DE69029829T2

DE69029829T2 - Strombegrenzungsapparat

Info

Publication number: DE69029829T2
Application number: DE69029829T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kobayashi; Takao Mitsuhashi; Mitsugu Takahashi; Shinji Yamagata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2010-09-15
Also published as: JPH088048B2; KR930010966B1; EP0418754B1; JPH03190032A; US5073764A; EP0418754A3; EP0418754A2; DE69029829D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strombegrenzungsvorrichtung, die zwei bewegliche Kontakte pro Phase hat, um die Strombegrenzungsleistung zu verbessern.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 095 038, auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, zeigt eine Strombegrenzungsvorrichtung, die ein Paar elektrische Kontakte in gesonderten Kammern aufweist, die nebeneinander angeordnet und durch eine isolierte Trennwand voneinander getrennt sind. Die zwei Leistungsschalterkammern enthalten jeweils ein gesondertes Paar von Kontakten, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Bei Trennung der Kontaktpaare drehen sich die beweglichen Kontaktarme von ihren jeweiligen feststehenden Kontakten weg, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Lichtbogenlöschplatten sind in einem Zwischenraum angrenzend an den Raum zwischen den ortsfesten Kontaktarmen angeordnet.
Die Fig. 14 und 15 sind Perspektivansichten, die die herkömmliche Strombegrenzungsvorrichtung zeigen, die in der geprüften JP-Patentveröffentlichung (Tokko)Sho 57-45007 angegeben ist. Diese Vorrichtung wird in einem Öffnungs/Schließabschnitt eines Leistungsschalters verwendet.
In diesen Figuren ist ein Gehäuse 1 aus einem Isoliermaterial hergestellt. Ein erster feststehender Leiter 2 besteht aus einem feststehenden Kontaktarm 4 und einem Verbindungsleiter 5. Ein feststehender Kontakt 3a ist an einem Endteil des feststehenden Kontaktarms 4 ausgebildet und steht einem beweglichen Kontakt 7a gegenüber, der an einem Ende eines ersten beweglichen Kontaktarms 6a befestigt ist. Ebenso hat ein zweiter beweglicher Kontaktarm 6b einen beweglichen Kontakt 7b, der an einem Ende davon befestigt ist. Diese beweglichen Kontaktarme 6a und 6b sind miteinander durch einen biegsamen Leiter 8 verbunden. Ein zweiter ortsfester Leiter 9 besteht aus einem ortsfesten Kontaktarm 10 und einem Verbindungsleiter 11. Ein ortsfester Kontakt 3b ist an einem Endteil des ortsfesten Kontaktarms 10 gebildet und steht dem beweglichen Kontakt 7b gegenüber. Der erste feststehende Leiter 2 und der zweite ortsfeste Leiter 9 sind nahezu horizontal in bezug auf die Bodenfläche 1a des Gehäuses angeordnet und verlaufen in entgegengesetzten Richtungen zueinander über die feststehenden Kontakte 3a und 3b. Die beiden beweglichen Kontaktarme 6a und 6b sind an einem Zapfen 12 befestigt, der von einer Seitenwand 1b (es ist nur eine gezeigt) des Gehäuses 1 drehbar gehalten wird. Beide beweglichen Kontaktarme 6a und 6b werden von Federn 13a und 13b so gedrängt, daß sie auf die beweglichen Kontakte 7a bzw. 7b einen vorbestimmten Kontaktdruck aufbringen. Zwischen dem ersten beweglichen Kontaktarm 6a und dem zweiten beweglichen Kontaktarm 6b ist eine Trennplatte 14 aus dem Isoliermaterial vorgesehen. Heiße Gase von Lichtbogen, die zwischen dem feststehenden Kontakt 3a und dem beweglichen Kontakt 7a sowie zwischen dem feststehenden Kontakt 3b und dem beweglichen Kontakt 7b gezogen werden, werden durch viele Löcher 15a abgeleitet, die in einer Trennplatte 15 aus dem Isoliermaterial ausgebildet sind.
Als nächstes wird die Funktionsweise der vorstehenden Strombegrenzungsvorrichtung erläutert. In einem geschlossenen Zustand wird ein Paar von beweglichen Kontaktarmen 6a und 6b von den Federn 13a und 13b vorgespannt, so daß die beweglichen Kontakte 7a und 7b mit den feststehenden Kontakten 3a und 3b unter einem vorbestimmten Kontaktdruck Kontakt herstellen. Wenn der erste Verbindungsleiter 5 mit der Stromversorgung und der zweite Verbindungsleiter 11 mit der Last verbunden wird, fließt Strom von dem ersten Verbindungsleiter 5 zu dem zweiten Verbindungsleiter 11 durch den ersten feststehenden Kontaktarm 4, den ersten beweglichen Kontaktarm 6a, den biegsamen Leiter 8, den zweiten beweglichen Kontaktarm 6b und den zweiten feststehenden Kontaktarm 10 in dieser Reihenfolge. Die Fließrichtungen dieses Stroms sind in Fig. 14 mit Pfeilen I&sub1; bis I&sub7; bezeichnet.
Wenn zum Zeitpunkt eines Kurzschlusses ein großer Strom fließt, wird ein Auslösemechanismus (nicht gezeigt) des Leistungsschalters wirksam, um die beiden beweglichen Kontaktarme 6a und 6b zu schwenken. Die beiden beweglichen Kontakte 7a und 7b werden dadurch von den jeweiligen feststehenden Kontakten 3a und 3b getrennt. In diesem Moment werden im wesentlichen zwei Lichtbogen zwischen dem ersten feststehenden Kontakt 3a und dem ersten beweglichen Kontakt 7a sowie auch zwischen dem zweiten feststehenden Kontakt 3b und dem beweglichen Kontakt 7b gezogen. Da der zweite bewegliche Kontaktarm 6b und der zweite feststehende Kontaktarm 10 im wesentlichen parallel zueinander mit zueinander entgegengesetzten Stromflußrichtungen (I&sub5; und I&sub6;) angeordnet sind, wirkt die elektromagnetische Abhebungskraft auf den beweglichen Kontaktarm 6b und beschleunigt seine Öffnungsbewegung.
