DE4306229A1 - Schaltgerät mit einem thermischen und einem magnetischen Auslöser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einem thermi­ schen und einem magnetischen Auslöser nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Es ist bekannt, zur Verringerung der Verlustleistung in­ nerhalb eines Leitungsschutzschalters den thermischen und den magnetischen Auslöser parallel zu schalten. Dies hat allerdings den Nachteil, daß im Kurzschlußfall nur ein Teil des Stromes durch den magnetischen Auslöser hin­ durchfließt, wodurch sich die Kontaktöffnungszeit erhöhen kann, was zu einem verminderten Kurzschlußschaltvermögen führt. Um eine Verminderung des Kurzschlußschaltvermögens zu vermeiden, müßte der magnetische Auslöser verstärkt werden.

Zur Beschleunigung des Ablaufes eines bei einer Schalt­ handlung gezogenen Lichtbogens von den Kontaktstellen in die Lichtbogenlöschkammer und in das darin befindliche Lichtbogenlöschblechpaket ist bekannt, eine Blasschleife vorzusehen. In AEG-Mitteilungen, 1964, Heft 3 bis 4, "Hochleistungs- Installationsselbstschalter in Schmalbau­ weise" ist dargestellt, die Blasschleife hinter der Lichtbogenlauf schiene, also auf ihrer der Löschkammer entgegengesetzten Seite, anzuordnen. Diese Blasschleife liegt bei geschlossenem Schalter nicht im Stromkreis, sondern wird erst dann, wenn der Lichtbogen auf die Lauf­ schiene kommutiert, in den Strompfad des Leitungsschutz­ schalters eingeschaltet und erst dann wirksam.

Bei einem weiteren Schaltgerät ist die Blasschleife eben­ falls mit der Lichtbogenlauf schiene verbunden und so an­ geordnet, daß sie immer vom Strom durchflossen und daher immer wirksam ist, was insbesondere im Augenblick der Kontaktöffnung von Vorteil ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Schaltge­ rät, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, bei dem einerseits eine Reduzierung der Verlustleistung und andererseits auch eine Reduzierung der Variantenvielfalt ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also parallel zum thermischen und/oder magnetischen Auslöser ein Widerstandsdraht ge­ schaltet, der im Bereich der Löschkammer die Blasschleife bildet. Zwar wird der durch den Schalter hindurchflie­ ßende Strom aufgeteilt auf einen Stromfluß durch die Aus­ löser und einen Stromfluß durch den Widerstandsdraht, so daß im Kurzschlußfall eine verminderte Schlagenergie wirksam ist. Dadurch, daß der Widerstandsdraht aber als Blasschleife ausgebildet ist, der im Bereich der Lösch­ kammer angeordnet ist, wird unmittelbar bei erster Kontaktöffnung eine Blaswirkung auf den Lichtbogen er­ zeugt. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, daß der Kontaktbereich, also derjenige Bereich, in dem sich das feste und bewegliche Kontaktstück befinden, auch beim Ausschaltvorgang, und außerdem der gesamte Vorkammerbe­ reich in jedem Fall von der Blasschleife überdeckt sind.

Dies wird im wesentlichen auch dadurch erreicht, daß ge­ mäß kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2 der Wider­ standsdraht mit einem Ende mit dem festen Kontaktstück und mit dem anderen Ende mit dem thermischen Auslöser, allgemein mit dem klemmenseitigen Ende des Auslösers überhaupt, verbunden und seitlich neben der Löschkammer angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 3 zu entnehmen. Dadurch, daß die Blas­ schleife einen Abschnitt aufweist, der quer zu der Er­ streckung der Lichtbogenlöschbleche verläuft und dabei in vorteilhafter Weise gemäß Anspruch 4 etwa im Bereich der Mitte des Lichtbogenlöschblechpaketes verläuft, wird auch ein Teil des Lichtbogenlöschblechpaketes von der Blas­ schleife überdeckt, wodurch der Lichtbogen nach dem Ein­ laufen in die Löschkammer stabilisiert wird.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist dann so, daß durch die Blasschleife ein magnetisches Feld erzeugt wird, wel­ ches senkrecht zum Lichtbogen steht. Nach dem Lorentz-Ge­ setz wirkt dann auf den Lichtbogen eine Kraft, die ihn in Richtung Löschkammer beschleunigt.

In besonders vorteilhafter Weise ist der Widerstandsdraht ein normaler Kupferdraht.

Die Bemessung des Widerstandswertes des Widerstands­ drahtes wird gemäß kennzeichnenden Merkmalen des Anspru­ ches 7 in bevorzugter Weise so ausgeführt, daß das Ver­ hältnis des über den Widerstand fließenden Stromes zu dem über den bzw. die Auslöser fließenden Strom etwa 0,6 be­ trägt.

