EP0251160B1 - Löscheinrichtung für elektrische Schalter - Google Patents

Löscheinrichtung für elektrische Schalter Download PDF

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EP0251160B1
EP0251160B1 EP87109027A EP87109027A EP0251160B1 EP 0251160 B1 EP0251160 B1 EP 0251160B1 EP 87109027 A EP87109027 A EP 87109027A EP 87109027 A EP87109027 A EP 87109027A EP 0251160 B1 EP0251160 B1 EP 0251160B1
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EP
European Patent Office
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arc
contact
prechamber
plates
contact piece
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EP87109027A
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EP0251160A3 (en
EP0251160A2 (de
Inventor
Klaus Dipl.-Ing. Greefe
Werner Brückner
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ASEA BROWN BOVERI AKTIENGESELLSCHAFT
Original Assignee
Asea Brown Boveri AG Germany
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/346—Details concerning the arc formation chamber

Definitions

  • the invention relates to an arc extinguishing device for an electrical switch according to the preamble of claim 1.
  • Circuit breakers and miniature circuit breakers are provided to disconnect electrical lines that are subject to high current overcurrents from the supply network in the event of a fault.
  • a fixed and a movable contact piece are usually provided, which are connected to the respective connection terminals.
  • the switching contact is opened, ie when the movable contact piece is lifted, a switching arc arises which is extinguished in a quenching device provided for this purpose.
  • An arc guide rail is assigned to the movable contact piece, which serves to guide the arc into an arc quenching plate stack.
  • the area in front of the stack of quenching sheets is referred to as the arc pre-chamber space. It consists of the two guide rails and usually of two plates arranged opposite one another for flanking the arc, which preferably consist of ceramic or a gas-emitting material.
  • the extinguishing device is of particular importance in the case of switch systems which have a short-circuit current limiting effect.
  • a prerequisite for intensive short-circuit current limitation is quick and wide contact opening in the event of a short circuit.
  • the arc that is drawn commutates from the contacts to the arc guide rails in order to then divide into the Deion quenching chamber, which is the stack of quenching plates.
  • a high arc voltage is generated there to limit the current, so that the arc is extinguished.
  • the back-flowing pressure wave serves to equalize the negative pressure and to deionize the contact area.
  • An arc extinguishing device of the type mentioned at the outset has become known from EP-A-0 148 058.
  • This device has prechamber plates which laterally delimit the prechamber and permit gas flow only in the direction of the arc.
  • the gas practically enters the antechamber between the contact pieces in the same direction, so that the flow is approximately parallel to the contact lever carrying the movable contact piece.
  • the pressure wave is returned with closed prechamber plates far above the contact point, so that the negative pressure is compensated for only relatively slowly and consequently only slow reconsolidation of the contact path takes place.
  • a further variant is designed, see EP-A-0 158 124, that the prechamber plates each have a cutout in the contact area, which enables the negative pressure to be released quickly and the contact path to be re-consolidated quickly.
  • this has the disadvantage that the first plasma column emerging from the contact pieces occurs at the slightest inclination on an edge formed by the plate cutout, which leads to a swirling of the plasma and results in sensitive delays in the development of the arc.
  • the object of the invention is to provide an arc extinguishing device of the type mentioned, which at simple construction and cost-effective production enables a rapid reduction of the negative pressure as well as a quick re-consolidation of the contact path and thus accelerates the entry of the arc into the arc quenching chamber.
  • the prechamber plates are closed in the contact area and the arc column therefore does not find any disruptive edges even in the case of an "inclined position".
  • the too quick reduction of the negative pressure and the The associated deionization of the contact path necessary recesses in the prechamber plates are close to the back of the movable contact piece and ensure a quick "flushing" of the contact path, since the movable contact piece moves towards the recesses.
  • the required contact areas of the contact pieces are reduced compared to the contact areas in conventional contacts.
  • a section of a switch is shown in longitudinal section, which has a housing 10 with a prechamber 12 which is laterally delimited by prechamber plates 13.
  • the prechamber 12 receives a contact point 14 which is formed from a fixed contact piece 16 and a movable contact piece 18 which is connected to a connecting piece 19 via a connecting line 17.
