EP0196994A2 - Strombegrenzende Schalteinheit mit einer örtlich parallelen Anordnung von Kontaktarmen - Google Patents

Strombegrenzende Schalteinheit mit einer örtlich parallelen Anordnung von Kontaktarmen Download PDF

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EP0196994A2
EP0196994A2 EP86730059A EP86730059A EP0196994A2 EP 0196994 A2 EP0196994 A2 EP 0196994A2 EP 86730059 A EP86730059 A EP 86730059A EP 86730059 A EP86730059 A EP 86730059A EP 0196994 A2 EP0196994 A2 EP 0196994A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
arrangement
current
switching unit
arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP86730059A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David P. Mcclellan
John M. Brown
Robert E. Black
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0196994A2 publication Critical patent/EP0196994A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
    • H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
    • H01H77/102—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening characterised by special mounting of contact arm, allowing blow-off movement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H01H1/2083—Bridging contact surfaces directed at an oblique angle with respect to the movement of the bridge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H73/00—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism
    • H01H73/02—Details
    • H01H73/04—Contacts
    • H01H73/045—Bridging contacts

Definitions

  • the invention relates to a current-limiting switching unit with a locally parallel arrangement of contact arms.
  • a switching unit can be connected in series as a stand-alone device with an existing circuit breaker or can be an integral part of a circuit breaker which then contains two sets of contacts, namely a contact set which can be actuated by hand or in another manner and a current set which is electrically connected in series opening contact set.
  • such a switching unit is an economical means of increasing the rated short-circuit breaking current of a circuit breaker.
  • the current-limiting contacts limit the amount of current to be controlled by the circuit breaker to a fixed maximum value, so that the switch can be dimensioned according to the interruption of this maximum value instead of the dimensioning for the interruption of an undetermined value from a current source that can generate extremely high short-circuit currents .
  • Current-limiting circuit breakers usually operate on the principle of electromagnetic repulsion, with the extent to which the residual current rises to a predetermined value that builds up the magnetic forces which act on the movable contact in the sense of the distance from the fixed contact in order to interrupt the circuit.
  • US-A-3 991 391 and US-A-4 132 968 have disclosed a current-limiting circuit breaker which has a magnetic drive arrangement for the contacts (slot motor).
  • the threshold value of the overcurrent is indeed a current-limiting effect causes, increases, but the degree of current limitation at high overcurrents is by the
  • the plate maintain placement of a thin saturable magnetic steel plate over the open end of the magnetic drive assembly.
  • the plate dissipates most of the magnetic flux and prevents the generation of a magnetic dynamic force on the contact arm.
  • the overcurrent creates a magnetic flux sufficient to saturate the plate and drives additional magnetic flux into the air gap where the magnetic flux interacts with the contact arm in such a way that the contact arm is drawn into the gap and in the usual way has a current-limiting effect.
  • This arrangement changes the normal response to a low level fault current that the normal circuit breaker mechanism can handle and thereby limits the response range of the current limiting contacts.
  • Another known circuit breaker (US-A-4 001 738) has a device for electromagnetic rejection. This has a magnetic circuit excited by the current flowing through the switch and an induction plate which can be moved with the movable contact of the switch. The sudden increase in the fault current induces secondary currents in the induction plate, the induction plate being in the air gap of the magnetic circuit as long as the switch is in the closed position. The secondary currents endeavor to displace the induction plate from the air gap, whereby the movable contact is pushed away by the magnetic circuit with great force. This increases the repulsive forces for a given current and thus ensures rapid opening.
  • the contacts form a current path with a double loop.
  • the current enters one of the conductors, flows in a first direction, then flows in the opposite direction through the movable contact and then flows through the second fixed conductor in the first direction.
  • This double loop arrangement doubles the magnetic repulsive force.
  • a double loop arrangement of this type is also described in US-A-4118681 from 03.10.1978.
  • a delay element is also provided which is mechanically connected to the movable contact arrangement in order to delay the closing of the contact after the current-dependent opening and to prevent closing before the circuit breaker has tripped. While this switch ensures rapid contact opening due to high fault currents, there is a need for power switches that open quickly and reliably even due to low fault currents.
  • the object of the invention is to create a current-limiting switching unit which responds reliably to both low and high fault currents and develops the current-dependent opening forces in the smallest possible space. This is to be achieved in particular through the new design of the fixed part of the contact arrangement of such a switching unit.
  • the parallel arrangement of the contact arms in connection with the contact bridge arrangement results in a double current loop with a correspondingly large dynamic opening force. This is particularly effective at high false currents.
  • the magnetic part that can be excited by the contact arms is effective, which, in conjunction with the armature arrangement, reduces the opening force of the contact bridge arrangement and thus also ensures rapid response.
