DE2637183A1 - Strombegrenzender leistungsschalter - Google Patents

Description

Firma MERLIN GERIN, Grenoble (Frankreich)

LEISTUNGSSCHALTER

Die Erfindung betrifft einen strombegrenzenden Leistungsschalter für Niederspannungsströme grosser Stromstärke mit in einer Hauptstrombahn geschalteten Hauptkontakten und mit in einer parallelen Nebenstrombahn geschalteten Lichtbogenkontakten, bei dem die mechanisch verbundenen beweglichen Haupt- und Lichtbogenkontakte mittels einer Federkraft in der Schliessstellung gedrückt werden und ent« gegen der Federkraft in der Öffnungsstellung schnell bewegbar sind beim Auftreten einer die Federkraft überwiegenden Abstosskraft, welche durch einen Kurzschluss-Strom in einer als elektrodynamische Leiterschleife ausgebildeten Strombahn erzeugt wird.

Es ist ein Leistungsschalter dieser Art bekannt (Offenlegungsschrift Nr. 2.526.II7), der für kleine Nennstrom-stärken anwendbar ist und eine Schnellöffnung mit Strombegrenzung ausführt. Für Ströme grösserer Nennstrom stärken, zum Beispiel grosser als 1000 Ampere, ist eine solche Ausführung nicht geeignet, weil das Gewicht des beweglichen Hauptkontaktes, der verhältnismässig lang ist, zu gross wird für eine Schnellbewegung.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen strombegrenzenden ' Leistungsschalter für grosse Nennstromstärken zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Querschnitt und die Länge der Hauptkontaktbahn so ausgeführt sind, dass selbst bei grossen Stromstärken der Spannungsabfall klein bleibt und bei Kurzschluss keine bedeutende, die Federkraft überwiegende Abstosskraft gebildet wird, und dass ein durch einen Kurzschluss-Strom betätigter Schlaganker eine auf die verbundenen beweglichen Kontakte wirkende Schlagkraft ausübt, die zeitweise die Federkraft überwiegt und den Hauptkontakt leicht abhebt zur Erhöhung des Epannungsabfalles in der Hauptstrombahn und Ableiten des Kurzschluss-Stromes in die Nebenstrombahn, die die elektrodynamische Leiterschleife bildet und die Abstosskraft zum Stossen der beweglichen Kontakte in die Öffnungsstellung hevorruft.

Die Hauptstrombahn erzeugt im Kurzschlussfalle keine bedeutende Abstosskraft zur Schnellöffnung des Schalters und ihre Ausführung wird nur durch das Leiten von grossen Nennströmen bedingt. Die Hauptstrombahn und insbesondere der bewegliche Hauptkontakt sind also kurz und von grossein Querschnitt. Die Nebenstrombahn muss dagegen die Abstosskraft der beweglichen Kontakte liefern»: Der Querschnitt des Leiters der Nebenstrombahn kann klein gehalten werden, da ja der Strom nur einen Augenblick dieser Bahn folgt, und trotz der zur Erzeugung von grossen elektrodynamischen Abstosskräften nötigen grossen Länge bleibt das Gewicht des beweglichen Lichtbogenkontaktes ebenfalls klein. Der Kurzschluss-Strom wird durch leichtes Abheben der Hauptkontakte mittels eines Schlagankers in die Nebenstrombahn abgeleitet. Die Stosswirkung des Schlagankers

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genügt gerade zum Abheben der Hauptkontakte, und die Liehtbogenkontakte bleiben einstweilig geschlossen. Die Erhöhung des elektrischen Widerstandes der Hauptstrombahn durch das Einschalten eines Lichtbogens an der Kontakttrennsteile leitet den Strom in die Nebenbahn, und der Lichtbogen an den Hauptkontakten erlöscht. Unter der Wirkung der elektrodynamischen Abstosskräfte in der Nebenstrombahn öffnen sich ebenfalls die Lichtbogenkontakte. Es ist wichtig, die Lichtbogenkontakte erst nach Erlöschen des Lichtbogens an den Hauptkontakten zu Öffnen, und gemäss einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtbogenkontakte mit Kompensationsmitteln versehen, um ein vorzeitiges Öffnen unter der Wirkung der elektrodynamischen Kräfte zu vermeiden.

Der strombegrenzende Schnellschalter ist besonders zum Einbau in Selektivschutzschaltungen geeignet, z.B. der Art beschrieben in den Offenlegungssehriften Nr. 2.347.123 und Nr. 2.525.192.

Einige AusfUhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt . Es zeigen :

Fig. 1 eine Ansicht eines Poles eines Leistungsschalters gemäss der Erfindung, in seiner Einschaltstellung.

