EP1202303B1 - Schaltkontaktanordnung für Niederspannungs-Leistungsschalter - Google Patents

Schaltkontaktanordnung für Niederspannungs-Leistungsschalter Download PDF

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EP1202303B1
EP1202303B1 EP20010250326 EP01250326A EP1202303B1 EP 1202303 B1 EP1202303 B1 EP 1202303B1 EP 20010250326 EP20010250326 EP 20010250326 EP 01250326 A EP01250326 A EP 01250326A EP 1202303 B1 EP1202303 B1 EP 1202303B1
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EP
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contact
levers
forces
arrangement according
different
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Michael Hahn
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • 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
    • H01H1/22—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact
    • H01H1/221—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact and a contact pressure spring acting between the pivoted member and a supporting member
    • H01H1/226—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with rigid pivoted member carrying the moving contact and a contact pressure spring acting between the pivoted member and a supporting member having a plurality of parallel contact bars
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/50—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position

Definitions

  • the invention relates to a switch contact arrangement for low-voltage circuit breaker acted upon by springs of different spring force contact levers.
  • DE-PS 926 798 In order to avoid contact bounce in low-voltage circuit breakers, it is proposed in DE-PS 926 798 to design the contact arrangement in the form of a multiplicity of mutually parallel individual contacts which have mutually different bouncing properties. This should be achieved primarily by divergent bounce properties of the bounce contacts. Among other measures, it is proposed to interpret the switch-on forces acting on the individual contacts differently from each other. Whether this should be achieved by means of different contact force springs, is not recognizable.
  • DE-OS 3544668 describes a multi-membered pressure contact arrangement for circuit breakers, the contact members are acted upon by springs for generating the contact force. The springs are designed differently strong, with only a portion of the springs has a suitable for the prevention of bounce strength. It is proposed to arrange the stronger and the weaker springs symmetrically to a plane of symmetry of the contact arrangement.
  • Both descriptions of the invention are directed to the avoidance of contact bounce and not to the compensation of contact-removing electrodynamic forces. They can therefore also contain no teaching for avoiding this phenomenon, for example for a specific distribution of the compensating measures over the range of the width of a contact carrier.
  • the use of springs of different strengths for the contacts serves only to avoid bouncing and to produce different bouncing properties, regardless of their spatial distribution.
  • the present invention seeks to provide a switch contact arrangement for low-voltage circuit breaker, in which the effects of electrodynamic forces on the contact arrangements of adjacent current paths and the contact-lifting forces caused by them are avoided.
  • This object is achieved according to the present invention in that in a switching contact arrangement for low-voltage circuit breaker acted upon by springs of different spring force contact levers, which in a multi-contact system outside arranged contact lever with clearly higher contact forces are applied, as the inside arranged.
  • the contact forces of the internally arranged contact levers to the externally arranged contact levers can be continuously increased in a finely graduated manner.
  • the contact forces can also be increased from the inside arranged contact levers to the outside arranged contact levers in two or more stages, or in only one stage.
  • the gradation of the contact forces on the contact carrier is provided symmetrically to the central axis, that is, the increase in the contact force is provided on both sides from the inside to the outside in the same size.
  • the contact-lifting forces on the two sides of the contact carrier but can be different sizes. Therefore, it may be appropriate to perform the gradation of the contact forces on the contact carrier unbalanced to the center axis, that is, the increase in the contact force is provided differently on the two sides from the inside to the outside.
  • the regulation of the different contact forces for the individual contact levers can preferably be effected by differently strong contact force springs or contact spring combinations. However, it can also be effected by different shaping of the contact carrier, in particular the receptacles for the individual contact force springs in the contact carrier, for example by a longer or shorter receptacle for the contact force spring in the contact carrier, whereby a weaker or stronger bias of the contact force spring is achieved.
  • the regulation of the different contact forces for the individual contact levers can be achieved by different shaping of the contact lever itself, for example, by providing the contact levers with differently far-extending lugs for the contact force springs, or by having different depths in their direction of movement at the point of application of the contact force springs ,
  • Fig. 1 shows schematically a part of a contact carrier with eleven contact levers in plan view.