  • a good effectiveness of the contact arrangement can be achieved in that the fixed contact arrangement and the contact bridge arrangement form essentially parallel current paths.
  • the magnetic part can be arranged between the input arm and the output arm of the fixed contact arrangement and can have at least one pole face for the armature arrangement which protrudes from the encapsulation material.
  • a second magnet part can also be arranged at a distance from the first magnet part with an exposed pole face such that one of the two contact arms of the fixed contact arrangement is located between the first and the second magnet part. The force effect on the armature arrangement is thereby increased.
  • the locally parallel arrangement of the contact arms can advantageously be brought about in that one of the two contact arms of the fixed contact arrangement has a through-opening for the other arm and that both arms are embedded in the encapsulation material in a penetrating position.
  • a glass fiber-reinforced polyester resin should be used as the encapsulation material with good results.
  • FIG. 1 shows a current-limiting switching unit 10 which can be designed as an integral part of a low-voltage circuit breaker or as an addable unit for an existing circuit breaker in order to increase the nominal short-circuit breaking current of the circuit breaker.
  • the current-limiting switching unit 10 contains a fixed contact arrangement 12, a contact bridge arrangement 14 and a carrier arrangement 16.
  • An arc quenching chamber 18 is provided for arc quenching in the known manner.
  • the carrier arrangement 16 exerts a closing force on the contact bridge arrangement 14 for transferring movable and stationary contacts into the closed position.
  • armature arrangements 36 and 38 reduce the forces of the carrier arrangement 16 acting in the switch-on direction, with the result that the contacts are separated quickly and reliably due to a fault current of relatively low height. If a fault current with a relatively large height occurs, the magnetic repulsion is sufficient to drive the contacts apart. When the contacts open, the arc is transferred to the arc extinguishing chamber 18 and extinguished there.
  • the fixed contact arrangement 12 comprises two contact arms, namely an input arm 20 with an input contact 24 attached to its end and an outlet arm 22 with an output contact 26 attached to its end.
  • the contact arms 20 and 22 are enclosed in an encapsulation material 28 that isolates the contact arms from one another.
  • a first magnetic part 30 and a second magnetic part 32 are embedded in the encapsulation material 28, these magnetic parts being insulated from one another and from each of the contact arms 20 and 22 by the encapsulation material 28.
  • the first magnetic part 30 is preferably arranged centrally between the input arm 20 and the output arm 22 in such a way that it is located between the input contact 24 and the output contact 26, which are excluded from the embedding in the encapsulation material 28 for suitable contacting with the contact bridge arrangement 14. An edge or side of the magnetic part 30 protrudes from the encapsulation material 28. If the second (lower) magnetic part 32 is also used, this is preferably arranged below the input arm 20. In this case, the second magnetic part 32 is positioned on the bottom of the fixed contact arrangement 12.
  • the output arm 22 has an opening 34 of a size which is sufficient to accommodate a part of the input arm 20.
  • the output contact 26 is attached to one end of the output arm 22, while the other end of the output arm is designed so that it can be connected to a circuit breaker by means of flexible conductors or other means.
  • the end of the output arm 22 provided with the output contact 26 is angled. This arrangement means that the contact 26 remains freely accessible when the output arm 22 is inserted into the contact arrangement 12 and embedded in the insulating encapsulation material 28.
  • the input contact 2 4 is attached to one end of the input arm 20.
  • the other end of the input arm 20 is designed for connection to an input line.
  • the input arm 20 is formed from a flat piece of metal, which is provided with three bends. The first bend extends downwards from the horizontal, the second bend brings the metal back into the horizontal length and the third bend extends the metal upwards at an angle so that the contact 24 lies approximately in the same horizontal plane as the end piece of the input arm 20
  • the three bends divide the contact arm 20 into two sections, namely a horizontal end piece and a substantially U-shaped part, on one leg of which the input contact 24 is fastened.
  • the part of the input arm 20 provided with the input contact 24 is narrower than the remaining part of the input arm.
  • the narrower part of the input arm 20 can be introduced through the opening 34 in the output arm 22.
  • both contacts 24 and 26 can occupy the same horizontal plane.
  • This also forms a double current path, the inflowing current first crossing the input arm 20 to the input contact 24, then passing from the input contact 24 to the contact bridge arrangement 14 , flowing through it and passing through the output contact 26 to the output arm 22, from where it flows to a circuit breaker.
  • the current flow in the input arm 20 and also in the output arm 22 is to the right in Figure 6, while the current in the contact bridge flows in the opposite direction (to the left). Therefore, the current in each of the two arms generates a magnetic repulsive force. With a current of a given height, the combined repulsive force is therefore twice as large as the normal repulsive force.
