DE2937490A1 - Strombegrenzer - Google Patents
StrombegrenzerInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
- H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
- H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
-
- H—ELECTRICITY
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/76—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts; Selection of material therefor
- H01H33/77—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts; Selection of material therefor wherein the break is in air at atmospheric pressure
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 79 P 7 5 5 1 BRD
Die Erfindung bezieht sich auf einen Strombegrenzer mit in axialer Richtung relativ zueinander beweglichen
Kontakten, von denen einer mit einer Druckfeder versehen ist, deren Federkraft gegen die axiale Öffnungskraft des Kontaktes wirkt, und mit einer Lichtbogenkammer,
deren Wände aus gasabgebendem Material bestehen. Solche Strombegrenzer können in Reihe mit
einem Leistungsschalter im Stromkreis angeordnet werden.
Eine bekannte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Strombegrenzung enthält axial zueinander angeordnete
und relativ zueinander bewegliche Schaltkontakte. Die Kontaktenden sind von einem hohlzylindrischen
Isolierstoffkörper umgeben, dessen Wände aus bei
Kin 2 Hag / 15. 8. 1979
1300U/0428
- VPA 79 ρ 7 5 5 1 BRD
erhöhter Temperatur gasabgebendem Material bestehen.
Eine koaxial zu einem der Kontakte angeordnete Druckfeder liefert die Andruckkraft bei geschlossenen
Kontakten und ist zugleich als elektrodynamischer Antrieb für die Kontaktöffnung vorgesehen, überschreitet
die Stromstärke einen vorgegebenen Wert, so zieht sich die vom Strom durchflossene Druckfeder
unter der Wirkung ihrer magnetischen Kräfte zusammen und die Kontakte öffnen. Durch den entstehenden Lichtbogen
werden aus den Kammerwänden Gase ausgelöst, die den Druck in der Kammer erhöhen. Nach einem vorbestimmten
Öffnungsweg der Kontakte kann das Gas in ein erweitertes Kammervolumen abströmen, das mit
Austrittsöffnungen für das Gas versehen ist. Der Druckanstieg und der zunehmende Kontaktabstand bewirkt
die zur Strombegrenzung erforderliche Erhöhung der Lichtbogenspannung. Die Herstellung und Dimensionierung
der Druckfeder, die den Nennstrom führen muß, ist jedoch aufwendig (Schweizerische Patentschrift
566 640).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Vorrichtung zur Strombegrenzung zu verbessern,
insbesondere soll der Aufwand für die Vorrichtung und die mechanische Beanspruchung bei der Kontaktöffnung
vermindert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Druckfeder mit nichtlinearer Federcharakteristik
vorgesehen ist, deren Federkontakte mit zunehmendem Öffnungsweg der Kontakte ansteigt. Die
Druckfeder kann vorzugsweise aus ringförmigen Tellerfedern bestehen, es sind jedoch beispielsweise auch
konische Spiralfedern geeignet. Bei geschlossenen Kontakten ist die Andruckkraft der Feder gering, so
1300U/CU28
VPA Tg ρ 7 5 5 1 BRD
daß bei einer Stromerhöhung auf einen mehrfachen Betrag des Nennstromes, beispielsweise im Kurzschlußfall bei etwa 30-fächern Nennstrom, die Kontakte schon
durch die auftretenden Stromengekräfte geöffnet werden. Der entstehende Lichtbogen brennt in einem Kanal,
dessen Durchmesser nicht wesentlich größer ist als der Durchmesser des beweglichen Kontaktes und über
den uffnungsweg dieses Kontaktes wenigstens annähernd gleich bleibt. Die Innenwand des Lichtbogenkanals
besteht aus elektrisch isolierendem Material, das bei erhöhter Temperatur Gas abgibt, beispielsweise
aus einem gasabgebenden Kunststoff, insbesondere einem aus Polytetrafluoräthylen abgeleiteten Fluorkunststoff (Teflon). Infolge der Verdampfung von
Kanalwandmaterial treten hohe Druckkräfte auf, die eine weitere schnelle Kontaktöffnung bewirken. Durch
den Druckaufbau und die Kühlung infolge Wandmaterialverdampfung erhält man Lichtbogenfeldstärke von
wenigstens einigen 100 V/cm, insbesondere wesentlich
mehr als 500 V/cm. Mit zunehmendem uffnungsweg der
Kontakte wird auch die Federkraft entsprechend erhöht, die als Bremskraft gegen die Öffnungskraft der Kontakte
wirkt. Die Stoßbeanspruchung des Gehäuses der Vorrichtung beim öffnen der Kontakte ist somit entsprechend
gering.
Um den Strombegrenzer vor unzulässiger Druckbeanspruchung zu schützen, kann der Lichtbogenkanal
mit Ausblasöffnungen für das aus der Kanalwand ausgelöste Gas versehen werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die
Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausfuhrungsbeispiel eines Strombegrenzers nach der Erfindung
schematisch veranschaulicht ist.
