DE1515692A1

DE1515692A1 - Kontaktsystem fuer automatische Leistungsschalter,insbesondere Niederspannungsschutzschalter

Info

Publication number: DE1515692A1
Application number: DE19651515692
Authority: DE
Inventors: Ploteny Arnost; Milos Chlup; Hubert Svoboda; Vladimir Vanek
Original assignee: ELEKTROTECHNICKE ZD Y JULIA FU
Current assignee: ELEKTROTECHNICKE ZD Y JULIA FU
Priority date: 1964-10-30
Filing date: 1965-10-26
Publication date: 1969-11-20
Also published as: GB1103746A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. ADOLF SPREER dipl.-?hys. DR. W. JUNIUS

3 HANNOVER

ABBIlTKAtIB IO ■ TtLBVON IJOIO

25.1o.1965 Meine Akte: 9918

Elektrotechnicke" zävody Julia Fucika, n.p. Brno

Kontaktsystem für automatische Leistungsschalter, insbesondere Niederspannungsschutzschalter

De Erfindung betrifft eine Anordnung des Kontaktsystems für Nie· derspannungsschutzschalter zwecks Erreichung eines hohen Abschalt Vermögens von Gleichstroa- und Wechselstromkurzschlußströmen.

Das Kontaktsystem ist ein wichtiger Grundteil der automatischen Leistungsschalter, zu welchen auch die Schutzschalter gehören. Die charakteristischen Eigenschaften der Schutzschalter hängen außer anderem auch von der Anordnung und von der Form des Kontaktsystems ab. Es handelt sich besonders um die verläßliche Übertragung der Nennströme und Einschaltung sowie Ausschaltung der Überströme bis zu den höchsten Kurzschlußströmen, die durch die elektrischen Werte des zu schützenden Stromkreifes gegeben sind. Zur Erreichung einer höchst möglichen Abschaltleistung ist eine optimale Lösung der Anordnung sowie der Form des Kontaktsystems unbedingt notwendig.

Moderne Konstruktionen der Schutzschalter für hohe Nennströme benützen gewöhnlich Kontaktsysteme mit zwei Kontaktpaaren im Pol, wobei ein Kontaktpaar als Hauptkontakte, das andere Paar als

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Abbrennkontakte dienen. Für den Stromkreis der Abbrennkontakte dieser Sei utzschalter müssen nicht nur hochleiten· de Materialien und eine minimale Kontaktzahl, sondern auch eine geeignete Form dieses Stromkreises verwendet werden, damit der verläßliche Kontakt der Abbrennkontakte mit dem minimalen Obergangswiderstand bei Ausschaltung des Stromkreises der Hauptkontakte erzielt wird und der Spannungsabfall an den Hauptkontakten möglichst klein und niedriger als die Zündspannung für einen Lichtbogen ist, bei der ein Lichtbogen zwischen den Hauptkontakten unerwünscht-erweise zündet. Zur Erreichung eines möglichst geeigneten Schalt-" Vorganges nützt man in den Stromkreisen des Kontaktsystems die Wirkungen der elektrodynamischen durch diese Stromkreise entwickelten Kräfte aus.

Es ist sehr schwierig, die erwähnten Stromkreise geeignet für das Einschalten eines Kurzschlußes so anzuordnen, daß das gleiche Kurzschlußeinschalt- sowie Kurzschlußabschaltvermögen erreicht wird. Das Schaltvermögen (d.h. Einschalt- sowie Ausschaltvermögen) des Schutzschalters, von dem gemäß neuen Normen und Anforderungen der Energetik immer höhere Leistungen verlangt werden, hängt ganz von der Anordnung und Form des Kontaktsysteras des Schutzschalters ab. Umso schwieriger ist die Erfüllung der Anforderung an eine universale Ausführung des Schutzschalters mit hohem Abschaltvermögen für Wechsel- und Gleichstrom.