  • the current flowing through the contact arms 20 and 22 creates a magnetic field around the magnetic parts 30 and 32.
  • the current coming from a line is received by the first or fixed input arm, from where it passes through the U-shaped arrangement of the input arm 20 to the input contact located thereon. From this, the current flows through the movable contact bridge arrangement 14 and the one at the fixed one Output arm 22 attached contact 26 and from there through the output arm 24 to a circuit breaker (not shown).
  • the contact arms 20 and 22 are embedded in an encapsulation material in a parallel arrangement so that the current flowing therein flows through substantially parallel paths. Now that the current loops back to the output contact 26, the current flow in the embedded contact arms 20 and 22 has the same direction. This double co-current flow creates a magnetic repulsive force that is twice the strength that would result from normal current flow.
  • This double magnetic field creates a strong repulsive force which tends to move the contact bridge assembly 14 to the open position.
  • a sufficiently strong fault current can cause an immediate separation of the contacts without additional help from the magnetic parts.
  • the magnetic field of the magnetic parts immediately attracts the armature assemblies 36 and 38, thereby reducing the biasing force of the carrier assembly 16 and the force required to separate the contacts.

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Abstract

Eine feststehende Kontaktanordnung (12) für eine strombegrenzende Schalteinheit (10) enthält einen gekrümmten Eingangsarm (20), der einen daran befestigten Kontakt (24) aufweist sowie einen im wesentlichen geraden Ausgangsarm (22), der gleichfalls einen daran befestigten Kontakt (26) besitzt und der eine Öffnung (34) zur Aufnahme des kontaktgebenden Endes des Eingangsarmes (20) aufweist. Die Kontaktarme (20, 22) sind in ein isolierendes Kapselungsmaterial (29) eingebettet, das die Kontaktarme (20, 22) voneinander trennt. Ein magnetisches Element (30) ist ebenfalls in das Einkapselungsmaterial (28) zwischen dem Eingangsarm (20) und dem Ausgangsarm (22) eingebettet. Beim Fießen des Stromes durch die Kontaktarme (20, 22) wird ein Magnetfeld um das magnetische Element (20) herum erzeugt, das einen Anker (36; 38) anzieht und die Öffnungskraft einer mit der feststehenden Kontaktanordnung (10) zusammenwirkenden Kontaktbrückenanordnung (14) verringert. Die beschriebene Kontaktanordnung (12) eignet sich zur Strombegrenzung in Verbindung mit einem Niederspannungs-Leistungsschalter und kann als gesonderte Schalteinheit mit einem Leistungsschalter in Reihe geschaltet werden oder kann integraler Bestandteil eines Leistungsschalters sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine strombegrenzende Schalteinheit mit einer örtlich parallelen Anordnung von Kontaktarmen. Eine solche Schalteinheit kann als selbstständiges Gerät mit einem vorhandenen Leistungsschalter in Reihe geschaltet werden oder kann integraler Bestandteil eines Leistungsschalters sein, der dann zwei Sätze von Kontakten enthält, nämlich einem von Hand oder auf andere Weise willkürlich betätigbaren Kontaktsatz und einen elektrisch hiermit in Reihe geschalteten stromabhängig öffnenden Kontaktsatz. In jedem Fall stellt eine solche Schalteinheit ein wirtschaftliches Mittel zur Erhöhung des Nennkurzschlußabschaltstromes eines Leistungsschalters dar.
  • Die strombegrenzenden Kontakte begrenzen die Höhe des von dem Leistungsschalter zu beherrschenden Stromes auf einen festgesetzten Maximalwert, so daß der Schalter entsprechend der Unterbrechung dieses Maximalwertes bemessen werden kann, anstelle der Bemessung für die Unterbrechung eines unbestimmtes Wertes aus einer Stromquelle, die extrem hohe Kurzschlußströme erzeugen kann. Üblicherweise arbeiteten strombegrenzende Leistungsschalter nach einem Prinzip der elektromagnetischen Abstoßung, wobei in dem Maß, wie der Fehlerstrom auf einen vorbestimmten Wert ansteigt, die magnetischen Kräfte aufgebaut werden, die auf den bewegbaren Kontakt im Sinne der Entfernung von dem feststehenden Kontakt zur Unterbrechung des Stromkreises einwirken. Beim Entwurf strombegrenzender Kontaktanordnungen ist es wesentlich, daß bei geschlossenen Kontakten eine ausreichende Kontaktkraft zur Verfügung steht, um dem Strom einen möglicht geringen Widerstand zu bieten, wobei aber die Mittel zur Erzeugung der erforderlichen Kontaktkraft die rasche Arbeitsweise beim Auftreten eines Fehlerstromes nicht behindem dürfen.