Bei der oben erläuterten Konstruktion werden "zwei" Lichtbogen gezogen, so daß eine hohe Lichtbogenspannung vorhanden ist, die ungefähr doppelt so groß wie die nur eines Lichtbogens ist, der in der allgemein verwendeten Stromunterbrechungsvorrichtung mit nur einem beweglichen Kontakt auftritt. Infolgedessen wird der Kurzschlußstrom wirkungsvoll durch die hohe Lichtbogenspannung begrenzt, so daß ein hohes Strombegrenzungsvermögen realisiert wird. Die Lichtbogen werden in einer ersten Lichtbogenlöschkammer 101 und einer zweiten Lichtbogenlöschkammer 102 abgekühlt, und das heiße Gas wird aus dem Gehäuse 1 durch die Löcher 15a abgeführt.
Da bei der vorgenannten Strombegrenzungsvorrichtung der zweite bewegliche Kontaktarm 6b die elektromagnetische Kraft zusätzlich zu einer Kraft des Auslösemechanismus aufnimmt, findet die Unterbrechungstätigkeit des zweiten beweglichen Kontakts 7b mit seinem Lichtbogen vor derjenigen des ersten beweglichen Kontakts 7a statt. Daher werden der zweite bewegliche Kontakt 7b, der zweite feststehende Kontakt 3b und die zweite Lichtbogenlöschkammer 102 im Vergleich mit dem ersten beweglichen Kontakt 7a, dem ersten feststehenden Kontakt 3a und der ersten Lichtbogenlöschkammer 101 erheblich beschädigt. Infolgedessen tritt entweder eine Leitungsunterbrechung zwischen dem zweiten feststehenden Kontakt 3b und dem zweiten beweglichen Kontakt 7b auf, oder die Isolierfähigkeit des isolierenden Teils wird verringert. Um diese nachteiligen Auswirkungen zu vermeiden, können spezielle Kontakte und eine spezielle Lichtbogenlöschkammer verwendet werden. Eine solche Sonderkonstruktion ist jedoch teuer.
Da ferner die Unterbrechungsbewegungen des ersten beweglichen Kontaktarms 6a und des zweiten beweglichen Kontaktarms 6b nicht miteinander synchronisiert sind, wirkt auf den biegsamen Leiter 8 und den Zapfen 12 eine Torsionskraft, was zu ihrer Verformung führt. Der Leiter 8 ist zwar "biegsam", er ist aber wegen seiner Dicke nicht sehr biegsam. Wenn also der biegsame Leiter 8 einmal verformt ist, bleibt die Verformung nach Aufheben der Torsionskraft bestehen. Die beiden beweglichen Kontakte 6a und 6b können daher ihre normalen Öffnungs/Schließbewegungen nicht mehr ausführen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Strombegrenzungsvorrichtung, die die oben erwähnten Schäden und die Verformung durch die ungleiche Bewegung eines Paars von beweglichen Kontaktarmen im Fall eines Kurzschlusses verringern kann. Außerdem sollte die Strombegrenzungsvorrichtung ein ausgezeichnetes Strombegrenzungsvermögen in einer kompakten und kostengünstigen Konstruktion haben.
Durch die Erfindung wird eine Strombegrenzungsvorrichtung gemäß der Definition in Anspruch 1 angegeben.
Ausführungsformen der Erfindung sowohl hinsichtlich der Organisation als auch des Inhalts ergeben sich gemeinsam mit weiteren Zielen aus der nachstehenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen; in den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der Strombegrenzungsvorrichtung der Erfindung;
Fig. 2 eine seitliche Querschnittsansicht der Strombegrenzungsvorrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Perspektivansicht, die die wesentlichen mechanischen Teile der Strombegrenzungsvorrichtung in den Fig. 1 oder 2 zeigt;
Fig. 4 eine Perspektivansicht, die die wesentlichen mechanischen Teile von Fig. 3 in auseinandergezogener Form zeigt;
Fig. 4a eine Perspektivansicht, die die wesentlichen mechanischen Teile der Strombegrenzungsvorrichtung der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 4b eine Perspektivansicht, die die wesentlichen mechanischen Teile von Fig. 4a in auseinandergezogener Form zeigt;
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines Leistungsschalters 42, der mit der Strombegrenzungsvorrichtung 100 verbunden ist;
Fig. 6 eine Perspektivansicht, die einen wesentlichen Teil der Strombegrenzungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsforrn der Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine Vorderansicht, die den genauen Aufbau nur um eine Lichtbogenlöscheinheit 39 herum gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine Vorderansicht, die den genauen Aufbau nur um eine Lichtbogenlöscheinheit 39 herum gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine Vorderansicht, die die mit einem Leistungsschalter 42 verbundene Strombegrenzungsvorrichtung 100 zeigt;
Fig. 10 eine seitliche Querschnittsansicht der Strombegrenzungsvorrichtung 100 und des Leistungsschalters 42 entlang der Linie X-X von Fig. 9;
Fig. 11 eine Perspektivansicht der Strombegrenzungsvorrichtung 100 und eines isolierenden Trennelements 57;
Fig. 12 eine Vorderansicht von zwei Strombegrenzungsvorrichtungen 100, die in einer Schalttafel 58 angebracht sind;
Fig. 13 eine Vorderansicht, die zwei Strombegrenzungsvorrichtungen 100A und 100B in Verbindung mit dem Leistungsschalter 42 zeigt;
Fig. 14 und 15 Perspektivansichten, die eine herkömmliche Strombegrenzungsvorrichtung zeigen.
