DE60037374T2

DE60037374T2 - Abbrandkontaktanordnung

Info

Publication number: DE60037374T2
Application number: DE60037374T
Authority: DE
Inventors: Roger Neil Terryville Castonguay; Randall Lee Granby Greenberg; Stefan Kranz; Dave Scot Harwington Christensen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: DE60037374D1; EP1085552A1; EP1085552B1; PL342484A1; US6232570B1; PL198718B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen Dreh-Leitungsschutzschalter und insbesondere eine verbesserte Lichtbogen-Kontaktanordnung für Dreh-Unterbrecher.
Dreh-Leitungsschutzschalter sind bekannt. Ein bei derartigen Vorrichtungen angetroffenes übliches Problem ist der sich aus der Lichtbogenbildung ergebende Kontaktverschleiß, wenn die Kontakte unter Last getrennt (ausgelöst) werden. Die aufgrund der Lichtbogenbildung zwischen den Kontakten erzeugte erhebliche Temperatur führt zu einer Erosion der Kontaktflächen, welche insbesondere in Hinblick auf den beweglichen Kontakt problematisch ist, welcher zwangsläufig aufgrund vorgegebener Gewichtseinschränkungen, die eine schnelle Drehung der Drehbrücke ermöglichen sollen, weniger haltbar ist. Die beweglichen Kontakte erodieren wesentlich schneller als die feststehenden Kontakte, was eine Ersetzung des Leitungsschutzschalters erfordert. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Dreh-Leitungsschutzschalter, welcher den Verschleiß auf den physischen Kontaktflächen der Kontakte und insbesondere an den beweglichen Kontakten erheblich reduziert.
EP-A-0 206 882 offenbart einen sich nicht drehenden Leitungsschutzschalter. Ein feststehender Kontakt wirkt mit einem sich bewegenden Kontakt zusammen. Wenn ein Fehler durch einen Stromtransformator detektiert wird, steuert ein Auslösekreis die Entriegelung einer Verriegelungsvorrichtung, um einen den zusammenwirkenden Kontakt öffnenden Haken freizugeben.
EP-A-0 560 697 offenbart einen Leitungsschutzschalter mit einer Dreh-Kontaktbrücke mit feststehenden Kontakten, die mit der Kontaktbrücke zusammenwirken.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in dem beigefügten Anspruch definiert.
In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung weist ein Dreh-Leitungsschutzschalter ein einen Leitungsschutzschaltereinschluss definierendes Gehäuse mit einer darin befestigten Kontaktbrücke mit gegenüberliegenden beweglichen Kontakten mit verbesserten Verschleißeigenschaften auf, welche zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position drehbar ist. Ein Paar feststehender Kontakte wirkt mit den beweglichen Kontakten zusammen, und ein Leiter ist funktionell mit jedem der feststehenden Kontakte zur Stromeinspeisung in diese verbunden.
Jeder von den beweglichen Kontakten enthält einen Fersenabschnitt und einen Zehenabschnitt, wobei der Fersenabschnitt einen von den feststehenden Kontakten berührt und der Zehenabschnitt sich von dem feststehenden Kontakt in einem Abstand befindet, wenn sich die Kontaktbrücke in der geschlossenen Position befindet, wobei der bewegliche Kontakt in Bezug auf den feststehenden Kontakt so in einem Winkel angeordnet ist, dass nach dem Drehen der Kontaktbrücke zum Lösen der beweglichen Kontakte von den feststehenden Kontakten ein zwischen dem beweglichen Kontakt und dem feststehenden Kontakt ausgebildeter elektrischer Lichtbogen zu dem Zehenabschnitt des beweglichen Kontaktes hinläuft, und dadurch den Fersenabschnitt vor erheblicher Beschädigung schützt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine erhebliche Verbesserung gegenüber den nach dem Stand der Technik zu findenden Vorrichtungen dar. Beispielsweise bleibt, da der Lichtbogen (auf dessen Kosten) zu dem Zehenabschnitt des beweglichen Kontaktes verläuft, der Fersenabschnitt des beweglichen Kontaktes im Wesentlichen unbeschädigt, womit die Nutzungslebensdauerspanne des Leitungsschutzschalters erhöht und die sich aus der Erosion ergebende Temperaturerhöhung reduziert wird. Ferner wird, da die Bewegung des Lichtbogens in die Lichtbogenlöschkammer verbessert ist, das Unterbrechungsverhalten des Leitungsschutzschalters verbessert und ein geringerer Temperaturanstieg nach dem Kurzschluss erzielt. Schließlich reduziert die Verbesserung der Bewegung des Lichtbogens in die Lichtbogenlöschkammer, erheblich die Möglichkeiten der Verbrennung des Rotors. Es ist somit zu sehen, dass die vorliegende Erfindung eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem nach dem Stand der Technik zu findenden Leitungsschutzschaltern bereitstellt.