DE19629867A1 - Current limiting electrical circuit-breaker switch - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Leistungs schalter gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a current limiting power switch according to the features of the preamble of the claim 1.
Ein derartiger Leistungsschalter ist beispielsweise aus der EP 0 560 696 A1 bekannt. Er umfaßt eine Kontaktanordnung mit zwei festen Schaltstücken, welche jeweils über schienenför mige Leiter mit entsprechenden Anschlußklemmen verbunden sind. Außerdem ist ein zweiarmiges, um eine Achse drehbares Schaltstück vorgesehen, welches in seiner geschlossenen Stellung (Grundstellung) die beiden festen Schaltstücke miteinander verbindet, wobei die festen Schaltstücke derart ausgestaltet sind, daß sich im Überlastfall (z. B. einem Kurz schluß) zwischen ihnen und dem stromdurchflossenen drehbaren Schaltstück aufgrund der sich ausbildenden Magnetfelder Kräf te ergeben, die das drehbare Schaltstück aus seiner Grund stellung in eine geöffnete Stellung verschwenken.Such a circuit breaker is for example from the EP 0 560 696 A1 is known. It includes a contact arrangement with two fixed contact pieces, each of which is rail-shaped Mige conductors connected to corresponding terminals are. There is also a two-armed, rotatable around an axis Switch piece provided, which in its closed Position (basic position) the two fixed contact pieces connects with each other, the fixed contact pieces such are designed so that in the event of an overload (e.g. a short conclusion) between them and the current-carrying rotating one Contact piece due to the developing magnetic fields Kräf te result that the rotatable contact piece for its reason Swivel position to an open position.
Nachteilig bei diesen bekannten Leistungsschaltern ist unter anderem, daß der schienenförmige Leiter im Bereich des festen Schaltstückes derart schleifenförmig ausgebildet ist, daß ein Teilabschnitt der Schleife ein Magnetfeld erzeugt, welches zu einer Kraftkomponente führt, die der öffnenden Kraft entge gengerichtet ist.A disadvantage of these known circuit breakers is under other that the rail-shaped conductor in the area of the fixed Switch piece is designed in a loop shape that a Part of the loop generates a magnetic field, which too leads to a force component that counteracts the opening force is directed.
Außerdem weisen die bekannten Leistungsschalter den Nachteil auf, daß die Öffnungskraft auf das drehbare Schaltstück bei zunehmendem Öffnungsspalt schnell abnimmt, so daß die Kon taktöffnungszeiten relativ groß sind und die Strombegrenzung durch den Leistungsschalter nicht optimal ist.In addition, the known circuit breakers have the disadvantage on that the opening force on the rotatable contact at increasing opening gap decreases rapidly, so that the Kon clock opening times are relatively large and the current limit by the circuit breaker is not optimal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungs schalter der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem bei gleichem Stromdurchgang durch die Kontaktanordnung wie bei bekannten Schaltern höhere Öffnungskräfte erreichbar sind, so daß sich schnellere Kontaktöffnungszeiten und eine bessere Strombegrenzung im Überlastfall ergeben.The invention has for its object a performance switch of the type mentioned above, with the same current passage through the contact arrangement as in known switches higher opening forces can be achieved, so that there are faster contact opening times and better Current limitation in case of overload result.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, beson ders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.This object is achieved by the features of characterizing part of claim 1 solved. Further, esp disclose advantageous embodiments of the invention the subclaims.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß die Leiter im we sentlichen (d. h. zumindest zu 50% ihrer Länge) derart ausge bildet sind, daß der in der Grundstellung des drehbaren Schaltstückes durch den schienenförmigen Leiter fließende Strom ein Magnetfeld erzeugt, welches zusätzlich zu den festen Schaltstücken eine öffnende Kraft bzw. ein öffnendes Drehmoment auf das drehbare Schaltstück ausübt.The invention is based on the idea that the ladder in the we significant (i.e. at least 50% of its length) forms are that in the basic position of the rotatable Contact piece flowing through the rail-shaped conductor Electricity generates a magnetic field, which in addition to the fixed switching elements an opening force or an opening Exerts torque on the rotatable contact.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieses dadurch erreicht, daß der jeweilige Leiter, in Seitenansicht der Kontaktanordnung gesehen, schleifenförmig um den entsprechenden Arm des drehbaren Schaltstückes herum geführt ist, und zwar derart, daß in dem gesamten Öffnungs bereich des beweglichen Schaltstückes das Magnetfeld der Stromzuführung so gerichtet ist, daß sowohl auf das Schalt stück als auch auf den beim Verschwenken des Schaltstückes entstehenden Lichtbogen eine positive (d. h. in die gewünschte Richtung zeigende) Kraft ausgeübt wird.In a preferred embodiment of the invention this is achieved in that the respective conductor, in Side view of the contact arrangement seen, loop-shaped around the corresponding arm of the rotatable contact is guided, in such a way that in the entire opening area of the moving contact the magnetic field of the Power supply is directed so that both the switching piece as well as on the pivoting of the switching piece arcing arises a positive (i.e. into the desired Direction) force is exerted.