Es ist ersichtlich, daß einige oder sämtliche Figuren schematische Darstellungen sind, die der Veranschaulichung dienen und nicht unbedingt die tatsächlichen relativen Größen der gezeigten Elemente wiedergeben.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Strombegrenzungsvorrichtung 100, und Fig. 2 ist ein seitlicher Querschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1. Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, die wesentliche mechanische Teile der Strombegrenzungsvorrichtung 100 der Fig. 1 und 2 zeigt, und Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht. In diesen Figuren sind ein Gehäuse 16 und eine Abdeckung 17 aus einem Isoliermaterial hergestellt. Ein erster ortsfester Leiter 18 (Fig. 4) ist im wesentlichen zu L-Gestalt geformt und umfaßt einen vertikal (in Fig. 4) verlaufenden ersten feststehenden Kontaktarm 18a und einen horizontal verlaufenden ersten Verbindungsarm 18b. Der erste feststehende Kontaktarm 18a trägt einen feststehenden Kontakt 19. Von einem unteren Teil 18c in Richtung zu dem ersten Verbindungsarm 18b ist der erste feststehende Leiter 18 umgebogen und bildet eine Stufenkonfiguration einer bestimmten Höhe, und der erste Verbindungsarm 18b, der eine Verbindungsöffnung 20 hat, springt aus dem Gehäuse 16 vor. Ein zweiter feststehender Leiter 21 (Fig. 4), der zu L-Gestalt geformt ist, hat einen vertikal verlaufenden zweiten feststehenden Kontaktarm 21a und einen horizontal verlaufenden zweiten Verbindungsarm 21b. Der zweite feststehende Kontaktarm 21a trägt einen feststehenden Kontakt 22. Ein Paar von beweglichen Kontaktarmen 23a und 23b (Fig. 4) ist auf solche Weise vorgesehen, daß sie den feststehenden Kontaktarmen 21a bzw. 18a im wesentlichen parallel dazu gegenüberstehen. Die beweglichen Kontaktarme 23a und 23b sind miteinander über einen biegsamen bzw. flexiblen verseilten Kupferleiter 26 an jedem Ende davon elektrisch miteinander verbunden. Ein Paar von beweglichen Kontakten 24a und 24b ist an dem jeweiligen anderen Ende der beweglichen Kontaktarme 23a bzw. 23b festgelegt. Die beweglichen Kontaktarme 24a und 24b haben ein Paar von jeweiligen Löchern 25a und 25b. Ein Isolierrahmen 27 (Fig. 4), der eine Isolierwand 28, einen Vorsprung 31 und einen Eingriffsbereich 32 aufweist, besteht aus einem Isoliermaterial. Die beweglichen Kontaktarme 23a und 23b sind unter Trennung durch die Isolierwand 28 nebeneinander angeordnet und werden von einem Zapfen 29 (Fig. 3), der die Löcher 25a, 25b und ein in der Isolierwand 28 gebildetes Loch 30 durchsetzt, schwenkbar gehalten. Außerdem sind die feststehenden Kontaktarme 18a und 21a durch die Isolierwand 28 getrennt nebeneinander angeordnet. Der Eingriffsbereich 32, der U- Form hat, ist an dem ersten Verbindungsarm 18b auf solche Weise angeordnet, daß er den ersten Verbindungsarm 18b zwischen einem Paar von Halteelementen 32e einschließt, wodurch er von dem ersten Verbindungsarem 18b fest gehalten wird. Nach der Montage ist die Isolierwand 28 an dem ersten Verbindungsarm 18b festgelegt. Der Vorsprung 31, der an der Isolierwand 28 vorspringend angeformt ist, und ein weiterer Vorsprung 32a, der von einem Ende des Eingriffsbereichs 32 in Vertikalrichtung verläuft, sind so angeordnet, daß sie einander mit einem vorbestimmten Zwischenraum in der Horizontalrichtung gegenüberstehen. Der zweite feststehende Kontaktarm 21a ist zwischen den beiden Vorsprüngen 31 und 32a angebracht. Eine Torsionsfeder 33 (Fig. 3) ist vorgesehen, um den zweiten beweglichen Kontaktarm 23a zu einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn zu drängen. Ein Wicklungsteil 333 der Torsionsfeder 33 ist um den Zapfen 29 herum angeordnet. Ein Ende 331 der Torsionsfeder 33 ist von einem an dem Gehäuse 16 geformten Federanschlag 37b aufgenommen, und das andere Ende 334 ist von einem an der Isolierwand 28 geformten Federanschlag 34 aufgenommen. Ein Zwischenteil 332 der Torsionsfeder 33 ist in Eingriff mit einem Rückwandteil des zweiten beweglichen Kontaktarms 23a, so daß sie auf den zweiten beweglichen Kontaktarm 23a und den zweiten beweglichen Kontakt 24a einen vorbestimmten Kontaktdruck aufbringt. Gleichermaßen ist ein Ende der Torsionsfeder 38 von einem Federanschlag 37a aufgenommen, der an dem Gehäuse 16 ausgebildet ist, und das andere Ende 384 ist an dem Federanschlag 34 aufgenommen. Ein Zwischenteil 382 der Torsionsfeder 38 ist in Eingriff mit einem Rückwandteil des ersten beweglichen Kontaktarms 23b, so daß auf den ersten beweglichen Kontaktarm 23b und den ersten beweglichen Kontakt 24b ein vorbestimmter Kontaktdruck aufgebracht wird.
Der Montageablauf einer Strombegrenzungseinheit 35 (Fig. 3) ist wie folgt. Zuerst werden die beiden beweglichen Kontaktarme 23a, 23b und beide Torsionsfedern 33, 38 um den Zapfen 29 herum gehalten, und der Zapfen 29 wird von der Isolierwand 28 gehalten. Dann wird der Isolierrahmen 27, an dem die erste und die zweite bewegliche Kontaktgruppe angebracht sind, an dem ersten feststehenden Leiter 18 befestigt, indem der Bodenteil 18c zwischen den Eingriffsteil 32 eingefügt wird, und zwar ohne Befestigungsschrauben.