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische Seitenaufrissansicht eines Leitungsschutzschalters gemäß der Erfindung ist, wobei sich dessen Kontaktbrücke in der geschlossenen Position befindet;
1 eine vergrößerte schematische Teilseitenaufrissansicht von einem der Kontaktpaare des Leitungsschutzschalters von 1 ist;
3 eine schematische Seitenaufrissansicht des Leitungsschutzschalters von 1 ist, sobald sich die Kontaktbrücke in die offenen Position dreht; und
4 eine schematische Seitenaufrissansicht des Leitungsschutzschalters von 1 mit der Kontaktbrücke in der offenen Position ist.
In 1 ist ein Leitungsschutzschalter gemäß der vorliegenden Erfindung insgesamt bei 10 dargestellt. Der Leitungsschutzschalter 10 besitzt ein Paar feststehender Kontakte 12 und 14 und ein Paar beweglicher Kontakte 18 und 20, welche jeweils mit feststehenden Kontakten 12 und 14 in Eingriff stehen. Die beweglichen Kontakte 18 und 20 sind auf einem Kontaktarm 19 befestigt, welcher selbst in einer drehbar befestigten Kontaktbrücke 16 befestigt ist. Diese Anordnung ist ausführlicher in der U.S. Patentanmeldung Serial No. 09/087 038, eingereicht am 29. Mai 1998 mit dem Titel "Rotary Contact Assembly For High Ampere-Rated Circuit Breakers" beschrieben. Die feststehenden Kontakte 12 und 14 sind jeweils auf Stromeingangsleitern 22 und 24 befestigt, welche als Umkehrhalbschleifen mit den auf ihren Enden befestigten feststehenden Kontakten 12 und 14 ausgebildet sind. Wenn sich der Leitungsschutzschalter 10 in der geschlossenen Position befindet, ist es zu sehen, dass der feststehende Kontakt 12 in einer Stromübertragungsverbindung mit dem beweglichen Kontakt 18 und in gleicher Weise der feststehende Kontakt 14 in einer Stromübertragungsverbindung mit dem beweglichen Kontakt 20 steht. Ein in den Leitungsschutzschalter 10 eintretender Strom würde dann durch den Stromeingangsverbinder 22, durch den feststehenden Kontakt 12 und den beweglichen Kontakt 18, durch den Kontaktarm 19 zu dem beweglichen Kontakt 20 und dann in den feststehenden Kontakt 14 und den Stromeingangs leiter 24 wandern, wo er aus dem Leitungsschutzschalter 10 ausgeleitet wird.
Die Abstoßungskraft für die Öffnung des Leitungsschutzschalters 10 unter Überlastbedingungen wird durch die entgegengesetzte Polarität der Ströme selbst erzeugt, da der durch den Arm 19 fließende Strom (aufgrund der Umkehrhalbschleifen) entgegengesetzt zu den durch die Enden der Stromeingangsleiter 22 und 24 fließenden Polaritäten ist. Unter normaler Betriebsbelastung reicht die durch die entgegengesetzten Polaritäten erzeugte Abstoßungskraft nicht aus, um den Arm 19 zu drehen und die beweglichen Kontakte 18 und 20 von den feststehenden Kontakten 12 und 14 aufgrund der Einbeziehung von (nicht dargestellten) Vorspannungsfedern zu lösen, welche zwischen der Brücke 16 und dem Kontaktarm 19 gemäß Beschreibung in der U.S. Patentanmeldung Serial No. 09/087 038 befestigt sind und der Kraft im Gegenuhrzeigersinn entgegen wirken, die aufgrund der entgegengesetzten Polaritäten des durch den Leitungsschutzschalter 10 fließenden Stroms ausgeübt werden, während eine Betätigungsmechanismusanordnung 25 die Kontaktbrücke 16 zu einer Drehung im Uhrzeigersinn vorspannt. Die durch die Vorspannungsfedern auf den Kontaktarm 19 aufgebrachte Zugkraft bestimmt die Größe des erforderlichen Stroms, um den Kontaktarm 19 zu drehen, um somit den Überlastzustand in dem Schaltkreis zu beseitigen.