Fig. 2 in einer Teilansicht der Fig. 1 eine andere Ausführung der Kompensationsvorrichtung.

Fig. 3 eine andere Ausführung der Kontakte gemäss der Erfindung. Flg. k eine Ansicht des Schaltschlosses.

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" ⁴ * 2Β37Ί83

Ein Pol eines strombegrenzenden Schnell-Leistungsschalters weist eine dem Nennstrom angepasste Hauptstrombahn 10 auf mit einem brückenförmigen beweglichen Hauptkontakt 22, der in Schliessstellung zwei feststehende Hauptkontakte 12, 14 elektrisch verbindet. Die einander gegenüberstehenden, länglichen Kontaktflächen 16, 18 der Hauptkontakte 12, 14 liegen in den HaIbflachen eines Dieders und sind durch einen Spalt 20 getrennt, und der stabförmige, z. B. zylindrische, bewegliche Hauptkontakt 22 erstreckt sich parallel zu den Kontaktflächen 16, 18, mit denen er in geschlossener Stellung längs zwei Geraden in Berührung kommt. Der Kontaktstab 22 ist in der Halbierungsfläche XX¹ des Dieders bewegbar und mit einem beweglichen Lichtbogenkontakt 24 mittels einer Verbindungsstange 28 starr verbunden.

Die Nebenstrombahn 26 mit dem beweglichen Lichtbogenkontakt ist von kleinem Durchschnitt und erstreckt sich symmetrisch der Halbierungsfläche XX* auf einer bedeutenden Länge. Die symmetrischen Teile werden durch die selben Bezugszeichen, mit einem "a" versehen, bezeichnet. Der als Kontaktbrücke ausgebildete Lichtbogenkontakt 24 trägt an seinen Enden Kontaktflächen 30, 50a, die in geschlossener Stellung mit halb feststehenden Lichtbogenkontakten 32, 32a in Berührung sind. Ein Stromleiter 34, 34a verbindet die Kontakte 32, 32a mit den Hauptkontakten 14, 12 und der mittlere Abschnitt 35, 35a des Stromleiters 34, 34a erstreckt sich parallel in kurzem Abstand der Kontaktbrücke 24 und bildet eine Leiterschleife. Ein Schaltschloss 36 mit einer Druckfeder 38 drückt die verbundenen beweglichen Kontakte 22, 24 in der Schliessstellung und steuert in bekannter Weise

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die,automatische oder manuelle Öffnung des Schalters, Löschkammer 40* 40a umgeben die Li chtboge^^ 32; 30a, 32a.

Der Nennstrom fliesst hauptsächlich durch die Hauptstrqmbahn 10, deren Widerstand kleiner i.st als der der Nebenstrombahn 26. Werden dagegen bei einem Überstrom oder Kurzschluss die Hauptkontakte 12, 14, 22 getrennt oder leicht abgehoben, dann steigt dieser Widerstand beim Auftreten des Lichtbogens und der Stromfluss wird in die Nebenstrombahn 26 abgeleitet. Die Leiterschleife mit den feststehenden Leiterabschnitten 35, 35a und die bewegliche Kontaktbrücke 24 erzeugen eine elektrodynamische Abstosskraft, die die verbundenen, beweglichen Kontakte 22, 24 in die Öffnungslage stösst.

Die Lichtbogenkontakte 30, 32, 30a, 32a müssen geschlossen bleiben bis der Lichtbogen an den Hauptkontakten 12, 14, 22 erloschen ist, und gemäss einem wichtigen Kennzeichen der Erfindung sind die Lichtbogenkontakte 30, 32, 30a, 32a,mit einer elektrodynamischen Kompensationsvorrichtung 42, 42a versehen. Jeder halb feststehende Kontakt 32, 32a wird durch eine Feder 50, 50a in die geschlossene Lage gedrückt und seine Bewegungsmöglichkeit, wird durch ein Spiel 52, 52a begrenzt. Ein Abschnitt 46, 46a der Kontakte 32, 32a liegt gegenüber und bildet eine Stromschleife mit einer durch eine Litze 48, 48a damit verbundenen Verlängerung 44, 44a der Leiter 35, 35a, um die Kontakte 32, 32a durch elektrodynamische Kräfte in der Schliesslage zu halten, bis zur Aufhebung des Spieles ,52, .52a und. einer vorherbestimmten Öffnung der Hauptkontakte 12, 14, 22. .

