartigen Ausführungsform kann der Bimetallstreifen 182, wie in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert, einen Teil eines Auslösemechanismus bilden, der die Verriegelungsanordnung veranlassen kann, die Wiege 106 außer Eingriff zu bringen. In einer Überstromsituation kann der Bimetallstreifen eine Formänderung und ein nachfolgendes Loslassen der Wiege 106 durch die Verriegelungsanordnung (d.h. eine Auslösung des Schutzschalters 100) erfahren. In einer derartigen Situation bewirkt ein Außereingriffkommen der Wiege 106 von der Verriegelungsordnung, dass sich die Feder 114 bewegt. Dies ermöglicht der Abstoßungskraft, die auf die Überbrückungsklemme 160 wirkt, die Überbrückungsklemme 160 von den stationären Stromschienen 162, 164 zu trennen, so dass auf diese Weise der Stromkreis geöffnet und der Schutzschalter 100 ausgelöst wird.
Unter Verweis auf die 1–3 ist der Schutzschalter 100 in drei verschiedenen Betriebskonfigurationen, einer geschlossenen in 1, einer offenen in 2 und einer ausgelösten in 3, veranschaulicht. Zum Beispiel zeigt 1 eine schematische Ansicht des Schutzschalters 100 in einer geschlossenen Konfiguration. In diesem Beispiel verbindet die Überbrückungsklemme 160 die Kontakte der ersten stationären Stromschiene 162 und der zweiten stationären Stromschiene 164 miteinander. Insbesondere steht die Verriegelungsanordnung mit der Wiege 106 im Eingriff, und das Griffjoch 102 befindet sich in der geschlossenen Position, was dazu führt, dass die Kraft der Feder 114 während eines normalen Betriebs die Abstoßungskraft überwindet, die auf die Überbrückungsklemme 160 einwirkt, um die Überbrückungsklemme 160 in der geschlossenen Konfiguration zu halten.
Im Allgemeinen kann es erwünscht sein, den Schutzschalter 100 zwischen der dargestellten geschlossenen Position und einer offenen Position zu bewegen, ohne den Schutzschalter 100 auszulösen. Das heißt, es kann erwünscht sein, einem Benutzer zu gestatten, den elektrischen Stromkreis in einer vom Auslösen des elektrischen Stromkreises anderen Weise zu öffnen. Unter Berücksichtigung dessen und unter Verweis auf 2 ist der Schutzschalter 100 nach 1 in einer offenen Position dargestellt, wie dies dadurch veranschaulicht ist, dass die Überbrückungsklemme 160 von den Kontakten der ersten stationären Stromschiene 162 und der zweiten stationären Stromschiene 164 getrennt ist.
Der Schutzschalter 100 kann auf diese Weise geöffnet werden, indem ein Benutzer das Griffjoch 102 von der in 1 gezeigten Position zu der in 2 gezeigten Position bewegt. In dieser offenen Konfiguration bleibt die Verriegelungsanordnung mit der Wiege 106 im Eingriff, wobei jedoch die Bewegung des Griffjochs 102 die Feder 114 verschiebt und verdreht, was eine Veränderung der Kraftstärke und der Kraftrichtung, die durch die Feder 114 auf das erste Verbindungsglied 110 ausgeübt wird, zur Folge hat. Infolgedessen dreht sich das zweite Verbindungsglied 112 im Gegenuhrzeigersinn um das Drehgelenk 177 herum, was auch das erste Verbindungsglied 110, die Führungsstange 166 und die Überbrückungsklemme 160 bewegt. Auf diese Weise bewirkt eine Bewegung des Griffjochs 102 von der geschlossenen zu der offenen Position eine lineare Verschiebung der Überbrückungsklemme 160 von den stationären Kontakten der stationären Stromschienen 162, 164 weg. Wie in diesem Beispiel beobachtet wird, wird der Stromkreis geöffnet, ohne dass der Schutzschalter 100 ausgelöst wird (d.h., die primäre Verriegelung 104, die sekundäre Verriegelung 108 und die Wiege 106 bleiben alle im Eingriff). Dies bedeutet, dass der Schutzschalter 100 ohne Auslösung des Schutzschalters 100 geöffnet werden kann.
