DE1640262B2 - Strombegrenzungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strombegrenzungsschalter mit zwei im Abstand voneinander angeordneten festen Kontaktstücken, die mit geradlinigen, parallel zueinander angeordneten elektrischen Leitern verbunden sind, und mit einer zwischen einer offenen und einer geschlossenen Schaltstellung hin- und herbewegbaren Kontaktbrücke.

Ein derartiger Strombegrenzungsschalter ist aus der GB-PS 1 034 834 bekannt. Bei einem Überstrom werden hierbei durch elektromagnetische Kräfte die Kontaktbrücke und der zwischen den festen Kontaktstücken brennende Lichtbogen in die gleiche Richtung gedrückt, so daß die Kontaktbrücke thermisch stark beansprucht ist. In ähnlicher Weise wird bei dem elektromagnetischen Schütz gemäß der DT-AS 1 194956 durch die bewegbare Kontaktbrücke und die festste-

henden Kontaktstücke eine Leiterschleife zum Erzeugen einer elektrodynamischen Kontaktbrücken-Öffnungskraft gebildet:. Auch hier wird die Kontaktbrücke während der gesamten Brenndauer des Lichtbogens vom Lichtbogenstrom durchflossen. Außerdem trägt sie Hörnerelektroden, so daß sie erhitzt und ihre bei der Kontaktöffnung zu bewegende Masse vergrößert wird. Bekanntlich muß aber die Kontaktbrücke nicht nur innerhalb außerordentlich kurzer Zeit nach Auftreten des Überstroms bewegt werden, sondern sie muß außerdem mit sehr hoher Geschwindigkeit aus ihrer Schließstellung herausgedrückt werden, um den ursprünglich gebildeten Lichtbogen auseinander zu ziehen. Zwar ist in der DT-PS 933 817 ein Hörnerschalter mit Funkenkammer beschrieben, bei welcher der Abschalt-Lichtbogen auf Hörner übergeblasen und zwischen ihnen verlängert wird. Hierbei ist jedoch eine getrennte Betätigungsvorrichtung für die Kontaktbrücke und eine besonders gestaltete Zwischenelektrode mit zwei Hörnern sowie eine zusätzliche Fremdblasung durch Blasspulen unter Verwendung eines magnetischen Haupt- und Hilfsblasfeldes für die Lichtbogenlöschung erforderlich. Eine derartige Anordnung beansprucht viel Raum, ist aufwendig in der Fertigung und erfordert zusätzliche Antriebsmittel für die Kontaktbrücke.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen einfachen und kompakten Strombegrenzungsschalter zu schaffen, bei dem die bei einem Überstrom auftretenden Magnetkräfte dazu ausgenutzt sind, um einerseits die Kontaktbrücke in die offene Schaltstellung und andererseits den Lichtbogen in die hierzu entgegengesetzte Richtung zwischen eine Hörnerelektrodenstrecke zu drücken.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt eine zum Teil schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Strombegrenzungsschalters;

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Strombegrenzungsschalters nach Fig I, worin die Zuleitungen zum Teil weggelassen sind, so daß das Innere der Lichtbogenkammer sichtbar wird; die bewegbare Kontaktbrücke ist in teilweise geöffneter Stellung dargestellt;

Fig. 3 zeigt die bewegbare Kontaktbrücke in völlig geöffneter Stellung;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der feststehenden Kontaktstücke mit ihren Lichtbogenhörnern und den Stromzuleitungen und eine Ansicht der bewegbaren Kontaktbrücke;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung und zeigt den Zusammenhang zwischen dem Stromfluß in den Stromzuleitungen und der bewegbaren Kontaktbrücke und die zugehörigen Magnetfelder zu dem Zeitpunkt, wenn sich die Teile in derStellung nach Fig. 1 und 2 befinden;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung und zeigt den Zusammenhang zwischen dem Stromfluß in den Stromzuleitungen und dem Lichtbogen und die zugehörigen Magnetfelder zu dem Zeitpunkt, wenn sich die Teile in der Stellung nach Fig. 3 befinden;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die Teile des Stromweges durch den erfindungsgemäßen Strombegrenzungsschalter während des Unterbrechungsvorganges zeigt.