Damit die derart geformten schienenförmigen Leiter die Dreh bewegung des drehbaren Schaltstückes bzw. die Bewegung des sich beim Öffnungsvorgang zwischen den Kontakten ausbildenden Lichtbogens nicht behindern, müssen die Leiter mindestens teilweise in einer anderen Ebene liegen als das drehbare Schaltstück.So that the rail-shaped conductor shaped in this way does the turning movement of the rotatable contact piece or the movement of the forming during the opening process between the contacts The arc must not hinder the arc at least partly in a different plane than the rotatable one Contact piece.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn sich die schienenförmigen Leiter jeweils aus zwei parallel zueinander angeordneten Schleifen zusammensetzen, die auch elektrisch parallel geschaltet sind. Bei einer derartigen Schleifenanordnung können sowohl das entsprechende feste Schaltstück als auch der diesem Schaltstück zugeordnete Arm des drehbaren Schaltstückes mindestens teilweise in dem Zwi schenraum zwischen den beiden Schleifen angeordnet werden.It has proven to be particularly advantageous if the rail-shaped conductors each consist of two in parallel put together arranged loops that also are electrically connected in parallel. With such a Loop arrangement can be both the corresponding fixed Contact and the arm assigned to this contact of the rotatable contact piece at least partially in the intermediate space between the two loops.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs beispielen. Es zeigen:Further details and advantages of the invention emerge from the following embodiment explained with reference to figures examples. Show it:
Fig. 1 die schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbei spiel es der Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters in der Grundstellung des drehbaren Schaltstückes; Figure 1 is a schematic view of a first game Ausführungsbei it the contact arrangement of a circuit breaker according to the invention in the basic position of the rotatable contact piece.
Fig. 2 die Fig. 1 entsprechende Ansicht des Leistungsschalters in der geöffneten Stellung des drehbaren Schaltstückes und Fig. 2, the Fig. 1 corresponding view of the circuit breaker in the open position of the rotary contact and
Fig. 3 die perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungs beispieles der Kontaktanordnung eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters. Fig. 3 is a perspective view of a second embodiment example of the contact arrangement of a circuit breaker according to the invention.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Schaltkammer eines Leistungsschalters bezeichnet, die von einem gestrichelt dargestellten Gehäuse 2 umgeben ist. Zum Anschluß des Leistungsschalters an einen entsprechenden Stromkreis sind zwei Anschlußklemmen 3, 4 vor gesehen, die über schienenförmige Leiter 5, 6 mit zwei festen Schaltstücken 7, 8 verbunden sind. Die festen Schaltstücke 7, 8 werden mittels eines um eine Achse 9 gegen den Druck einer Feder (nicht dargestellt) drehbaren Schaltstückes 10 über brückt. Dabei drücken die beiden Arme 11, 12 des drehbaren Schaltstückes 10 über Kontaktauflagen 13, 14 gegen entspre chende Kontaktauflagen 15, 16 der festen Schaltstücke 7, 8.In Fig. 1, 1 denotes a switching chamber of a circuit breaker, which is surrounded by a housing 2 shown in dashed lines. To connect the circuit breaker to a corresponding circuit, two terminals 3 , 4 are seen before, which are connected via rail-shaped conductors 5 , 6 to two fixed contacts 7 , 8 . The fixed contact pieces 7 , 8 are bridged by means of a contact piece 10 rotatable about an axis 9 against the pressure of a spring (not shown). The two arms 11 , 12 of the rotatable contact piece 10 press over contact pads 13 , 14 against corresponding contact pads 15 , 16 of the fixed contact pieces 7 , 8 .
