DE3544649A1

DE3544649A1 - Strombegrenzungsschalter

Info

Publication number: DE3544649A1
Application number: DE19853544649
Authority: DE
Inventors: Edward Keith Howell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1987-06-19
Also published as: FR2592208A1; US4598187A

Description

Strombegrenzende Schalter, bei denen die Kontaktarme so ange ordnet sind, daß sie unabhängig von dem Schalterbetätigungs mechanismus trennen, sorgen für eine schnelle Stromunter brechung innerhalb der ersten Halbwelle der Stromkurve. Die US-PS 43 75 021 beschreibt einen strombegrenzenden Schalter, der einen Magnetmotor verwendet, um die Geschwindigkeit zu ver größern, mit der die Kontaktstücke getrennt werden. Um den Lichtbogen zu löschen, der zwischen den Kontaktstücken auf tritt, treibt eine besondere Lichtbogenführungsanordnung in multifunktioneller Weise den Lichtbogen an und liefert Gase, um den Lichtbogenlöschungsprozeß zu verstärken. Die bewegbaren Kontaktarme, die in der vorgenannten US-PS 43 75 021 beschrieben sind, führen sowohl den Strom unter stationären Ruhebedingungen als auch dann, wenn sie bei starken Überlastbedingungen getrennt werden. Um eine übermäßige Erhitzung der Kontaktstücke und der Kontaktarme unter diesen stationären Bedingungen zu verhindern, werden die Kontaktstücke durch wesentliche Haltekräfte zusammenge halten, die auf die Arme ausgeübt werden, und die Arme sind aus schwerem Kupferstabmaterial gefertigt, um für die er forderliche Leitfähigkeit zu sorgen, während eine relativ niedrige Temperatur beibehalten wird. Die schweren, beweg baren Kontaktarme erfordern ihrerseits wesentliche Magnet kräfte, um die Haltekräfte zu überwinden und die Arme schnell in die Öffnungsstellung zu bewegen. Für strombegrenzende Schalter mit höheren Leistungen müssen die bewegbaren Kontakt arme, Kontaktstücke und die Magnetkräfte vergrößert werden, um die größeren Nennströme zu bewältigen.

Erfindungsgemäß soll ein strombegrenzender Schalter mit ge ringerer Größe geschaffen werden, indem ein getrenntes Paar schnell öffnender Brückenkontakte zum Führen des stationären oder Ruhe-Stroms auf kontinuierlicher Basis und ein Paar be wegbarer Kontaktarme verwendet werden, die eine geringere Größe besitzen und für eine magnetische Abstoßung bei Über last sorgen.

An anderer Stelle ist ein Festkörperschalter angegeben, bei dem eine Stromkreisunterbrechung durch zwei Kontaktstücke parallel zu einem Festkörperschalter erhalten wird derart, daß die trennenden Kontaktstücke beim Trennvorgang keinen Lichtbogen erzeugen. Dort ist dann keine Lichtbogenführungsbahn oder an dere Lichtbogenlöschungsmittel für den Halbleiterschalter er forderlich. Es wurde gefunden, daß ein hybrider Strombe grenzungsschalter, der die schnell öffnenden Brückenkontakte mit dem Festkörperschalter kombiniert, einen strombegrenzenden Schalter mit weiter verminderter Größe schafft, indem die Lichtbogenführungsbahn eliminiert wird.

Ferner ist an anderer Stelle ein Schalter angegeben, bei dem eine Stromkreisunterbrechung durch zwei Kontaktstücke erreicht wird, die einem Widerstand, der einen positiven Temperaturko effizienten aufweist, und einem spannungsabhängigen Widerstand parallel geschaltet ist. Der Strom fließt zunächst durch die Kontaktstücke unmittelbar bei der Trennung, durch den einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden Widerstand und dann durch den spannungsabhängigen Widerstand, um den Strom zu unterbrechen. Die Brückenkontakte der vorliegenden Erfindung können ebenfalls mit dem einen positiven Temperaturkoeffizien ten aufweisenden Widerstand und dem spannungsabhängigen Wider stand verwendet werden für eine noch schnellere Stromkreis unterbrechung.