  • FIG. 2 shows schematically the expected current distribution in a contact carrier according to the Fig.1.
  • FIG. 3 shows schematically the expected size of the contact-lifting forces in a contact carrier according to FIG. 1.
  • FIG. 4 shows schematically, illustrated as a bar chart, an example of a first possibility of contact force assignment in a contact carrier according to FIG. 1.
  • FIG. 5 shows schematically, illustrated as a bar chart, an example of a further possibility of contact force assignment in a contact carrier according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows schematically a part of a contact carrier 1 with eleven contact levers 2 in plan view.
  • Such contact systems With multiple contacts are so far carried out that all contact lever 2 are acted upon by contact force springs, not shown, whose contact force in the context of manufacturing accuracy has the same size. In alternating and / or three-phase systems, however, uneven current distributions occur in the individual contact levers 2 arranged in parallel.
  • Fig. 2 shows schematically, in the form of a diagram, for example, an expected current distribution in a contact carrier 1 according to the Fig.1.
  • the curve 3 for the expected current distribution can be seen that in the outer contact levers 2, a higher current load occurs, as in the center of the contact carrier 1 arranged contact levers 2. This has the consequence that the contact-lifting forces act more on the outer contact lever.
  • the expected size of these contact-lifting forces in a contact carrier 1 according to the Fig.1 is shown schematically in Figure 3, in the form of a diagram.
  • the curve 4 for the expected contact-lifting forces can be seen that in the outer contact levers 2 larger contact-lifting forces act as in the center of the contact carrier 1 arranged contact levers 2 and that follows the increase in the forces from the center of the contact carrier 1 to the outside in about the function i 2 .
  • the rising areas 5 and 6 of the curve 4 for the size of the contact-lifting forces in three-phase systems can be different, as indicated in the graph.
  • the magnitude of the contact force for the contact lever 2 is increased from the center of the contact carrier 1 to the outside accordingly.
  • FIG. 4 shows schematically, illustrated as a bar chart, an example of a first possibility of the contact force assignment in a contact carrier according to the Fig.1.
  • the adjustment of the contact force of the individual contact lever 2 is relatively finely executed and it was also the uneven increase in contact-lifting forces on the two sides of the contact carrier 1 taken into account.
  • such a fine-scale adjustment of the contact force is relatively expensive and certainly not necessary in any case because of the large number of different contact force springs required for this purpose.
  • Fig. 5 is therefore shown schematically, as a bar chart, an example of a further possibility of contact force assignment in a contact carrier 1 according to the Fig.1 shown, in which the increase in contact-lifting forces is taken into account in the required account, the number of needed different contact force springs but remains in a reasonable dimension.
  • the contact force for each two outer contact lever 2 is increased, while the remaining contact lever are each subjected to an equal, normal contact force.
  • the invention avoids the problems caused by the contacting forces, such as reducing the current carrying capacity of the contact system due to reduced contact pressure, the risk of uneven heating of the contact lever of a contact carrier and a reduction of the mechanical load of the drive system.

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  • Contacts (AREA)
  • Breakers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltkontaktanordnung für Niederspannungs-Leistungsschalter mit durch Federn unterschiedlicher Federkraft beaufschlagten Kontakthebeln.
  • In modernen Niederspannungs-Leistungsschaltern liegen die Schaltpole sehr eng zusammen. Dadurch bedingt üben die nebeneinander liegenden Strompfade eine starke gegenseitige, insbesondere elektrodynamische Wirkung aufeinander aus. Zum einen treten Querkräfte auf, aber auch die einander am nächsten liegenden Kontakthebel selbst werden hinsichtlich ihres Kontaktdruckes durch starke kontaktabhebende Kräfte beeinflusst. Das kann zu Problemen führen, wie Verringerung der Stromtragfähigkeit des Kontaktsystems durch verringerten Kontaktdruck und die Gefahr einer ungleichmäßigen Erwärmung der Kontakthebel eines Kontaktträgers. Letztlich besteht die Gefahr, dass sie abbrennen, weil die Auflagekraft fehlt. Folglich muss das Antriebssystem für alle Kontakte auf den Wert des hohen Kontaktdrucks der Außenkontakte ausgelegt werden.
