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Die Erfindung betrifft Kontaktgliedpaare und Kontaktbrücken für
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Wechselstromschütze mit Doppelunterbrechung, insbesondere für Nennströme
grösser als 30 Ampere, wobei diese Kontaktgliedpaare mit den entsprechenden Kontaktbrücken
im geschlossenen Zustand in Verbindung stehen.
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Elektrische Schütze zum Schalten grosser Leistungen benötigen im allgemeinen
grosse und damit teure Kontaktstücke aus Verbundwerkstoffen auf Silberbasis sowie
aufwendige Lichtbogenlöschkammern.
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Durch Verwendung kleinerer Kontaktstücke und Einsatz von unedleren
Metallen hat man zwar versucht, die teuren Edelmetalle einzusparen, musste dabei
aber schlechteres Kontaktverhalten, höheren Materialverschleiss und damit kürzere
Lebensdauer der Kontaktglieder in Kauf nehmen. Hauptursache für den hohen Materialverschleiss
ist der beim Oeffnen der Kontaktstücke entstehende Lichtbogen, der an seinen Fusspukkten
das Kontaktmaterial aufschmilzt und durch Verdampfen und Vorspritzen Werkstoffverluste
verursacht.
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Es sind daher auch schon Hybridschütze und -schalter vorgeschlagen
worden, die zur Reduzierung der Lichtbogendauer bzw. zur vollständigen Vermeidung
einer Lichtbogenspannung mechanische Kontaktglieder und elektronische Schaltelemente
nebeneiander enthalten. Diese Schalter haben jedoch den Nachteil, dass sie einen
relativ komplizierten Aufbau besitzen und dadurch störanfällig sind. Ein weiterer
Nachteil einiger bekannter Hybridschalter besteht darin, dass sie zwar mit einfachen
Dioden auskommen, dafür aber synchroschaltende mechanische Schaltglieder erfordern,
sonst aber steuerbare Thyristoren verwendet werden müssen.
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Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kontaktgliedpaare
und Kontaktbrücken zur Verwendung in Wechselstromschützen mit Doppelunterbrechung,
insbesondere für Nennströme über 30 Ampere zu finden, die einen einfachen, relativ
störunanfälligen Aufbau gestatten, bei Vermeidung des Einsatzes grösserer Edelmetallmengen
und eines hohen Naterialverschleisses.
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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jedes Kontaktglied
des Paares in zwei Einzelkontaktstücke aufgeteilt ist, von denen jeweils ein Einzelkontaktstück
räumlich unmittelbar mit einem Gleichrichter verbunden ist, wobei die Polung der
beiden Gleichrichter an den beiden Kontaktgliedern des Paares gleichsinnig ist,
und durch entsprechend angeordnete und/oder gestaltete Anschläge und/oder mechanische
Mitnehmer im Antrieb die Trennung der gleichrichterbestückten Einzelkontaktstücke
beim Oeffnungsvorgang um das ein bis zweifache einer Stromhalbwelle gegenüber den
gleichrichterlosen Einzelkontakten verzögert wird. Der ungesteuerte Gleichrichter
bildet dabei mit dem betreffenden Kontaktstück konstruktiv eine Einheit.
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Anstatt des Kontaktgliedpaares kann auch die bewegliche Kontaktbrücke
in eine gleichrichterlose Hauptstrombrücke und in eine mit Gleichrichtern bestückte
Gleichrichterbrücke aufgeteilt sein, wobei auch hier die Polung gleichsinnig ist
und die beiden Brücken nacheinander getrennt werden.
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Die Polung der Gleichrichter an den beiden Einzelkontaktstücken bzw.
den Brückenkontakten ist so, dass beim Oeffnen der Kontaktglieder der Strom auf
der einen Unterbrechungsstelle über den Lichtbogen fliesst, da der entsprechende
Gleichrichter gegen die angenommene Stromrichtung gepolt ist, und auf der anderen
Unterbrechungsstelle über den Gleichrichter.
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Abhängig von der Ausschaltgeschwindigkeit werden die Trennaugenblicke
der jeweiligen Einzelkontaktstücke mit und ohne Gleichrichter bzw. der beiden Kontaktbrücken
so bemessen, dass sie nacheinander innerhalb einer Zeit vom ein-bis zweifachen,
vorzugsweise vom 1,5-fachen einer Stromhalbwelle öffnen, wobei die mit Gleichrichter
versehenen Kontaktstücke später öffnen. Dies geschieht beispielsweise durch entsprechende
Ausgestaltung der Mitnehmer am mechanischen Antrieb des Schützes.