Der erfindungsgemäße Schalter weist zwei Brückenkontakte auf, die durch den Schalterunterbrechungsmechanismus betätigt werden, zum Führen des stationären Ruhestroms. Ein leichteres Paar bewegbarer Kontaktarme, die ein Paar Lichtbogenkontakt stücke tragen, sind parallel geschaltet und für eine verstärkte magnetische Abstoßung angeordnet beim Auftreten eines wesent lichen Fehlerstroms. Eine Lichtbogenlaufbahn in der Nähe der Bogenkontakte verlängert und kühlt den Lichtbogen, um dessen Löschung zu beschleunigen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Kontakt anordnung eines strombegrenzenden Schalters, wobei eine lineare Brückenkontaktanordnung verwendet ist.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine drehbare Brückenkontakt anordnung, die anstelle der linearen bzw. gradlinigen Brückenkontaktanordnung in dem Schalter gemäß Fig. 1 verwendet ist.

Fig. 1 zeigt eine Kontaktanordnung 10, bei der zwei feststehen de Kontaktbänder 11, 12 zwei feststehende Kontaktstücke 13, 14 und einen Brückenkontakt 15 tragen, die jeweils aus Silber hergestellt sein können. Die feststehenden Kontaktbänder sind fest angebracht an einem Bodenabschnitt eines ausgeformten Schaltergehäuses ähnlich demjenigen, das in der US-PS 43 75 021 beschrieben ist. Ferner sind auf den stationären Kontaktbändern zwei bewegbare Kontaktarme 16, 17 gehaltert, die zwei Licht bogenkontakte 18, 19 enthalten, die aus Wolfram bestehen können. Die bewegbaren Kontaktarme sind an den stationären Kontaktbändern schwenkbar verbunden durch Drehzapfen 20 und 21, die auch für eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktstreifen und den bewegbaren Kontaktarmen sorgen. Der Brückenkontakt 15 ist für eine lineare Translation zwischen den stationären Kontaktstücken 13, 14 angeordnet und von den statio nären Kontaktstücken 13, 14 durch einen Betätigungsmechanismus getrennt, der, auch wenn er nicht gezeigt ist, ähnlich demje nigen sein kann, der in der US-PS 40 01 742 beschrieben ist. Der Fühler zum Ermitteln von Überstrom und zum Betätigen des Mechanismus, um für eine ausreichende Kraft zu sorgen, wie sie bei F ₁ angedeutet ist, wird durch einen Stromtransformator und eine elektronische Fühlerschaltung gebildet, die beispiels weise in der US-PS 41 15 829 beschrieben ist. Alternativ können auch ein außermittig angelenkter Kniegelenkmechanismus und eine Betätigungsfeder innerhalb eines Schalters mit ausgeformten Gehäuse, gesteuert durch ein Bimetall und einen Elektromagneten, verwendet werden. Die bewegbaren Kontaktarme 16, 17 werden durch die elektromagnetischen Abstoßungskräfte getrennt, die bei F ₂ angedeutet sind, die durch die Wechselwirkung der Magnet felder mit dem Strom durch die bewegbaren Kontaktarme in den angegebenen Richtungen erzeugt werden. Es können mehrere Metallplatten verwendet werden, die die Magnetkräfte verstärken, die in den bewegbaren Kontaktarmen entstehen, wie es in der US-PS 43 75 021 beschrieben ist. Eine Lichtbogenbahn 22 ist vor den Lichtbogenkontakten 18, 19 angeordnet und besteht aus mehreren Lichtbogenplatten 23, um den Lichtbogen zu löschen, der auftritt, wenn die Kontaktstücke getrennt werden. Diese An ordnung verwendet bewegbare Kontaktarme, die viel leichter als diejenigen sind, die in der eingangs genannten US-PS 43 75 021 beschrieben sind, da der größte Teil des Ruhestroms durch die stationären Kontaktstücke 13, 14 durch die stationären Kontakt bänder 11, 12 fließt, und nur ein kleiner Teil des Stroms durch die Lichtbogenkontakte 18, 19 über die bewegbaren Kontaktarme 16, 17 fließt.