Wie oben erwähnt, kann der Schutzschalter 100 zusätzlich zu dem offenen und dem geschlossenen Zustand auch in einem ausgelösten Zustand vorliegen, in dem der Stromkreis geöffnet ist. Im Allgemeinen muss der Schutzschalter 100, wenn er einmal ausgelöst worden ist, zu der offenen Konfiguration bewegt werden, bevor er zu der geschlossenen Konfiguration bewegt wird. Das heißt, weil die Verriegelungsanordnung außer Eingriff gebracht wird, wenn der Schutzschalter 100 ausgelöst wird, wirkt die Handlung der Bewegung des Griffjochs 102 zu der in 2 veranschaulichten offenen Position, um die primäre Verriegelung 104, die sekundäre Verriegelung 108 und die Wiege 106 wieder in Eingriff zu bringen (d.h., um den MCCB 100 zurückzusetzen), was dem Griffjoch 102 ermöglicht, anschließend zu der geschlossenen Position gemäß 1 mit der im Eingriff befindlichen Verriegelungsanordnung bewegt zu werden.
Wie oben erwähnt, kann es hinsichtlich der Auslösung des Schutzschalters 100 wenigstens zwei verschiedene Mechanismen geben, durch die der Schutzschalter 100 ausgelöst werden kann, wie beispielsweise einen mechanischen Auslösemechanismus und einen elektrischen Auslösemechanismus. Zum Beispiel kann der Schutzschalter 100 in dem Falle einer elektrischen Überlast ausgelöst werden. Unter diesen Umständen kann ein Bimetallmaterial, das als ein Bimetallstreifen 182 veranschaulicht ist, erwärmt werden und sich verformen (d.h. seine Gestalt oder Konfiguration verändern), wenn eine Schwellentemperatur erreicht wird (die für einen übermäßigen Stromfluss durch den Schutzschalter 100 kennzeichnend ist), was eine Freigabe der Verriegelungsanordnung und eine Auslösung des Schutzschalters 100 durch eine mechanische Kraft und Verlagerung, wie vorstehend erläutert, bewirkt. Unter anderen Umständen könnte eine elektromagnetische Klappe 190 in Gegenwart eines Kurzschluss-Fehlerstroms aktiviert werden. Die Klappe 190 kann eine Kraft und Verlagerung bereitstellen, die die Verriegelungsanordnung außer Eingriff bringt, wodurch der Schutzschalter 100 veranlasst wird, auszulösen.
Zusätzlich kann, wie hierin erläutert, ein elektrischer Fehlerstrom zur Folge haben, dass die Abstoßungskraft, die auf die Überbrückungsklemme 160 einwirkt, die durch die Feder 114 bereitgestellte Kraft überwindet, wodurch die Überbrückungsklemme 160 veranlasst wird, sich von den stationären Stromschienen zu trennen, wodurch der elektrische Stromkreis geöffnet wird. Während sich die Überbrückungsklemme 160 von den stationären Kontakten an den Stromschienen 162, 164 löst, können die elektromagnetischen Kräfte, die sich von dem Fehlerstrom ergeben, jegliche resultierende Lichtbögen in die Lichtbogenkammerplatten 172 drücken, die die doppelte Funktion sowohl einer Absorption der Lichtbogenenergie als auch einer Verstärkung des elektromagnetischen Feldes erfüllen, was wiederum die auf die Überbrückungsklemme 160 einwirkende elektromagnetische Kraft vergrößert, um die Überbrückungsklemme 160 von den stationären Stromschienen weg zu treiben. Somit verstärken die Lichtbogenkammerplatten 172 in dieser Ausführungsform das elektromagnetische Feld und erhöhen dadurch die Lichtbogenkräfte, die auf die Lichtbögen einwirken, sowie die Abstoßungskraft, die auf die Überbrückungsklemme 160 einwirkt. D.h., der durch die Lichtbogenkammerplatten 172 gebildete Magnetkern verstärkt das elektromagnetische Feld und dadurch die durch einen Kurzschluss erzeugte elektromagnetische Kraft, die den Stromkreis öffnet und jegliche erzeugte Lichtbögen löscht. Ferner sorgt die Haubenstruktur 170 für eine zusätzliche Kraftverstärkung an dem Ende des Bewegungswegs.
Ein Beispiel für einen ausgelösten Schutzschalter 100 gemäß vorliegenden Ansätzen ist in 3 dargestellt. In diesem Beispiel ist die Verriegelungsanordnung außer Eingriff gebracht worden (d.h. ausgelöst worden), wie durch die Trennung oder Ausrückung der Wiege 106 von der primären Verriegelung 104 veranschaulicht. Zusätzlich kann das Griffjoch 102 als Reaktion auf die Wirkung der Anordnung zu einer ausgelösten Position bewegt werden, die sich zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position des Griffjochs 102 befindet. Während das dargestellte Beispiel starre Verbindungen verwendet, um die Bewegungen der Wiege 106, des Griffjochs 102, der Führungsstange 166, des zweiten Verbindungsglieds 112 und des ersten Verbindungsglieds 110 zu verknüpfen, wie oben erwähnt, kann in anderen Ausführungsformen eine Koordination der Bewegung dieser Komponenten stattdessen durch die Betätigung eines Biegeelementes vermittelt werden, das eingerichtet ist, um als Reaktion darauf, dass der Schutzschalter geschlossen, geöffnet oder ausgelöst wird, zwischen stabilen Zuständen zu wechseln.
