DE3147260A1 - Elektrischer schalter - Google Patents

Elektrischer schalter

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DE3147260A1
DE3147260A1 DE19813147260 DE3147260A DE3147260A1 DE 3147260 A1 DE3147260 A1 DE 3147260A1 DE 19813147260 DE19813147260 DE 19813147260 DE 3147260 A DE3147260 A DE 3147260A DE 3147260 A1 DE3147260 A1 DE 3147260A1
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DE19813147260
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English (en)
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Edwin Dipl.-Ing. 7524 Tiefenbach Petschenka
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BBC Brown Boveri AG Germany
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BBC Brown Boveri AG Germany
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/42Impedances connected with contacts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/04Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16Impedances connected with contacts
    • H01H33/161Variable impedances

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Description

  • "Elektrischer Schalter"
  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Es sind Schalter bekanntgeworden, die ein Kontaktpaar aufweisen, dessen Kontaktstücke einander gegenüberstehen und zwischen die ein Schiebestück einfügbar ist. Derartige Schiebestücke bestehen bei bekannten Schaltgeräten aus einem durchgehend einheitlichen Material, entweder aus einem reinen Isolationsmaterial oder einem Leitermaterial. Wenn der Schieber aus Isoliermaterial besteht, sind die beiden gegenüberliegenden Kontaktstücke federnd gegeneinander gedrückt. In der Ausschaltstellung befindet sich der Schieber zwischen den beiden Kontaktstücken und wird zum Einschalten aus dem Bereich zwischen den beiden Kontaktstücken entfernt, so daß die beiden Kontaktstücke unter der Wirkung der Federn in Berührung gelangen und somit eine Kontaktverbindung herstellen.
  • Zum Ausschalten wir der Schieber zwischen die beiden f Kontaktstücke eingeschoben. Wenn der Schieber aus einem Leitermaterial besteht, bleiben die einander gegenüberliegenden Kontaktstücke auch im ausgeschalteten Zustand des Schalters in einem Abstand zueinander stehen. Die Unterbrechung des Stromflusses wird dadurch bewirkt, daß der die beiden Kontaktstücke miteinander verbindende Schieber zwischen den Kontaktstücken herausgezogen wird.
  • In beiden dieser genannten Fälle treten bei entsprechenden, zu schaltenden Leistungen Lichtbögen auf: Bei dem keilförmigen Schieber um die Kante des Keils herum, was zu Beschädigungen und schneller Zerstörung des Keiles führen kann, im anderen Falle zunächst zwischen den Kontaktstücken und dem Schieber und dann zwischen den beiden Kontaktstücken; die Löschung erfolgt dann in üblicher Weise beispielsweise mittels eines Lichtbogenlöschblechpaketes.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem während der Schalthandlungen Lichtbogenerscheinungen vermieden sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Mit anderen Worten: Die Erfindung besteht darin, daß zwischen zwei einander gegenüberliegenden Kontaktstücken ein Schieber bewegbar ist, der in seinem einen Endbereich einen praktisch unendlich großen Widerstand bzw.
  • Durchgangswiderstand, hingegen am anderen Endbereich einen Durchlaßwiderstand von praktisch gleich Null besitzt. Dort, wo der Widerstand sehr groß ist, so daß der Schieber in diesem Bereich einem Isolator gleichzusetzen ist, ist der ausgeschaltete Zustand des Schalters. Dort wo der Durchgangswiderstand praktisch Null ist, dient der Schieber als elektrischer Leiter und verbindet die beiden Kontaktstücke miteinander, so daß sich der Schalter in Einschaltstellung befindet.
  • Das Widerstandsverhalten kann sich im Verlauf der Bewegung des Schiebers stetig oder stufenweise in mehreren Stufen ändern. Dabei kann auch eine stetige und stufenweise Widerstandsänderung miteinander kombiniert werden und auch eine lineare Widerstandsänderung ist nicht unbedingt notwendig. Lediglich größere AnderungssprUnge sollten bei der Ausbildung des Schiebers vermieden werden.
  • Das Widerstandsmaterial muß in der Lage sein, einem Energieimpuls standzuhalten. Dieser Energieimpuls tritt auf, wenn eine kapazitive Last eingeschaltet oder eine induktive Last abgeschaltet wird. Als Widerstandsmaterial kann z. B. ein Massewiderstand (Kohlenmasse) vorgesehen sein, dessen Widerstand sich längs seiner Erstreckung ändert. Als Widerstandsmaterial kann beispielsweise auch ein Halbleitermaterial vorgesehen sein.
  • In jedem Falle muß ein Material verwendet werden, dessen Widerstand sich längs seiner Erstreckung ändert. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Keramikträger als Isolierelement zu verwenden und auf dem Keramikträger Schichten aufzubringen, die die Widerstandsänderung bewirken. Beispielsweise können als solche Schichten Kohle- bzw. Graphitschichten verwendet werden. Auch Widerstandsmaterialien in Form von Dickfilmpasten können auf den Keramikträger aufgebracht sein.
  • Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltmechanismus in Einschaltstellung und Figur 2 den Schaltmechanismus gemäß Figur 1 in Ausschaltstellung, Figur 3 eine graphische Darstellung der optimal geeigneten Widerstandsänderung, Figur 4 eine stufenweise Widerstandsänderung; die Stufungen sind übertrieben dargestellt, um die Erfindung zu erläutern, Fig. 5-9 beispielhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Schiebers und Figur 10 eine perspektivische Anordnung mit Schiebern in mehrphasiger Anordnung.
  • Der elektrische Schalter gem. den Figuren 1 und 2, der t beispielsweise in handelsüblichen Gehäusen untergebracht sein kann, besitzt Anschlußklemmen 10, 12, an die die Zuleitung bzw. Ableitung in einer Installtionsverteilung angeschlossen sein können. Die Klemmen 10 und 12 sind über Zwischenleitungen 14 und 16 mit beweglichen bzw.
