DE102022210425A1

DE102022210425A1 - Verbesserter Schalter

Info

Publication number: DE102022210425A1
Application number: DE102022210425.0A
Authority: DE
Inventors: Karsten Freundt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2024-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen_Schalter (10) für Nieder-, Mittel- und Hochspannungen, mit einen Festkontakt (12), mit einem Festkontaktkontaktbereich (14), einem Bewegkontakt (16), mit einem Bewegkontaktkontaktbereich (18) und Isoliergehäuse (25), wobei- der Festkontakt (12) durch das Isoliergehäuse (25) in einen Schaltbereich (30) mit einem Lichtbogenlöschsystem (50) geführt ist,- der Bewegkontakt (16) ausgestaltet ist, entlang einer ersten Schalterachse (1000) von einer geschlossenen Position in eine geöffnete Position und von einer geöffneten in eine geschlossene Position überführt zu werden, wobei◯ der Bewegkontaktkontaktbereich (18) des Bewegkontaktes (16) in der geschlossenen Position innerhalb des Isoliergehäuses (25) angeordnet ist, und◯ der Bewegkontaktkontaktbereich (18) des Bewegkontaktes (16) in der geöffneten Position innerhalb des Isoliergehäuses (25) angeordnet ist,- innerhalb des Isolierstoffgehäuses mindestens ein erstes Magnetsystem (60), ein zweites Magnetsystem (70) und ein erstes Verschlusssystem (100) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Schalter für Nieder-, Mittel- und Hochspannungen, eine Schaltanlage mit einem solchen verbesserten Schalter und ein Verfahren zum Ab- und Einschalten von Nieder-, Mittel- und Hochspannungen. Der verbesserte Schalter ist insbesondere ausgestaltet um Schalthandlungen unter Verzicht auf SF6 (Schwefelhexafluorid) als Isolier- und/oder Schaltgas vorzunehmen. Insbesondere handelt es sich bei dem verbesserten Schalter um einen LastSchalter oder Last-Trenn-Schalter für Nieder-, Mittel- und Hochspannungen, insbesondere Mittelspannungen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiede Lösungen für Last-Trenn-Schalter bekannt, insbesondere unter Verzicht auf SF6. So offenbart die DE 10 2013 217 834 A1 eine Kombination aus einem Rotationsschalter und einer Vakuumschaltröhre. Dabei wird zwar auf SF6 verzichtet, der Aufbau ist aber komplex, weist verschiedene Limitationen, auch auf den Bauraum, auf und es müssen Rotationsbewegungen mit Linearbewegungen kombiniert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es nun ein alternatives Schaltprinzip bereitzustellen, welches die Nachteile des Stands der Technik behebt und insbesondere auch ohne Schwefelhexafluorid als Schaltgas auskommt.
Gelöst wird die Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche 1, 11 und 12 und die von diesen abhängigen Ansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf Schalter für Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen, mit einen Festkontakt, mit einem Festkontaktkontaktbereich, einem Bewegkontakt, mit einem Bewegkontaktkontaktbereich und einem Isoliergehäuse, wobei der Festkontakt durch das Isoliergehäuse in einen Schaltbereich mit einem Lichtbogenlöschsystem geführt ist,

- der Bewegkontakt ausgestaltet ist, entlang einer ersten Schalterachse von einer geschlossenen Position in eine geöffnete Position und von einer geöffneten in eine geschlossene Position überführt zu werden, wobei
- ◯ der Bewegkontaktkontaktbereich des Bewegkontaktes in der geschlossenen Position mit dem Festkontaktkontaktbereich im elektrischen Kontakt ist, und
- ◯ der Bewegkontaktkontaktbereich des Bewegkontaktes in der geöffneten Position außerhalb des Isoliergehäuses angeordnet und vom Festkontaktkontaktbereich elektrisch isoliert angeordnet ist,
- innerhalb des Isoliergehäuses mindestens ein erstes Magnetsystem, ein zweites Magnetsystem und ein erstes Verschlusssystem angeordnet ist, wobei
- ◯ das erste Magnetsystem und das zweite Magnetsystem zusammen mit dem ersten Verschlusssystem ein magnetisches Schlüsselloch bilden, welches magnetische Schlüsselloch einen Lichtbogen, der sich beim Trennen vom Festkontakt und Bewegkontakt, insbesondere unter Lastbedingungen - also z.B. angeschlossenen Verbrauchern -, zwischen dem Festkontakt und dem Bewegkontakt bildet, durch magnetische Ablenkung und Verschließen des ersten Verschlusssystems unterbricht.

Das Lichtbogenlöschsystem besteht hier also zumindest aus dem ersten Magnetsystem, dem zweiten Magnetsystem und dem ersten Verschlusssystem.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Festontaktkontaktbereich als eine Buchse und der Bewegkontaktkontaktbereich als ein Stecker oder der Festontaktkontaktbereich als ein Stecker und der Bewegkontaktkontaktbereich als eine Buchse ausgebildet. Alternativ können der Festkontaktkontaktbereich und der Bewegkontaktkontaktbereich auch als Kontaktscheiben ausgebildet sein.
Bevorzugt wird auch, dass das erste Magnetsystem durch ein U-förmiges magnetisches oder magnetisierbares Material oder einen Hufeisenmagneten gebildet wird.
Weiter wird auch bevorzugt, dass das zweite Magnetsystem mit Permanentmagneten gebildet wird.
Auch wird bevorzugt, dass das Isoliergehäuse nicht hermetisch verschlossen ist und heiße Gase senkrecht zu der ersten Schalterachse abzuführen.
Bevorzugt wird auch ein Schalter, bei dem