In numerischen Experimenten betrug unter der Annahme eines konstanten Fehlerstroms von 10 kA und unter Verwendung eines Magnetkerns, der an der Überbrückungsklemme 160 (in Form von Lichtbogenkammerplatten 170 und der Haubenstruktur 170) angeordnet war, die Kraft, die, wie festgestellt wurde, anfänglich auf die Überbrückungsklemme 160 und auf die Lichtbögen in dem Fall eines Kurzschlusses einwirkte, 60 N bzw. 3 N. Ferner wurde in dieser Einrichtung festgestellt, dass die Kraft, die, wie festgestellt wurde, auf die Überbrückungsklemme 160 und auf die Lichtbögen wirkte, nachdem die Überbrückungsklemme sich nach einem Kurzschluss um 10 mm von den festen Kontakten weg bewegt hat, 62 N bzw. 22 N betrug. D.h., die Abstoßungskraft, die einem gegebenen Fehlerstrom zugeordnet ist, ist größtenteils von der Position der Überbrückungsklemme 160 unabhängig, wobei die Kräfte, die auf die Überbrückungsklemme 160 wirken, sowohl in der anfänglichen Position (d.h. in der Nähe der festen Kontakte) zu Beginn des Fehlers als auch nachdem sich die Überbrückungsklemme 160 von den stationären Kontakten um 10 mm weg bewegt hat, sehr ähnlich sind. Somit verstärkt die Verwendung der magnetischen Lichtbogenkammerplatten und einer Haubenstruktur, wie hierin erläutert, die elektromagnetischen Kräfte, die auf die Überbrückungsklemme 160 wirken, um in dem Fall eines elektrischen Fehlers eine Trennung herbeizuführen, und sie stellt weiterhin eine starke Abstoßungskraft bereit, selbst nachdem der elektrische Stromkreis zunächst geöffnet worden ist. Ferner ergeben die erhöhten Lichtbogenkräfte, die gesehen werden, wenn eine magnetische Lichtbogenkammer verwendet wird, wie hierin erläutert, höhere Lichtbogenkräfte im Verhältnis zu Implementierungen ohne derartige Lichtbogenkammern, und sie ergeben dadurch eine proportional schnellere Löschung eines Lichtbogens.
Technische Effekte der Erfindung umfassen einen Schutzschalter, der eine lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung, mit einer Überbrückungsklemme aufweist, die sich auf einer linearen, nicht-rotatorischen Bahn bewegt, um sich von stationären Stromschienen zu trennen und den elektrischen Stromkreis zu öffnen. Technische Effekte der Erfindung umfassen ferner einen Schutzschalter und eine lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung, mit Magnetkernen, um elektromagnetische Felder und die Abstoßungskraft zu verstärken, die auf eine Überbrückungsklemme einwirken, um die Überbrückungsklemme von den stationären Kontakten einer ersten stationären Stromschiene und einer zweiten stationären Stromschiene zu trennen, wenn der Stromkreis geöffnet wird. Technische Effekte der Erfindung enthalten ferner die Verwendung der elektromagnetischen Kraft, die durch den Fluss des Fehlerstroms durch eine erste stationäre Stromschiene und eine zweite stationäre Stromschiene erzeugt wird, um eine Überbrückungsklemme, die die erste stationäre Stromschiene und die zweite stationäre Stromschiene miteinander verbindet, in dem Fall eines elektrischen Fehlerzustands abzustoßen.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Es sind verschiedene Ausführungsformen eines Schutzschalters beschrieben, bei dem eine bewegbare Überbrückungsklemme als ein Teil des leitenden Pfads verwendet wird, wenn der Schutzschalter sich in einer geschlossenen Konfiguration befindet. Wenn der Stromkreis geöffnet wird, wird die Klemme von den beiden festen Kontakten, die ansonsten durch die Klemme überbrückt sind, weg verlagert. In einer derartigen Ausführungsform verwendet der Schutzschalter die elektromagnetischen Kräfte, die als Reaktion auf das Öffnungsereignis erzeugt werden, um den Stromkreis zu unterbrechen.