  • Bei dem Leistungsschalter mit einer Strombegrenzungseinrichtung nach der US-A-4 409 473 werden die strombegrenzenden Kontakte aufgrund eines Fehlerstromes geöffnet und in der geöffneten Stellung gesperrt Der Schalter wird dann durch Benutzung des Betätigungshandgriffes zurückgestellt Obwohl dieser Schalter eine strombegrenzende Wirkung besitzt, kann ein höherer Nennkurzschlußausschaltstrom durch Benutzung stromabhängig öffnender Kontakte der strombegrenzenden Art in Reihenschaltung mit dem Schalter erzielt werden.
  • Eine solche Anordnung ist in der US-A-4 458 224 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind strombegrenzende, stromabhängig öffnende Kontakte in Reihe mit dem Leistungsschalter angeordnet. Die stromabhängig öffnenden Kontakte sind so ausgebildet, daß sie selbsttätig unter der Wirkung von Vorspannfedem schließen, die auch die erforderliche Kontaktkraft erzeugen. Die stromabhängige Öffnungskraft ist eine Funktion der Größe des Stromes und der Länge der parallelen Leiterpfade, welche die Öffnungskraft erzeugen. Daher ist die Öffnungskraft bei dieser Anordnung von der Größe des Gehäuses des Leistungsschalters abhängig. Dementsprechend erscheint es wünschenswert, eine vergrößerte Öffnungskraft zwecks rascherer Trennung der Kontakte aufgrund eines Fehlerstromes bereitzustellen, ohne die Abmessungen des Gehäuses des Leistungsschalters zu vergrößern.
  • Ferner ist durch die US-A-3 991 391 und US-A-4 132 968 ein strombegrenzender Leistungschalter bekanntgeworden, der eine magnetische Antriebsanordnung für die Kontakte (slot motor) besitzt Bei dieser Konstruktion ist zwar der Schwellwert des Überstromes, der eine strombegrenzende Wirkung hervorruft, erhöht, das Maß der Strombegrenzung bei hohen Überströmen wird jedoch durch die
  • Anordnung einer dünnen sättigbaren magnetischen Stahlplatte über dem offenen Ende der magnetischen Antriebsanordnung aufrechterhalten. Bei Überströmen unterhalb des Schwellwertes leitet die Platte den größten Teil des Magnetflußes ab und verhindert die Erzeugung einer magnetdynamischen Kraft auf den Kontaktarm. Oberhalb des Schwellwertes erzeugt der Überstrom einen Magnetfluß, der ausreichend zur Sättigung der Platte ist und treibt zusätzlichen Magnetfluß in den Luftspalt, wo der Magnetfluß mit dem Kontaktarm in der Weise in Wechselwirkung tritt, daß der Kontaktarm in den Spalt hineingezogen wird und in der üblichen Weise eine strombegrenzende Wirkung hervorruft. Diese Anordnung verändert das normale Ansprechen auf einen Fehlerstrom geringer Höhe, den der normale Mechanismus des Leistungsschalters beherrschen kann und begrenzt dadurch den Ansprechbereich der strombegrenzenden Kontakte.
  • Ein weiterer bekannter Leistungsschalter (US-A-4 001 738) besitzt eine Einrichtung zur elektromagnetischen Abstoßung. Diese weist einen von dem durch den Schalter fließenden Strom erregten Magnetkreis und eine induktionsplatte auf, die mit dem bewegbaren Kontakt des Schalters bewegbar ist. Der plötzliche Anstieg des Fehlerstromes induziert in der Induktionsplatte Sekundärströme, wobei sich die Induktionsplatte solange in dem Luftspalt des Magnetkreises befindet, wie sich der Schalter in der geschlossenen Stellung befindet. Die Sekundärströme sind betrebt, die Induktionsplatte aus dem Luftspatt zu verdrängen, wobei der bewegbare Kontakt mit großer Kraft von dem magnetischen Kreis fortgedrängt wird. Dies verstärkt die Abstoßungskräfte für einen gegebenen Strom und stellt damit eine rasche Öffnung sicher. In einer abgewandelten Ausführungsform bilden die Kontakte einen Strompfad mit einer Doppelschleife. Hierbei tritt der Strom in einen der Leiter ein, fließt in einer ersten Richtung, fließt dann in entgegengesetzter Richtung durch den bewegbaren Kontakt und fleißt dann durch den zweiten feststehenden Leiter in der ersten Richtung. Diese Doppelschleifenanordnung verdoppelt die magnetische Abstoßungskraft. Eine Doppelschleifenanordnung dieser Art ist auch in der US-A-4 118 681 vom 03.10.1978 beschrieben. Danach ist ferner ein Verzögerungsglied vorgesehen, das mechanisch mit der bewegbaren Kontaktanordnung verbunden ist, um das Schließen des Kontaktes nach der stromabhängigen Öffnung zu verzögern und ein Schließen vor der Auslösung des Leistungsschalters zu verhindern. Während dieser Schalter eine rasche Kontaktöffnung aufgrund hoher Fehlerströme sicherstellt, besteht jedoch ein Bedarf an Leistungsschaltem, die auch aufgrund niedriger Fehlerströme rasch und zuverlässig öffnen.