- das erste Magnetsystem aus zumindest einem magnetischen Hufeisenmagneten oder einem U-förmigen magnetischen oder magnetisierbaren Material gebildet wird, wobei der Hufeisenmagnet oder das U-förmige magnetische oder magnetisierbare Material einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel und eine den ersten Schenkel mit dem zweiten Schenkel verbindende Basis aufweist und die Basis eine Basisöffnung aufweist, welche Basisöffnung ausgestaltet ist, um den Bewegkontakt durch diese Basisöffnung von der geöffneten Position in die geschlossenen Position und von der geschlossenen Position in die geöffnete Position zu überführen,
- das erste Verschlusssystem eine erste Verschlussführung mit einer ersten Verschlussöffnung und einem ersten Verschluss aufweist, wobei die erste Verschlussöffnung derart angeordnet ist, dass der Bewegkontakt durch die erste Verschlussöffnung hindurch von der geöffneten Position in die geschlossenen Position und von der geschlossenen Position in die geöffnete Position zu überführen und der erste Verschluss ausgestaltet ist, senkrecht zur ersten Schalterachse zwischen einer die erste Verschlussöffnung verschließenden erste Verschlussposition und einer die erste Verschlussöffnung nicht verschießenden erste Verschlussposition beweglich angeordnet zu sein,
- das zweite Magnetsystem derart im ersten Magnetsystem angeordnet ist, dass sich um die erste Verschlussöffnung herum ein Magnetfeld ausbildet, das ausgestaltet ist, den Lichtbogen zwischen dem Festkontakt und dem Bewegkontakt parallel zu dem ersten Schenkel und parallel zu dem zweiten Schenkel und senkrecht zur ersten Schalterachse (1000) abzulenken und so das magnetische Schlüsselloch zu bilden.

Dabei wird besonders bevorzugt, dass das zweite Magnetsystem einen Kanal senkrecht zur ersten Schalterachse bildet, wobei der Kanal ausgestaltet ist heiße Gase senkrecht zu der ersten Schalterachse abzuführen. Besonders bevorzugt wird weiter, dass der Kanal eine schützende Barriere zwischen dem Kanalinneren, auch als innerer Bereich des zweiten Magnetsystems bezeichnet, und dem zweiten Magnetsystem aufweist, wobei die schützende Barriere aus elektrisch leitenden Materialien, wie Metallblechen, oder aus elektrisch isolierenden Materialien, wie Kunststoffen oder Keramiken, insbesondere Metalloxiden, gebildet ist.
Auch wird bevorzugt, dass der erste Verschluss in der ersten Verschlussführung weiter ausgestaltet ist, parallel zu der dem ersten Schenkel und parallel zu dem zweiten Schenkel beweglich angeordnet zu sein. Alternativ ist der erste Verschluss in der ersten Verschlussführung weiter ausgestaltet ist, in einem ersten Winkel zu der dem ersten Schenkel und in dem ersten Winkel zu dem zweiten Schenkel beweglich angeordnet zu sein. Insbesondere kann der Winkel auch 90° betragen. Weiter alternativ kann die Bewegung des ersten Verschlusses auch eine Rotation sein, insbesondere eine Rotation um die erste Schaltachse.
Bevorzugt wird auch, dass der erste Verschluss mechanisch, oder alternativ elektronisch, derart mit dem Bewegkontakt verbunden ist, dass der erste Verschluss die erste Verschlussöffnung verschließenden erste Verschlussposition einnimmt, wenn sich der Bewegkontakt in die geöffnete Position bewegt und dass der erste Verschluss die erste Verschlussöffnung nicht verschließenden erste Verschlussposition einnimmt, wenn der Bewegkontakt sich in die geschlossene Position bewegt.
Auch wird bevorzugt, dass das zweite Magnetsystem aus zwei oder vier rechteckigen Permanentmagneten gebildet ist und das zweite Magnetsystem einen Kreisschluss der Magnetfelder im Bereich der ersten Verschlussöffnung bewirkt. Dieser magnetische Kreisschluss im Bereich der ersten Verschlussöffnung ist besonders für die Bildung des magnetischen Schlüssellochs geeignet. Der Kreisschluss erfolgt dabei insbesondere bevorzugt durch die abwechselnde Nord-Süd, Süd-Nord Ausrichtung der einzelnen Magnete des zweiten Magnetsystems zueinander.
Bevorzugt wird auch, dass um die erste Verschlussöffnung herum ein drittes Magnetsystem angeordnet ist und dass an dem ersten Verschluss ein metallisches Element derart angeordnet ist, dass der erste Verschluss mit dem metallischen Element in der die erste Verschlussöffnung verschließenden erste Verschlussposition am dritten Magnetsystem arretiert ist. Diese Arretierung bewirk einerseits ein schnelleres Verschließen der ersten Verschlussöffnung und andererseits eine Verbesserte Lichtbogenunterbrechung.
Weiter wird bevorzugt, dass das dritte Magnetsystem mit einem Ringmagneten gebildet ist.
Auch wird bevorzugt, dass die erste Verschlussführung den ersten Verschluss von vier Seiten umschließt, mit Ausnahme der ersten Verschlussöffnung, und der erste Verschluss in der ersten Verschlussführung gleitend gelagert ist.
Bevorzugt wird auch, dass der erste Verschluss einen verschließenden Bereich und einen Durchgangsbereich aufweist.
Der Durchgangsbereich ist dabei analog zur ersten Verschlussöffnung und zur Basisöffnung derart ausgestaltet, dass der Bewegkontakt durch den Durchgangsbereich zu führen ist.
Auch wird bevorzugt, dass der verschließende Bereich des ersten Verschlusses ein metallisches Element aufweist. Dieses metallische Element dient, wie zuvor erwähnt, der Arretierung des ersten Verschlusses und der schnelleren Schließung des ersten Verschlusses.
Bevorzugt wird auch, dass der Schalter am Isoliergehäuse ein zweites Verschlusssystem mit einer zweiten Verschlussführung und einer zweiten Verschlussöffnung und einem zweiten Verschluss aufweist, wobei der zweite Verschluss derart in der zweiten Verschlussführung gelagert ist, dass der zweite Verschluss zwischen einer die zweite Verschlussöffnung freigebenden und einer die zweite Verschlussöffnung verschließenden Position zu verschieben ist. In dieser bevorzugten Ausführung wird das magnetische Schlüsselloch um eine Isolierstoffbarriere in Form der zweiten Verschlussöffnung erweitert und so ein Unterbrechen des Lichtbogens weiter verbessert. Das Schließen des zweiten Verschlusses bewirkt ebenfalls verbesserte Löscheigenschaften.
Auch wird bevorzugt, dass der Schalter geeignet ist Mittelspannungen oder Hochspannungen ohne das Schaltgas und/oder Isoliergas Schwefelhexafluorid betrieben zu werden, insbesondere Mittelspannungen oder Hochspannungen unter Last abzuschalten.
Weiter wird bevorzugt, dass der Schalter als luftisolierter Schalter oder gasisolierter Schalter mit einem Isoliergas und/oder Schaltgas mit einem GWP (Global Warming Potential) < 1 zu betreiben ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Schaltanlage für Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen, wobei die Schaltanlage einen oder mehrere Schalter nach einer oder mehreren von den vorstehenden Ausführungen aufweist. Besonders bevorzugt sind einpolige oder dreipolige Schaltanlagen, die entsprechend einen oder drei oder eine vielfache Anzahl von ein oder drei Schaltern aufweisen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zum Ab- und Einschalten von Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen, wobei ein Bewegkontakt gegenüber einem Festkontakt verschiebbar angeordnet ist und:

- beim Abschalten der Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen sich der Bewegkontakt mit seinem Bewegkontaktkontaktbereich vom Festkontakt löst, ein dabei, insbesondere unter Last, entstehender Lichtbogen zwischen dem Festkontakt und dem Bewegkontakt brennt, sich der Bewegkontaktkontaktbereich aus einem Lichtbogenlöschsystem mit einem ersten Magnetsystem, einem zweiten Magnetsystem und einem ersten Verschlusssystem entfernt und dabei durch eine Basisöffnung im ersten Magnetsystem und eine erste Verschlussöffnung des ersten Verschlusssystems von dem Festkontakt entfernt und dabei und der Lichtbogen durch das erste Magnetsystem und das zweite Magnetsystem parallel zu einem ersten Schenkel des ersten Magnetsystems und parallel zu einem zweiten Schenkel des ersten Magnetsystems abgelenkt wird, die erste Verschlussöffnung, nach dem der Bewegkontakt die erste Verschlussöffnung verlassen hat, durch einen ersten Verschluss verschlossen wird und der Lichtbogen durch die Kombination des ersten Magnetsystems, des zweiten Magnetsystem und das verschließen der ersten Verschlussöffnung zum Erlöschen gebracht wird, und
- beim Einschalten der Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen sich der Bewegkontakt mit seinem Bewegkontaktkontaktbereich durch das Lichtbogenlöschsystem mit dem ersten Magnetsystem, dem zweiten Magnetsystem und dem ersten Verschlusssystem dem Festkontakt nähert, also sich auf diese zubewegt, und dabei der erste Verschluss des ersten Verschlusssystems derart in der ersten Verschlussführung verschoben wird, dass das erste Verschlusssystem eine die erste Verschlussöffnung nicht verschließende erste Verschlussposition einnimmt und der Bewegkontakt die erste Verschlussöffnung und die Basisöffnung passiert und der Bewegkontakt weiter auf den Festkontakt zubewegt wird, bis der Bewegkontakt in einer geschlossenen Position den elektrischen Kontakt mit dem Festkontakt herstellt.

Bevorzugt wird dabei, dass zusätzlich:

- beim Abschalten der Bewegkontakt nach dem Verlassen des Lichtbogenlöschsystems ein zweites Verschlusssystem durch eine zweite Verschlussöffnung passiert und das zweite Verschlusssystem einen zweiten Verschluss aufweist, der in einer zweiten Verschlussführung verschoben wird, wenn der Bewegkontakt die zweite Verschlussöffnung verlassen hat und die zweite Verschlussöffnung so durch den zweiten Verschluss verschlossen wird, und
- beim Einschalten der Bewegkontakt sich auf den Festkontakt, das Lichtbogenlöschsystem und das zweite Verschlusssystem zubewegt und der zweite Verschluss in der zweiten Verschlussführung derart verschoben wird, wenn der Bewegkontakt sich auf den zweiten Verschluss zubewegt, dass die zweite Verschlussöffnung so durch den zweiten Verschluss nicht verschlossen wird und die zweite Verschlussöffnung so für den Bewegkontakt zum Passieren freigegeben wird.

Auch wird bevorzugt, dass das vorstehende Verfahren mit einer der vorstehenden Ausführungen zu Schaltern oder Schaltanlagen ausgeführt wird.
Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Einrichtung gelten alle zu dem erfindungsgemäßen Verfahren voranstehend und nachfolgend gemachten Ausführungen und umgekehrt in entsprechender Weise, insbesondere ist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in jeder beliebigen Ausführungsform oder einer Kombination beliebiger Ausführungsformen eingerichtet. Auch hinsichtlich der Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung wird auf die zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile verwiesen und umgekehrt in entsprechender Weise.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die spezifische Ausgestaltung der Ausführungsbeispiele ist für die allgemeine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung in keiner Weise einschränkend zu verstehen; vielmehr können einzelne Ausgestaltungsmerkmale des Ausführungsbeispiels in beliebiger Weise frei untereinander und mit den voranstehend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand Figuren näher erläutert.

1: Beispielhafte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltanlage;
2: Schematische Darstellung eines Schnittes durch einen erfindungsgemäßen Schalter im geöffneten Zustand;
3: Schematische Darstellung eines Schnittes durch einen erfindungsgemäßen Schalter im geschlossenen Zustand;
4: Beispielhafte schematische Darstellung des Magnetfeldes des magnetischen Schlüssellochs.