Bei bekannten konstruktiven Anordnungen von einheitlichen Kontaktsystemen der universalen Schutzschalter für Wechselunci Gleichstrom wird jedoch entweder ein niedrigeres Kurzschlutfschaltvermögen bei Wechselstrom sis bei Gleichstrom unter der Voraussetzung der gleichen Nennspannung, oder dasselbe Schaltvermögen für die beiden Stroraarten, jedoch bei niedricerer Nennspannung für Gleichstrom als für Wechselstrom gewährleistet.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verschleißarme Anordnung und Form eines Kontaktsystems des Schutzschalters Bit zwei drehbaren Abbrennkontakten zujschäffen, das für Gleich- und Wechselstrom bei gleiches Nennspannung das gleiche Kurzschlußschaltvermögen bei hoher Schaltgeschwindigkeit und hoher dynamischer Kurzschlußfestigkeit aufweist und bei dem die auftretenden durch den elektrischen Strom hervorgerufenen Kräfte die am Kontaktsystem wahrend des Schaltens wirksamen Kräfte unterstützen.

Die Erfindung besteht darin, daß die beiden gleichförmigen Abbrennkontakte bei der Einschaltbewegung sich gleichzeitig üb den festen Zapfen drehen und ihr Berührungspunkt nach Erreichung der Berührung gemeinsam Bit den Mitten dor Zapfen die Eckpunkte des gleichschenkligen Dreieks bildet, dessen Schenkel mit der durch die Verbindungslinie der Zapfenmitten gebildeten Basis den Winkel oC im Bereich von 0° bis 30° einschließen. Wenn der Winkel α - 0 ist, entsteht ein Sonderfall, bei dem der Berührungspunkt der Abbrennkontakte geradezu auf der Verbindungslinie der Zapfenmitten liegt und das erwähnte Dreieck nicht entsteht, fie LOsung, bei welcher beide Abbrennkontakte drehbar sind, ermöglicht die Erzielung der zweifachen Einschalt- f geschwindigkeit und eine Erhöhung der dynamischen Kurzschlußfestigkeit in der definierten Stelle ihrer Berührung.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Anordnung der Feder der Abbrennkontakte in der Weise, daß sie sich auf die Abbrennkontakte in den Stellen stützen, die außerhalb des durch das erwähnte gleichschenklige Dreieck begrenzten Bereichs liegen.

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Die Erfindung betrifft weiterhin die Ausführung der AnschluCischiencn zu den Abbrennkontakten in der Form der

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Schleifen, die sich einseitig auf die festen Isolationstrennwände stützen, wobei die Stützflächen der erwähnten Isolationstrennwände mit ihren Ebenen senkrecht zu den Anschlußschienen stehen.

Die Erfindung besteht auch in der Ausführung der Anschlußschienen zu den Hauptbrückenkontakten, mit dentn sie zusammen eine Schleife bildet, die auf die Abbrennkontakte so gerichtet ist, daß die Wirkung der entstehenden elektrodynamischen Kräfte den Kontaktdruck auf die Hauptbrückenkontakte erhöht.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Ausführung der geschlossenen Schleife, die durch die Haupt- und Abbrennkontakte in solcher Form gebildet ist, daß ihre Breite d dreimal bis viermal so groß als ihre Höhe h ist. Dadurch wird eine wesentliche Erhöhung des Kontaktdruckes in der Berührungsstelle der Haupt- und Abbrennkontakte erzielt.

Die beschriebene Konstruktion des Kontaktsystems wird anhand bei beigelegten Zeichnungen besser klargestellt.

Fig. 1 zeigt das Kontaktsystera in dem eingeschalteten Zustand.

Fig. 2 zeigt das Kontaktsystem in dem ausgeschalteten Zustand.

Fig. 3 und 4 zeigen die Hauptfunktionslagen des Kontaktsystems bei der Schaltung des Kurzschlußstromes.