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine strombegrenzende Schalteinheit zu schaffen, die sowohl auf niedrige als auch auf hohe Fehlerströme zuverlässig anspricht und die stromabhängigen Öffnungskräfte auf einem möglichst geringen Raum entwickelt. Dies soll insbesondere durch die neue Gestaltung des feststehenden Teiles der Kontaktanordnung einer solchen Schalteinheit erreicht werden.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst
    • a) eine feststehende Kontaktanordnung besitzt zwei als Eingangsarm bzw. als Ausgangsarm dienende Kontaktarme;
    • b) es ist eine örtlich parallele Anordnung der Kontaktarme und eine Anbringung von Kontakten derart vorgesehen, daß ein die Kontaktanordnung durchfließender Strom zweimal in derselben Richtung auftritt;
    • c) eine bewegbare, mit den Kontakten der Kontaktarme zusammenwirkende Kontaktbrückenanordnung;
    • d) wenigstens ein durch die Kontaktarme erregbares Magnetteil; und
    • e) wenigstens eine mit der Kontaktbrückenanordnung und dem Magnetteil zusammenwirkende Ankeranordnung zur Verringerung der zur Überführung der Kontaktbrückenanordnung in die geöffnete Stellung benötigten Kraft oberhalb eines Stromflusses bestimmter Größe.
  • Durch die paralle Anordnung der Kontaktarme ergibt sich in Verbindung mit der Kontaktbrückenanordnung eine doppelte Stromschleife mit einer entsprechend großen dynamischen Öffnungskraft. Diese ist insbesondere bei hohen Fehlarströmen wirksam. Im Bereich niedrigerer Fehlerströme ist das von den Kontaktarmen erregbare Magnetteil wirksam, das in Verbindung mit der Ankeranordnung die Öffnungskraft der Kontaktbrückenanordnung verringert und damit gleichfalls ein rasches Ansprechen sicherstellt.
  • Eine gute Wirksamkeit der Kontaktanordnung ist dadurch zu erreichen, daß die feststehende Kontaktanordnung und die Kontaktbrückenanordnung im wesentlichen parallele Strompfade bilden.
  • Zur Einhaltung geringer Abmessungen der Kontaktanordnung kann dadurch beigetragen werden, daß der Eingangsarm und der Ausgangsarm der feststehenden Kontaktanordung mit'Ausnahme eines Eingangskontaktes und eines Ausgangskontaktes in ein .elektrisch isolierendes Kapselungsmaterial eingebettet sind. Hierdurch sind trotz guter elektrischer Isolation geringe Abstände zwischen den Kontaktarmen einzuhalten. Femer wird ein hohes Maß mechanischer Festigkeit erzielt
  • Das Magnetteil kann zwischen dem Eingangsarm und dem Ausgangsarm der feststehenden Kontaktanordnung angeordnet sein und kann wenigstens eine aus dem Kapselungsmaterial herausragende Polfläche für die Ankeranordnung besitzen. Darüberhinaus kann ein zweites Magnetteil im Abstand von dem ersten Magnetteil gleichfalls mit einer freiliegenden Polfläche derart angeordnet sein, daß sich einer der beiden Kontaktarme der feststehenden Kontaktanordnung zwischen dem ersten un dem zweiten Magnetteil befindet Die Kraftwirkung auf die Ankeranordnung wird hierdurch gesteigert.
  • Die örtlich parallele Anordnung der Kontaktarme kann in vorteilhafter Weise dadurch herbeigeführt sein, daß einer der beiden Kontaktarme der feststehenden Kontaktanordnung eine Durchgangsöffnung für den anderen Arm aufweist und daß beide Arme in einer einander durchdringenden Stellung in das Kapselungsmaterial eingebettet sind. Als Kapselungsmaterial ist in diesem Zusammenhang mit guten Ergebnis ein glasfaserverstärktes Polyesterharz zu verwenden.