Dies bedeutet, daß beispielsweise bei einem Nennstrom von 80 Ampere über den Widerstand etwa 30 Ampere und den bzw. die Auslöser 50 Ampere, und bei einem Nennstrom von 100 Ampere über den Widerstand 37 Ampere und über den bzw. die Auslöser 63 Ampere fließen. Etwa 0,6 bedeutet, daß das Verhältnis durchaus auch bei etwa 0,55 oder 0,65 lie­ gen kann.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Parallelschaltung eine Reduzierung der Verlust­ leistung erzielt wird. Gleichzeitig können aufgrund des Widerstandes bei hohen Nennströmen, also bei 80 Ampere und 100 Ampere, die Auslöser von Geräten verwendet wer­ den, die für 50 Ampere bzw. 63 Ampere ausgelegt sind. Da­ durch wird die Vielfalt der Varianten reduziert, was schlußendlich Leitungsschutzschalter bei hohen Nennströ­ men preisgünstiger macht, da Kosteneinsparungen in der Fertigung und der Lagerhaltung ermöglicht werden.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung näher er­ läutert und beschrieben werden. Ferner sollen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile dargestellt werden.

Es zeigt die einzige Figur eine Einsicht in ein ge­ öffnetes Schaltgerät, in schematischer Darstellung.

Ein Leitungsschutzschalter 10 ist in einem Gehäuse 11 un­ tergebracht, von dem lediglich ein Gehäuseteil sichtbar ist; das andere Gehäuseteil ist eine Art Deckelteil und in der Figur nicht dargestellt. Das Schaltgerät 10 be­ sitzt etwa eine T-Form mit einem Sockel 12 und einem Oberteil 13. Im Bereich des Sockels 12, also im Bereich der Befestigungsebene, besitzt das Schaltgerät eine Aus­ nehmung 14, deren Seitenwände eine feste Nase 15 und eine bewegliche Nase 16 aufweisen, damit das Schaltgerät auf eine strichliert dargestellte Hutprofilschiene 17 aufge­ schnappt werden kann.

Im Sockel 12 befinden sich an den beiden Enden Anschluß­ klemmen 18 und 19, an denen Anschlußleitungen (nicht nä­ her dargestellt) angeschlossen sind. An der in der Zeich­ nung links befindlichen Anschlußklemme 18 schließt eine Lichtbogenleitschiene 20 an, die etwa eine L-Form auf­ weist, wobei ein Bereich 21 zwischen den Schenkeln 22 und 23 vorgesehen ist, der unter einem Winkel zu den beiden Schenkeln 22 und 23 verläuft, so daß die Lichtbogenleit­ schiene 20 einen sanften Übergang zwischen den beiden Schenkeln 22 und 23 besitzt. Der Schenkel 22 schließt da­ bei an der Anschlußklemme 18 an und der Schenkel 23 über­ deckt ein Lichtbogenlöschblechpaket. 24, das aus mehreren Lichtbogenlöschblechen 25 in an sich bekannter Weise auf­ gebaut ist. Das andere Ende des Stapels der Lichtbogen­ löschbleche 25 wird durch eine weitere Lichtbogenleit­ schiene 26 gebildet, wobei die weitere Lichtbogenleit­ schiene 26 parallel zu dem Schenkel 23 verläuft. Das Lichtbogenlöschblechpaket 24 befindet sich zwischen der weiteren Lichtbogenleitschiene 26 und dem Schenkel 23. Die weitere Lichtbogenleitschiene 26 ist mit einem Schen­ kel 27 eines Magnetjochs 28 verbunden, wobei in unmittel­ barer Nähe zu dem Magnetjoch 28 die weitere Lichtbogen­ leitschiene 26 eine nasenförmige Ausbauchung 29 aufweist. Im Bereich der Verbindungsstelle zwischen der weiteren Lichtbogenleitschiene 26 und dem Schenkel 27 des Magnet­ joches 28 befindet sich ein festes Kontaktstück 30, wel­ ches mit einem beweglichen Kontaktstück 31 zusammenwirkt, das an einem drehbar bei 32 aufgelagerten Kontakthebel 33 angebracht ist.

Im Falle einer Schalthandlung bewegt sich der Kontakthe­ bel 33 im Uhrzeigersinn um die Achse 32 und gelangt in Ausschaltstellung in die strichlierte Stellung 33.

Das Magnetjoch 28 ist Teil eines Elektromagnetsystems 34 mit einer Spule 35 und einem von der Spule 35 umgebenen Magnetanker 36, der in der Figur strichpunktiert darge­ stellt ist. Der Magnetanker 36 betätigt einerseits den Kontakthebel 33, in dem er bei Auftreten eines Kurz­ schlußstromes auf den Kontakthebel auftrifft und diesen in die strichpunktierte Stellung 33′ verbringt; weiterhin betätigt der Magnetanker 36 einen nicht näher dargestell­ ten Hebel, mit dem er auf ein lediglich schematisch dar­ gestelltes Schaltschloß 37 einwirkt, welches für eine bleibende Öffnung des beweglichen Kontakthebels 33 sorgt.