Erfindungsgemäß sind die schienenförmigen Leiter 5, 6 jeweils schleifenförmig um einen Teil des drehbaren Schaltstückes 10 herumgeführt, und zwar derart, daß die Leiterabschnitte 17, 18 der Schleifen 5, 6, die sich in bezug auf das drehbare Schaltstück 10 auf den Seiten der festen Schaltstücke 7, 8 befinden, jeweils eine abstoßende Kraft auf das drehbare Schaltstück 10 ausüben. Die Leiterabschnitte 19, 20 der beiden Schleifen hingegen, die sich auf der dem jeweils festen Schaltstück 7, 8 abgewandten Seite des drehbaren Schaltstückes 10 befinden, üben aufgrund der Stromrichtung in diesen Bereichen eine anziehende Kraft auf das drehbare Schaltstück 10 aus. Aber auch die Leiterabschnitte 19′, 19′′ und 20′, 20′′ erzeugen Magnetfelder, welche in dem gesamten Öffnungsbereich des beweglichen Schaltstückes 10 so gerichtet sind, daß ein öffnendes Drehmoment auf die Arme 11 und 12 des beweglichen Schaltstückes 10 ausgeübt wird. Denn der durch die Leiterabschnitte 19-20′′ fließende Strom bewirkt ein Magnetfeld in die Zeichenebene hinein, was in der in Fig. 1 dargestellten Leiteranordnung zu einem öffnenden Drehmoment auf das Schaltstück führt.According to the invention, the rail-shaped conductors 5 , 6 are each looped around a part of the rotatable contact 10 , in such a way that the conductor sections 17 , 18 of the loops 5 , 6 , which are in relation to the rotatable contact 10 on the sides of the fixed contacts 7 , 8 are located, each exert a repulsive force on the rotatable contact piece 10 . The conductor sections 19 , 20 of the two loops, on the other hand, which are located on the side of the rotatable switching element 10 facing away from the fixed switching element 7 , 8 , exert an attractive force on the rotating switching element 10 in these areas due to the direction of current. But also the conductor sections 19 ', 19 ''and 20 ', 20 '' generate magnetic fields which are directed in the entire opening area of the movable contact 10 so that an opening torque is exerted on the arms 11 and 12 of the movable contact 10 . Because the current flowing through the conductor sections 19-20 '' causes a magnetic field into the plane of the drawing, which in the conductor arrangement shown in Fig. 1 leads to an opening torque on the contact piece.
Sobald ein Überlastfall eintritt - der durch die schienenför migen Leiter und das drehbare Schaltstück 10 fließende Strom I also einen vorgegebenen Wert erreicht hat - sind die auf das Schaltstück 10 wirkenden Kräfte so groß, daß das Schaltstück 10 in Richtung der Pfeile 21, 22 gegen den Druck der nicht dargestellten Feder verschwenkt wird. Dabei nimmt zwar einer seits aufgrund des größer werdenden Öffnungsspaltes die durch das Magnetfeld des jeweiligen festen Schaltstückes bewirkte Öffnungskraft ab. Andererseits aber nimmt die Öffnungskraft durch die anziehende Wirkung der stromdurchflossenen Leiter abschnitte 19, 20 zu, so daß sich gegenüber vergleichbaren bekannten Leistungsschaltern wesentlich niedrigere Kontakt öffnungszeiten ergeben.As soon as an overload occurs - the current I flowing through the rail-shaped conductor and the rotatable switching element 10 has therefore reached a predetermined value - the forces acting on the switching element 10 are so great that the switching element 10 in the direction of the arrows 21 , 22 against the Pressure of the spring, not shown, is pivoted. On the one hand, due to the increasing opening gap, the opening force caused by the magnetic field of the respective fixed contact piece decreases. On the other hand, the opening force increases due to the attractive effect of the current-carrying conductor sections 19 , 20 , so that there are significantly lower contact opening times compared to comparable known circuit breakers.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bildet sich bei dem Verschwenken des drehbaren Schaltstückes 10 zwischen den Kontaktauflagen 13, 15 bzw. 14, 16 jeweils ein Lichtbogen 23, 24 aus. Der durch das entsprechende Lichtbogenplasma fließende Strom 1 besitzt die gleiche Richtung wie der Strom in den mit 19′ und 20′ bezeichneten Leiterabschnitten der schienenförmigen Lei ter 5, 6. Das Lichtbogenplasma wird daher aufgrund der durch die Magnetfelder der Leiterabschnitte 19-20′′ verursachten, nach außen gerichteten Kraftkomponenten in die Lichtbogen kammern 27, 28 gezogen, in denen der Lichtbogen dann in an sich bekannter Weise gelöscht wird.As can be seen from FIG. 2, an arc 23 , 24 is formed when the rotatable contact piece 10 is pivoted between the contact supports 13 , 15 and 14 , 16, respectively. The current 1 flowing through the corresponding arc plasma has the same direction as the current in the conductor sections denoted by 19 'and 20 ' of the rail-shaped conductor 5 , 6 . The arc plasma is therefore drawn due to the magnetic fields of the conductor sections 19-20 '', outward force components into the arc chambers 27 , 28 , in which the arc is then extinguished in a conventional manner.