  • Zur Vermeidung des Kontaktprellens bei Niederspannungs-Leistungsschaltern wird in der DE-PS 926 798 vorgeschlagen, die Kontaktanordnung in Form einer Vielzahl von zueinander parallel arbeitenden Einzelkontakten auszubilden, die untereinander verschiedene Prelleigenschaften aufweisen. Dies soll primär durch voneinander abweichende Prelleigenschaften der Prellkontakte erreicht werden. Neben anderen Maßnahmen wird vorgeschlagen, die Einschaltkräfte, die auf die Einzelkontakte wirken, voneinander verschieden auszulegen. Ob das mittels unterschiedlicher Kontaktkraftfedern erreicht werden soll, ist nicht erkennbar ausgeführt. Die DE-OS 3544668 beschreibt eine mehrgliedrige Druckkontaktanordnung für Leistungsschalter, deren Kontaktglieder mit Federn zur Erzeugung der Kontaktkraft beaufschlagt sind. Dabei sind die Federn unterschiedlich stark ausgebildet, wobei nur ein Teil der Federn eine zur Vermeidung von Prellen geeignete Stärke aufweist. Es wird vorgeschlagen, die stärkeren und die schwächeren Federn symmetrisch zu einer Symmetrieebene der Kontaktanordnung anzuordnen.
  • Beide Erfindungsbeschreibungen sind auf das Vermeiden des Kontaktprellens ausgerichtet und nicht auf die Kompensation kontaktabhebender elektrodynamischer Kräfte. Sie können deshalb auch keine Lehre zur Vermeidung dieser Erscheinung beinhalten, zum Beispiel für eine bestimmte Verteilung der kompensierenden Maßnahmen über den Bereich der Breite eines Kontaktträgers. Die Anwendung unterschiedlich starker Federn für die Kontakte dient nur zur Vermeidung von Prellen und zum Erzeugen unterschiedlicher Prelleigenschaften, unabhängig von ihrer räumlichen Verteilung.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkontaktanordnung für Niederspannungs-Leistungsschalter zu schaffen, bei welcher die Auswirkungen der elektrodynamischen Kräfte auf die Kontaktanordnungen benachbarter Strombahnen und die durch sie bedingten kontaktabhebenden Kräfte vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass bei einer Schaltkontaktanordnung für Niederspannungs-Leistungsschalter mit durch Federn unterschiedlicher Federkraft beaufschlagten Kontakthebeln, die in einem Vielfach-Kontaktsystem außen angeordneten Kontakthebel mit deutlich höheren Kontaktkräften beaufschlagt sind, als die innen angeordneten. Dabei können die Kontaktkräfte von den innen angeordneten Kontakthebeln zu den außen angeordneten Kontakthebeln kontinuierlich feinstufig vergrößert werden.
  • Die Kontaktkräfte können auch von den innen angeordneten Kontakthebeln zu den außen angeordneten Kontakthebeln in zwei oder mehr Stufen vergrößert werden, oder aber auch in nur einer Stufe.
  • Vorzugsweise ist die Abstufung der Kontaktkräfte auf dem Kontaktträger symmetrisch zu dessen Mittelachse vorgesehen, das heißt, die Zunahme der Kontaktkraft ist auf beiden Seiten von innen nach außen in gleicher Größe vorgesehen. Bei Drehstromsystemen können die kontaktabhebenden Kräfte auf den beiden Seiten des Kontaktträgers aber unterschiedlich groß sein. Deshalb kann es zweckmäßig sein, die Abstufung der Kontaktkräfte auf dem Kontaktträger unsymmetrisch zu dessen Mittelachse vorzunehmen, das heißt, die Zunahme der Kontaktkraft ist auf den beiden Seiten von innen nach außen unterschiedlich vorgesehen.