Die durch die oben angegebenen Schritte zusammengebaute Strombegrenzungseinheit 35 wird an dem Gehäuse 16 montiert, indem beide Enden des Zapfens 29 in ein Paar Lagernuten 36 eingesetzt werden. Beide Enden des Zapfens 29 sind somit in einem Paar von Lagernuten 36 festgelegt, und ein Mittelteil des Zapfens 29 ist in dem Loch 30 der Isolierwand 28 festgelegt. Die Lagernuten 36 dienen nicht nur dazu, den Zapfen 29 zu halten, sondern führen ihn auch während der Montage. Wenn der Zapfen 29 in den Grund der Lagernuten 36 eingesetzt ist, ist die Bewegung des Zapfens 29 in X-Richtung in Fig. 3 durch die Lagernuten 36 im Zusammenwirken mit dem Loch 30 begrenzt. Eine Bewegung des Zapfens 29 in Y-Richtung von Fig. 3 wird ebenfalls durch das Loch 30 der Isolierwand 28 begrenzt. Somit wird der Zapfen 29 von der Isolierwand 28 und dem Gehäuse 16 fest gehalten, und ein Drehpunkt der beweglichen Kontaktarme 23a und 23b ist fixiert. Die Kontaktgabezustände der beweglichen Kontakte 24a und 24b mit den jeweiligen feststehenden Kontakten 22 und 19 sind dadurch stabil gemacht. Da eine auf den Zapfen 29 aufgebrachte Kraft während der Trennbewegung der beweglichen Kontaktarme 23a und 23b von den Lagernuten 36 aufgenommen wird, die in einem dicken Wandteil des Gehäuses 16 ausgebildet sind,B1 wirkt keine zu große Kraft auf die vergleichsweise dünne Isolierwand 28. Durch Einsetzen der Strombegrenzungseinheit in das Gehäuse 16 gelangen das Ende 331 der Torsionsfeder 33 und das Ende 381 der Torsionsfeder 38 an den Federanschlägen 37b bzw. 37a in Anlage und werden daran automatisch fest abgestützt Somit ist die Strombegrenzungseinheit 35 fest an dem Gehäuse 16 angebracht.
Als nächstes wird der feststehende Leiter 21 zwischen die Vorsprünge 31 und 32a eingesetzt und dort festgelegt. Eine Lichtbogenlöscheinheit 39 (Fig. 2) wird von einem Anschlag 40 (Fig. 4) fixiert gehalten. Ferner wird die Abdeckung 17 (Fig. 2) an dem Gehäuse 16 von der Oberseite her festgelegt. Eine Vielzahl von Abzugsöffnungen 41 (Fig. 2) ist in der Abdeckung 17 und hinter einem Paar von beweglichen Kontaktarmen 23a und 23b ausgebildet.
Fig. 5 ist ein schematisches Blockbild eines Leistungsschalters 42, der mit der Strombegrenzungsvorrichtung 100 verbunden ist. Die Strombegrenzungsvorrichtung 100 ist mit dem Leistungsschalter 42 elektrisch in Reihe geschaltet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird als nächstes die Funktionsweise der oben erläuterten Strombegrenzungsvorrichtung beschrieben. In einem geschlossenen Zustand der Strombegrenzungsvorrichtung werden die beweglichen Kontaktarme 23a und 23b gedrängt, um die beweglichen Kontakte 24a und 24b in Kontakt mit den jeweiligen feststehenden Kontakten 22 und 19 zu drücken. Ein Strompfad im geschlossenen Zustand verläuft von dem zweiten feststehenden Leiter 21 zu dem ersten feststehenden Leiter 18, durch den zweiten feststehenden Kontaktarm 21a mit dem zweiten feststehenden Kontakt 22, den zweiten beweglichen Kontaktarm 23a mit dem zweiten beweglichen Kontakt 24a, den biegsamen verseilten Kupferleiter 26, den ersten beweglichen Kontaktarm 23b mit dem ersten beweglichen Kontakt 24b und den ersten feststehenden Kontaktarm 18a mit dem ersten feststehenden Kontakt 19, und zwar in der genannten Reihenfolge. Da die Richtung eines Stroms I&sub3;, der durch den zweiten beweglichen Kontaktarm 23a fließt, und die Richtung eines Stroms I&sub2;, der durch den zweiten feststehenden Kontaktarm 21a fließt, zueinander entgegengesetzt sind, wirkt zu diesem Zeitpunkt die elektromagnetische Abhebung auf diese Kontaktarme 23a und 21a. Bei einem normalen Stromwert ist diese elektromagnetische Abhebung schwächer als eine Vorspannkraft der Torsionsfeder 33, so daß der bewegliche Kontakt 24a in Kontakt mit dem feststehenden Kontakt 22 gehalten wird. Da die Richtung eines Stroms I&sub5;, der durch den ersten beweglichen Kontaktarm 23b fließt, und die Richtung eines Stroms I&sub6;, der durch den ersten feststehenden Kontaktarm 18a fließt, zueinander entgegengesetzt sind, wirkt die elektromagnetische Abhebung gleichermaßen auf diese Kontaktarme 23b und 18a. Bei einem normalen Stromwert ist diese elektromagnetische Abhebung schwächer als die Vorspannkraft der Torsionsfeder 38, so daß der bewegliche Kontakt 24b in Anlage an dem feststehenden Kontakt 19 bleibt.
Wenn ein fließender Strom einen vorbestimmten Wert infolge eines Kurzschlusses usw. überschreitet, überwindet die auf die beweglichen Kontaktarme 23a und 23b wirkende elektromagnetische Abhebungskraft die Vorspannkräfte der Torsionsfedern 33 bzw. 38. In diesem Moment werden die beiden beweglichen Kontakte 24a und 24b nahezu gleichzeitig von den feststehenden Kontakten 22 und 19 getrennt und zwischen ihnen jeweils Lichtbogen gezogen. Außerdem drehen sich die zwei beweglichen Kontaktarme 23a und 23b und öffnen mit hoher Geschwindigkeit, wodurch die Lichtbogen verlängert werden. Jeder der langgezogenen Lichtbogen hält eine hohe Lichtbogenspannung und wird durch den Kühleffekt der Lichtbogenlöscheinheit 39 (Fig. 2) abgekühlt. Die Öffnungsbewegungen der beweglichen Kontaktarme 23a und 23b erfolgen, ohne daß auf eine Auslösewirkung des Leistungsschalters 42 (Fig. 5) gewartet wird.
Bei dem vorgenannten Öffnungsbetrieb, der in der Strombegrenzungsvorrichtung stattfindet, wirkt die elektromagnetische Abhebung auf die beiden beweglichen Kontaktarme 23a und 23b in gleicher Weise, und die beiden Lichtbogen werden praktisch gleichzeitig gezogen. Daher sind zwei von den beiden Lichtbogen erzeugte Lichtbogenenergien einander nahezu gleich. Infolgedessen sind der Kontaktverschleiß und Schäden an der Lichtbogenlöschkammer, die jeweils durch den Lichtbogen verursacht werden, einander nahezu gleich, und der Grad der Abnutzung und der Beschädigung wird im Vergleich mit dem Fall verringert, in dem der größere Teil der Lichtbogenenergie auf einer Seite der Lichtbogenlöschkammer konzentriert ist. Da außerdem die Öffnungsbewegungen der beweglichen Kontaktarme 23a und 23b nahezu synchron sind, führen die beweglichen Kontaktarme 23a und 23b gleichmäßige Bewegungen ohne jede Verformung (Verdrehung usw.) der mechanischen Teile wie etwa des Zapfens 29 aus.