  • a bracket 20 molded onto the housing wall 11 serves to fix the fixed contact piece 16, which connects to an upper arc guide rail 22 which, together with a lower arc guide rail 24, delimits an arc stack 26 in the vertical direction.
  • the lower arc guide rail 24 continues in the connector 19.
  • the prechamber plates 13, which laterally delimit the prechamber 12, are designed in such a way that they cover the area at the contact point 14 and on the stack 26 of extinguishing plates flush.
  • a recess 15 is provided in the prechamber plates 13, which serves to compensate for and with the negative pressure which arises in the prechamber 12 when the contact pieces 16, 18 are opened With the help of the gas stream entering the pre-chamber 12 through the recesses 15 to contribute to deionization.
  • the latter feature can be enhanced by using gas-emitting material for the prechamber plates 13.
  • Fig. 2 is also a section of a switch similar to that shown in Fig. 1, shown in longitudinal section, but in which the contact point 34 between the fixed contact piece 36 and the movable contact piece 38 occupies a different position.
  • the housing 30 shown here also has a prechamber 32 which is laterally delimited by prechamber plates 33.
  • the fixed contact piece 36 is here connected to the lower arc guide rail 44, while the movable contact piece 38 is connected to the upper arc guide rail 42 via a connecting line 37.
  • a bracket 40 formed on the housing wall 31 is used to fix the upper arc guide rail 42.
  • the arc guide rails 42, 44 form the upper and lower limit for a stack of quenching plates 46 located therebetween.
  • the prechamber plate 33 is also provided with a cutout 35, which is also on the back of the movable contact piece 38 is arranged so that the contact point 34 is completely closed from the side.
  • the purpose of this recess 35 in the prechamber plates 33 is the same as already described in FIG. 1.
  • FIG. 3 corresponds almost congruently to the design of a housing 10 of a switch with prechamber 12 known from FIG. 1, so that the reference numbers selected in FIG. 1 can also be used here.
  • This special configuration advantageously achieves rapid expansion of the arc. It is essential that the web 21 formed in the housing 20 is as close as possible to the contact point 14 and thereby aligns the pressure wave which arises when the contact point 14 opens in the direction of the arc. The associated faster formation of the plasma in the desired direction significantly increases the arc running speed out of the contact area. This is associated with a significantly lower load on the contact point 14.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöscheinrichtung für einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Leistungsschalter sowie Leitungsschutzschalter sind dazu vorgesehen, im Störungsfall elektrische Leitungen, die mit Überströmen hoher Stromstärke belastet sind, vom speisenden Netz zu trennen. Hierzu sind üblicherweise ein festes und ein bewegliches Kontaktstück vorgesehen, die mit den jeweiligen Anschlußklemmen verbunden sind. Beim Öffnen des Schaltkontaktes, d. h. beim Abheben des beweglichen Kontaktstückes, entsteht ein Schaltlichtbogen, welcher in einer hierzu vorgesehenen Löscheinrichtung gelöscht wird.
  • Der prinzipielle Aufbau solcher mit Löscheinrichtung versehener elektrischer Schalter ist weitgehend gleich. Dem beweglichen Kontaktstück ist eine Lichtbogenleitschiene zugeordnet, die dazu dient, den Lichtbogen in einen Lichtbogenlöschblechstapel zu leiten. Auf der anderen Seite des Löschblechstaples befindet sich eine weitere Lichtbogenleitschiene, die mit dem festen Kontaktstück verbunden ist. Der Bereich vor dem Löschblechstapel wird als Lichtbogen-Vorkammerraum bezeichnet. Er besteht aus den beiden Leitschienen und üblicherweise aus zwei einander gegenüber angeordneten Platten zur Flankierung des Lichtbogens, welche vorzugsweise aus Keramik oder einem gasabgebenden Material bestehen.
  • Insbesondere bei Schaltersystemen, die stark kurzschlußstrombegrenzend wirken, ist die Löscheinrichtung von Bedeutung. Voraussetzung für eine intensive Kurzschlußstrombegrenzung ist eine schnelle und weite Kontaktöffnung bei anstehendem Kurzschluß. Der dabei gezogene Lichtbogen kommutiert von den Kontakten auf die Lichtbogenleitschienen, um sich anschließend in der Deion-Löschkammer, das ist der Löschblechstapel, zu unterteilen. Dort wird eine hohe Lichtbogenspannung zur Strombegrenzung erzeugt, so daß der Lichtbogen erlischt.