Fig. 5 a zeigt die Anordnung und die Form der Abbrennkontakte mit Kennzeichnung des oben erwähnten Dreiecks, dessen Eckpunkte den Berührungspunkt der Abbrennkontakte und die Mitten der festen Zapfen bilden, um

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welche sich die Abbrennkontakte drehen. Fig. 5 b veranschaulicht den Fall, bei des der Berührung·«· ρ unkt der Abbrennkontakte gerade an der Verbindungslinie der festen Zapfen anliegt, um welche sich die Abbrennkontakte drehen.

Die gleichförmigen Abbrennkontakte 1 (Pig. 5 a) drehen sich gleichzeitig bei der Schaltbewegung um die festen Zapfen 2, wobei ihr Berührungspunkt 3 nach Erreichung des Kontaktes gemeinsam mit den Mitten der festen Zapfen 2 die Eckpunkt eines gleichschenkligen Dreiecks bildet, dessen Schenkel mit der Basis, die durch die Verbindungslinie der Mitten der festen Zapfen 2 gebildet ist, den Winkel α i* Bereich von O⁰ bis 30° einschließen. Ein Sonderfall entsteht* wenn der Berührungspunkt der Abbrennkontakte 3 gerade auf der Verbindungslinie der Mitten der beiden festen Zapfen 2 liegt. Dann ist der Winkel ot ■ 0 und es entsteht das oben erwähnte Dreieck (Fig. 5 b) nicht.

Der Kontaktdruck in der Berührungsstelle 3 der Abbrennkontakte 1 wird mittels der Federn 7 (Fig. 1) erzielt,die in den Maltern 11 befestigt sind und direkt auf die Kontakte 1 in den außerhalb des durch das erwähnte gleichschenklige Dreieck begrenzten Bereichs liegenden Stellen wirken.

Die Anschlußleitungen der Abbrenkontakte sind aus den biegsamen Bändern 4 (Fig. 1 bis 5) in solcher Form ausgeführt, daß die durch sie ausgebildeten Schleifen sich einseitig gegen die festen Isolationstrennwände 5 (Fig. 1 bis 4) stützen, wobei die Stützflächen der erwähnten Isolationstrennwände 5 mit ihren Ebenen zu den Anschlußscbienen 6 der Kauptkontakte (Fig. 1- - 4 ) senkrecht stehen«

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Der Stromkreis der Hauptkontakte ist so gestaltet, daß die Anschlußschienen 6 «it den Brockenkontakten 8 eine auf die Abbrennkontakte 1 gerichtete Schleife bilden.

Das Kontaktsystem ist in zwei isolierenden Seitenwinden 14 (Fig. 1, 2) gelagert und fest mit den Bolzen 15 sowie den Sprossen 16 und 34 zusammengezogen. Die feste Befestigung der Anschlußschienen 6 mit den Kontakten Io ist Über die Isolationssprossen 18, die Schrauben 17 und Zapfen 19 durchgeführt. Mittels der Schrauben 17 sind mit einem Ende die biegsamen Bänder 4 an den Anschlußschienen 6 befestigt. Das 2. Ende dieser biegsamen Bänder ist mittels der Schrauben 2o gemeinsam mit den Abbrennkontakten 1 an dem Halter 12 befestigt, der gemeinsam mit dem BUgelbund 21 drehbar auf dem Zapfen 2 in den Isolationsseitenwänden 14 gelagert ist. Zur Verbindung des Eindringens der Ionisationsgase aus den Räume der Abbrennkontakte in den Raum der Hauptkontakte ist zwischen den beiden Rturneη eine Isolationsscheidewand angeordnet.