130014/0428
In der Figur sind zwei stromführende Kontakte mit und 4 bezeichnet, die axial zueinander angeordnet
und an ihren einander gegenüberstehenden Enden Jeweils mit einer Kontaktauflage 3 bzw. 5 versehen
sind. Der Kontakt 4 ist mit einem in der Figur nicht näher bezeichneten Flansch versehen, auf
den ein hohlzylindrisches Gehäuse 6 aufgesetzt ist, das aus einem druckfesten Material, beispielsweise
Stahl, besteht und gegen mindestens einen der Kontakte 2 und 4 elektrisch isoliert ist. Durch den nicht
näher bezeichneten Deckel des Gehäuses 6 ist der Kontakt 2 hindurchgeführt. Der Kontakt 2 ist ebenfalls
mit einem Flansch versehen, der als Anschlag für eine Druckfeder 8 dient, die vorzugsweise aus
mehreren,beispielsweise etwa 20 bis 30 Tellerfedern mit in Öffnungsrichtung steigender Federkonstante
bestehen kann und im geschlossenen Zustand der Kontakte 2 und 4 nur eine geringe Andruckkraft für
die beiden Kontakte liefert. Die Kontakte 2 und 4 sind innerhalb des Gehäuses von einer hohlzylindrischen
Auskleidung 10 umgeben, die einen Lichtbogenkanal bildet, der aus einem bei höherer Temperatur gasabgebendem
Material besteht und dessen innerer Durchmesser sich über den gesamten Hub des beweglichen Kontaktes 2
sich wenigstens nicht wesentlich ändert.
Bei einem Strombegrenzer für einen Nennstrom van beispielsweise 0,2 kA kann die Andruckkraft der
Druckfeder 8 beispielsweise 15 N gewählt werden.
Bei einer Stromerhöhung auf beispielsweise den 30-fachen Nennstrom öffnen die Kontakte 2 und 4
schon durch die auftretenden Stromengekräfte. Mit zunehmendem Öffnungsweg der Kontakte nimmt auch
die Federkraft entsprechend zu, so daß bei einem Öffnungsweg von beispielsweise 10 mm die Federkraft
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-ί-
VPA 79 P 7 5 5 1 BRO
200 N beträgt. Der Innendurchmesser der Auskleidung 10 kann einige Zehntelmillimeter, beispielsweise
etwa 0,2 bis 0,4 mm größer als der Durchmesser der Enden der Kontakte 2 und 4 gewählt werden. Da der
Lichtbogen in einem Kanal brennt, aus dessen Wand der Lichtbogen Gas auslöst, treten infolge der
Verdampfung Überdrücke auf, die beispielsweise etwa 100 bis 500 bar betragen können. Die entsprechenden
Kräfte öffnen den beweglichen Kontakt 2 weiter
auf beispielsweise etwa 2 bis 3 cm, wobei die Federkraft weiter ansteigt, beispielsweise bei
einem Öffnungsweg von 2 cm auf eine Kraft von 800 N. Diese hohe Federkraft wirkt als Bremskraft
gegen die Öffnungskraft der Kontakte, so daß nur eine verhältnismäßig geringe Stoßwirkung des Kontaktes
2 auf den Deckel des Gehäuses 6 auftritt.
In einer besonderen Ausführungsform des Strombegrenzers
kann die Lichtbogenkammer mit Öffnungen 12 versehen sein, die als Ausblasöffnungen für die
durch den Lichtbogen ausgelöste Gase wirken und den Druck in der Kammer entsprechend begrenzen.
Dem Strombegrenzer kann zweckmäßig noch ein Strombegrenzungswiderstand
parallelgeschaltet sein, dessen Widerstandswert beispielsweise 30 mOhm betragen kann.
Sobald der Spannungsbedarf am Lichtbogen höher wird .als der Spannungsabfall am Strombegrenzungswiderstand,
kommutiert der Lichtbogen auf diesen Widerstand. Der Lichtbogen zwischen den Kontakten 2 und 4 in der
Kammer des Strombegrenzers erlischt und der im Strombegrenzungswiderstand 14 auf beispielsweise
14 kA begrenzte Kurzschlußstrom wird von einem in der Figur nicht dargestellten in Reihe mit dem
Strombegrenzer angeordneten Hauptschalter gelöscht.
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- ff - VPA 79 P 7 5 5 1 BRD
Einige Millisekunden, beispielsweise 15 Millisekunden, nach dem Erlöschen des Lichtbogens werden die Kontakte
2 und 4 unter der Wirkung der Druckfeder 8 wieder geschlossen und der Strombegrenzer ist erneut verwendungsfähig.
Im Ausführungsbeispiel ist nur der Kontakt 2 beweglich ausgeführt und mit der Druckfeder 8 versehen. Unter
Umständen kann es zweckmäßig sein, beide Kontakte 2 und 4 in beweglicher Ausführungsform zu wählen,
bei der auch der Kontakt 4 in Achsrichtung beweglich und mit einer weiteren Feder versehen ist. In dieser
Ausführungsform erhält man den doppelten Kontaktöffnungsweg und damit eine entsprechende Erhöhung
des Lichtbogenansteigs und der erreichten Lichtbogenspannung .
4 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
1300U/0428
Claims (4)
- PatentansprücheStrombegrenzer mit in Achsrichtung relativ zueinander beweglichen Kontakten, von denen einer mit einer Druckfeder versehen ist, deren Federkraft gegen die axiale Öffnungskraft der Kontakte wirkt und mit einer Lichtbogenkammer, deren Wände aus gasabgebendem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet , daß eine Druckfeder (8) mit nichtlinearer Federcharakteristik vorgesehen ist.
- 2. Strombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ringförmige Tellerfedern vorgesehen sind.
- 3. Strombegrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtbogenkammer ein Lichtbogenkanal mit über dem Öffnungsweg der Kontakte (2, 4) wenigstens annähernd gleichbleibenden Durchmesser vorgesehen ist.
- 4. Strombegrenzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Parallelwiderstand (14) vorgesehen ist.1300U/0A28
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