  • Zwischen den Außenseiten der Vorkammerplatte und der inneren Gehäusewand des Schaltgerätes ist in der Regel ein Spalt, der eine Zurückführung des Überdruckes aus dem Löschblechstapel gestattet, ohne die Entwicklung des Lichtbogens zu stören. Die rückströmende Druckwelle dient zum Ausgleich des Unterdruckes und zur Deionisierung im Kontaktbereich.
  • Eine Lichtbogenlöscheinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der EP-A-0 148 058 bekannt geworden. Diese Einrichtung besitzt Vorkammerplatten, die die Vorkammer seitlich begrenzen und eine Gasströmung lediglich in Lichtbogenlaufrichtung gestatten. Das Gas tritt in gleicher Richtung praktisch zwischen den Kontaktstücken in die Vorkammer ein, so daß die Strömung etwa parallel zu dem das bewegliche Kontaktstück tragenden Kontakthebel verläuft. Hierbei erfolgt die Rückführung der Druckwelle bei geschlossenen Vorkammerplatten weit oberhalb der Kontaktstelle, so daß der Unterdruck nur relativ langsam ausgeglichen wird und demzufolge nur eine langsame Wiederverfestigung der Kontaktstrecke erfolgt.
  • Eine weitere Variante ist so ausgestaltet, siehe EP-A-0 158 124, daß die Vorkammerplatten unmittelbar im Kontaktbereich je eine Aussparung aufweisen, welche einen schnellen Abbau des Unterdruckes sowie eine schnelle Wiederverfestigung der Kontaktstrecke ermöglicht. Andererseits hat dies jedoch den Nachteil, daß die aus den Kontaktstücken austretende erste Plasmasäule bei der geringsten Schräglage auf eine durch den Plattenausschnitt gebildete Kante auftritt, was zu einer Verwirbelung des Plasmas führt und empfindliche zeitliche Verzögerungen der Lichtbogenentwicklung zur Folge hat.
  • Die Entstehung einer Schräglage des Plasmastrahles läßt sich bei bisher bekannten Kontaktsystemen bereits nach der ersten Lastschaltung infolge von Kontaktrauhigkeiten und dadurch entstehender asymmetrischer Stromzuführung nicht mehr ausschließen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lichtbogenlöscheinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und kostengünstiger Herstellung einen schnellen Abbau des Unterdrucks sowie eine schnelle Wiederverfestigung der Kontaktstrecke ermöglicht und damit den Einlauf des Lichtbogens in die Lichtbogenlöschkammer beschleunigt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Zwar ist aus der EP-A-0 158 124 bekannt geworden, die Vorkammerplatten im Bereich der Ausschaltstellung des beweglichen Kontaktstückes mit einer Aussparung zu versehen. Da die Vorkammerplatten aber mit Stegen zu einer Einheit verbunden sind und sich die Aussparung in unmittelbarem Bereich eines Steges befindet, und da weiterhin die Kante der Aussparung möglichst dicht und möglichst nahe an die benachbarte Lichtbogenleitschiene herangeführt werden soll, gestattet diese Aussparung eine Gasströmung durch sie hindurch in den Raum zwischen den beiden Vorkammerplatten nur in geringem Maße, vielmehr ist eine derartige Gasströmung aufgrund des möglichst engen Spaltes zwischen der Lichtbogenleitschiene und der benachbarten Kante der Aussparung behindert.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Vorkammerplatten im Kontaktbereich geschlossen sind und die Lichtbogensäule damit auch bei "Schieflage" keine störenden Kanten vorfindet. Die zu schnellem Abbau des Unterdrucks und der damit verbundenen Deionisierung der Kontaktstrecke notwendigen Aussparungen in den Vorkammerplatten liegen nahe der Rückseite des beweglichen Kontaktstückes und sorgen für eine schnelle "Durchspülung" der Kontaktstrekke, da das bewegliche Kontaktstück sich auf die Aussparungen zubewegt.
  • Aufgrund der Ausgestaltung der Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 2 wird verhindert, daß die bei Kontaktöffnung entstehende Druckwelle in die der Lichtbogenlaufrichtung entgegengesetzte Richtung abströmt. Dies beschleunigt die Ausbildung des Plasmastrahls in der gewünschten Richtung und erhöht deutlich die Bewegung des Lichtbogens aus dem Kontaktbereich, was zu einer geringeren Belastung der Kontaktflächen führt.