Der Kontaktdruck in der Berührungsstelle 3 der Abbrennkontakte 1 ist durch die Federn 7 gesichert, die sich gegen dfe Halter 11 abstützen und auf den Bügeln 21 befestigt sind. Die Einstellung der Zeitfolge der Funktionen für die Haupt- und Abbrennkontakte wird mittels der Stellschrauben 33 durchgeführt. Die Schaltbewegung der beiden beweglichen Abbrennkontakte 1 ist über die Zapfen 24 mittels der Zugstangen erreicht, die in den Bügeln 21 gelagert sind. Die anderen Enden der Zugstangen 13 sind mittels der Zapfen 25 auf den isolierenden Führungsteilen 23 in T-Form befestigt. Die Führung der isolierenden Führungsteile 23 ist durch die Rollen 26 gesichert, die sich in Nuten 9 bewegen, die zu diesem Zwecke in den Isolationsseitenwänden 14 eingebracht sind,

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Die isolierenden Führungsteile 23 sind mit der Sprosse 27 verbunden,in der die Führungsbolzen 28 der beweglichen Brücken der Hauptkontakte 8 mit den Federn 29 befestigt sind. Die ewegung der Hauptwelle 3o wird auf die isolierenden FJhrungsteile 23 mittels des Hebels 31 und des Verbindungsbügels 32 übertragen.

Die Hauptfunktionsstellungen des Kontaktsystems bei der Kurzschlußstromschaltung sind in Fig. 3 und 4 veranschaulicht. Während des Anfangsstromstoßes fließt der Kurz- ^ schlußstrom (I. ) sowohl durch den Kreis der Hauptkontakte (Ij₁) als auch durch den Kreis der Abbrennkontakte (I₀) in derselben Richtung, und zwtr in dem Verhältnis, das den gegenseitigen Verhältnis der Kiderstände dieser Zweige entspricht. In unseren Falle fließt durch den Kreis der Hauptkontakte ungefähr 6o I I. und durch den Kreis der Abbrennkontakte ungefähr 4o t I ^. In beiden Zweigen erscheinen sowohl selbstständig als auch gegenseitig wirkende elektrodynamische Kräfte des Kurzschlußstromes, die für die optimale Funktion des Schaltvorganges ausgenützt werden. Zur Erklärung ist es notwendig, die beiden gleichzeitig wirkenden Einflüsse der Kräfte wie folgt zu analysieren: '

a) Die Wirkungen der elektrodynamischen Kräfte erscheinen in den einzelnen Zweigen des Stromkreises selbstständig.

In dem Stromkreis der Hauptkontakte unter dem Einfluß der auf die Abbrennkontakte gerichtete Schleife von der Höhe i und der Breite j entsteht eine Erhöhung des Kontaktdruckes auf die Brückenkontakte 8 durch die Kraft Fm. Die in Strom kreise der Abbrennkontakte ausgebildete Schleife von der Höhe h und der Breite d wirkt in der Weise, daß die auf die Abbrennkontakte 1 von der äußeren Seite von den Zapfen 2 909847/0181

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und auf die beweglichen Anschlußschienen 4 wirkenden elektrodynamischen Kräfte Fv einen höheren Wert als die auf die Abbrennkontakte 1 von der inneren Seite von den Zapfen 2 wirkenden Kräfte Fs erreichen, wodurch eine Erhöhung des Kontaktdruckes im Berührungspunkte 3 erzielt wird. Die Kräfte Fj, die mit Bezug auf die Kräfte Fv senkrecht auf die biegsamen Anschlußschienen 4 und negativ auf die Kräfte Fv wirken, sind von den festen Isolationstrennwänden S aufgefangen. Die im Punkte 3 wirkenden elektrodynamischen Kräfte sind überwiegend in dem Zapfen 2 aufgefangen. Die Größe des Auffanges dieser Kräfte ist von der Größe des Winkels abhHngig, der durch die Schenkel des Dreiecks Bit der durch die Verbindungslinie der Zapfenmitten 2 geformten Basis eingeschlossen ist. Die Eckpunkte des Dreiecks sind durch den Berührungspunkt 3 und durch die Mitten der Zapfen 2 bestimmt. Diese Kräfte werden vollkommen, wenn α · O ist, aufgefangen. Zur Erhöhung des Kontaktdruckes im Berührungspunkte 3 dienen wirksam die Federnder Abbrennkontakte 7.

b) Die Wirkungen der elektrodynamischen Kräfte erscheinen als gegenseitige Beeinflussung beider Kreise.