In 2 wird eine vergrößerte Seitenaufrissansicht des feststehenden Kontaktes 14 und beweglichen Kontaktes 20 auf dem Kontaktarm 19 bereitgestellt. Man wird erkennen, dass der Betrieb und die Merkmale des feststehenden Kontaktes 14, des beweglichen Kontaktes 20 und der Stromeinspeiseverbinder 24 in gleicher Weise auf den feststehenden Kontakt 12, den beweglichen Kontakt 18 und den Stromeinspeiseverbinder 22 auf der gegenüberliegenden Seite des Kontaktarmes 19 zutreffen. Der bewegliche Kontakt 20 ist aus einem elektrisch leitendem Material aufgebaut, wobei dessen Kontaktoberfläche 27 in einem Winkel (welcher mit einer gekrümmten oder gebogenen Oberfläche 27) erreicht werden kann, in Bezug auf eine Kontaktoberfläche 29 des feststehenden Kontaktes 14 angeordnet (positioniert) ist, wenn er sich in einer geschlossenen Position (wie es am besten in 2 dargestellt ist) befindet. Der bewegliche Kontakt 20 besitzt einen Fersenabschnitt 28 und einen Zehenabschnitt 30. Wenn sich die drehbare Kontaktbrücke 16 in der geschlossenen Position befindet, berührt der Fersenabschnitt 28 des beweglichen Kontaktes 20 den feststehenden Kontakt 14. Elektrischer Strom wird durch diesen Kontakt geleitet. Der Impuls für die Öffnung unter Überlastbedingungen des Leitungsschutzschalters 10 ist üblicherweise eine Stromspitze durch den Leitungsschutzschalter 10, welche momentan die Abstoßungskraft zwischen den feststehenden Kontakten 12 und 14 und den beweglichen Kontakten 18 und 20 erhöht, wobei die Abstoßungskraft größer als die Kraft ist, welche von den vorstehend erwähnten Vorspannungsfedern bereitgestellt wird. Daher dreht sich der drehbare Kontaktarm 19, um die beweglichen Kontakte 18 und 20 von den feststehenden Kontakten 12 und 14 zu lösen, und der elektrische Schaltkreis wird wie es in den 3 und 4 dargestellt ist, unterbrochen. Es ist anzumerken, dass sich in 3 und 4 die Betätigungsmechanismusanordnung 25 in einer ausgelösten Position befindet. Die Mechanismusanordnung in dieser Position dreht die Kontaktbrücke 16 wie dargestellt in die Gegenuhrzeigerposition. Die Betätigungsmechanismusanordnung ist ähnlich der des U.S. Patents Nr. 5 281 776 , und geht unter Überlastbedingungen aufgrund ihrer Wechselwirkung mit einer Auslöseeinheit (die, obwohl sie nicht dargestellt ist, der des U.S. Patentes Nr. 4 884 048 ähnlich ist, welches ebenfalls hierin durch Be zugnahme beinhaltet ist) in eine ausgelöste Position. Die Betätigungsmechanismusanordnung enthält einen Handgriff 36, eine Gestängeanordnung 38 und eine Rücksetzanordnung 40, wie sie allgemein bekannt sind ( U.S. Patent Nr. 5 281 776 ). Sobald der drehbare Kontaktarm 19 gedreht wird, um die beweglichen Kontakte 18 und 20 von den feststehenden Kontakten 12 und 14 zu lösen, verhindert die Betätigungsmechanismusanordnung 25, dass die drehbare Kontaktbrücke 16 und der Kontaktarm 12 in ihre geschlossene Position zurückkehren.