  • In Verbindung mit der Anwendung eines Kapselungsmaterials für die feststehende Kontaktanordnung ist es vorteilhaft, die eingebetteten Kontaktarme nach Größe und. Anordnung so zu bemessen, daß sie einer kurzzeitigen Führung des Fehlerstromes und einer dauernden Führung eines Laststromes entsprechen. Die Gesamtabmessungen der Schalteinheit werden hierdurch in vorteilhafter Weise begrenzt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
    • In der Zeichnung zeigt die Figur 1 in einem Längsschnitt eines Leistungsschalters eine strombegrenzende Kontaktanordnung.
    • Die Figur 2 ist ein Schnitt im wesentlichen entlang der Linie II-II in der Figur 1 zur Darstellung von Einzelheiten der Kontaktanordnung gemäß der Figur 1.
    • In der Figur 3 ist ein Schnitt im wesentlichen entlang der Linie III-III in Figur 1 zur Darstellung weiterer Einzelheiten der Kontaktanordnung.
    • Die Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Kontaktträgeranordnung in isometrischer Darstellung.
    • Die Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht einer feststehenden Kontaktanordnung in isometrischer Darstellung.
    • Die Figur 6 ist ein Längsschnitt der feststehenden Kontaktanordnung entlang der Linie VI-VI in Figur 5.
    • Die Figur 7 ist ein Querschnitt der Kontaktanordnung gemäß der Figur 6 entlang der Linie VII-VII.
    • In der Figur 8 ist eine Draufsicht auf den Eingangsanschluß der feststehenden Kontaktanordnung dargestellt
    • Die Figur 9 ist eine Seitenansicht der feststehenden Kontaktanordnung gemäß der Figur 8.
    • Die Figur 10 ist eine Draufsicht auf den Ausgangsanschluß der feststehenden Kontaktanordnung und
    • die Figur 11 ist eine Seitenansicht der feststehenden Kontaktanordnung gemäß der Figur 10.
  • In der Figur 1 ist eine strombegrenzende Schalteinheit 10 gezeigt, die als integraler Bestandteil eines Niederspannungs-Leistungsschafters oder als eine hinzufügbare Einheit für einen vorhandenen Leistungsschalter ausgebildet sein kann, um den Nennkurzschlußabschaltstrom des Leistungsschalters zu erhöhen. Die strombegrenzende Schalteinheit 10 enthält eine feststehende Kontaktanordnung 12, eine Kontaktbrückenanordnung 14 und eine Trägeranordnung 16. Eine Lichtbogenlöschkammer 18 ist zur Lichtbogenlöschung in der bekannten Weise vorgesehen. Die Trägeranordnung 16 übt auf die Kontaktbrückenanordnung 14 eine Schließkraft zur Überführung beweglicher und feststehender Kontakte in die geschlossene Stellung aus. Aufgrund eines Fehlerstromes relativ geringer Höhe verringern Ankeranordnungen 36 und 38 die im Einschaltsinn wirkenden Kräfte der Trägeranordnung 16 mit dem Ergebnis, daß die Kontakte aufgrund eines Fehlerstromes verhältnismäßig geringer Höhe rasch und zuverlässig getrennt werden. Beim Auftreten eines Fehlerstromes mit verhälntismäßig großer Höhe ist die magnetische Abstoßung ausreichend, um die Kontakte auseinanderzutreiben. Bei der Öffnung der Kontakte wird der Lichtbogen in die Lichtbogenlöschkammer 18 überführt und dort gelöscht.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 11 umfaßt die feststehende Kontaktanordnung 12 zwei Kontaktarme, und zwar einen Eingangsarm 20 mit einem an seinem Ende angebrachten Eingangskontakt 24 sowie einen Ausgangsarm 22 mit einem an seinem Ende angebrachten Ausgangskontakt 26. Die Kontaktarme 20 und 22 sind in ein Kapselungsmaterial 28 eingeschlossen, daß die Kontaktarme gegeneinander isoliert. Ferner ist in das Kapselungsmaterial 28 ein erstes Magnetteil 30 und ein zweites Magnetteil 32 eingebettet, wobei diese Magnetteile durch das Kapselungsmaterial 28 gegeneinander und gegenüber jedem der Kontaktarme 20 und 22 isoliert sind. Das erste Magnetteil 30 ist vorzugsweise zwischen dem Eingangsarm 20 und dem Ausgangsarm 22 mittig derart angeordnet, daß es sich zwischen dem Eingangskontakt 24 und dem Ausgangskontakt 26 befindet, die zur geeigneten Kontaktgabe mit der Kontaktbrückeanordnung 14 von der Einbettung in das Kapselungsmaterial 28 ausgenommen sind. Eine Kante oder Seite des Magnetteiles 30 ragt aus dem Kapselungsmaterial 28 heraus. Wird auch das zweite (untere) Magnetteil 32 benutzt, so ist dieses vorzugsweise unterhalb des Eingangsarmes 20 angeordnet. Dabei erhält das zweite Magnetteil 32 eine Lage am Boden der feststehenden Kontaktanordnung 12.