Da ferner sämtliche feststehenden Kontaktarme 18a und 21a und beweglichen Kontaktarme 23a und 23b in der Strombegrenzungsvorrichtung 100 vertikal angeordnet sind, ist die Länge der Strombegrenzungsvorrichtung 100 in Horizontalrichtung (die Länge in der Primär-Sekundär-Richtung) verkürzt.
Dabei ist der Ort der Abzugsöffnungen 41 (Fig. 2) eines der wesentlichen Probleme in der Strombegrenzungsvorrichtung; denn die von den beiden Lichtbogen in dem Gehäuse 16 erzeugten heißen Gase haben die Tendenz, zum dielektrischen Durchbruch zwischen den Leitern zu führen oder einen Menschen zu verletzen. Bei der vorgenannten Strombegrenzungsvorrichtung 100 jedoch sind die Abzugsöffnungen 41 nicht in dem oberen Teil, sondern in dem Seitenwandteil der Abdeckung 17 und des Gehäuses 16 ausgebildet, so daß das heiße Gas aus der Abdeckung 17 nach rechts in Fig. 2 abzieht. Das trägt nicht nur zur Sicherheit des Bedieners bei, der zu der Strombegrenzungsvorrichtung 100 nur von oben in Fig. 2 Zugang hat, sondern verhindert auch einen dielektrischen Durchbruch zwischen dem ersten feststehenden Kontaktarm 18a und dem zweiten feststehenden Kontaktarm 21a. Der Grund hierfür ist, daß die heißen Gase sich von den feststehenden Kontaktarmen 18a und 21a, die zum Zeitpunkt des Auftretens von zwei Lichtbogen eine große Spannungsdifferenz untereinander haben, wegbewegen und an den beweglichen Kontaktarmen 23a und 23b vorbeiziehen, die jeweils das gleiche Potential haben.
Bei der vorgenannten Strombegrenzungseinheit 35 ist die dielektrische Festigkeit wie folgt gewährleistet. Die dielektrische Festigkeit zwischen dem ersten feststehenden Kontaktarm 18a und dem zweiten feststehenden Kontaktarm 21a wird durch die Isolierwand 28 und den Vorsprung 31 (Fig. 4) vergrößert, und die dielektrische Festigkeit zwischen einem Paar von beweglichen Kontaktarmen 23a und 23b wird durch die Isolierwand 28 vergrößert. Ferner wird die dielektrische Festigkeit zwischen dem beweglichen Kontaktarm 23a (oder 23b) und dem ersten feststehenden Leiter 18 durch den Vorsprung 32a und den Eingriffsteil 32 vergrößert. Diese Konstruktion zur Vergrößerung der dielektrischen Festigkeit wird nur durch Anbringen des Isolierrahmens 27 an dem ersten feststehenden Leiter 18 realisiert.
Fig. 4a ist eine Perspektivansicht, die wichtige mechanische Teile der Strombegrenzungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform zeigt, und Fig. 4b ist eine Perspektivansicht, in der die gesamte Strombegrenzungseinheit 35 in Fig. 4a auseinandergezogen gezeigt ist. Entsprechende Teile und Komponenten wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugsziffern und -zeichen versehen, und die im Rahmen der ersten Ausführungsform erfolgte Beschreibung gilt gleichermaßen. Unterschiede und Merkmale dieser zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform sind die folgenden. In Fig. 4a ist der bewegliche Kontaktarm 23a angeordnet, um dem ersten feststehenden Kontaktarm 18a gegenüberzustehen, und der bewegliche Kontaktarm 23b ist angeordnet, um dem zweiten feststehenden Kontaktarm 21a gegenüberzustehen. Das heißt also, zusammengehörige Leiter in Kontakt mit den beweglichen Kontaktarmen 23a und 23b sind im Vergleich mit ihrer Anordnung in der ersten Ausführungsform umgekehrt angeordnet. Das ergibt sich durch Unterschiede in den Hochbiegepositionen der feststehenden Kontaktarme 18a und 21a in Fig. 4b gegenüber denjenigen von Fig. 4.
In Fig. 4a erfolgt der Stromdurchgang im geschlossenen Zustand von dem zweiten feststehenden Leiter 21 zu dem ersten feststehenden Leiter 18 durch den zweiten feststehenden Kontaktarm 21a, den ersten beweglichen Kontaktarm 23b, den biegsamen verseilten Kupferleiter 26, den zweiten beweglichen Kontaktarm 23a und den ersten feststehenden Kontaktarm 18a in der angegebenen Reihenfolge. Da die Richtung eines Stroms I&sub3;, der durch den ersten beweglichen Kontaktarm 23b fließt, und die Richtung eines Stroms I&sub2;, der durch den zweiten feststehenden Kontaktarm 21a fließt, zueinander entgegengesetzt sind, wirkt zu diesem Zeitpunkt die elektromagnetische Abhebung auf diese Kontaktarme 23b und 21a. Bei einem normalen Stromwert ist diese elektromagnetische Abhebung schwächer als die Vorspannkraft der Torsionsfeder 38, so daß der bewegliche Kontakt 24b in Anlage an dem feststehenden Kontakt 22 gehalten wird. Da die Richtung eines Stroms I&sub5;, der durch den zweiten beweglichen Kontaktarm 23a fließt, und die Richtung eines Stroms I&sub6;, der durch den ersten feststehenden Kontaktarm 18a fließt, zueinander entgegengesetzt sind, wirkt zu diesem Zeitpunkt die elektromagnetische Abhebung auf diese Kontaktarme 23a und 18a. Bei einem normalen Stromwert ist die elektromagnetische Abhebungskraft schwächer als eine Federkraft der Torsionsfeder 33, so daß der bewegliche Kontakt 24a in Anlage an dem feststehenden Kontakt 19 gehalten wird. Öffnungsbewegungen der beweglichen Kontaktarme 23a und 23b zu dem Zeitpunkt, zu dem ein fließender Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet, sind völlig gleichartig wie bei der ersten Ausführungsform.