Claims

Schutzschalter, der aufweist: eine Verriegelungsanordnung, die eingerichtet ist, um eine Wiege des Schutzschalters loszulassen und zu ergreifen; ein Griffjoch, das eingerichtet ist, um sich zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen, wenn die Verriegelungsanordnung mit der Wiege in Eingriff steht; eine lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung, die aufweist: eine Überbrückungsklemme, die eingerichtet ist, um stationäre Stromschienen leitend miteinander zu verbinden; eine Führungsstange, die an der Überbrückungsklemme angebracht ist und einen linearen Bewegungsweg für die Überbrückungsklemme definiert; und einen Magnetkern, der an dem linearen Bewegungsweg angeordnet ist und wenigstens einen Satz von Lichtbogenkammerplatten aufweist; eine Verbindungsanordnung, die die Wiege, das Griffjoch und die Führungsstange mechanisch koppelt, wobei die Verbindungsanordnung eine Feder aufweist, die bei einer Betriebsstromstärke die Überbrückungsklemme an den stationären Stromschienen in Stellung hält, wenn die Verriegelungsanordnung und die Wiege im Eingriff stehen und wenn sich das Griffjoch in der geschlossenen Position befindet.
Schutzschalter nach Anspruch 1, wobei die Überbrückungsklemme einen gekrümmten Verbinder aufweist, wobei der gekrümmte Verbinder vorzugsweise einen hufeisenförmigen oder U-förmigen Verbinder aufweist.
Schutzschalter nach Anspruch 1, wobei die Überbrückungsklemme einen Winkelverbinder aufweist, wobei der Winkelverbinder vorzugsweise einen V-förmigen Verbinder aufweist.
Schutzschalter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Feder kalibriert ist, um Abstoßungskräfte zu überwinden, die auf die Überbrückungsklemme wirken und bei der Betriebsstromstärke erzeugt werden, wenn die Wiege mit der Verriegelungsanordnung im Eingriff steht und wenn das Griffjoch sich in der geschlossenen Position befindet.
Schutzschalter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine isolierende Komponente aufweist, die an der Überbrückungsklemme gegenüber der Führungsstange angebracht ist.
Schutzschalter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wiege, wenn sie mit der Verriegelungsanordnung im Eingriff steht und wenn das Griffjoch sich in der offenen Position befindet, eine Bewegung der Feder derart gestattet, dass die Feder die Überbrückungsklemme der linearen Kontaktanordnung nicht in Kontakt mit den stationären Stromschienen vorspannt; und/oder wobei die Wiege, wenn sie mit der Verriegelungsanordnung nicht im Eingriff steht, eine Bewegung der Feder derart gestattet, dass die Feder die Überbrückungsklemme der linearen Kontaktanordnung nicht in Kontakt mit den stationären Stromschienen vorspannt.
Lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung, die aufweist: eine Überbrückungsklemme, die eingerichtet ist, um Kontakte von zwei stationären Stromschienen leitend miteinander zu verbinden, wobei eine elektromagnetische Abstoßungskraft erzeugt wird und auf die Überbrückungsklemme wirkt, wenn ein Strom durch die stationären Stromschienen und die Überbrückungsklemme fließt, wobei die elektromagnetische Kraft die Überbrückungsklemme von den stationären Stromschienen weg drückt; und eine Vorspannfederkomponente, die eine zu der elektromagnetischen Abstoßungskraft entgegengesetzte Kraft ausübt, um die Überbrückungsklemmenkomponente mit den stationären Stromschienen in Kontakt zu halten, wenn der Strom unterhalb einer Stromschwelle liegt.
Lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung nach Anspruch 7, die ferner einen Magnetkern aufweist, der eingerichtet ist, um die elektromagnetische Abstoßungskraft zu verstärken, wenn die Überbrückungsklemme von den stationären Stromschienen getrennt ist und durch den Magnetkern verläuft.
Lineare Kontaktanordnung mit Zweifachunterbrechung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Magnetkern eine Reihe von magnetischen Lichtbogenkammerplatten aufweist; und/oder wobei der Magnetkern einen oberen Kern aufweist, der eine Haubenstruktur aufweist.
Verfahren zum Unterbrechen eines Stromkreispfads, das aufweist: Verbinden stationärer Stromschienen mit einer Überbrückungsklemmenkomponente, wobei eine elektromagnetische Abstoßungskraft erzeugt wird, die auf die Überbrückungsklemmenkomponente wirkt, wenn ein Strom durch die stationären Stromschienen und die Überbrückungsklemmenkomponente geleitet wird, wobei die elektromagnetische Abstoßungskraft die Überbrückungsklemmenkomponente von den stationären Stromschienen weg drückt; Ausüben einer Gegenkraft auf die Überbrückungsklemmenkomponente, um die elektromagnetische Abstoßungskraft zu überwinden, wenn der Strom unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt; und Trennen der Überbrückungsklemmenkomponente von den stationären Stromschienen, wenn der Strom die vorgegebene Schwelle überschreitet, wobei die elektromagnetische Abstoßungskraft die Gegenkraft übersteigt, wenn der Strom die vorgegebene Schwelle überschreitet.