  • Die Regulierung der unterschiedlichen Kontaktkräfte für die einzelnen Kontakthebel kann vorzugsweise durch unterschiedlich starke Kontaktkraftfedern oder Kontaktfederkombinationen erfolgen. Sie kann aber auch durch unterschiedliche Formgebung der Kontaktträger, insbesondere der Aufnahmen für die einzelnen Kontaktkraftfedern im Kontaktträger bewirkt werden, beispielsweise durch eine längere oder kürzeren Aufnahme für die Kontaktkraftfeder im Kontaktträger, wodurch eine schwächere oder stärkere Vorspannung der Kontaktkraftfeder erreicht wird.
  • Weiterhin kann die Regulierung der unterschiedlichen Kontaktkräfte für die einzelnen Kontakthebel durch unterschiedliche Formgebung der Kontakthebel selbst erreicht werden, beispielsweise dadurch, dass die Kontakthebel mit unterschiedlich weit ausladenden Ansätzen für die Kontaktkraftfedern versehen sind, oder dass sie am Ansatzpunkt der Kontaktkraftfedern in ihrer Bewegungsrichtung unterschiedliche Tiefen aufweisen.
  • Die Erfindung soll nachfolgend zum besseren Verständnis anhand eines bevorzugten, den Schutzumfang nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Die Fig. 1 zeigt schematisch einem Teil eines Kontaktträgers mit elf Kontakthebeln in der Draufsicht.
  • Die Fig. 2 zeigt schematisch die zu erwartende Stromaufteilung bei einem Kontaktträger gemäß der Fig.1.
  • Die Fig. 3 zeigt schematisch die zu erwartende Größe der kontaktabhebenden Kräfte bei einem Kontaktträger gemäß der Fig. 1.
  • Die Fig. 4 zeigt schematisch, als Balkendiagramm dargestellt, ein Beispiel für eine erste Möglichkeit der Kontaktkraftzuordnung bei einem Kontaktträger gemäß der Fig. 1.
  • Die Fig. 5 zeigt schematisch, als Balkendiagramm dargestellt, ein Beispiel für eine weitere Möglichkeit der Kontaktkraftzuordnung bei einem Kontaktträger gemäß der Fig. 1.
  • Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines Kontaktträgers 1 mit elf Kontakthebeln 2 in der Draufsicht. Derartige Kontaktsysteme mit Vielfachkontakten werden bisher so ausgeführt, dass alle Kontakthebel 2 von nicht dargestellten Kontaktkraftfedern beaufschlagt werden, deren Kontaktkraft im Rahmen der Herstellungsgenauigkeit die gleiche Größe aufweist. Bei Wechsel- und/oder Drehstromsystemen treten aber ungleichmäßige Stromaufteilungen bei den einzelnen, parallel angeordneten Kontakthebeln 2 auf.
  • Die Fig. 2 zeigt schematisch, in Form eines Diagramms, eine beispielsweise zu erwartende Stromaufteilung bei einem Kontaktträger 1 gemäß der Fig.1. Die Kurve 3 für die zu erwartende Stromaufteilung lässt erkennen, dass in den äußeren Kontakthebeln 2 eine höhere Strombelastung auftritt, als in den zur Mitte des Kontaktträgers 1 angeordneten Kontakthebeln 2. Dies hat zur Folge, dass die kontaktabhebenden Kräfte stärker auf die äußeren Kontakthebel wirken.
  • Die zu erwartende Größe dieser kontaktabhebenden Kräfte bei einem Kontaktträger 1 gemäß der Fig.1 ist in der Fig.3 schematisch, in der Form eines Diagramms dargestellt. Hier lässt die Kurve 4 für die zu erwartenden kontaktabhebenden Kräfte erkennen, dass in den äußeren Kontakthebeln 2 größere kontaktabhebende Kräfte wirken, als in den zur Mitte des Kontaktträgers 1 angeordneten Kontakthebeln 2 und zwar folgt der Anstieg der Kräfte von der Mitte des Kontaktträgers 1 nach außen in etwa der Funktion i2. Dabei können die ansteigenden Bereiche 5 und 6 der Kurve 4 für die Größe der kontaktabhebenden Kräfte in Drehstromsystemen unterschiedlich verlaufen, wie das in der Grafik angedeutet ist. Um diese Erscheinung zu kompensieren, wird die Größe der Kontaktkraft für die Kontakthebel 2 von der Mitte des Kontaktträgers 1 nach außen hin entsprechend vergrößert.