An der in der Zeichnung rechts befindlichen Klemme 19 ist ein Fortsatz 38 angebracht, an dem ein Thermobimetall 39 befestigt ist, das mit seinem freien Ende auf das Schalt­ schloß 27 einwirkt und den beweglichen Kontakthebel 33 ebenfalls in die strichlierte Lage 33′ verbringt, so daß der Kontakthebel 33 bleibend in die Ausschaltstellung verbracht wird. Die Spule 35 ist einerseits mit dem fe­ sten Kontaktstück 30 verbunden und andererseits über eine Verlängerung 40 mit dem Thermobimetall 39, so daß im Nor­ malfall Strom von der Klemme 18 über eine nicht darge­ stellte Litzenleitung zum Kontakthebel 33, zum festen Kontaktstück 30, zur Spule 35 und über das Thermobimetall 39 zur Anschlußklemme 19 fließt.

Der Bereich, in dem sich das feste und das bewegliche Kontaktstück 30, 31, die Lichtbogenleitschienen 20 und 26 sowie das Lichtbogenlöschblechpaket 24 befinden, wird als Löschkammer bezeichnet, wobei der Bereich unmittelbar vor dem Lichtbogenlöschblechpaket, mit der Bezugsziffer 41 bezeichnet, die Vorkammer ist. An dem der Vorkammer 41 entgegengesetzten Ende besitzt das Lichtbogenlöschblech­ paket 24 eine perforierte Abdeckplatte 42, von wo die bei einer Ausschalthandlung entstehenden Lichtbogengase in einen Auspuffkanal 43 gelangen und so nach außen abgebla­ sen werden.

Zur Wiedereinschaltung ist mit dem Schaltschloß ein Schaltknebel 44 verbunden.

Diese Beschreibung des elektrischen Schaltgerätes ist an sich bekannt und beispielsweise bei dem ABB-Schaltgerät S2 realisiert. Einige Details, die das Schaltgerät S2 besitzt, sind zum besseren Verständnis in der Figur weg­ gelassen.

Erfindungsgemäß besitzt das Schaltgerät 10 eine aus einem Widerstandsdraht gebildete Blasschleife 45, die zu einem Ring gebogen ist, dessen eines Ende 46 am Schenkel 27 im Bereich des festen Kontaktstückes 30 befestigt ist. Die­ ses Ende 46 verläuft dabei parallel zu dem Schenkel 27. Daran anschließend ist ein senkrecht zu dem Schenkel 27 verlaufender Abschnitt 47 angeformt, der etwa bis in den Bereich des Schenkels 22 der Lichtbogenleitschiene 20 ge­ langt und dort etwa senkrecht abgebogen ist; hierdurch wird ein Abschnitt 48 gebildet, der etwa parallel zu der Lichtbogenleitschiene 20 verläuft, somit dieser entspre­ chend abgebogen ist und einen Bereich 49 aufweist, der parallel zu dem Schenkel 23 und zu den Lichtbogenlösch­ blechen 25 verläuft. Etwa im Bereich der Mitte des Licht­ bogenlöschblechpaketes, in Gasströmungsrichtung gesehen, ist ein Abschnitt 50 vorgesehen, der senkrecht zu den Lichtbogenlöschblechen 25 verläuft und zum Teil die Spule 35 überdeckt und einen Abschnitt 51 aufweist, der paral­ lel zu den Lichtbogenlöschblechen 25 angeordnet ist und etwa in den Bereich des Abschnittes 47 einmündet. Hieran schließt sich ein nicht sichtbarer Abschnitt an, der pa­ rallel zu der Lichtbogenleitschiene 20 verläuft und einen Teil des Abschnittes 45 überdeckt, wobei dort ein An­ schlußende 52 anschließt, welches etwa parallel zu den Lichtbogenlöschblechen 25 verläuft und das mit dem Ther­ mobimetall 39 im Bereich dessen Befestigungsstelle ver­ bunden ist.

Diese Blasschleife 45 überdeckt somit den Vorkammerbe­ reich 41 und einen Teil des Lichtbogenlöschblechpaketes und erzeugt ein magnetisches Feld, wenn es vom Strom durchflossen ist, welches senkrecht zu einem Lichtbogen verläuft und diesem eine Beschleunigungskraft in Richtung Lichtbogenlöschblechpaket erteilt.