Die 1 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltanlage 1, beispielhaft ist hier eine Mittelspannungsschaltanlage gezeigt, möglich ist aber auch eine Schaltanlage für Nieder- oder Hochspannungen, die zum An- oder Abschalten eines elektrischen Stroms und/oder einer elektrischen Spannung einen erfindungsgemäßen Schalter 10 aufweist. Die Schaltanlage kann insbesondere eine oder mehr erfindungsgemäße Schalter enthalten, die als LastSchalter oder Last-Trenn-Schalter ausgebildet sind. Die Schaltanlage weist Anzeigeelemente 4 auf, die Anzeigen wie eine Schaltstellungsanzeige oder Betriebsparameter oder Messwerte oder andere Statusanzeigen beinhalten können. Weiter weist die Schaltanlage ein Bedienfeld 6 auf, über das beispielsweise Schalthandlungen vorgenommen werden können.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnittes durch einen erfindungsgemäßen Schalter 10 im geöffneten Zustand, in der geöffneten Position, das heißt im abgeschalteten Zustand. In dem abgeschalteten Zustand sind der Festkontakt 12 und der Bewegkontakt 16 nicht im elektrischen Kontakt miteinander. Der Festkontakt 12 reicht in das Isoliergehäuse 25 und das Lichtbogenlöschsystem 50 hinein. Das Lichtbogenlöschsystem 50 wird hier mit dem ersten Magnetsystem 60, dem zweiten Magnetsystem 70, dem dritten Magnetsystem 80, dem ersten Verschlusssystem 100 und dem zweiten Verschlusssystem 120 gebildet, wobei das dritte Magnetsystem 80 und das zweite Verschlusssystem 120 optional sind. Insbesondere bei höheren Spannungen und Strömen sind das optionale dritte Magnetsystem 80 und das zweite Verschlusssystem 120 vorteilhaft. Das zweite Verschlusssystem 120 ist hier beispielhaft außen am Isoliergehäuse 25 angeordnet, alternativ und hier nicht gezeigt ist aber auch eine Anordnung im Inneren des Isoliergehäuses 25 oder eine Integration in eine jeweilige Wand des Isoliergehäuses 25 möglich und gegebenenfalls vorteilhaft.
Der Festkontakt 12 und der Bewegkontakt 16 sind in dem Beispiel der 2 als ineinandergreifende Kontakte ausgeführt, der Bewegkontakt 16 weist einen Bewegkontaktkontaktbereich 18 auf, der ausgestaltet ist in einen hohl ausgestalteten Innenbereich 13 des Festkontaktes 12 einzufahren. Der Innenbereich 13 des Festkontaktes 12 weist hier ein optionales Kontaktelement 15 im Festkontaktkontaktbereich 14. Das optionale Kontaktelement 15 ist hier in Form eines Ring-, Lamellen- oder Feder-Kontaktelementes ausgestaltet. Der Bewegkontakt 16 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass der Bewegkontakt 16 in einem Schaltbereich 30 entlang der ersten Schalterachse 1000 zu bewegen ist.
Der Festkontakt 12 und der Bewegkontakt 16 sind in der 2 durch die symbolischen Schalteranschlüsse 11 kontaktiert und mit einem elektrischen Netz oder System verbunden.
Weiter ist in der 2 beispielhaft das erste Magnetsystem 60 aus einem Hufeisenmagnet oder U-förmigen magnetischen oder magnetisierbaren Material 62 gebildet, wobei von dem erste Magnetsystem 60 in der Schnittansicht der 2 ein erster Schenkel 63, ein zweiter Schenkel 64, eine Basis 65 und eine Basisöffnung 66 gezeigt sind. Alternativ und nicht gezeigt können auch abweichende Anordnungen das erste Magnetsystem 60 bilden, zum Beispiel einzelne Magnete, die um einen Bewegpfad des Bewegkontaktes 16 im Isoliergehäuse 25 angeordnet sind, die gezeigte Ausgestaltung ist aber besonders effizient und damit vorteilhaft. In den ersten Magnetsystem 60 ist hier ein erstes Verschlusssystem 100 angeordnet. Das erste Verschlusssystem 100 wird hier mit einer ersten Verschlussführung 102 und einem ersten Verschluss 104 gebildet, wobei die erste Verschlussführung 102 eine erste Verschlussöffnung 103 aufweist.
In der gezeigten geöffneten Position des Schalters 10 ist der erste Verschluss 104 des ersten Verschlusssystems 100 in einer die erste Verschlussöffnung 103 verschließenden ersten Verschlussposition und der zweite Verschluss 124 des zweiten Verschlusssystems 120 in einer die zweite Verschlussöffnung 123 verschließenden zweiten Verschlussposition.
Bei dem Übergang von der geschlossenen Position des Schalters 10 in die geöffnete Position des Schalters, werden die erste Verschlussöffnung 103 und die zweite Verschlussöffnung 123 bevorzugt verschlossen, sobald der Bewegkontakt 16 jeweils den Bereich der ersten Verschlussführung 102 und der zweiten Verschlussführung 122 verlassen hat, den jeweils der erste Verschluss 104 und der zweite Verschluss 124 für die Bewegung in die jeweilige verschließende erste Verschlussposition und verschließenden zweiten Verschlussposition benötigt und somit den Weg für den jeweils ersten Verschluss 104 und zweiten Verschluss 124 frei gibt. Auch gezeigt ist hier der verschließender Bereich 1041 des ersten Verschlusses 104. Sowohl der erste Verschluss 104, als auch der zweite Verschluss 124 weisen optional ein verschließenden Bereich 1041, 1241 und einen in der 3 gezeigten nicht verschließenden Bereich 1042, 1242 auf.
Weiter zeigt die 2 auch die Anordnung des zweiten Magnetsystems 70, hier beispielhaft in Form von rechteckigen Permanentmagneten 70, wobei nur zwei der 4 rechteckigen Permanentmagnete 70 sichtbar sind. Die rechteckigen Permanentmagnete 70 des zweiten Magnetsystems 70 sind derart in dem ersten Magnetsystem 60 angeordnet, dass sich in einem inneren Bereich 72 des zweiten Magnetsystems 70 ein ringförmiger Schluss von Magnetfeldlinien ergibt, der bewirkt, dass ein gegebenenfalls auftretender Lichtbogen von einer gradlinigen Ausbreitung entlang einer erste Schalterachse abgelenkt wird. Diese Ablenkung des Lichtbogens unterstützt das Unterbrechen des Lichtbogens. Weiter wird das Unterbrechen des Lichtbogens durch Begrenzungen mittels der ersten Verschlussöffnung 103, optional der zweiten Verschlussöffnung 123 und ebenfalls optional einer Durchgangsöffnung in dem Isoliergehäuse 25 im Bereich der zweiten Verschlussöffnung 123 unterstützt. Weiter unterstützt wird das Unterbrechen des Lichtbogens durch das Schließen des ersten Verschlusssystems 100 mit dem ersten Verschluss 104 und optional durch das Verschließen des zweiten Verschlusssystems 120 mit dem zweiten Verschluss 124.