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Die Gleichrichter werden so bemessen, dass sie thermisch eine Halbwelle
der Strombelastung bei AC 4-Betrieb und spannungsmässig die Einschwingspannung mit
Ueberschwingungen und eventuell die Spannungslöschspritzen aushalten.
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Die Abbildungen I bis IV zeigen schematisch beispielhafte Kontaktanordnungen
gemäss der Erfindung, wobei Abbildung I eine Kontaktanordnung mit feststehenden
Hybridkontaktgliedern im geöffneten Zustand zeigt, Abbildung II mit beweglichen
Hybridkontaktgliedern bzw. Kontaktbrücke im geschlossenen und in Abbildung III in
geöffnetem Zustand. Abbildung IV zeigt eine weitere Variante im geschlossenen Zustand.
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Abbildung I zeigt eine Kontaktanordnung, die aus einer Kontaktbrücke
(1) besteht, die mit zwei Kontaktauflagen (2,3) bestückt ist und im geschlossenen
Zustand mit zwei feststehenden Kontaktgliedern (4,5) in Verbindung steht. Diese
feststehenden Kontaktglieder (4,5) sind unterteilt in die Hauptkontakte (23, 24)
mit einer Kontaktauflage und in die sogenannten Gleichrichterkontakte (6,7) bestehend
aus Blattfedern (8,9), Kontaktauflagen (10, 11) und den Gleichrichtern (17, 18).
Diese Gleichrichterkontakte (6,7) sind mit zusätzlichen Kontaktdruckfedern (12,
13) versehen, die die Gleichrichterkontakte (6,7) im geöffneten Zustand gegen besondere
Anschläge (15, 16) drücken. Die feststehenden Kontaktglieder (4,5) sind über Anschlüsse
(19, 20) mit dem Schaltstromkreis verbunden. Die Kontaktbrücke (1) wird. über eine
Druckfeder (14) und dem Antriebsteil (21) bewegt. Die Kraft der Brückenkontaktdruckfeder
(14) muss dabei im geschlossenen Zustand grösser sein als die Summe der Kräfte der
Blattfedern (8,9) und der Druckfedern (12, 13). Die Symbole (25, 26) geben die Durchlassrichtung
der Gleichrichter an.
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Im geschlossenen Zustand ist der Hauptkontakt (23) und der Gleichrichterkontakt
(6) mit der Kontaktauflage (12) der Kontaktbrücke (1) in Berührung. Gleiches gilt
für den Hauptkontakt(24)und den Gleichrichterkontakt(7),der mit der anderen Kontaktauflage
(3) der Kontaktbrücke (1) in Berührung steht. Beim Oeffnen bewegt sich das Antriebsteil
(21) nach oben und nimmt die Kontaktbrücke (1) mit. Dadurch öffnet sich zunächst
nur die Hauptstrombahn, bestehend aus den Hauptkontakten (23, 24) und der Kontaktbrücke
(1). Es sei angenommen, dass im Oeffnungsaugenblick der Strom vom Anschluss (19)
in Richtung auf knsculuss (20) fliesst. Da der Gleichrichter (17) in Sperrichtung
gepolt ist, fliesst der Strom unmittelbar
nach dem Oeffnen in Form
eines Lichtbogens ausschliesslich vom Hauptkontakt (23) zum Brückenkontakt (2).
An der anderen Unterbrechungsstelle fliesst der Strom nur über den noch geschlossenen
Gleichrichterkontakt (7), das heisst, über die Kontaktauflagen (3), und (11) und
den in Durchlassrichtung gepolten Gleichrichter (18). Bei Erreichen des ersten Stromnulldurchganges
nach dem Oeffnen erlischt der Strom und damit der Lichtbogen.Nachdem die Gleichrichterkontakte
(6) und (7) die Anschläge (15) und (16) erreicht haben, öffnen auch sie stromlos.