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So braucht es sich bei den festen Schaltstücken nicht um separate Teile handeln. Vielmehr können die Endbereiche der schienenförmigen Leiter gleichzeitig als Schaltstücke ausgebildet sein. Ferner brauchen die schienenförmigen Leiter nicht eine quadratische oder rechteckförmige Grundform besitzen, sondern können auch kreis- oder kreisabschnittsförmig ausgebildet sein. Dabei ver steht es sich von selbst, daß die schienenförmigen Leiter derart angeordnet sein müssen, daß sie den Schwenkvorgang des drehbaren Schaltstückes nicht behindern. Sie müssen daher so geformt sein, daß sie vor oder hinter dem drehbaren Schalt stück vorbeigeführt werden. Außerdem kann das drehbare Schaltstück mit seitlichen Ausnehmungen versehen werden.The invention is of course not based on the above described embodiment limited. So it takes the fixed contact pieces are not separate parts act. Rather, the end areas of the rail-shaped Conductor at the same time be designed as switching pieces. Further the rail-shaped conductors do not need a square one or have a rectangular basic shape, but can also be circular or segmental. Ver it goes without saying that the rail-shaped ladder must be arranged so that they the pivoting of the Do not hinder the rotating contact. So you have to be shaped so that they are in front of or behind the rotatable switch piece to be led past. In addition, the rotatable Switch piece with side recesses.
Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, brauchen die durch die schienenförmigen Leiter gebildeten Schleifen die jeweiligen Arme des drehbaren Schaltstückes (in Seitenansicht der Kon taktanordnung gesehen) nicht vollständig zu umfassen, sondern es reicht aus, wenn nur Teilabschnitte der Arme von den Schleifen überdeckt werden.As can be seen from FIGS. 1 and 2, the loops formed by the rail-shaped conductors do not need to completely enclose the respective arms of the rotatable contact piece (seen in the side view of the contact arrangement), but it is sufficient if only sections of the arms of the loops be covered.
Die Erfindung ist ferner nicht auf Leistungsschalter be schränkt, die als Doppelunterbrecher mit zwei festen Schalt stücken ausgebildet sind, sondern sie bezieht sich auch auf Leistungsschalter mit Stromschienenanordnungen, bei denen jeweils nur eine Unterbrecherstelle wirksam ist. In diesem Fall ist der eine der beiden schienenförmigen Leiter direkt mit dem beweglichen Schaltstück verbunden.The invention is also not be on circuit breakers limits that as a double breaker with two fixed switching pieces are formed, but it also refers to Circuit breakers with busbar arrangements where only one interruption point is effective at a time. In this The case is one of the two rail-shaped conductors directly connected to the moving contact.
Bei der Drehachse 9 (Fig. 1) braucht es sich keineswegs um eine feste Achse zu handeln. Insbesondere bei rotatorischen Doppelunterbrechern kommt es häufig aufgrund des unterschied lichen Kontaktabbrandes zu einer geringfügigen seitlichen Verschiebung der Achse. Eine derartige Verschiebung hat aber keinen nennenswerten Einfluß auf die Wirkungsweise der vor stehend erläuterten Erfindung.The axis of rotation 9 ( FIG. 1) need not be a fixed axis. Especially with rotary double breakers, there is often a slight lateral displacement of the axis due to the different contact erosion. Such a shift has no significant impact on the operation of the invention explained above.
Schließlich können die schienenförmigen Leiter sich jeweils auch aus zwei parallel zueinander angeordneten Schleifen zusammensetzen, wobei sowohl das entsprechende feste Schalt stück als auch der diesem Schaltstück zugeordnete Arm des drehbaren Schaltstückes mindestens teilweise in dem Zwi schenraum zwischen den beiden Schleifen angeordnet ist. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist schematisch in Fig. 3 wiedergegeben.Finally, the rail-shaped conductors can each be composed of two loops arranged parallel to one another, both the corresponding fixed contact piece and the arm of the rotatable contact piece associated with this contact piece being arranged at least partially in the intermediate space between the two loops. A corresponding exemplary embodiment is shown schematically in FIG. 3.
Dabei sind die schienenförmigen Leiter mit 30 und 31 und das drehbare Schaltstück mit 32 bezeichnet. Die Richtung des elektrischen Stromes I ist durch entsprechende Pfeile ange deutet.The rail-shaped conductors are designated 30 and 31 and the rotatable contact piece with 32 . The direction of the electrical current I is indicated by corresponding arrows.