Die Nutzungslebensdauer eines Leitungsschutzschalters hängt im Wesentlichen von dem Ausmaß der Erosion und dem Verschleiß der beweglichen Kontakte ab. Nach dem Stand der Technik wird, da die Kontakte verschleißen, der Leitungsschutzschalter weniger zuverlässig, und für den dauernden sicheren Betrieb des Schaltkreises wird die Ersetzung des Leitungsschutzschalters erforderlich. Ferner liegt als Folge dieser Erosion eine Erhöhung der Temperatur innerhalb des Leitungsschutzschalters vor, wobei diese einen erhöhten Widerstand zwischen den Kontakten anzeigt. Die vorliegende Erfindung verringert durch Reduzieren des Ausmaßes der Erosion vorteilhaft die sich aus der Erosion ergebende Temperaturerhöhung. Die Erosion der beweglichen Kontakte wird im Wesentlichen durch den elektrischen Lichtbogen verursacht, der erzeugt wird, wenn sich die beweglichen Kontakte von den feststehenden Kontakten lösen, und insbesondere in dem Falle großer Energiestöße, in welchen der Stromlichtbogen einen relativ breiten Spalt zwischen den beweglichen Kontakten und den feststehenden Kontakten durchlaufen kann, sobald der Leitungsschutzschalter ausgelöst wird. Das Schmoren und die Erosion des leitenden Materials der beweglichen Kontakte verschlechtern den Kontakt zwischen den beweglichen Kontakten und den feststehenden Kontakten bis schließlich der Leitungsschutzschalter nicht mehr wie gewünscht arbeitet.
Die vorliegende Erfindung ist dafür ausgelegt, den Kontaktabschnitt des beweglichen Kontaktes 20 vor Erosion und/oder Verschmoren zu schützen, indem der Lichtbogen des Fersenabschnittes 28 des beweglichen Kontaktes 20 zu dem Zehenabschnitt 30 und in eine Lichtbogenlöschkammer 32 "läuft", welche wie allgemein bekannt, den Lichtbogen löscht. Der Winkel oder die Kurve des beweglichen Kontaktes 20 der vorliegenden Erfindung arbeitet in der nachstehenden Weise.
In den 3 und 4 ist die Öffnung des Leitungsschutzschalters 10 dargestellt. Wenn eine Stromüberlastung auftritt, werden die beweglichen Kontakte 18 und 20 von den feststehenden Kontakten 12 und 14 weg gedrückt, und abhängig von der Größe der Stromüberlastung bildet sich ein elektrischer Lichtbogen 32 zwischen den getrennten Kontaktteilen 12 und 18, 14 und 20 aus. In einem standardmäßigen Dreh-Leitungsschutzschaltern mit Doppelunterbrechung würde sich der elektrische Lichtbogen im Wesentlichen zwischen dem feststehenden Kontakt 14 und dem beweglichen Kontakt 20 an dem Punkt erstrecken, wo der bewegliche Kontakt 20 und der feststehende Kontakt 14 miteinander in Eingriff stehen, wenn sich der Kontaktarm 19 in der geschlossenen Position befindet. Wie vorstehend diskutiert, ist dieses aufgrund der Erosion des beweglichen Kontaktes 20 an der Stelle des Kontaktes mit dem feststehenden Kontakt 14 nicht erwünscht. Der angewinkelte oder gekrümmte bewegliche Kontakt 20 der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass der elektrische Lichtbogen 32 zu dem Zehenabschnitt 30 des beweglichen Kontaktes 20, sobald der bewegliche Kontakt 20 von dem feststehenden Kontakt 14 getrennt wird, bewegt (oder gezogen) wird. Da der Luftspalt zwischen dem feststehenden Kontakt 14 und dem beweglichen Kontakt 20 zunimmt (3 und 4), bewegt sich der Lichtbogen nach außen zu der Lichtbogenlöschkammer 34 hin und der Lichtbogen bewegt sich weiter zu dem Zehenabschnitt 30 des beweglichen Kontaktes 20 hin (oder wird gezogen). Diese Bewegung des Lichtbogens minimiert das Ausmaß der Beschädigung des Abschnittes des Kontaktes, welcher den Strom führt, wenn sich die Kontaktbrücke 16 in der geschlossenen