  • Wie die Figuren 8 und 9 zeigen, besitzt der Ausgangsarm 22 eine Öffnung 34 einer zur Aufnahme eines Teiles des Eingangsarmes 20 ausreichenden Größe. Der Ausgangskontakt 26 ist an dem einen Ende des Ausgangsarmes 22 angebracht, während das andere Ende des Ausgangsarmes so ausgebildet ist, daß es mittels biegsamer Leiter oder anderer Mittel mit einem Leistungsschalter verbunden werden kann. Das mit dem Ausgangskontakt 26 versehene Ende des Ausgangsarmes 22 ist abgewinkelt ausgebildet Durch diese Anordnung bleibt der Kontakt 26 frei zugänglich, wenn der Ausgangsarm 22 in die Kontaktanordnung 12 eingesetzt und in das isolierende Kapselungsmaterial 28 eingebettet wird.
  • Gemäß den Figuren 10 und 11 ist der Eingangskontakt 24 an dem einen Ende des Eingangsarmes 20 befestigt Das andere Ende des Eingangsarmes 20 ist für die Verbindung mit einer Eingangsleitung ausgebildet. Der Eingangsarm 20 ist aus einem flachen Metallstück gebildet, das mit drei Biegungen versehen ist. Die erste Biegung erstreckt sich von der Horizontalen ausgehend abwärts, die zweite Biegung bringt das Metall in die horizontale Lange zurück und die dritte Biegung erstreckt das Metall winklig nach oben, so daß der Kontakt 24 annähernd in derselben horizontalen Ebene wie das Endstück des Eingangsarmes 20 liegt
  • Die drei Biegungen teilen den Kontaktarm 20 in zwei Abschnitte, nämlich ein horizontales Endstück und einen im wesentlichen U-förmigen Teil, an dessen einem Schenkel der Eingangskontakt 24 befestigt ist. Der mit dem Eingangskontakt 24 versehene Teil des Eingangsarmes 20 ist - schmaler als der übrige Teil des Eingangsarmes ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung kann der schmalere Teil des Eingangsarmes 20 durch die Öffnung 34 in dem Ausgangsarm 22 eingebracht werden. Auf diese Weise können beide Kontakte 24 und 26 dieselbe horizontale Ebene einnehmen. Femer wird hierdurch ein doppelter Strompfad gebildet, wobei der zufließende Strom zunächst den Eingangsarm 20 bis zu dem Eingangskontakt 24 durchquert, dann von dem Eingangskontakt 24 auf die Kontaktbrückenanordnung 14 übertritt, diese durchfließt und durch den Ausgangskontakt 26 zu dem Ausgangsarm 22 gelangt, von wo er zu einem Leistungsschalter weiterfließt. Der Stromfluß in dem Eingangsarm 20 und ebenso in dem Ausgangsarm 22 erfolgt in der Figur 6 nach rechts, während der Strom in der Kontaktbrücke in der entgegengesetzten Richtung (nach links) fließt Daher erzeugt der Strom in jedem der beiden Arme eine magnetische Abstossungskraft. Bei einem Strom gegebener Höhe ist somit die kombinierte Abstoßungskraft doppelt so groß wie die normale AbstoBungskraft. Der durch die Kontaktarme 20 und 22 fließende Strom erzeugt um die Magnetleile 30 und 32 herum ein magnetisches Feld.
  • Obwohl anzunehmen ist, daß die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles anhand der Beschreibung gut verständlich ist, soll die folgende Zusammenfassung der Wirkungsweise zur weiteren Verdeutlichung dienen.