In der hier gezeigten besonders bevorzugten Ausgestaltung des Schalters 10 die erste Verschlussführung 102 des ersten Verschlusssystems 100 ein optionales drittes Magnetsystem 80 auf, das hier mittels eines Ringmagneten 80 gebildet ist. In der gezeigten besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Verschluss ein metallisches oder magnetisches Element 105 auf, das beim Schließen des ersten Verschlusses einerseits den Schließvorgang beschleunigt und andererseits in der die erste Verschlussöffnung 103 verschließenden ersten Verschlussposition den ersten Verschluss 104 in der verschließenden ersten Verschlussposition arretiert. In dieser arretierten verschließenden ersten Verschlussposition wird das Überwinden des verschlossenen ersten Verschlusssystems 100 durch heiße Gase oder durch den Lichtbogen weiter verhindert, beziehungsweise das Risiko einer solchen Überwindung des verschlossenen ersten Verschlusssystems 100 reduziert.
Zwischen dem innerer Bereich 72 des zweiten Magnetsystems 70 und dem zweiten Magnetsystem 70 ist in der 2 jeweils eine schützende Barriere 75 angeordnet, die das zweite Magnetsystem optional vor Einwirkungen des Lichtbogens oder von heißen Gasen schützt. Die schützende Barriere 75 ist dabei bevorzugt aus elektrisch leitenden Materialien, wie Metallen oder Metallblechen, oder aus elektrisch isolierenden Materialien, wie Kunststoffen oder Keramiken, insbesondere Metalloxiden, oder anderen geeigneten Materialien gebildet.
FIGUR 3
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnittes durch einen erfindungsgemäßen Schalter 10 im geschlossenen Zustand, in der geschlossenen Position, das heißt im eingeschalteten Zustand. In dem eingeschalteten Zustand sind der Festkontakt 12 und der Bewegkontakt 16 im elektrischen Kontakt miteinander.
Der Festkontakt 12 reicht in das Isoliergehäuse 25 und das Lichtbogenlöschsystem 50 hinein. Das Lichtbogenlöschsystem 50 wird hier mit dem ersten Magnetsystem 60, dem zweiten Magnetsystem 70, dem dritten Magnetsystem 80, dem ersten Verschlusssystem 100 und dem zweiten Verschlusssystem 120 gebildet, wobei das dritte Magnetsystem 80 und das zweite Verschlusssystem 120 optional sind. Insbesondere bei höheren Spannungen und Strömen sind das optionale dritte Magnetsystem 80 und das zweite Verschlusssystem 120 vorteilhaft. Das zweite Verschlusssystem 120 ist hier beispielhaft außen am Isoliergehäuse 25 angeordnet, alternativ und hier nicht gezeigt ist aber auch eine Anordnung im Inneren des Isoliergehäuses 25 oder eine Integration in eine jeweilige Wand des Isoliergehäuses 25 möglich und gegebenenfalls vorteilhaft.
Der Festkontakt 12 und der Bewegkontakt 16 sind in dem Beispiel der 3 als ineinandergreifende Kontakte ausgeführt, der Bewegkontakt 16 weist einen Bewegkontaktkontaktbereich 18 auf, der - wie gezeigt - ausgestaltet ist in einen hohl ausgestalteten Innenbereich 13 des Festkontaktes 12 einzufahren. Der Innenbereich 13 des Festkontaktes 12 weist hier ein optionales Kontaktelement 15 im Festkontaktkontaktbereich 14. Das optionale Kontaktelement 15 ist hier in Form eines Ring-, Lamellen- oder Feder-Kontaktelementes ausgestaltet und ist hier zwischen dem Festkontaktkontaktbereich 14 und dem Bewegkontaktkontaktbereich 18 angeordnet.
Der Bewegkontakt 16 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass der Bewegkontakt 16 in einem Schaltbereich 30 entlang der ersten Schalterachse 1000 zu bewegen ist.
Der Festkontakt 12 und der Bewegkontakt 16 sind in der 3 durch die symbolischen Schalteranschlüsse 11 kontaktiert und mit einem elektrischen Netz oder System verbunden.
Weiter ist in der 3 beispielhaft das erste Magnetsystem 60 aus einem Hufeisenmagnet oder U-förmigen magnetischen oder magnetisierbaren Material 62 gebildet, wobei von dem erste Magnetsystem 60 in der Schnittansicht der 3 ein erster Schenkel 63, ein zweiter Schenkel 64, eine Basis 65 und eine Basisöffnung 66 gezeigt sind. Alternativ und nicht gezeigt können auch abweichende Anordnungen das erste Magnetsystem 60 bilden, zum Beispiel einzelne Magnete, die um einen Bewegpfad des Bewegkontaktes 16 im Isoliergehäuse 25 angeordnet sind, die gezeigte Ausgestaltung ist aber besonders effizient und damit vorteilhaft.
In den ersten Magnetsystem 60 ist hier ein erstes Verschlusssystem 100 angeordnet. Das erste Verschlusssystem 100 wird hier mit einer ersten Verschlussführung 102 und einem ersten Verschluss 104 gebildet, wobei die erste Verschlussführung 102 eine erste Verschlussöffnung 103 aufweist.
In der gezeigten geschlossenen Position des Schalters 10 ist der erste Verschluss 104 des ersten Verschlusssystems 100 in einer die erste Verschlussöffnung 103 nicht verschließenden ersten Verschlussposition und der zweite Verschluss 124 des zweiten Verschlusssystems 120 in einer die zweite Verschlussöffnung 123 nicht verschließenden zweiten Verschlussposition. Auch gezeigt ist hier der nicht verschließender Bereich 1042 des ersten Verschlusses 104. Sowohl der erste Verschluss 104, als auch der zweite Verschluss 124 weisen optional einen in der 2 gezeigten nicht verschließenden Bereich 1042, 1242 und einen in der 2 gezeigten verschließenden Bereich 1041, 1241 auf.