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Ein stossartig wirkender Antrieb 54 bewirkt das Abheben der Hauptkontakte 12, 14,-22 mittels eines -Stössels 56, der beim Austreten eines Überstromes auf die bewegliche ICöntaJctbrtieke 22 schlagt. Dieser schnell· ansprechende Antrieb-iiefer^eine^zum ^;. schlagartigen leichten Abheben der Hauptkontakte12, "14, 22 genügende Kraft, aber er ist unfähig, die verbundenen beweglichen Kontakte 22, 24 in die offene Stellung entgegen der Federkraft 38 zu verstellen. Der elektrische Antrieb 54 besteht auf einem Elektromagnet mit einem Schlaganker, aus einer elektrodynamischen Abstossvorrichtung, zum Beispiel gemäss der deutschen Offenlegungsschriften Nr. 2.326.II7 und 2.530.162,, ode? aus irgendeiner elektrischen oder mechanischen Schlagvorrichtung.

Tritt nun ein Überstrom oder ein Kurzschluss ein, dann spricht^ dei* Schlagantrieb 54 an und 'bewegt d'ie verbimäenen^ beweglichen '-Kontakte·-22V 24 bis zum leichten Abheben-'der Hauptkbntaktö' 12, 14, 22. Der an dön Hauptkontakten 12, 14, 22 gezogene Lichtbögen erhöht den Widerstand der Hauptstrombahn 10, und det· Ötromwird in die Nebenstrombahn 26 abgeleitet, deren Liehtbögenkontakte 30* 32* 30a, 32a, bis zum Aufheben des Spieles 52, 52a geschlossen bleiben. Die durch den kurzschlussstrom in der Nebenstronibahn 26 erzeugte elektrodynamische Abstosskraft P der Kontaktbrücke 24 verstellt die beweglichen Kontakte 22, 24 weiter bis zur offenen Stellung. Die an den Lichtbogenkontakten 30, 32; 3Öa, 32a gezogenen Lichtbögen wandern in die Löschkammern 40, 40a und werden in bekannter Weise gelöscht. Der Ansprechwert des Schlagantriebes 54 wird höher gewählt als der der elektrodynamischen Leiterschieife

26, so dass jeder kritische Bereich vermieden wird. Die stabförmige Ausbildung des beweglichen Hauptkontaktes 22 verhindert ein

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Auftreten elektrodynamischer Abstosskräfte an den Hauptkontakten 12, 14, 22, selbst bei grossen Stromstärken, und das Gewicht des beweglichen Hauptkontaktes kann klein gehalten werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der halb-feststehende Kontakt 64 mit der beweglichen LichtbogenkontaktbrUcke 24 verbunden und kommt mit einem feststehenden Kontakt 70 in Berührung. Der Kontakt 64 wird durch eine Feder 74 in der geschlossenen Lage gehalten und seine Bewegung gegenüber der Kontaktbrücke 24 wird durch das Spiel J6 begrenzt. Die elektrodynamische Kompensationsschleife wird durch die Kontaktbrücke 24 und einen durch eine Litze 66 damit verbundenen Abschnitt 68 des Kontaktes 64 gebildet. In dieser Ausführung bleibt der halb-feststehende Kontakt 64 wahrend der Anfangsbewegung stehen, und die Feder 74 und die Kompensationskräfte brauchen nicht seine Trägheit zu überwinden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. J5 besteht der bewegliche Hauptkontakt aus einem kurzen in seiner Mitte 93 schwenkbar gelagerten Arm 92, der durch eine Litze 95 mit einem Leiter 94 verbunden ist und mit einem feststehenden Kontakt 96 in Berührung kommt. Die symmetrische Anordnung der Zuführungsleiter 94, 96 vermeidet elektromagnetische oder elektrodynamische Abstosskräfte des Kontaktarmes 92. Ein Lichtbogenkontakt 97 liegt in einer schleifenartigen Nebenstrombahn und kommt in Berührung mit einem halb-feststehenden Kontakt 98, der mit einer Kompensationsvorrichtung 42 der oben beschriebenen Art ausgerüstet ist. Die Wirkungsweise ist genau dieselbe und braucht nicht wieder beschrieben zu werden.

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Der strombegrenzende Schnellschalter ist besonders für Selektivschutz schaltungen gemäss der deutschen Offenlegungsschriften Nr. 2.525.192 und Nr. 2.347.123 geeignet. Die Selektivität durch Zählen der aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schliessbewegungen der Kontakte gemäss der erstgenannten Offenlegungsschrift, kann durch einen in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten Zähler 62 erreicht werden. Der Zähler 62 kann mechanisch als Zahnstange oder elektronisch sein, und er steuert das Schaltschloss 36, um dieses nach einer vorherbestimmten Anzahl von Kontaktbewegungen zu lösen.