Diese Aufgabe wird bei einem Strombegrenzungsschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß

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ι lurch gelöst, daß die elektrischen Leiter parallel Abstandsstrecke der festen Kontaktstücke sich in !^«richtung teilweise überlappend angeordnet sind rf auf einer Seite der von den Leitern gebildeten Ph" im geschlossenen Zustand des Schalters der JC_{ß der} U-förmig ausgebildeten bewegbaren Konfaktbrücke und auf der anderen Seite dieser Ebene lie Abstandsstrecke der festen Kontaktstücke derart Häuft d-ß die beiden Leiter mit dem zu ihnen parllel verlaufenden Steg der U-förmigen Kontaktbrücke und der Abstandsstrecke der festen Kontakttiicke jeweils Kanen eines dreieckigen Prismas ι Iden und daß die Richtung des Stromflusses im Steg Her bewegbaren Kontaktbrücke und zwischen den festen Kontaktstücken zur Stromflußrichtung in den beiden Leitern entgegengesetzt ist. ' Gemäß einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel )er Erfindung sind mit den beiden festen Kontakttücken zwei auseinanderlaufende Lichtbogenhörner elektrisch verbunden, die in derjenigen Richtung ver- "-laufen in die der Lichtbogen von den magnetischen Feldern des Stroms in den beiden Leitern weggedrückt ist Vorteilhafterweise sind dabei die beiden festen Kontaktstücke in einer Lichtbogenlöschkammer angeordnet die an einer Seite einen glockenförmigen Teil aufweist, in dem die bewegbare Kontaktbrücke aneeordnet ist, und die Wände dieser Lichtbogenlöschkammer, die neben der Abstandsstrecke zwischen den festen Kontaktstücken liegen, enthalten ein ^A°Die minder Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Wechselwirkune der Magnetfelder aufgrund des Stromflusses in den zu den festen Kontaktstücken führenden elektrischen Leitern und der bewegbaren Kontaktbrücke diese nicht nur aus ihrer Schließstellung herausgedrückt wird, sondern daß auch die zwei gebildeten Teillichtbögen von der Kontaktbrücke weg in die Abstindsstrecke zwischen den festen Kontaktstucken und in die Hörnerelektrodenstrecke geblasen werden. Fi e 1 zeigt den Strombegrenzungsschalter mit einem kastenförmigen Isoliergehäuse mit einer Grundplatte 10 und einer Abdeckplatte 11. An einem Ende der isolierenden Grundplatte 10 ist eine Netzklemme

12 und am anderen Ende eine Verbraucherklemme a

13 vorgesehen. Innerhalb der Grundplatte 10 sind zwei beabstandete, ebene, feststehende Kontaktstücke 14 und 15 auf Winkeln 16,17 mit Lichtbogenhörnern 18 und 19 befestigt. Die Lichtbogenhörner 18 und 19 sind in einer Lichtbogenlöschkammer ZU mit einem Deckel 21 befestigt. Die inneren Seitenwände der Lichtbogenlöschkammer 20 bestehen insbesondere im Gebiet der feststehenden Kontaktstücke 14 und 15 vorzugsweise aus einem Acetalharz, ζ B Polyoxymethylen. Die Lichtbogenlöschkammer 20 hat gegenüber den Lichtbogenhörnern 18 und 19 einen glockenförmigen Teil 2OA Die feststehenden Kontaktstücke 14 und 15 werden durch verlängerte Leker 23 24 an die Verbraucher- und Netzklemmen 13 und 12 angeschlossen. Diese Leiter werden wie-ZZmit Kontaktfahnen 25 bzw. 26 verbunden. Der Leiter 26 verbindet den Leiter 24 mit der Netzklemme 12 während die Leiter 25 und 28 den Le.ter 23 mit der Verbraucherklemme 13 verbinden.

Wenn der Schalter geschlossen ist weruen «ic «erstehenden Kontaktstücke 14 und 15 durch eine U-forrmge, bewegbare Kontaktbrücke 30 miteinander ve h.mden. Die Kontaktbrücke 30 weist einen U-formigen Körper mit einem Steg 51 und parallelen Schenkeln 32, 33 auf; jeder Schenkel trägt am Ende eine winkelig angeordnete Kontaktauflage 34, 35. Die bewegbare Kontaktbrücke SO bewegt sich in dem glockenförmigen Teil 20A der Lichtbogenlöschkammer 20 zwischen der geöffneten und der geschlossenen Schaltstellung.

Der Stromweg durch den in Fig. 1 gezeigten Strombegrenzungsschalter in der geschlossenen Stellung verläuft daher wie foigt: Von der Netklemme 12 durch den Leiter 26 in den Leiter 24, zum Ansatz des Lichtbogenhorns 19/4, zu dem feststehenden Kontaktstück Ϊ5, zu der Kontaktauflage 35, zu der U-förmigen bewegbaren Kontaktbrücke 30, zu der Kontaktauflage 34, zu dem feststehenden Kontaktstück 14, zu dem Ansatz des Lichtbogens 18/4, zu dem Leiter 23, zu dem Leiter 2S und von dort durch den Leiter 28 zu der Verbraucherklemrne 13.