Weiter zeigt die 3 auch die Anordnung des zweiten Magnetsystems 70, hier beispielhaft in Form von rechteckigen Permanentmagneten 70, wobei nur zwei der 4 rechteckigen Permanentmagnete 70 sichtbar sind. Die rechteckigen Permanentmagnete 70 des zweiten Magnetsystems 70 sind derart in dem ersten Magnetsystem 60 angeordnet, dass sich in einem inneren Bereich 72 des zweiten Magnetsystems 70 ein ringförmiger Schluss von Magnetfeldlinien ergibt, der bewirkt, dass ein gegebenenfalls auftretender Lichtbogen von einer gradlinigen Ausbreitung entlang einer erste Schalterachse abgelenkt wird.
Diese Ablenkung des Lichtbogens unterstützt das Unterbrechen des Lichtbogens. Weiter wird das Unterbrechen des Lichtbogens durch Begrenzungen mittels der ersten Verschlussöffnung 103, optional der zweiten Verschlussöffnung 123 und ebenfalls optional einer Durchgangsöffnung in dem Isoliergehäuse 25 im Bereich der zweiten Verschlussöffnung 123 unterstützt. Weiter unterstützt wird das Unterbrechen des Lichtbogens durch das Schließen des ersten Verschlusssystems 100 mit dem ersten Verschluss 104 und optional durch das Verschließen des zweiten Verschlusssystems 120 mit dem zweiten Verschluss 124.
In der hier gezeigten besonders bevorzugten Ausgestaltung des Schalters 10 die erste Verschlussführung 102 des ersten Verschlusssystems 100 ein optionales drittes Magnetsystem 80 auf, das hier mittels eines Ringmagneten 80 gebildet ist. In der gezeigten besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Verschluss ein metallisches oder magnetisches Element 105 auf, das beim Schließen des ersten Verschlusses einerseits den Schließvorgang beschleunigt und andererseits in der die erste Verschlussöffnung 103 verschließenden ersten Verschlussposition den ersten Verschluss 104 in der verschließenden ersten Verschlussposition arretiert. In dieser arretierten verschließenden ersten Verschlussposition wird das Überwinden des verschlossenen ersten Verschlusssystems 100 durch heiße Gase oder durch den Lichtbogen weiter verhindert, beziehungsweise das Risiko einer solchen Überwindung des verschlossenen ersten Verschlusssystems 100 reduziert.
Zwischen dem innerer Bereich 72 des zweiten Magnetsystems 70 und dem zweiten Magnetsystem 70 ist in der 3 jeweils eine schützende Barriere 75 angeordnet, die das zweite Magnetsystem optional vor Einwirkungen des Lichtbogens oder von heißen Gasen schützt. Die schützende Barriere 75 ist dabei bevorzugt aus elektrisch leitenden Materialien, wie Metallen oder Metallblechen, oder aus elektrisch isolierenden Materialien, wie Kunststoffen oder Keramiken, insbesondere Metalloxiden, oder anderen geeigneten Materialien gebildet.
Die 4 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung des Magnetfeldes des magnetischen Schlüssellochs 90. Das Magnetfeld wird hier durch beispielhafte Magnetfeldlinien 92 dargestellt. Das erste Magnetsystem 60 bildet zusammen mit dem zweiten Magnetsystem 70 das magnetische Schlüsselloch 90. Der Bewegkontakt 16 wird also durch das magnetische Schlüsselloch bewegt und ein gegebenenfalls brennender Lichtbogen durch das magnetische Schlüsselloch abgelenkt wie für eine Seite des magnetischen Schlüssellochs 90 mit dem Pfeil für die Ablenkrichtung 95 des Lichtbogens gezeigt. Die Nordpole 70` und die Südpole 70'' der Permanentmagneten des zweiten Magnetsystems 70 sind entsprechend beispielhaft gekennzeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Schaltanlage;
4: Anzeigeelement;
6: Bedienfeld;
10: Schalter;
11: symbolische Schalteranschlüsse am Schalter 10;
12: Festkontakt;
13: Innenbereich des Festkontaktes 12;
14: Festkontaktkontaktbereich;
15: Kontaktelement im Festkontaktkontaktbereich 14 im Innenbereich des Festkontaktes 12;
16: Bewegkontakt;
18: Bewegkontaktkontaktbereich;
25: Isoliergehäuse;
30: Schaltbereich;
50: Lichtbogenlöschsystem;
60: erstes Magnetsystem;
62: Hufeisenmagnet oder U-förmiges magnetisches oder magnetisierbares Material;
63: erster Schenkel des Hufeisenmagneten oder des U-förmigen magnetischen oder magnetisierbaren Materials;
64: zweiter Schenkel des Hufeisenmagneten oder des U-förmigen magnetischen oder magnetisierbaren Materials;
65: Basis, die den ersten Schenkel (63) und den zweiten Schenkel (64) verbindet;
66: Basisöffnung;
70: zweites Magnetsystem, beispielsweise realisier mit vier rechteckigen Permanentmagneten;
70': Nordpol eines Permanentmagneten des zweiten Magentsystems 70;
70'': Südpol eines Permanentmagneten des zweiten Magentsystems 70;
72: inneren Bereich des zweiten Magnetsystems 70;
75: schützende Barriere am zweites Magnetsystem 70;
80: drittes Magnetsystem;
90: magnetisches Schlüsselloch;
92: Magnetfeldlinien resultierend aus dem ersten magnetischen System 60 und dem zweiten magnetischen System 70;
95: Ablenkungsrichtung eines Lichtbogens im Magnetfeld des magnetischen Schlüssellochs 90;
100: erstes Verschlusssystem;
102: erste Verschlussführung;
103: erste Verschlussöffnung;
104: erster Verschluss zum Verschließen der ersten Verschlussöffnung (103) durch Bewegen in der ersten Verschlussführung (102);
1041: verschließender Bereich im ersten Verschluss (104);
1042: Durchgangsbereich im ersten Verschluss (104);
105: metallisches oder magnetisches Element am ersten Verschluss (104);
120: zweites Verschlusssystem;
122: zweite Verschlussführung;
123: zweite Verschlussöffnung;
124: zweiter Verschluss zum Verschließen der zweiten Verschlussöffnung (123) durch Bewegen in der zweiten Verschlussführung (122);
1241: verschließender Bereich im zweiten Verschluss (124);
1242: Durchgangsbereich im zweiten Verschluss (124);
1000: erste Schalterachse.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013217834 A1 [0002]