Bei einer Selektivschutzschaltung mit einer elektrischen Steuerverbindung zwischen den Schaltern der verschiedenen Stufen des Netzes gemäss der genannten Offenlegungsschrift Nr. 2.347.123 ist der erfindungsgemässe Leistungsschalter mit einer das Schaltschloss 36 steuernden Spüle 100 ausgerüstet (Fig. 4). Das Schaltschloss 36 besteht aus einem Kniegelenk 102, drehbar gelagert einerseits auf einer Weile 104 und andererseits I06 auf einem Schieber 108, auf welchem die Druckfeder 38 sich abstutzt. In der in Fig. 4 gezeichneten Lage ist das Kniegelenk 102 gestreckt, und die Feder 38 drückt die Kontakte 22, 24 in die Schliessstellung. Bei einem Kurzschluss bewegen sich diese Kontakte in der oben beschriebenen Weise in die geöffnete Stellung entgegen der Federkraft 38 und schliessen sich wieder automatisch nach Stromunterbrechung, wenn das Kniegelenk 36 gestreckt bleibt. Wird dagegen die Spule 100 gespeist, dann wird das Kniegelenk 102 gebrochen und der Schalter bleibt offen. Die Spule 100 liegt in einer Schaltung zur selektiven Speisung der Spulen der verschiedenen Schalter, so dass nur der Schalter direkt stromaufwärts des Fehlers abgeschaltet wird, so wie in der Offenlegungsschrift Nr. 2.347.123 beschrieben.

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Claims (7)

1. - 9 -..-■ 2837183

   Patentansprüche :

   1,j Strombegrenzender Leistungsschalter für Niederspannungs-Ströme grosser Stromstärke mit in einer Hauptstrombahn geschalteten Hauptkontakten und mit in einer parallelen Nebenstrombahn geschalteten Lichtbogenkontakten, bei dem die mechanisch verbundenen bewegliehen Haupt- und Lichtbogenkontakte mittels einer Federkraft in der Schliessstellung gedrückt werden und entgegen der Federkraft in der Offnungsstellung schnell bewegbar sind beim Auftreten einer die Federkraft überwiegenden Abstosskraft, welche durch einen Kurzschluss-Strom in einer als elektrodynamische Leiterschleife ausgebildeten Strombahn erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt und die Länge der Hauptkontakt bahn (10) so ausgeführt sind, dass selbst bei grossen Stromstärken der Spannungsabfall klein bleibt und bei Kurzschluss keine bedeutende, die Federkraft überwiegende Abstosskraft gebildet wird, und dass ein durch einen KurzSchluss-Strom betätigter Schlaganker (54) eine auf die verbundenen beweglichen Kontakte (22, 24) wirkende Schlagkraft ausübt, die. zeitweise die Federkraft (38) überwiegt und den Hauptkontakt (22) leicht abhebt zur Erhöhung des Spannungsabfalles in der Hauptstrombahn (10) und. zum Ableiten des Kurzschluss-Stromes in die Nebenstrombahn (26), die die elektrodynamische Leiterschleife bildet und die Abstosskraft zum Stossen der beweglichen Kontakte (22, 24) in die Öffnungsstellung hervorruft ...■■■■ . - . . . ,
2. 2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenkontakte (30, 32; 30a, 32a) je mit einem am Anfang der Öffnungsbewegung der verbundenen Kontakte wirksamen Kompensationsmittel versehen sind, welches den Kontakt-

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   druck zeitweise beibehält, und dass ein Öffnen der Lichtbogenkontakte nur nach einer vorherbestimmten Öffnung der Hauptkontakte (12, 14, 22) eintritt«
3. 3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des beweglichen Lichtbogenkontaktes (24) in der Schliessstellung in geringem Abstand parallel zu einem feststehenden Leiter (35, 35a) läuft, und dass der Leiter (35* 35a) und der Lichtbogenkontakt (24) durch entgegengesetzte Ströme durchflossen werden zur Erzeugung einer Abstosskraft des beweglichen Lichtbogenkontaktes (24) in Offnungsrichtung.
4. 4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Hauptkontakt (22) als längliche Kontaktstange ausgebildet ist, die längs zwei Geraden mit zwei diederförmigen feststehenden Kontaktflächen (16, 18) in geschlossener Stellung in Kontakt steht.
5. 5. Leistungsschalter nach einem der vorhergegenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltschloss (36) des Leistungsschalters nach einer vorherbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schliess-Zyklen der Kontakte beim Fortbestehen eines Kurzschlusses durch einen Zähler (62) dieser Zyklen automatisch zur endgültigen Öffnung der Kontakte gelöst wird.
6. 6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltschloss (36) des Leistungsschalters durch einen Auslöser beim Auftreten eines Kurzschlusses

   unverzögert gelöst wird, und dass ein Verhinderungsmittel diese Auslösung verhindert, wenn der Kurzschluss nicht direkt stromabwärts des Leistungsschalters liegt.
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