Der schienenförmige Leiter 30 setzt sich im wesentlichen aus zwei U-förmig gebogenen Schleifen 33, 34 zusammen, die elek trisch über entsprechende stegförmige Leiter 35, 36 mitein ander verbunden sind. Der eine der beiden stegförmigen Leiter 35 ist mit der Anschlußklemme (Fig. 1) und der jeweils andere Steg 36 mit dem festen Schaltstück 37 verbunden. Dabei er streckt sich das feste Schaltstück 37 in den zwischen den beiden U-förmig gebogenen Schleifen 33, 34 bestehenden Zwi schenraum 38 hinein. Auch ein entsprechender Abschnitt des Armes 39 des drehbaren Schaltstückes 32 ist innerhalb dieses Zwischenraumes 38 angeordnet.The rail-shaped conductor 30 is composed essentially of two U-shaped loops 33 , 34 which are connected electrically to one another via corresponding web-shaped conductors 35 , 36 . One of the two web-shaped conductors 35 is connected to the connecting terminal ( FIG. 1) and the other web 36 is connected to the fixed contact piece 37 . He stretches the fixed contact piece 37 in the existing between the two U-shaped loops 33 , 34 rule inter mediate 38 into it. A corresponding section of the arm 39 of the rotatable contact piece 32 is also arranged within this intermediate space 38 .
Der schienenförmige Leiter 31 setzt sich aus zwei L-förmig gebogenen Schleifen 40, 41 zusammen, die elektrisch wiederum über entsprechende stegförmige Leiter 42, 43 miteinander ver bunden sind. Dabei ist der stegförmige Leiter 42 mit der An schlußklemme 4 (Fig. 1) und der andere stegförmige Leiter 43 mit dem festen Schaltstück 44 verbunden. Das Schaltstück 44 ragt in den zwischen den beiden L-förmig gebogenen Schleifen 40, 41 bestehenden Zwischenraum 45 hinein. Gleiches gilt auch für den zweiten Arm 46 des drehbaren Schaltstückes 32.The rail-shaped conductor 31 is composed of two L-shaped loops 40 , 41 , which in turn are electrically connected to one another via corresponding web-shaped conductors 42 , 43 . The web-shaped conductor 42 is connected to the terminal block 4 ( FIG. 1) and the other web-shaped conductor 43 is connected to the fixed contact piece 44 . The contact piece 44 projects into the space 45 existing between the two L-shaped loops 40 , 41 . The same applies to the second arm 46 of the rotatable contact piece 32 .
Die Wirkungsweise der Kontaktanordnung dieses Leistungsschal ters entspricht im wesentlichen der Wirkungsweise des vor stehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Schalters.The mode of operation of the contact arrangement of this circuit breaker essentially corresponds to the mode of operation of the switch described above in connection with FIGS. 1 and 2.
BezugszeichenlisteReference list
1 Schaltkammer
2 Gehäuse
3, 4 Anschlußklemmen
5, 6 schienenförmige Leiter, Schleifen
7, 8 feste Schaltstücke
9 Achse
10 drehbares Schaltstück
11,12 Arme (des drehbaren Schaltstückes)
13, 14 Kontaktauflagen
15, 16 Kontaktauflagen
17, 18 Leiterabschnitte
19-19′′ Leiterabschnitte
20-20′′ Leiterabschnitte
21, 22 Richtungspfeile
23, 24 Lichtbogen
27, 28 Lichtbogenkammern
30, 31 schienenförmige Leiter
32 drehbares Schaltstück
33, 34 U-förmig gebogene Schleifen
35, 36 stegförmige Leiter
37 festes Schaltstück
38 Zwischenraum
39 Arm (drehbares Schaltstück)
40, 41 L-förmig gebogene Schleifen
42, 43 stegförmige Leiter
44 festes Schaltstück
45 Zwischenraum
46 Arm (des drehbaren Schaltstückes) 1 switching chamber
2 housings
3 , 4 terminals
5 , 6 rail-shaped conductors, loops
7 , 8 fixed contact pieces
9 axis
10 rotating contact
11 , 12 arms (of the rotatable contact)
13 , 14 contact requirements
15 , 16 contact requirements
17 , 18 conductor sections
19-19 ′ ′ conductor sections
20-20 ′ ′ conductor sections
21 , 22 directional arrows
23 , 24 arc
27 , 28 arc chambers
30 , 31 rail-shaped conductors
32 rotating contact
33 , 34 U-shaped loops
35 , 36 web-shaped conductors
37 fixed contact
38 space
39 arm (rotating contact)
40 , 41 L-shaped bows
42 , 43 web-shaped conductors
44 fixed contact
45 space
46 arm (of the rotating contact)
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