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht, die einen (teilweise weggelassenen) Hauptteil der Strombegrenzungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform zeigt. Entsprechende Teile und Komponenten wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Ziffern und Zeichen versehen, und die entsprechende Erläuterung bei der ersten Ausführungsform gilt gleichermaßen. Diese dritte Ausführungsform weist gegenüber der ersten Ausführungsform die nachstehenden Unterschiede und Merkmale auf. Ein erster feststehender Leiter 118 ist in einen Verbindungsleiter 118b und einen feststehenden Kontaktarm 118a unterteilt. Der Verbindungsleiter 118b ist mit dem feststehenden Kontaktarm 118a über einen biegsamen verseilten Kupferleiter 43b verbunden. Ebenso besteht ein zweiter feststehender Leiter 121 aus einem Verbindungsleiter 121b und einem feststehenden Kontaktarm 121a, die miteinander durch einen biegsamen verseilten Kupferleiter 43a verbunden sind. Die beiden feststehenden Kontaktarme 118a und 121a sind von einem Zapfen 44 schwenkbar gehalten und werden von einem Paar von Federn 45b bzw. 45a gedrängt, um auf die beweglichen Kontaktarme 23b und 23a Kontaktdrücke aufzubringen. Wenn ein Kurzschluß auftritt, erhalten die beiden feststehenden Kontaktarme 118a und 121a (die im strengen Sinn des Worts nicht "feststehend" sind) die elektromagnetische Abhebungskraft, so daß sie sich von den beweglichen Kontaktarmen 23b bzw. 23a trennen. Das Strombegrenzungsvermögen wird dadurch weiter verbessert.
Fig. 7 ist eine Vorderansicht, die eine genaue Konstruktion nur um die Lichtbogenlöscheinheit 39 herum gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die übrigen, in Fig. 7 nicht gezeigten Teile gleichen denen der ersten Ausführungsform. In Fig. 7 besteht die Lichtbogenlöscheinheit 39 aus einer Vielzahl von Kühlflächenkörpern 391, die jeweils einen im wesentlichen U-förmigen Ausschnitt haben, und einem Paar von Seitenwandplatten 392. Die Kühlflächenkörper 391 sind mit einem dazwischen ausgebildeten Zwischenraum ausgefluchtet und von den Seitenwandplatten 392 gehalten. Beide Seitenwände eines Endteils des beweglichen Kontaktarms 23a sind mit einem Paar von isolierenden Schutzelementen 46 abgedeckt. Jedes dieser isolierenden Schutzelemente 46 hat einen Isoliervorsprung 47, dessen Endteil abgerundet ist. Der Isoliervorsprung 47 und das isolierende Schutzelement 46 sind allgemein durch integrales Formen eines Isoliermaterials wie etwa Polyesterharz geformt. In der Normalposition des beweglichen Kontaktarms 23a ist ein Zwischenraum "b" zwischen der Seitenwandplatte 392 und dem Isoliervorsprung 47 kleiner als ein Zwischenraum "a" zwischen dem Kühlflächenkörper 391 und dem isolierenden Schutzelement 46. Selbst wenn der Isoliervorsprung 47 mit der Seitenwandplatte 392 infolge der Schwenkbewegung des beweglichen Kontaktarms 23a während des Öffnungsvorgangs in Berührung gelangt, führt der bewegliche Kontaktarm 23a eine gleichmäßige Öffnungsbewegung mit geringer Gleitreibung zwischen einem Punkt an dem Isoliervorsprung 47 und der Seitenwandplatte 392 aus. Daher wird die Schwenkbewegung des beweglichen Kontaktarms 23a innerhalb eines Bereichs "b" begrenzt, und das isolierende Schutzelement 46 gelangt mit den Kühlflächenkörpern 391 nicht in Berührung. Da der kleinste Wert von "a" immer durch die Anwesenheit des Isoliervorsprungs 47 gegeben ist, kann sein Wert möglichst klein gemacht werden.
Fig. 8 ist eine Vorderansicht, die eine Abwandlung von Teilen von Fig. 7 zeigt. Ein Unterschied dieser fünften Ausführungsform gegenüber der vorgenannten dritten Ausführungsform besteht darin, daß der Isoliervorsprung 47 einen ebenen Endteil und einen abgerundeten Rand hat. Die Funktionsweise dieses Isoliervorsprungs 47 von Fig. 8 ist die gleiche wie in Fig. 7.
In Fig. 7 und Fig. 8 können das isolierende Schutzelement 46 und der Isoliervorsprung, nachdem sie getrennt voneinander hergestellt worden sind, zu einem Körper zusammengefügt werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11 eine Anwendung der vorgenannten Strombegrenzungsvorrichtung beschrieben, wobei die genannte Strombegrenzungsvorrichtung mit dem Leistungsschalter 42 gekoppelt ist. In Fig. 9 hat ein Gehäuse 48 des Leistungsschalters 42 vier Nuten 51b/52b, 51a/52a, 51a/52a und 51b/52b in beiden Endteilen, in denen Anschlußelemente 49 oder 50 vorgesehen sind. In Fig. 10 ist der Verbindungsarm 18b der Strombegrenzungsvorrichtung 100 an dem Anschlußelement 49 des Leistungsschalters 42 mit Schrauben 53 befestigt. In Fig. 9 oder Fig. 11 sind vier Rippen 54b, 54a, 54a und 54b an einer Endwand des Gehäuses 16 (und der Abdeckung 17) der Strombegrenzungsvorrichtung 100 gebildet. Zwei Rippen 54a und 54a an der Innenseite sind in Eingriff mit den Nuten 51a und 51a des Leistungsschalters 42. Die anderen Rippen 54b und 54b an der Außenseite sind jeweils mit den Nuten 51b und 51b in Eingriff. Vier Nuten 55b, 55a, 55a und 55b sind in einer Endwand des Gehäuses 16 und der Abdeckung 17 gebildet. Die Gestalt dieser Nuten 55a und 55b ist die gleiche wie die der jeweiligen Nuten 52a und 52b. In Fig. 10 ist eine Vielzahl von Öffnungen 56 in dem Gehäuse 48 des Leistungsschalters 42 gebildet, um die Lichtbogengase aus dem Gehäuse 48 abzuleiten.