  • drehbaren Kontakthebeln 18 und 20 verbunden, deren freie -Enden mit Kontaktstücken 22 und 24 versehen sind, welche gegen die beiden Seitenflächen eines Schiebers 26 gedrückt sind. Die Kontakthebel 18 und 20 können auch als Kontaktfedern ausgebildet sein, die bei 28 bzw. 30 anstatt drehbar aufgelagert auch eingespannt sein können.
  • Der Schieber ist mittels einer Antriebsstange 32 mit einem Tauchanker 34 verbunden, der von einem Elektromagnetsystem 36 betätigbar ist. Dabei kann die Stromversorgung für das Elektromagnetsystem 36 dadurch erfolgen, daß die Zwischenleitung 14 über die nicht weiter dargestellte Spule des Magnetsystems 36 zu der Stelle 28 geführt sei, so daß die Spule zwischen der Anschlußklemme 10 und der Stelle 28 liegt. Es besteht auch die Möglichkeit, zwischen der Klemme 10 und der Stelle 28 einen Nebenzweig zu schalten, in den das Elektromagnetsystem 36 eingeschaltet ist.
  • Im Falle einer Schalthandlung wird der Magnetanker von dem Elektromagnetsystem 36 angezogen, dergestalt daß -wie in Figur 2 ersichtlich - der Magnetanker 34 ins Innere des Elektromagnetsystemes 36 hineingezogen wird (Tauchankersystem). Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, ein Klappankersystem zu verwenden; die Art des Antriebes des Schiebes 26 ist von untergeordneter Bedeutung für die Erfindung. Wichtig ist nur, einen Antrieb vorzusehen, der den Schieber aus der in Figur 1 dargestellten Lage in die in der Figur 2 dargestellten Lage verschiebt.
  • Die Stellung gem. der Figur 2 ist die Einschaltstellung und in diesem Bereich besitzt der Schieber 26 einen sehr kleinen Widerstand, wie aus der Figur 3 bei S1 ersichtlich. In der Stellung gemäß Figur 1, wenn also die beiden Kontakt stücke 22 und 24 am entgegengesetzten Ende des Schiebers 26 liegen, befindet sich der Schalter in Ausschaltstellung und der Widerstand ist sehr groR, wie bei S2 aus Figur 3 ersichtlich ist. Dabei kann sich, der Widerstand logarithmisch (in Figur 3 wird diese Änderung bei entsprechender Darstellung zu einer Geraden) oder, wie in Figur 4 dargestellt, stufenweise ändern. Der Schieber 26 besteht gemäß Figur 5 aus einem Keramikrahmen 40, mit einem Loch 41, durch das eine Betätigungsstange (nicht dargestellt) für einen Antrieb hindurchsteckbar ist. Der Rahmen 40 besitzt ferner eine Ausnehmung 41a, in der sich eine Kohlemasse 42 befindet, die in ihrem Bereich 43, also an einem Ende, einen Widerstandswert besitzt, der sehr hoch ist, so daß sich die Kohlemasse dort wie ein Isolator verhält und einen Bereich 44, in dem der Widerstandswert praktisch Null ist. Der über die Kontaktstücke 22 und 24 abgegriffene Widerstandswert ändert sich also in Abhängigkeit der Ortskoordinate s als Folge der inhomogenen Leitfähigkeit.
  • In Figur 6 ist eine weitere Ausführung dargestellt, bei der die beweglichen Kontaktstücke 22 und 24 nicht auf der Massenoberfläche direkt gleiten; vielmehr sind die verschiedenen Widerstandsbereiche mit metallischen Kontakt flächen verbunden, auf denen die Schleifer greifen.
  • Die Widerstandsänderung erfolgt hier nicht stetig ent- lang des Weges s oder der Ortskoordinate s, sondern in Stufen zwischen den theoretischen Werten oo und Null.
  • Die Kohlemasse besitzt in ihrer Gesamtheit die Bezugsziffer 42 und besitzt Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit 43 und 44. Auf den sich gegenüberliegenden Schmalseiten sind dann Kontaktflächen 45 bis 60 angebracht, wobei zwischen den Kontaktflächen 45 und 46 bzw.
  • 47 und 48 und so fort der hohe Widerstandswert (Schalterzustand "aus" und zwischen den Kontaktflächen 59 und 60 der niedrige Widerstandswert abgegriffen wird, so daß dort der Schaltzustand "ein" besteht. Dazwischen werden je nach der Bewegungsrichtung in steigender oder fallender Folge Widerstandszwischenwerte abgegriffen.
  • Der Träger des Schiebers ist nicht wie in Figur 5 dargestellt ein Keramikrahmen, sondern die Masse selbst.
  • Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Man erkennt einen Träger 80, auf dessen oberer und unterer Seite eine Widerstandsschicht 82 bzw. 84 aufgebracht ist,. die an lediglich einer Stirnkante mittels einer Verbindungsschicht 86 miteinander verbunden sind.
  • Im Bereich A ist der Verbindungsweg der Schicht 82, 86 bis 84 klein, so daß der Widerstandswert dort klein ist, wogegen im Bereich B der Weg zwischen den strichliert dargestellten Kontaktstücken 22 und 24 über den Streifen 82, den Verbindungsstreifen 86 und den Verbindungsstreifen 84 groß ist, so daß auch der Widerstandsbeiwert vergrößert ist.
  • Wie aus Figur 7 ersichtlich, kann sich die Breite des Widerstandsstreifens kontinuierlich (dick ausgezogene Linie 88 oder stufenweise strichliert ausgezogene Linie 90) ändern, wodurch eine Verringerung des Widerstands- wertes zwischen den Bereichen A und B bewirkt wird.
  • In der Figur 9 ist ein mechanisch symmetrischer Schieber dargestellt, der dem Schieber gemäß der Figur 6 gleicht, wobei im Bereich niedrigen Widerstandes ein weiteres Durchgangsloch 41b vorgesehen ist. Der Schieber gemäß der Figur 9 wird dann bei einem Schalter gemäß Figur 10 verwendet. Vier Schiebestücke gemäß Figur 9 werden mechanisch mittels Distanzstücken 100 miteinander verbunden und gleichzeitig von einem nicht weiter dargestelten Motor betätigt (dies kann z. B. auch ein Elektromagnetsystem sein). Der Schalter gemäß der Figur 10 besitzt sich gegenüberliegende Kontaktpaare 102, 104, 106 und 108, an deren freien Enden jeweils den Kontaktstücken 22 und 24 entsprechende Kontaktstücke oder Schleifstücke 110 angebracht sind. Die Zuordnung der vier Schieber kann nun so erfolgen, daß die Bereiche mit geringem Widerstand bei den drei linken Schiebern 112 bis 116 unten liegen, so daß für die drei Schieber 112 bis 116 die gezeichnete Stellung der Einschaltstelung entspricht. Der Schieber 118 ist so ausgerichtet, daß die dem Kontaktpaar 108 zugehörigen Schleifer auf einen Bereich mit geringem Widerstandsbeiwert aufliegen; der Schieber 118 ist um 1800 eingebaut. Wenn nun die Schieber in Richtung s bewegt werden, dann entsteht zwischen den Kontaktpaaren 102 bis 106 ein Schließvorgang, wogegen zwischen den beiden Kontaktpaaren 108 ein Öffnungsvorgang bewirkt wird.