  • Im Betrieb wird der von einer Leitung kommende Strom von dem ersten bzw. feststehenden Eingangsarm aufgenommen, von wo er die U-förmige Anordnung des Engangsarmes 20 zu dem daran befindlichen Eingangskontakt durchläuft Von diesem fließt der Strom durch die bewegbare Kontaktbrückenanordnung 14 und den an dem feststehenden Ausgangsarm 22 angebrachten Kontakt 26 sowie von dort durch den Ausgangsarm 24 zu einem (nicht gezeigten) Leistungsschalter. Wie zuvor beschrieben, sind die Kontaktarme 20 und 22 in paralleler Anordnung in ein Kapselungsmaterial eingebettet, so daß der darin fließende Strom im wesentlichen parallele Pfade durchfließt. Da nun der Strom in einer Schleife zu dem Ausgangskontakt 26 zurückgelangt, hat der Stromfluß in den eingebetteten Kontaktarmen 20 und 22 dieselbe Richtung. Dieser doppelte gleichsinnige Stromfluß erzeugt eine magnetische Abstoßungskraft, weiche die doppelte Stärke aufweist, die sich aufgrund des normalen Stromflusses ergeben würde. Dieses zweifache magnetische Feld erzeugt eine starke Abstoßungskraft, weiche bestrebt ist, die Kontaktbrückenanordnung 14 in die offene Stellung zu bewegen. Eine ausreichend starker Fehlerstrom vermag somit eine sofortige Trennung der Kontakte ohne zusätzliche Hilfe durch die Magnetteile bewirken. Ist jedoch der Fehlerstrom nicht ausreichend stark, um die Kontakte sofort zu trennen, zieht das magnetische Feld der Magnetteile die Ankeranordnungen 36 und 38 sofort an, wodurch die Vorspannkraft der Trägeranordnung 16 und die zur Trennung der Kontakte benötigte Kraft verringert wird.

Claims (8)

1. Strombegrenzende Schalteinheit (10) mit folgenden Merkmalen:
a) eine feststehende Kontaktanordnung (12) mit zwei als Eingangsarm (20) bzw. als Ausgangsarm (22) dienenden Kontaktarmen;
b) einer örtlich parallelen Anordnung der Kontaktarme (20, 22) und einer Anbringung von Kontakten (24, 26) derart, daß ein die Kontaktanordnung (12) durchfliessender Strom zweimal in derselben Richtung auftritt;
c) eine bewegbare, mit den Kontakten (24, 26) der Kontaktarme (20, 22) zusammenwirkende Kontaktbrückenanordnung (14);
d) wenigstens ein durch die Kontaktarme (20, 22) erregbares Magnetteil (30);
e) wenigstens eine mit der Kontaktbrückenanordnung (14) und dem Magnetteil (30) zusammenwirkende Ankeranordnung (36, 38) zur Verringerung der zur Überführung der Kontaktbrückenanordnung (14) in die geöffnete Stellung benötigten Kraft oberhalb eines Stromflusses bestimmter Größe.
2. Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Kontaktanordnung (12) und die Kontaktbrückenanordnung (14) im wesentlichen parallele Strompfade bilden.
3. Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsarm (22) und der Ausgangsarm (24) der feststehenden Kontaktanordnung (12) mit Ausnahme eines Eingangskontaktes (24) und eines Ausgangskontaktes (26) in ein elektrisch isolierendes Kapselungsmaterial (28) eingebettet sind.
4. Schalteinheit nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Magnetteil (30) zwischen dem Eingangsarm (20) und dem Ausgangsarm (22) der feststehenden Kontaktanordnung (12) angeordnet ist und wenigstens eine aus dem Kapselungsmaterial (28) herausragende Polfläche besitzt
5. Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Magnetteil (32) im Abstand von dem ersten Magnetteil (30) gleichfalls mit einer freiliegenden Polfläche derart angeordnet ist, daß sich einer der beiden Kontaktarme (20, 22) der feststehenden Kontaktaanordnung (12) zwischen dem ersten Magnetteil (30) und dem zweiten Magnetteil (32) befindet
6. Schalteinheit nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer (20) der beiden Kontaktarme (20, 22) der feststehenden Kontaktanordnung (12) eine Durchgangsöffnung (34) für den anderen Arm (22) aufweist und daß beide Arme (20, 22) in einer einander durchdringenden Stellung in das Kapselungsmaterial (28) eingebettet sind.
7. Schalteinheit nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kapselungsmaterial (28) ein glasfaserverstärktes Polyesterharz dient.
8. Schalteinheit nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Kapselungsmaterial (28) eingebetteten Kontaktarme (20, 22) eine Größe und Anordnung besitzen, die einer kurzzeitigen Führung eines Fehlerstromes und einer dauernden Führung eines Lasstromes entspricht
EP86730059A 1985-04-01 1986-04-01 Strombegrenzende Schalteinheit mit einer örtlich parallelen Anordnung von Kontaktarmen Withdrawn EP0196994A2 (de)

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US06/718,693 US4630014A (en) 1985-04-01 1985-04-01 Current limiting circuit breaker stationary contact assembly with integral magnetic activating means
US718693 1985-04-01

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EP86730059A Withdrawn EP0196994A2 (de) 1985-04-01 1986-04-01 Strombegrenzende Schalteinheit mit einer örtlich parallelen Anordnung von Kontaktarmen

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JP (1) JPS61227339A (de)
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ZA862315B (en) 1987-01-28
AU5531586A (en) 1986-10-09
JPS61227339A (ja) 1986-10-09
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