Durch Einsetzen eines isolierenden Trennelements 57 in die Nut 55a, wie in Fig. 11 gezeigt ist, werden zwei benachbarte Leiter (nicht gezeigt), die mit der Strombegrenzungsvorrichtung 100 über das isolierende Trennelement 57 verbunden werden sollen, sicher gegeneinander isoliert. Wenn die Vielzahl von Strombegrenzungsvorrichtungen 100 nahe beieinander angeordnet ist, bildet die Nut 55b halber Größe eine vollständige Nut, die dieselbe Gestalt wie die Nut 55a hat, mit der angrenzenden halben Nut 55b der nächsten Strombegrenzungsvorrichtung. Das isolierende Trennelement 57 kann somit in die jeweils gegenüberstehenden Nuten 51b und 51b eingesetzt werden. Eine verbesserte Isolation zwischen dem ersten Phasenleiter (nicht gezeigt) und dem dritten Phasenleiter (nicht gezeigt) der nächsten Strombegrenzungsvorrichtung wird also durch das isolierende Trennelement 57 gewährleistet. Was den Leistungsschalter 42 (Fig. 9) betrifft, so sind die Nuten 51b, 51a, 52b und 52a, die zum Haltern des isolierenden Trennelements 57 dienen, herkömmliche Standardnuten. Durch Verwendung dieser Nuten 51b, 51a, 51a und 51b des Leistungsschalters 42 gelangen vier Rippen 54b, 54a, 54a und 54b in Eingriff.
In Fig. 10 ist die Strombegrenzungsvorrichtung 100 mit dem Leistungsschalter 42 von der Längsrichtung des Leistungsschalters 42 her gekoppelt, und die Höhe der Strombegrenzungsvorrichtung 10 ist gleich wie oder geringer als die des Leistungsschalters 42. Es ist also nicht notwendig, ein Schaltfeld (nicht gezeigt) in Richtung der "Höhe" zu erweitern. Diese Konstruktion der Strombegrenzungsvorrichtung macht die Installation der Strombegrenzungsvorrichtung in einem Fall leicht, in dem die Strombegrenzungsvorrichtung dem bestehenden Schaltfeld neu hinzugefügt wird.
Dabei werden die leitfähigen heißen Gase, die durch den in dem Leistungsschalter 42 oder der Strombegrenzungsvorrichtung 100 gezogenen Lichtbogen erzeugt werden, aus dem Gehäuse 16 (und der Abdeckung 17) oder dem Gehäuse 48 durch die Vielzahl von Öffnungen 51 oder 56 und kleinen Zwischenräumen (nicht gezeigt) in den Gehäusen 16 und 18 usw. abgezogen. Im allgemeinen sind die Abzugsöffnungen an dem Längsendwandteil der Gehäuse ausgebildet. Es besteht daher die Befürchtung, daß das leitfähige heiße Gas, das durch die Abzugsöffnungen abgezogen wird und durch die kleinen Zwischenräume austritt, um den Verbindungsarm 18b herum stagnieren könnte. Dadurch wird ein dielektrischer Durchbruch induziert und führt häufig zum Versagen der Unterbrechung. Da, wie Fig. 12 zeigt, das Schaltfeld 58 allgemein eine Vielzahl von Leistungsschaltern 42A und 42B aufweist, wird der dielektrische Durchbruch zwischen dem vorgenannten Verbindungsarm 18b und den benachbarten Leitern der Leistungsschalter 42A und 42B oder den Strombegrenzungsvorrichtungen 100 von den heißen Gasen induziert. Das führt zu dem Fehler, daß der Unterbrechungsvorgang nicht vollständig beendet wird, und dieser Fehler breitet sich auf eine andere elektrische Leitung aus. Da ferner das Schaltfeld 58 aus Sicherheitsgründen geerdet ist, findet der dielektrische Durchbruch (Erdschluß) zwischen dem Schaltfeld 58 und dem nächstliegenden Leiter statt.
Die oben angesprochenen ungelösten Probleme haben es bisher unmöglich gemacht, die Strombegrenzungsvorrichtung 100 in der Längsrichtung des Leistungsschalters 42A oder 42B anzuordnen. Da jedoch bei der oben erläuterten Ausführungsform die Isolierrippen 54a und 54b (Fig. 9) direkt mit den Nuten 51a und 51b des Leistungsschalters 42 in Eingriff sind, wird die Isolation zwischen den Verbindungsleitern 18b, die Isolation zwischen den Verbindungsleitern 18b und den benachbarten Leitern der zwei Strombegrenzungsvorrichtungen oder der Leistungsschalter und die Isolation zwischen den Verbindungsleitern 18b und dem nächstliegenden Teil des Schaltfelds 58 (Fig. 12) verstärkt, so daß der Ausfall infolge von Durchbruch, die Ausbreitung eines Ausfalls auf eine andere elektrische Leitung und der Erdschluß vermieden werden.
Fig. 13 ist eine Vorderansicht, die den Leistungsschalter 42 zeigt, mit dem zwei Strombegrennzungsvorrichtungen 100A und 100B verbunden sind. Die zweite Strombegrenzungsvorrichtung 100B ist mit der ersten Strombegrenzungsvorrichtung 100A auf ähnliche Weise gekoppelt, wie die Strombegrenzungsvorrichtung 100A mit dem Leistungsschalter 42 gekoppelt ist. Daher wird das Strombegrenzungsvermögen durch das Verbinden einer Mehrzahl von Strombegrenzungsvorrichtungen verstärkt. Durch Vorsehen der isolierenden Trennelemente 57 mit den Nuten 55b und 55a sowie der Nuten 52b und 52a kann die Isolation zwischen den Leitern 21b (Fig. 10) und die zwischen den Leitern 50 verbessert werden.
Abgesehen von der vorgenannten Ausführungsform, bei der die Isolierrippen 54a und 54b gemeinsam mit dem Gehäuse 16 und der Abdeckung 17 der Strombegrenzungsvorrichtung 100 integral geformt sind, kann eine andere Ausführungsform derart sein, daß in einer im Gehäuse 16 und in der Abdeckung 17 geformten Nut eine Isolierplatte festgelegt ist.
Ferner kann die Strombegrenzungsvorrichtung auch mit einer anderen elektrischen Vorrichtung wie etwa einem elektromagnetischen Schalter gekoppelt werden.