Durch den Durchfluß des Stromes i durch den Kreis der Ab-

brennkontakte und des Stromes i, durch den Kreis der Haupt-Kontakte in der gleichen Richtung werden die gegenseitigen Anziehungskräfte Fp erzielt, was noch eine weitere Erhöhung des Kontaktdruckes sowohl auf die Haupt- als auch auf die Abbrennkontakte zur Folge hat. Die Anziehungswirkunpen der Kraft Fp in den Stellen der biegsamen Bänder sind entweder niedriger oder durch die abstoßende Kraft Fv kompensiert. Im Falle der Erreichung des höheren Wertes der Kraft Fp gegenüber der Krat F ν entsteht eine Durchbiegung der biegsamen Bänder in der Richtung zu den Anschlußschie-

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ntn 6 ohne grundsätzlichen Einfluf «if di· Erniedrigtiftg des Kontaktdruck»» im Berührungspunkt S der Ab» re ink oatakte.

Die angeführten Wirkungen der elektrodynamischen Kräfte spiegeln sich vorteilhaft in sehr erhöhte· Kontaktdruck, der direkt von der Stromgröße abhingt, besonders bei Wechselstrom in der ersten asymmetrischen Stoßhalbwelle, deren Spitzenwert das bis 2,2-fache des Effektivwertes des λ Kurzschlußstromes erreichen kann. Der beschriebene Verlauf bei der Ausschaltung d9* KurzschluAstromes dauert von dem Augenblick des Kurzschlusses bis zu dem Augenblick, wenn nach der Auslösung des Schaltschlosses durch den Kurzschlußaus löser die Ausschaltung des' Kontaktsystems entsteht. Der nachfolgende Verlauf bei der Ausschaltung ist schematisch in Fig. 4 eingezeichnet.

Zuerst entsteht die Unterbrechung des Stromkreises der Haupt kontakte, und zwar durch die beweglichen Kontaktbrücken 8. Im Augenblick, in dem der Stromkreis der Abbrennkontakte den ganzen Kurzschlußstrom übernimmt und ein möglichst kleiner Widerstand dieses Kreises im Vergleich mit dem Kreis der Hauptkontakte mit Rücksicht auf die minimale Größe der Hpanhungsabfllle auf den abschaltenden Kontakten erwünscht ist, bildet die wichtigere Stelle der Kontaktwiderstand, der in^er Abhängigkeit von der Größe des Kontaktdruckes sehr veränderlich ist. Im vorliegenden Fall sind die Wirkungen der elektrodynamischen Kräfte in der Schleife des Kreises der Abbrennkontakte für eine wesentliche Erhöhung des Kontaktdruckes im Berührungspunkt 3 am vorteilhaftesten. Die Kräfte Fv, die von den äußeren Seiten der Zapfen 2 wirken, erhöhen den Kontaktdruck der Kontakte im Berührungspunkt 3 um die Kraft, die der Differenz der Kräfte Pv und Ps gleich

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ist. Die Kräfte Fj₁ die mit Bezug auf dl· Kräfte Fv senkrecht auf die biegsamen Bänder 4 und die la negativen Sinne auf die Kräfte Fv wirken, sind von den festen Isolationstrennwänden 5 aufgefangen. Die elektrodynamischen Kräfte, die im Berührungspunkte 3 wirken, sind überwiegend in den Zapfen 2 aufgefangen.