Claims

Schalter (10) für Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen, mit einen Festkontakt (12), mit einem Festkontaktkontaktbereich (14), einem Bewegkontakt (16), mit einem Bewegkontaktkontaktbereich (18) und einem Isoliergehäuse (25) dadurch gekennzeichnet, dass - der Festkontakt (12) durch das Isoliergehäuse (25) in einen Schaltbereich (30) mit einem Lichtbogenlöschsystem (50) geführt ist, - der Bewegkontakt (16) ausgestaltet ist, entlang einer ersten Schalterachse (1000) von einer geschlossenen Position in eine geöffnete Position und von einer geöffneten in eine geschlossene Position überführt zu werden, wobei ◯ der Bewegkontaktkontaktbereich (18) des Bewegkontaktes (16) in der geschlossenen Position mit dem Festkontaktkontaktbereich (14) im elektrischen Kontakt ist, und ◯ der Bewegkontaktkontaktbereich (18) des Bewegkontaktes (16) in der geöffneten Position außerhalb des Isoliergehäuses (25) angeordnet und vom Festkontaktkontaktbereich (14) elektrisch isoliert angeordnet ist, - innerhalb des Isoliergehäuses (25) mindestens ein erstes Magnetsystem (60), ein zweites Magnetsystem (70) und ein erstes Verschlusssystem (100) angeordnet ist, wobei ◯ das erste Magnetsystem (60) und das zweite Magnetsystem zusammen mit dem ersten Verschlusssystem (100) ein magnetisches Schlüsselloch bilden, welches magnetische Schlüsselloch einen Lichtbogen, der sich beim Trennen vom Festkontakt (12) und Bewegkontakt (16) unter Last zwischen dem Festkontakt (12) und dem Bewegkontakt (16) bildet, durch magnetische Ablenkung und Verschließen des ersten Verschlusssystems (100) unterbricht.
Schalter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Magnetsystem (60) aus zumindest einem magnetischen Hufeisenmagneten oder einem U-förmigen magnetischen oder magnetisierbaren Material (62) gebildet wird, wobei der Hufeisenmagnet oder das U-förmige magnetische oder magnetisierbare Material (62) einen ersten Schenkel (63), einen zweiten Schenkel (64) und eine den ersten Schenkel (63) mit dem zweiten Schenkel (64) verbindende Basis (65) aufweist und die Basis (65) eine Basisöffnung (66) aufweist, die ausgestaltet ist, um den Bewegkontakt (16) durch diese Basisöffnung (66) von der geöffneten Position in die geschlossenen Position und von der geschlossenen Position in die geöffnete Position zu überführen, - das erste Verschlusssystem (100) eine erste Verschlussführung (102) mit einer ersten Verschlussöffnung (103) und einem ersten Verschluss (104) aufweist, wobei die erste Verschlussöffnung (103) derart angeordnet ist, dass der Bewegkontakt (16) durch die erste Verschlussöffnung (103) hindurch von der geöffneten Position in die geschlossenen Position und von der geschlossenen Position in die geöffnete Position zu überführen und der erste Verschluss (104) ausgestaltet ist, senkrecht zur ersten Schalterachse (1000) zwischen einer die erste Verschlussöffnung (103) verschließenden ersten Verschlussposition und einer die erste Verschlussöffnung (103) nicht verschießenden ersten Verschlussposition beweglich angeordnet zu sein, - das zweite Magnetsystem (70) derart im ersten Magnetsystem (60) angeordnet ist, dass sich um die erste Verschlussöffnung (103) herum ein Magnetfeld ausbildet, das ausgestaltet ist, den Lichtbogen zwischen dem Festkontakt (12) und dem Bewegkontakt (16) parallel zu dem ersten Schenkel (63) und parallel zu dem zweiten Schenkel (64) und senkrecht zur ersten Schalterachse (1000) abzulenken und so das magnetische Schlüsselloch zu bilden.
Schalter (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschluss (104) mechanisch derart mit dem Bewegkontakt (16) verbunden ist, dass der erste Verschluss (104) die erste Verschlussöffnung (103) verschließenden erste Verschlussposition einnimmt, wenn sich der Bewegkontakt (16) in die geöffnete Position bewegt und dass der erste Verschluss (104) die erste Verschlussöffnung (103) nicht verschließenden erste Verschlussposition einnimmt, wenn der Bewegkontakt (16) sich in die geschlossene Position bewegt.
Schalter (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetsystem (70) aus zwei oder vier rechteckigen Permanentmagneten gebildet ist und das zweite Magnetsystem (70) einen Kreisschluss der Magnetfelder im Bereich der ersten Verschlussöffnung (103) bewirkt.
Schalter (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass um die erste Verschlussöffnung (103) herum ein drittes Magnetsystem (80) angeordnet ist und dass an dem ersten Verschluss (104) ein metallisches Element (105) derart angeordnet ist, dass der erste Verschluss (104) mit dem metallischen Element (105) in der die erste Verschlussöffnung (103) verschließenden erste Verschlussposition am dritten Magnetsystem (80) arretiert ist.