Claims (9)

  1. Ansprüche Gh Elektrischer Schalter mit zwei in dessen eingeschaltetem Zustand miteinander in elektrischer Verbndung stehenden und in dessen ausgeschalteten Zustand elektrisch voneinander isolierten Kontaktstücken, gekennzeichnet durch einen zwischen den Kontaktstücken (22, 24) befindlichen, zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung hin- und herbewegbaren Schieber (26), der in der ersten Endstellung die beiden Kontaktstücke dadurch miteinander leitend verbindet und in einer zweiten Endstellung dadurch voneinander isoliert, daß er in der ersten Stellung dem Strom zwischen den Kontaktstücken einen sehr kleinen, in der zweiten Stellung jedoch einen sehr großen Widerstand bietet.
  2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß~sich der Widerstandswert des Schiebers (26) zwischen den beiden Endstellungen kontinuierlich ändert.
  3. 3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Widerstandswert des Schiebers (26) zwischen den beiden Endstellungen stufenweise ändert.
  4. 4. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (26) aus Halbleitermaterial gebildet ist.
  5. 5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber aus Kohlemassematerial gebildet ist.
  6. 6. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (26) einen Keramikträger (40) aufweist, der das Kohlemassematerial (42) zur Erzeugung des sich verändernden Widerstandswrtes haltert.
  7. 7. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Widerstandsbereiche mit metallischen Kontakt flächen (45 bis 60) versehen sind, auf denen die Kontaktstücke (22, 24) gleiten.
  8. 8. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikträger (40) eine Ausnehmung (41a) aufweist, so daß ein Rahmen gebildet ist, welcher Ausnehmungen (41a), das Kohlemassematerial (42) aufnimmt.
  9. 9. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß de Schieber einen Keramikträger aufweist, auf dem eine Kohleschicht zur Erzeugung des sich verändernden Widerstandswertes aufgebracht ist.
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Cited By (4)

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