In der weiteren Endphase des Abschaltvorganges erfolgt die Entfernung der Abbrennkontakte und nachher die Zündung und W das Brennen des Lichtbogens zwischen diesen Kontakten. Der Lichtbogen ist intensiv in die Löschkammer eingetrieben, und zwar einerseits durch mechanische tierausschiebung der Lichtbogenflußpunkte und andererseits durch die elektrodynamischen Wirkungen der engen schafeη Schleife, die unmittelbar nach der Abschaltung der Kontakte ausgebildet wird, wie in Fig. 4 veranschaulicht.

Die Ausschaltung mit der beschriebenen Anordnung und der Form des erfindungsgemäßen Kontaktsystems ist sehr schnell sowohl für Wechselstrom als auch für Gleichstrom ohne weitere Anordnungen, z.B. ohne Polschuhe mit einer Löscn-"Auspuff-Spule. Der Bogen löscht in den beiden Fällen in dem Augenblick, in dem die Abbrennkontakte sich in der Hälfte des Weges der geneinsamen öffnung befinden.

Derselbe Verlauf wie bei der Ausschaltung wird auch bei der Einschaltung auf Kurzschluß mit dem Unterschied erzielt, daß bei der Einschaltung auf Kurzschluß zuerst die Wirkungen der elektrodynamischen Kräfte im Kreise der Abbrennkontakte erscheinen, worauf die Einschaltung des Kreises der Hauptkontakte erfolgt. Im Rahmen des Schaltzyklus folgt dann derselbe Verlauf der beschriebenen Ausschaltung.

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Die Anordnung des erfindungsgenflßen Kontaktsysteas kann man rait Vorteil bei allen automatischen Leistungsschaltern für Wechsel- und Gleichstrom, und zwar sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Lag« verwenden.

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Claims

Patentansprüche

1.,Kontaktsystem für automatische Leistungtschalter, insbesondere Niederspannungsschutzschalter, dessen bewegliche Hauptkontakte als Brückenkontakte und dessen Abbrennkontakte mit einer Unterbrechungsstelle des elektrischen Kreises ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden gleichförmigen Abbrennkontakt· (1) sich bei der Einschaltbewegung gleichzeitig üb die festen Zapfen (2) drehen und nach Erreichung des Kontaktes ihr Berührungspunkt (3) geaeinsa* ait den Mitten der festen Zavfen (2) diese Eckpunkte des gleichschenkligen Dreiecks bildet, dessen Schenkel sit der durch die Verbindungslinie der Mitten der festen Zapfen (2) gebildeten Basis den Winkel (crt) in Bereich von 0° bis 30° einschließen.

2. Kontaktsyste« nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Fede%der Abbrennkontakte (7) sich auf die Abbrennkontakte (1) in den Stellen stützen, die außerhalb des durch den erwähnten gleichschenkligen im Anspruch 1 definierten Dreieck begrenzten Bereichs liegen.

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3. Kontaktsystem nach Anspnch 1 und 2, ^. dadurch gekennzeichnet,

^ daß die biegsamen Anschlußleitungen (4) zu den Abbrennen kontakten (1) in Schleifenform ausgeführt sind und sich co einseitig gejen die festen Isolationstrennwände (5) stüt-""* zen, wobei die Stützflächen der erwähnten Isolationstrenn· wände mit ihren Ebenen zu den Anschlußschienen (6) senkrecht stehen.

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4· KontaktS/stes nach Anspruch 1 bit 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Anschlusschienen (6) ferneinsam alt den Brückenkontakten (8) eine Schleife bilden, die auf die Abbrennkontakte (1) so gerrichtet ist, daß die Wirkung der eltktrodynaaisehen Kräfte von dieser Schleife den Kontakt· druck auf die Brückenkontakte (8) erhöht·

5. Kontaktsystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Breite (d) der geschlossenen Schleife, die durch die Kreise der Haupt- und Abbrennkontakte gebildet ist, 3- bis 4-mal größer als die Höhe der erwähnten Schleife ist.

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