Die Anordnung der zwei feststehenden Kontaktstücke 13, 14 ist dergestalt, daß, wenn der Brückenkontakt 15 zunächst ein Stück getrennt wird, in der Größenordnung von einigen Tausendstel Zentimetern von den stationären Kontaktstücken, wie es gestrichelt bei 15′ gezeigt ist, dann reichen die 24 Volt, die über den zwei Lichtbögen entwickelt werden, aus, um dann den Fehlerstrom rasch durch die bewegbaren Kontaktarme und die Lichtbogenkontakte zu treiben. Der Strom in den Armen ruft die elektromagnetischen Kräfte F ₂ hervor, die die Wirkung haben, die bewegbaren Kontaktarme und die bewegbaren Kontaktstücke zu trennen. Die gleichen elektromagnetischen Kräfte treiben den neuen Lichtbogen, der sich zwischen den getrennten Kontakt stücken 18′, 19′ bildet, wie es gestrichelt dargestellt ist, in die Bogenplatten 23, die den neuen Lichtbogen verlängern und kühlen, bis der Strom zusammenbricht. Ein Isolierblock 24 aus Kunststoff- oder Keramikmaterial ist zwischen den statio nären Kontaktbändern 11, 12 vorgesehen, damit der Lichtbogen, der sich zwischen den bewegbaren Kontaktstücken 18, 19 aus bildet, nicht auf die stationären Kontaktstücke übergeht. Um die Löschung des Lichtbogens zu unterstützen, der sich zwischen beiden bewegbaren Kontaktstücken bildet, kann der Isolierblock einen Metalloxidvaristor MOV aufweisen, wobei der Strom durch den Metalloxidvaristor fließen kann, wenn die Spannung über den Kontaktstücken die Klemmspannung des MOV übersteigt.

In Fig. 2 ist ein drehbarer Brückenkontakt 25 gezeigt, der drehbar zwischen den stationären Kontaktbändern 11, 12 ange ordnet ist für eine Rotation relativ zu den stationären Kontaktstücken 13, 14 mittels eines Drehzapfens 26, um die Geschwindigkeit zu vergrößern, mit der der Brückenkontakt von den stationären Kontaktstücken getrennt wird. Die kleinere Rotationsträgheit, die durch die bei F ₃ angegebene Kraft ange trieben wird, vergrößert die Beschleunigung des Brückenkon taktes gegenüber dem geraden Brückenkontakt 15, der in Fig. 1 gezeigt ist, um einen Faktor 2 bis 3 für ein äquivalentes Brückenkontaktgewicht und -Kraft. Die Trennung bzw. der Abstand des drehbaren Brückenkontaktes 25 von den stationären Kontakt stücken, der gestrichelt bei 25′ angegeben ist, liegt ebenfalls in der Größenordnung von einigen Tausendstel Zentimetern und hat in ähnlicher Weise die Bildung von zwei Licht bögen an der kombinierten Spannung von 24 Volt zur Folge. Um sicherzustellen, daß der Lichtbogen zwischen den stationären Kontaktstücken 13, 14 nicht rückzündet, ist ein Band aus Iso liermaterial 24′, das von dem Isolierblock 24 ausgeht, nahe an dem stationären Kontaktstück 13 angeordnet.

Wenn einer dieser Brückenkontakte in einem Festkörperschalter anstelle von mechanischen Kontaktstücken parallel zu dem Fest körperschalter verwendet wird, erfolgt die Stromkreisunter brechung in einer viel kürzeren Zeit als bei mechanischen Kon taktstücken. Dies gilt auch für einen an anderer Stelle vor geschlagenen Fehlerstromschalter, wenn die mechanischen Kon taktstücke parallel zu dem einen positiven Temperaturkoeffi zienten aufweisenden Widerstand und den Metalloxidvaristor durch die Brückenkontakte gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt werden.