Claims

1. Strombegrenzungsvorrichtung, die folgendes aufweist:

ein Gehäuse (16, 17);

einen ersten feststehenden Kontaktarm (18a), der in dem Gehäuse fest angebracht ist Lind einen ersten feststehenden Kontakt (19) hat;

einen ersten beweglichen Kontaktarm (23b), der in dem Gehäuse schwenkbar angebracht ist und einen ersten beweglichen Kontakt (24b) hat, wobei der erste bewegliche Kontaktarm (23b) gedrängt wird, um den ersten beweglichen Kontakt (24b) gegen den ersten feststehenden Kontakt (19) zu drücken und um sich im wesentlichen parallel zu und entlang dem ersten feststehenden Kontaktarm (18a) zu erstrecken;

einen zweiten feststehenden Kontaktarm (21a), der in dem Gehäuse fest angebracht ist und einen zweiten feststehenden Kontakt (22) hat; und

einen zweiten beweglichen Kontaktarm (23a), der in dem Gehäuse schwenkbar angebracht ist und einen zweiten beweglichen Kontakt (24a) hat, wobei der zweite bewegliche Kontaktarm (23a) gedrängt wird, um den zweiten beweglichen Kontakt (24a) gegen den zweiten feststehenden Kontakt (22) zu drücken und um sich im wesentlichen parallel zu und entlang dem zweiten feststehenden Kontaktarm (21a) zu erstrecken;

dadurch gekennzeichnet, daß

der erste und der zweite bewegliche Kontaktarm (23a, 23b) geschwenkt werden, um sich mit einer Öffnungsbewegung in der gleichen Richtung sowohl von dem ersten als auch dem zweiten feststehenden Kontaktarm (18a, 21a) weg zu bewegen; und

eine Vielzahl von Löchern (41) zum Abführen von heißen Lichtbogengasen in dem Gehäuse (16, 17) gebildet ist, wobei die Vielzahl von Löchern zu dem ersten und dem zweiten feststehenden Kontaktarm (18a, 21a) entgegengesetzt positioniert sind, wobei der erste und der zweite bewegliche Kontaktarm (23a, 23b) dazwischen angeordnet sind.

2. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite bewegliche Kontaktarm (23a, 23b) auf einer gemeinsamen Achse (29) schwenkbar angebracht sind, so daß sie im wesentlichen die gleiche Öffnungsbewegung ausführen.

3. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die feststehenden Kontaktarme (18a, 21a) parallel zueinander, durch eine isolierende Trennwand (28) getrennt angeordnet sind und die beweglichen Kontaktarme (23a, 23b) parallel zueinander, durch die isolierende Trennwand (28) getrennt angeordnet sind; und

die beweglichen Kontaktarme (23a, 23b) von einem Zapfen (29) schwenkbar gehalten sind, dessen beide Enden von Zapfenlagern (36) gehalten sind, die in dem Gehäuse gebildet sind, und ein Zwischenteil davon von der isolierenden Trennwand (28) gehalten ist.

4. Strombegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste feststehende Kontaktarm (18a) Teil eines im wesentlichen L-förmigen ersten feststehenden Leiters (18) ist, von dem ein anderer Teil ein Verbindungsarm (18b) zur Verbindung mit einem äußeren Leiter (49) ist, und

die Vorrichtung ferner einen aus einem Isoliermaterial bestehenden Isolierrahmen (27) aufweist, der eine isolierende Trennwand (28), die zwischen den feststehenden Kontaktarmen (18a, 21a) und zwischen den beweglichen Kontaktarmen (23a, 23b) angeordnet ist, und einen Eingriffsteil (32) aufweist, der mit dem ersten feststehenden Leiter (18) in Eingriff ist.

5. Strombegrenzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner folgendes aufweist: eine Lichtbogenlöscheinheit (39), die eine Vielzahl von Kühlflächenkörpern (391) und ein Paar von Seitenwandplatten (392) zum Halten der Vielzahl von Kühlflächenkörpern aufweist, und wenigstens ein Paar von Isoliervorsprüngen (47), die aus einem Isoliermaterial bestehen und an einem Endteil jedes beweglichen Kontaktarms (23a, 23b) vorgesehen sind, um zu jeder der Seitenwandplatten (392) vorzuspringen, wobei dazwischen ein vorbestimmter Zwischenraum gebildet ist.

6. Strombegrenzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von Rippen (54a, 54b) aus einem Isoliermaterial an einer äußeren Endwand davon und eine Vielzahl von Nuten (55a, 55b) an einer entgegengesetzten äußeren Endwand hat, wobei die Nuten Formen haben, in die die Rippen passen.