Nach Fig. 1 kann die bewegbare Kontaktbrücke 30 auch von Hand bewegt werden. Für diesen Fall ist eine vereinfachte Betätigungsvorrichtung gezeigt, die ein Betätigungsglied 42, das durch einen Stift 43 auf der Grundplatte 10 schwenkbar gelagert ist, aufweist. Das Betätigungsglied 42 hat einen länglichen Schlitz 44, der mit einem Stift 45 zur Übertragung der Bewegung auf eine Betätigungsstange 40 zusammenwirkt. Die Betätigungsstange 40 wird durch eine Öffnung im Teil 2OA und durch ein Lager 38 geführt.

Das Betätigungsglied 42 wird durch eine Spannfeder 50 zwischen zwei Stellungen bewegt, die der geöffneten und der geschlossenen Stellung der bewegbaren Kontaktbrücke entspricht. Das eine Ende der Spannfeder 50 ist mit einem Stift 42A und das andere Ende mit einem Handgriff 50 verbunden, der in einer bogenförmigen Spur 53 im Gehäuse bewegt wird.

Wird der Handgriff 52 in die »EIN«-Stellung bewegt (in Fig. 1 in durchgezogenen Linien gezeigt), wirkt die Spannfeder 50 auf den Stift 42/1 des Betätigungsglieds 42 und bewegt es im Uhrzeigersinn um seinen Drehstift 43. Dadurch wird die bewegbare Kontaktbrücke 30 über die Betätigungsstange 40 nach links in die geschlossene Stellung geschoben. Wird der Handgriff 52 in die »AUS«-Stellung bewegt (in Fig. in gestrichelten Linien gezeigt), wirkt die Spannfeder i 50 über den Siift 43 auf das Betätigungsglied 42 ein und lenkt es entgegen dem Uhrzeigersinn ab. Dadurch wird die Betätigungsstange 40 und die bewegbare Kontaktbrücke nach rechts geschoben.

Fig. 2 zeigt, daß der Strom in dem Steg 31 der be-D wegbaren Kontaktbrücke 30 in entgegengesetzter Richtung zu dem Strom in den Leitern 23 und fließt, wenn sich die bewegbare Kontaktbrücke 30 in der geschlossenen Stellung befindet und stromführend ist. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 5 schematisch η dargestellt. Nach Fig. 5 wird der Steg 31 der bewegbaren Kontaktbrücke 30 durch die Wirkung der Magnetfelder des Stromes in den Leitern 23 und 24 abgestoßen. Bei Auftreten eines Kurzschlusses wird diese Wirkung so groß, daß die Spannung der Spannfeder 50, welche die Kontaktstücke in der geschlossenen Stellung hält, überwinden wird. Nun wird die bewegbare Kontaktbrücke außerordentlich schnell in die Öffnungsrichtung geschoben. Daraus ergibt sich die strombegrenzende Wirkung. Dieses Öffnen des Kontaktstückes erfolgt sogar, wenn der Handgriff in der »EIN«-Stellung steht. So wird das untere Ende der Spannfeder 50, wie gezeigt, nach rechts bewegt, und der Handgriff 52 wird im Uhrzeigersinn verschoben.

Eine weitere wichtige Aufgabe der Leiter 23 und 24 besteht darin, die Umwandlung von zwei kurzen Lichtbogen 55, 56 in einen einzigen langen Lichtbogen 57 zu unterstützen, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. Diese Umwandlung erfolgt aufgrund der abstoßenden Wirkung zwischen den Magnetfeldern der Leiter 23. 24, die stets in einer Richtung verlaufen, und den Magnetfeldern der Lichtbogen 55, 56, die in der entgegengesetzten Richtung verlaufen. So werden die Lichtbogen 55,56 durch die Wirkung der Magnetfelder nach links verschoben, wie in den Abbildungen gezeigt. Diese abstoßende Wirkung der Magnetfelder sowie der Einfluß der Gase, die in der geschlossenen Kammer, in der sich die bewegbare Kontaktbrücke befindet, erzeugt werden, und die ionenaussendende Wirkung beider Lichtbogen führen dazu, daß die beiden kurzen Lichtbogen in sehr kurzer Zeit in einen einzigen längeren Lichtbogen umgewandelt werden. Die Auswertung von Oszillogrammen tatsächlich erfolgter Unterbrechungen zeigt, daß die Zeitspanne zwischen dem Zünden der beiden kurzen Lichtbogen und ihrer Umwandlung in einen einzigen längeren Lichtbogen nur etwa 0,000350 s bei Unterbrechung eines Kurzschlußstromes in einem Schaltkreis mit 100 000 A vorhandenem Kurzschlußstrom beträgt.