Claims

1. Strombegrenzungsschalter gekennzeichnet durch zwei starre Leiter (11, 12) mit zwei stationären Kontakt stücken (13, 14), die an dem einen Ende von jedem starren Leiter befestigt sind, Brückenkontaktmittel (15), die den stationären Kontakt stücken bewegbar zugeordnet sind zum Öffnen und Schließen einer leiten den Bahn zwischen den starren Leitern über die stationären Kontaktstücke, zwei bewegbare Kontaktarme (16, 17), die an dem einen Ende auf den starren Leitern schwenkbar angeordnet sind und je weils ein Kontaktstück (18, 19) auf einem entgegengesetzten Ende aufweisen für eine elektrische Verbindung zwischen den bewegbaren Kontaktarmen, und einen Betätigungsmechanismus, der den Brückenkontaktmitteln zugeordnet ist, zum Trennen der Brückenkontaktmittel von den stationären Kontaktstücken, bevor die bewegbaren Kontakt arme getrennt werden.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtbogenlöscheinrichtung (22) nahe den bewegbaren Kontakt stücken angeordnet sind zur Aufnahme eines zwischen den bewegbaren Kontaktstücken gebildeten Lichtbogens.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stationären Kontaktstücke (13, 14) Silber aufweisen und die bewegbaren Kontaktstücke (15) Wolfram aufweisen.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere magnetische Platten nahe den bewegbaren Kontakt armen angeordnet sind zum Vergrößern der Trennung bzw. des Abstandes der bewegbaren Kontaktarme.

5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Kontaktarme (16, 17) zwei langgestreckte Arme aufweisen, die Seite an Seite angeordnet sind, wobei ein Stromfluß durch einen der Leiter ein Magnetfeld erzeugt, das in Wechselwirkung mit dem Stromfluß durch den anderen der Arme tritt und ausreicht, um die Arme abzustoßen zum öffnen der bewegbaren Kontaktstücke, nachdem die Brücken kontaktmittel von den stationären Kontaktstücken getrennt worden sind.

6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lichtbögen zwischen den stationären Kontaktstücken (13, 14) und den Brückenkontaktmitteln (15) gebildet sind, wobei eine Bogenspannung über den zwei Lichtbögen den Strom durch die bewegbaren Kontaktarme drückt.

7. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei starren Leiter elektrisch mit den zwei bewegbaren Kontakt armen elektrisch parallel geschaltet sind durch zwei leiten de Schwenkzapfen durch jeden der bewegbaren Kontaktarme und jeden der starren Leiter.

8. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein spannungsabhängiger Widerstand mit einer vorbestimmten Klemmspannung vorgesehen ist, der den starren Leitern elek trisch parallel geschaltet ist zum Übertragen des Stromes von den bewegbaren Kontaktstücken weg, wenn die Spannung über den bewegbaren Kontaktstücken die Klemmspannung über schreitet.

9. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenkontakt eine lineare Translation relativ zu den stationären Kontaktstücken ausführt.

10. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenkontakt eine Drehung relativ zu den stationären Kontaktstücken ausführt.

11. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenkontakt einen zwei Enden aufweisenden Leiter besitzt, auf dem an jedem Ende ein Kontaktstück ausgebildet ist.

12. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperschalter einen Transistor aufweist.

13. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein spannungsabhängiger Widerstand vorgesehen ist.

14. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein spannungsabhängiger Widerstand den starren Leitern elektrisch parallel geschaltet ist.

15. Strombegrenzender Schalter, gekennzeichnet durch zwei starre Leiter mit zwei stationären Kontaktstücken, die an dem einen Ende von jedem starren Leiter befestigt sind, Brückenkontaktmittel, die den stationären Kontaktstücken bewegbar zugeordnet sind, zum Herstellen und Unterbrechen eines leitenden Pfades zwischen den starren Leitern über den stationären Kontaktstücken, und einen Festkörperschalter, der den starren Leitern elektrisch parallel geschaltet ist zum Übertragen des Stromes von den stationären Kontaktstücken weg, wenn der Brückenkontakt den leitenden Pfad zwischen den starren Leitern unterbricht.

16. Schalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß den starren Leitern ein Widerstand mit positivem Temperatur koeffizienten elektrisch parallel geschaltet ist zum Über tragen des Stromes von den stationären Kontaktstücken weg, wenn der Brückenkontakt den leitenden Pfad zwischen den starren Leitern unterbricht.