Die Blasschleife ist durch einen aus Kupferdraht beste­ henden Widerstandsdraht gebildet, wobei der Widerstands­ wert so bemessen ist, daß das Verhältnis der Stromwerte durch den Widerstandsdraht zu dem Stromwert durch die Auslöser etwa bei 0,6 liegt. Dieser Wert 0,6 kann natür­ lich auch in gewissem Umfang variieren. Beispielsweise wird bei einem Nennstrom von 80 Ampere der Widerstands­ wert sinnvollerweise so bemessen, daß über die Auslöser 50 Ampere und über den Widerstandsdraht 30 Ampere flie­ ßen, wogegen bei einem Nennstrom von 100 Ampere über die Auslöser 63 Ampere und über den Widerstandsdraht 37 Am­ pere fließen. Im letzteren Fall beträgt das Verhältnis ca. 0,58.

In jedem Fall ist es möglich, durch Verwendung des Wider­ standsdrahtes, der als Blasschleife ausgebildet ist, de­ ren Ebene parallel zu der Bewegungsebene des Kontakthe­ bels 33 verläuft und seitlich neben dem Lichtbogenlösch­ blechpaket angeordnet ist, erreicht, daß Auslöser von Ge­ räten mit 50 Ampere Nennstrom oder 63 Ampere Nennstrom auch für Schaltgeräte verwendet werden können, deren Nennströme bei 80 bzw. 100 Ampere liegen.

Dadurch daß die Blasschleife 45 so angeordnet ist, daß sie einerseits die Kontaktstelle bzw. das bewegliche Kon­ taktstück 31 auch im Ausschaltzustand, andererseits den kompletten Vorkammerraum und darüberhinaus auch einen Teil des Lichtbogenlöschblechpaketes überdeckt, wird ein Lichtbogen, der unmittelbar nach Kontaktöffnung entsteht, sofort aufgrund des magnetischen Feldes in Richtung Lichtbogenlöschblechpaket getrieben und nach Einlauf in das Lichtbogenlöschblechpaket darin auch stabilisiert, so daß die Abschaltleistung verbessert ist.

Die Erfindung ist anhand eines Leitungsschutzschalters mit einem elektromagnetischen und einem thermischen Aus­ löser beschrieben. Die Erfindung kann auch verwirklicht werden bei Schaltgeräten, die lediglich einen elektromagnetischen Auslöser zur bleibenden oder ein Schlagankersystem zur nicht bleibenden Öffnung der Kon­ taktstellen oder lediglich einen thermischen Auslöser aufweisen.

Claims (8)

1. Schaltgerät mit einem thermischen und/oder einem magnetischen Auslöser, einem Schaltschloß, einer in einer Löschkammer angeordneten, ein festes und ein bewegliches Kontaktstück aufweisenden Kontaktstelle, zwischen denen bei einer Ausschalthandlung ein Lichtbogen gezogen wird, der in ein Lichtbogenlöschblechpaket getrieben und darin gelöscht wird, und mit einer Blasschleife zum zusätzli­ chen Antrieb des Lichtbogens, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich der Löschkammer befindliche Blasschleife durch einen zu einem Ring gebogenen Widerstandsdraht ge­ bildet und parallel zu dem thermischen und/oder dem ma­ gnetischen Auslöser geschaltet ist.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Widerstandsdraht mit einem Ende mit dem fe­ sten Kontaktstück und mit dem anderen Ende mit dem ther­ mischen Auslöser verbunden und seitlich neben der Lösch­ kammer angeordnet ist.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Lichtbogenleitschiene, die an einer Anschlußklemme an­ schließt und die den dem beweglichen Kontaktstück zuge­ ordneten Fußpunkt eines bei einer Ausschalthandlung gezo­ genen Lichtbogens in der Ausschaltstellung des bewegli­ chen Kontakthebels übernimmt und dem Lichtbogenlösch­ blechpaket zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Blas­ schleife einen Abschnitt, der etwa parallel zu der Licht­ bogenleitschiene verläuft, und einen weiteren Abschnitt, der quer zu der Erstreckung der Lichtbogenlöschbleche verläuft, aufweist.

4. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der weitere Abschnitt im Bereich etwa der Mitte des Lichtbogenlöschblechpaketes verläuft.

5. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 3 und 4, da­ durch gekennzeichnet, daß ein dritter Abschnitt in einer Ebene die parallel zum Boden des Schutzschaltgerätes durch die Mittelachse der Spule verläuft, liegt.

6. Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht ein Kup­ ferdraht ist.

7. Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Wi­ derstandsdrahtes so bemessen ist, daß das Verhältnis des über den Widerstand fließenden Stromes zu dem über die Auslöser fließenden Strom etwa 0,6 beträgt.

8. Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß bei 80 Ampere-Nennstrom über den Widerstand 30 Ampere und die Auslöser 50 Ampere und bei einem 100 Am­ pere-Nennstrom über den Widerstand 37 Ampere und über die Auslöser 63 Ampere fließen.