  • In besonders vorteilhafter Weise sind die erforderlichen Kontaktflächen der Kontaktstücke gegenüber den Kontaktflächen bei herkömmlichen Kontakten verkleinert.
  • Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    Einen Ausschnitt aus einem Schalter mit Vorkammer, bei dem der Festkontakt an die obere Lichtbogenleitschiene anschließt,
    Fig. 2
    einen Ausschnitt eines Schalters mit Vorkammer im Längsschnitt, bei dem der Festkontakt an die untere Lichtbogenleitschiene anschließt,
    Fig. 3
    einen Ausschnitt eines Schalters mit Vorkammer im Längsschnitt, bei dem der Festkontakt an die obere Lichtbogenleitschiene anschließt und mit einem Steg überdeckt ist.
  • In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Schalters im Längsschnitt gezeigt, der ein Gehäuse 10 mit einer Vorkammer 12 aufweist, welche von Vorkammerplatten 13 seitlich begrenzt ist. Die Vorkammer 12 nimmt eine Kontaktstelle 14 auf, welche aus einem festen Kontaktstück 16 und einem beweglichen Kontaktstück 18 gebildet ist, welches über eine Verbindungsleitung 17 mit einem Anschlußstück 19 verbunden ist.
  • Eine an die Gehäusewand 11 angeformte Halterung 20 dient zur Fixierung des festen Kontaktstückes 16, welches an eine obere Lichtbogenleitschiene 22 anschließt, welche gemeinsam mit einer unteren Lichtbogenleitschiene 24 einen Löschblechstapel 26 in vertikaler Richtung begrenzt.
  • Die untere Lichtbogenleitschiene 24 setzt sich fort in dem Anschlußstück 19.
  • Die Vorkammerplatten 13, welche die Vorkammer 12 seitlich begrenzen, sind 50 gestaltet, daß sie den Bereich an der Kontaktstelle 14 und am Löschblechstapel 26 bündig abdecken. An der Rückseite des beweglichen Kontaktstückes 18, d.h. in Öffnungsrichtung, ist eine Aussparung 15 in den Vorkammerplatten 13 vorgesehen, welche dazu dient, den bei Öffnen der Kontaktstücke 16,18 in der Vorkammer 12 entstehenden Unterdruck auszugleichen und mit Hilfe des durch die Aussparungen 15 in die Vorkammer 12 eintretenden Gasstromes zur Entionisierung beizutragen. Das letztgenannte Merkmal kann verstärkt werden durch Verwendung von gasabgebendem Material für die Vorkammerplatten 13.
  • Wesentlich für den Effekt der Lichtbogenlenkung ist, daß die Kontaktstelle 14 unmittelbar seitlich völlig abgedeckt ist, damit die beim Zünden des Lichtbogens entstehende Plasmasäule nicht seitlich abgelenkt wird und dadurch mit Verzögerune zum Löschblechstapel 26 gelangt.
  • In Fig. 2 ist ebenfalls ein Ausschnitt eines Schalters ähnlich dem in Fig. 1 gezeieten, im Längsschnitt wiedergegeben bei dem jedoch die Kontakstelle 34 zwischen dem festen Kontaktstück 36 und dem beweglichen Kontaktstück 38 eine andere Lage einnimmt. Das hier dargestellte Gehäuse 30 weist ebenfalls eine Vorkammer 32 auf, die von Vorkammerplatten 33 seitlich begrenzt ist.
  • Gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung ist das feste Kontaktstück 36 hier mit der unteren Lichtbogenleitschiene 44 verbunden, während das bewegliche Kontaktstück 38 über eine Verbindungsleitung 37 mit der oberen Lichtbogenleitschiene 42 verbunden ist. Zur Fixierung der oberen Lichtbogenleitschiene 42 dient eine an die Gehäusewand 31 angeformte Halterung 40.
  • Wie auch in Fig. 1 durgestellt, bilden hier die Lichtbogenleitschienen 42,44 die obere und untere Begrenzung für einen dazwischen befindlichen Löschblechstapel 46.