Schalter (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Magnetsystem (80) mit einem Ringmagneten gebildet ist.
Schalter (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verschlussführung (102) den ersten Verschluss (104) von vier Seiten umschließt und der erste Verschluss (104) in der ersten Verschlussführung (102) gleitend gelagert ist.
Schalter (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschluss (104) einen verschließenden Bereich (1041) und einen Durchgangsbereich (1042) aufweist.
Schalter (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der der verschließende Bereich (1041) ein metallisches Element (105) aufweist.
Schalter (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter am Isoliergehäuse (25) ein zweites Verschlusssystem (120) mit einer zweiten Verschlussführung (122) und einer zweiten Verschlussöffnung (123) und einem zweiten Verschluss (124) aufweist, wobei der zweite Verschluss (124) derart in der zweiten Verschlussführung (122) gelagert ist, dass der zweite Verschluss (124) zwischen einer die zweite Verschlussöffnung (123) freigebenden und einer die zweite Verschlussöffnung (123) verschließenden Position zu verschieben ist.
Schaltanlage (1) für Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanlage (1) ein oder mehr Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zum Ab- und Einschalten von Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegkontakt (16) gegenüber einem Festkontakt (12) verschiebbar angeordnet ist und: - beim Abschalten der Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen sich der Bewegkontakt (16) mit seinem Bewegkontaktkontaktbereich (18) vom Festkontakt löst, ein dabei entstehender Lichtbogen zwischen dem Festkontakt (12) und dem Bewegkontakt (16) brennt, sich der Bewegkontaktkontaktbereich (18) aus einem Lichtbogenlöschsystem (50) mit einem ersten Magnetsystem (60), einem zweiten Magnetsystem (70) und einem ersten Verschlusssystem (100) entfernt und dabei durch eine Basisöffnung (66) im ersten Magnetsystem (60) und eine erste Verschlussöffnung (103) des ersten Verschlusssystems (100) von dem Festkontakt (12) entfernt und dabei und der Lichtbogen durch das erste Magnetsystem (60) und das zweite Magnetsystem (70) parallel zu einem ersten Schenkel (63) des ersten Magnetsystems (60) und parallel zu einem zweiten Schenkel (64) des ersten Magnetsystems (60) abgelenkt wird, die erste Verschlussöffnung (103), nach dem der Bewegkontakt die erste Verschlussöffnung (103) verlassen hat, durch einen ersten Verschluss (104) verschlossen wird und der Lichtbogen durch die Kombination des ersten Magnetsystems (60), des zweiten Magnetsystem (70) und das verschließen der ersten Verschlussöffnung (103) zum Erlöschen gebracht wird, und - beim Einschalten der Nieder-, Mittel- oder Hochspannungen sich der Bewegkontakt (16) mit seinem Bewegkontaktkontaktbereich (18) durch das Lichtbogenlöschsystem (50) mit dem ersten Magnetsystem (60), dem zweiten Magnetsystem (70) und dem ersten Verschlusssystem (100) dem Festkontakt (12) nähert und dabei der erste Verschluss (104) des ersten Verschlusssystems (100) derart in der ersten Verschlussführung (102) verschoben wird, dass das erste Verschlusssystem (100) eine die erste Verschlussöffnung (103) nicht verschließende erste Verschlussposition einnimmt und der Bewegkontakt (16) die erste Verschlussöffnung (103) und die Basisöffnung (66) passiert und der Bewegkontakt (16) weiter auf den Festkontakt (12) zubewegt wird, bis der Bewegkontakt (16) in einer geschlossenen Position den elektrischen Kontakt mit dem Festkontakt herstellt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich: - beim Abschalten der Bewegkontakt (16) nach dem Verlassen des Lichtbogenlöschsystems (50) ein zweites Verschlusssystem (120) durch eine zweite Verschlussöffnung (123) passiert und das zweite Verschlusssystem (120) einen zweiten Verschluss (124) aufweist, der in einer zweiten Verschlussführung (123) verschoben wird, wenn der Bewegkontakt (16) die zweite Verschlussöffnung (123) verlassen hat und die zweite Verschlussöffnung (123) so durch den zweiten Verschluss (124) verschlossen wird, und - beim Einschalten der Bewegkontakt (16) sich auf den Festkontakt (12), das Lichtbogenlöschsystem (50) und das zweite Verschlusssystem (120) zubewegt und der zweite Verschluss (124) in der zweiten Verschlussführung (123) derart verschoben wird, wenn der Bewegkontakt (16) sich auf den zweiten Verschluss (124) zubewegt, dass die zweite Verschlussöffnung (123) so durch den zweiten Verschluss (124) nicht verschlossen wird und die zweite Verschlussöffnung (123) so für den Bewegkontakt (16) zum Passieren freigegeben wird.