Position befindet, d. h., des Fersenabschnittes 28 des beweglichen Kontaktes 20. Der Zehenabschnitt 30 des beweglichen Kontaktes 20 ist für eine allmähliche Erosion jedes Mal, wenn der Leitungsschutzschalter 10 geöffnet wird, ausgelegt, da diese Erosion des Zehenabschnittes 30 im Wesentlichen ein Intaktbleiben des Fersenabschnittes 28 und dadurch einen Schutz vor Beschädigung ermöglicht, welche das Verhalten des Leitungsschutzschalters 10 verschlechtern könnte. Schließlich tritt, wenn sich der Luftspalt zwischen dem beweglichen Kontakt 20 und dem feststehenden Kontakt 14 seinen maximalen Ausmaß annähert (4), ein Ausblasen des Lichtbogens in der Richtung der Lichtbogenlöschkammer 34 auf, und die Stromüberlastung wird sicher verteilt. Man wird erkennen, dass die Neigung der angewinkelten (oder das Profil der gekrümmten) Oberfläche des beweglichen Kontaktes 20 modifiziert oder geändert werden kann, vorausgesetzt, dass der während der Leitungsschutzschalteröffnung ausgebildete elektrische Lichtbogen nach außen zu dem Zehenabschnitt des beweglichen Kontaktes bewegt wird, sobald der drehbare Kontakt den beweglichen Kontakt und den feststehenden Kontakt voneinander weg bewegt.

Claims

Dreh-Leitungsschutzschalter (10) mit einem drehbaren Kontaktarm (19) mit einem Paar gegenüberliegender beweglicher Kontakte (18, 20), wobei der Arm zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position drehbar ist und der Leitungsschutzschalter ein Paar feststehender Kontakte (12, 14) zum Zusammenwirken mit den beweglichen Kontakten (18, 20) enthält, wobei jeder von dem Paar der gegenüberliegenden beweglichen Kontakte (18, 20) eine gekrümmte Kontaktoberfläche (27) aufweist, die in Bezug auf eine Kontaktoberfläche (29) eines entsprechenden feststehenden Kontaktes (12, 14) so positioniert ist, dass ein Fersenabschnitt (28) der gekrümmten Kontaktoberfläche (27) von jedem der beweglichen Kontakte (18, 20) die Kontaktoberfläche (29) des entsprechenden feststehenden Kontaktes (12, 14) berührt und ein Zehenabschnitt (30) der Kontaktoberfläche (27) von jedem der beweglichen Kontakte (18, 20) von der Kontaktoberfläche (29) des entsprechenden feststehenden Kontaktes (12, 14) sich in Abstand befindet, wenn sich die beweglichen und feststehenden Kontakte (18, 20; 12, 14) in einer geschlossenen Position befinden, und der bewegliche Kontakt (18, 20) in einem Winkel in Bezug auf den feststehenden Kontakt (12, 14) so angeordnet ist, dass nach einem Drehen des drehbaren Kontaktarms (19) zum Lösen des beweglichen Kontaktes (18, 20) von dem feststehenden Kontakt (12, 14) ein elektrischer Lichtbogen zwischen den entsprechenden Paaren beweglicher Kontakte und den entsprechenden feststehenden Kontakten erzeugt wird; gekennzeichnet durch: ein Paar von an jedes entsprechende Paar beweglicher und feststehender Kontakte angrenzenden Lichtbogenlöschkammern (34), die so positioniert sind, dass sich nach dem Drehen des drehbaren Kontaktarms (19) zum Lösen der beweglichen Kontakte (18, 20) von den feststehenden Kontakten (12, 14) und Bewirken eine Zunahme in einem Luftspalt zwischen dem feststehenden Kontakt und dem beweglichen Kontakt, der zwischen dem Fersenabschnitt (28) des beweglichen Kontaktes (18, 20) und dem entsprechenden feststehenden Kontakt (12, 14) ausgebildete Lichtbogen sich zu der entsprechenden Lichtbogenlöschkammer (34) hin bewegt; wobei der elektrische Lichtbogen zu dem Zehenabschnitt (30) des beweglichen Kontaktes (18, 20) hin gezogen wird, um dadurch zu ermöglichen, dass der Fersenabschnitt (28) im Wesentlichen intakt bleibt.