Abbildung I zeigt diesen geöffneten Endzustand. Durch diese erfindungsgemässe Anordnung
wird erreicht, dass je nach Pclarität im Oeffnungszeitpunkt der Hauptkontakte (23,
24) nur jeweils einer dieser Kontakte für maximal eine Stromhalbwelle (10 ms bei
50 Hz), im Mittel 1/2 Stromhalbwelle beansprucht wird. Durch entsprechende Auslegung
der Geschwindigkeit des Antriebs (21) und der Lage der Anschläge (15, 16) kann erreicht
werden, dass die Gleichrichterkontakte (6,7) frühestens eine Halbwelle (10 ms) nach
dem Oeffnen der Hauptkontakte (23, 24) öffnen. Dadurch werden diese Kontakte sowie
die ihnen gegenüberliegenden Teile der Brückenkontaktauflagen (23), nicht durch
Lichtbögen beansprucht. Sie können deshalb mit geringem Volumen dimensioniert werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemässen Kontaktanordnung
ist jede der beiden Brückenkontaktauflagen (2,3) in zwei Teilkontaktauflagen aufgeteilt,
die unterschiedlicher grösse und aus unterschiedlichem Werkstoff sein können, wobei
je eine Teilkontaktauflage einem Haupt- und Gleichrichterkontaktstück zugeordnet
ist.
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Die Abbildungen II und III zeigen schematisch eine Hybridkontaktanordnung
mit den Hybridkontaktgliedern in der beweglichen Kontaktbrücke im geschlossenen
(Abbildung II) und im geöffneten Zustand (Abbildung III). Die Kontaktbrücke besteht
dabei aus einer sogenannten Hauptstrombrücke (31) und einer sogenannten Gleichrichterbrücke
(32) mit den Gleichrichtern (35, 36). Die Hauptstrombrücke (31) und ui e die Gleichrichterbrücke
(32) sind über flexible Stromleiter (37) miteinander verbunden.
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Diese gontaktbriicke steht mit den Festkontakten (38, 39) in Verbindung
und wird über einen Antrieb (40) bewegt, wobei getrennte Druckfedern (41) für die
Hauptstrombrücke (31) und Druckfedern (42) für die Gleichrichterbrücke (32) vorhanden
sind.
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In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die Gleichrichter-und
Hauptkontakte im beweglichen Schaltglied untergebracht.
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In analoger Weise zu der Anordnung nach Abbildung I wird beim Ausschaltvorgang
zunächst die Hauptstrombrücke (31) infolge Mitnahme durch das Antriebsteil (40)
geöffnet. Die Oeffnung der Gleichrichterbrücke (32) erfolgt, nachdem diese durch
die Hauptstrombrücke (31) oder einen weiteren geeignet angeordneten Anschlag des
Antriebsteils (40) mitgenommen wird.
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Abbildung IV zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemässen Schaltgliederanordnung
entsprechend den Abbildungen II und III, bei welcher die Gleichrichterkontaktauflagen
(55, 56) eine unmittelbare Verbindung mit dem zugehörigen scheibenförmigen Gleichrichter
(53, 54) aufweisen. Auch kann das metallische Gleichrichtergehäuse oder ein Teil
davon gleichzeitig die Kontaktauflage bilden.
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Auch hier ist die bewegliche Kontaktbrücke in eine Hauptstrombrücke
(51)und eine Gleichrichterstrombrücke (52), die im geschlossenen Zustand mit entsprechenden
Pestkontakte (57, 58) in Verbindung stehen und miteinander durch flexible Stromleiter(59)
verbunden sind.
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Die erfindungsgemässen Kontaktanordnungen haben den Vorteil, dass
der Lichtbogen höchstens eine Halbwelle an einer Schaltstrecke brennt. Bei gleichen
Kontaktstückabmessungen erhält man dadurch höhere Lebensdauern oder man kann bei
gleichen Lebensdauern kleinere Schaltstücke einsetzen. Als Kontaktmaterialien haben
sich die bekannten Werkstoffe bewährt, wie beispielsweise Silber/Kadmiumoxid und
Silber/Graphit oder Wolfram/Silber und Wolfram/Kupfer. Trotz relativ kleiner ungesteuerter
Gleichrichter, die nur eine Halbwelle
lang Strom führen und dadurch
nur kurzzeitig mit voller Spannung beansprucht werden kann auf besondere Löschkammern
verzichtet werden.
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Gegenüber bekannten Hybridschaltern hat die erfindungsgemässe Hybridkontaktanordnung
den grossen Vorteil, dass sie keine gesteuerten Gleichrichter mit besonderer Steuereinrichtung
und keine synchronbetätigte Schaltglieder benötigt.