  • Ebenso wie aus Fig. 1 bereits bekannt, ist auch hier die Vorkammerplatte 33 mit einer Aussparung 35 versehen, welche ebenfalls auf der Rückseite des beweglichen Kontaktstückes 38 so angeordnet ist, daß die Kontaktstelle 34 von der Seite her völlig geschlossen ist. Der Zweck dieser Aussparung 35 in den Vorkammerplatten 33 ist der gleiche wie bereits in Fig. 1 beschrieben.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung entspricht nahezu deckungsgleich der aus Fig. 1 bekannten Gestaltung eines Gehäuses 10 eines Schalters mit Vorkammer 12, so daß die in Fig. 1 gewählten Bezugsziffern auch hier Anwendung finden können.
  • Abweichend von der aus Fig. 1 bekannten Anordnung ist die zusätzliche Einrichtung eines Steges 21, der das feste Kontaktstück 16 horizontal überdeckt und in den Vorkammerraum 12 hineinragt. Dieser Steg 21, der an die mit der Gehäusewand 11 verbundene Halterung 20 angeformt ist, verhindert ein der Bewegungsrichtung des Lichtbogens, welcher beim Öffnen der Kontaktstelle 14 zwischen den Kontaktstücken 16,18 auftritt, entgegengerichtetes Abströmen des dabei entstehenden Gasstroms.
  • Durch diese besondere Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise eine schnelle Aufweitung des Lichtbogens erzielt. Hierbei ist von wesentlichem Einfluß, daß der im Gehäuse 20 angeformte Steg 21 so nahe wie möglich an der Kontaktstelle 14 liegt und dadurch die bei der Öffnung der Kontaktstelle 14 entstehende Druckwelle in Lichtbogenlaufrichtung ausrichtet. Durch die hiermit verbundene schnellere Ausbildune des Plasmas in der gewünschten Richtung wird die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit aus dem Kontaktbereich heraus deutlich erhöht. Damit verbunden ist eine deutlich geringere Belastung der Kontaktstelle 14.

Claims (3)

  1. Lichtbogenlöscheinrichtung für einen elektrischen Schalter in einem Gehäuse, mit einer in einem Vorkammerraum (12, 32) befindlichen, ein festes und ein dreh- oder schwenkbewegliches Kontaktstück (16, 36; 18, 38) aufweisenden Kontaktstelle (14, 34), mit Lichtbogenleitschienen (22, 24; 42, 44), die jeweils von einem Kontaktstück (16, 36; 18, 38) zu einem zwischen den Lichtbogenleitschienen (22, 24; 42, 44) befindlichen Lichtbogenlöschblechstapel (26, 46) führen, und mit den Vorkammerraum (12, 32) seitlich begrenzenden Vorkammerplatten (13, 33), welche die Kontaktstücke (16, 36; 18, 38) in dem Bereich der Kontaktstelle (14, 34) überdecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammerplatten (13, 33) je eine sich im Bereich der Ausschaltstellung des beweglichen Kontaktstückes (18, 38) befindliche Aussparung (15, 35) mit einer solchen Größe besitzen, daß der bewegliche Punkt der Kontaktstelle (14, 34) in Ausschaltstellung nicht überdeckt ist, so daß nach Entstehen des Lichtbogens eine Gasströmung in den Vorkammerraum (12, 32) zwischen den Vorkammerplatten (13, 33) zum Ausgleich von Unterdruck und zur Deionisierung an der Kontaktstelle (14, 34) gestattet ist.
  2. Löscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Kontaktstück (16, 36) durch eine an das Gehäuse (10, 30) angeformte Halterung fixiert ist, an welcher ein Steg (21) anschließt, der die beim Öffnen der Kontaktstelle (14, 34) entstehende Druckwelle in Lichtbogenlaufrichtung ablenkt, was die Aufweitung des Lichtbogens in der gewünschten Richtung auf den Lichtbogenlöschblechstapel (26, 46) zu begünstigt und dadurch die Belastung der Kontaktstücke (16, 18, 36, 38) vermindert.
  3. Löscheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Kontaktflächen der Kontaktstücke (16, 18, 36, 38) gegenüber den Kontaktflächen bei herkömmlichen Kontakten verkleinert sind.
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EP0251160A3 EP0251160A3 (en) 1988-08-24
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