Fig. 3 zeigt die Bauteile in der Stellung, die sie einnehmen, wenn die bewegbare Kontaktbrücke ganz geöffnet ist. Nun haben die beiden ursprünglichen Lichtbogen 55 und 56 einen einzigen Lichtbogen 57 direkt zwischen den Lichtbogenhörnern 18 und 19 gebildet. Der Strom in den Leitern 23 und 24 fließt jetzt in entgegengesetzter Richtung zu dem Strom in dem Lichtbogen 57. Dieser Zustand ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die Magnetfelder der Ströme in den Leitern 23 und 24 stoßen jetzt den Lichtbogen 57 ab, der entlang den Lichtbogenhörnern wandert und eine sehr schnelle strombegrenzende Unterbrechung gewährleistet.

Die Leiter 23 und 24 sind so ausgebildet, daß ihre Magnetfelder die folgenden Funktionen haben:

1. Das prompte mechanische Öffnen der Koitaktstücke herbeizuführen und die bewegbare Kontaktbrücke in Öffnungsrichtung zu bewegen,

2. die beiden ursprünglichen kurzen Lichtbogen in eine Richtung zu treiben, so daß sie einen einzigen Lichtbogen bilden, und

3. den auseinandergezogenen Lichtbogen entgegen der Öffnungsrichtung der Kontaktstücke entlang den Lichtbogenhörnern zu treiben.

Der allgemeine Zusammenhang zwischen den Leitern 23 und 24 und den Kontaktstücken 14 und 15 ist in Fi g. 7 dargestellt. Die Leiter 23 und 24 verlaufer parallel zueinander und bilden mit den Kontaktstükken 14 und 15 eine Anordnung in Form eines dreiekkigen Prismas. Außerdem ist jeweils ein Ende der Leiter 23 und 24 mit einem Ende der Kontaktstücke 14 und 15 verbunden, und der Leiter erstreckt sich we< von einem Kontaktstück in Richtung auf das andere Kontaktstück.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Strombegrenzungsschalter mit zwei im Abstand voneinander angeordneten festen Kontaktstücken, die mit geradlinigen, parallel zueinander angeordneten elektrischen Leitern verbunden sind, und mit einer zwischen einer offenen und einer geschlossenen Schaltstellung hin- und herbewegbaren Kontaktbrücke, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (23, 24) parallel zur Abstandsstrecke der festen Kontaktstücke (14, 15) sich in Längsrichtung teilweise überlappend angeordnet sind und auf einer Seite der von den Leitern (23, 24) gebildeten Ebene im geschlossenen Zustand des Schalters der Steg (31) der U-förmig ausgebildeten bewegbaren Kontaktbrücke (30) und auf der anderen Seite dieser Ebene die Abstandsstrecke der festen Kontaktstücke (14,15) derart verläuft, daß die beiden Leiter (23, 24) mit dem zu ihnen parallel verlaufenden Steg (31) der U-förmigen Kontaktbrücke 30) und der Abstandsstrecke der feslen Kontaktstücke (14, 15) jeweils Kanten eines dreieckigen Prismas bilden, und daß die Richtung des Stromflusses im Steg (31) der bewegbaren Kontaktbrücke (30) und zwischen den festen Kontaktstükken (14,15) zur Stromflußrichtung in den beiden Leitern (23, 24) entgegengesetzt ist.

2. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den beiden festen Kontaktstücken (14, 15) zwei auseinanderlaufende Lichtbogenhörner (18, 19) elektrisch verbunden sind, die in derjenigen Richtung verlaufen, in die der Lichtbogen von den magnetischen Feldern des Stroms in den beiden Leitern (23, 24) weggedrückt ist.

3. Strombegrenzungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden festen Kontaktstücke (14,15) in einer Lichtbogenlöschkammer (20) angeordnet sind, die an einer Seite einen glockenförmigen Teil (20/1) aufweist, in dem die bewegbare Kontaktbrücke (30) angeordnet ist, und daß die Wände dieser Lichtbogenlöschkammer (20), die neben der Abstandsstrecke zwischen den festen Kontaktstücken (14, 15) liegen, ein Acetalharz enthalten.