  • Die Fig. 4 zeigt schematisch, als Balkendiagramm dargestellt, ein Beispiel für eine erste Möglichkeit der Kontaktkraftzuordnung bei einem Kontaktträger gemäß der Fig.1. Hier ist die Anpassung der Kontaktkraft der einzelnen Kontakthebel 2 verhältnismäßig feinstufig ausgeführt und es wurde auch der ungleichmäßige Anstieg der kontaktabhebenden Kräfte auf den beiden Seiten des Kontaktträgers 1 berücksichtigt. Eine derartig feinstufige Anpassung der Kontaktkraft ist jedoch wegen der Vielzahl der hierfür erforderlichen unterschiedlichen Kontaktkraftfedern verhältnismäßig aufwendig und sicher auch nicht in jedem Fall erforderlich.
  • In der Fig. 5 ist deshalb schematisch, als Balkendiagramm dargestellt, ein Beispiel für eine weitere Möglichkeit der Kontaktkraftzuordnung bei einem Kontaktträger 1 gemäß der Fig.1 gezeigt, bei dem der Vergrößerung der kontaktabhebenden Kräfte im Rahmen des Erforderlichen Rechnung getragen ist, die Anzahl der benötigten unterschiedlichen Kontaktkraftfedern aber in einer vertretbaren Dimension bleibt. Hier wird, wie aus dem Diagramm zu erkennen ist, lediglich die Kontaktkraft für die jeweils zwei äußeren Kontakthebel 2 vergrößert, während die restlichen Kontakthebel jeweils mit einer untereinander gleichen, normalen Kontaktkraft beaufschlagt werden.
  • Die Erfindung vermeidet die Probleme, welche durch die kontaktabhebenden Kräfte verursacht werden, wie Verringerung der Stromtragfähigkeit des Kontaktsystems durch verringerten Kontaktdruck, die Gefahr einer ungleichmäßigen Erwärmung der Kontakthebel eines Kontaktträgers und eine Verringerung der mechanischen Belastung des Antriebssystems.

Claims (12)

  1. Schaltkontaktanordnung für Niederspannungs-Leistungsschalter, mit durch Federn unterschiedlicher Federkraft beaufschlagten Kontakthebeln,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die in einem Vielfach-Kontaktsystem auf einem Kontaktträger (1) außen angeordneten Kontakthebel (2) mit höheren Kontaktkräften beaufschlagt sind, als die innen angeordneten.
  2. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kontaktkräfte von den innen angeordneten Kontakthebeln (2) zu den außen angeordneten Kontakthebeln (2) feinstufig kontinuierlich vergrößert sind.
  3. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kontaktkräfte von den innen angeordneten Kontakthebeln (2) zu den außen liegenden Kontakthebeln (2) in zwei oder mehr Stufen vergrößert sind.
  4. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kontaktkräfte von den innen angeordneten Kontakthebeln (2) zu den außen liegenden Kontakthebeln (2) in nur einer Stufe vergrößert sind.
  5. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstufung der Kontaktkräfte auf dem Kontaktträger (1) von innen nach außen symmetrisch zu dessen Mittelachse vorgesehen ist.
  6. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstufung der Kontaktkräfte auf dem Kontaktträger (1) von innen nach außen unsymmetrisch zu dessen Mittelachse vorgesehen ist.
  7. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Regulierung der unterschiedlichen Kontaktkräfte für die einzelnen Kontakthebel (2) durch unterschiedlich starke Kontaktkraftfedern oder Kontaktkraftfederkombinationen bewirkt ist.
  8. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Regulierung der unterschiedlichen Kontaktkräfte für die einzelnen Kontakthebel (2) durch unterschiedliche Formgebung der die einzelnen Kontaktkraftfedern aufnehmenden Kontaktträger (1) bewirkt ist.
  9. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Aufnahmen für die Kontaktkraftfeder im Kontaktträger (1) unterschiedliche Längen aufweisen.
  10. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Regulierung der unterschiedlichen Kontaktkräfte für die einzelnen Kontakthebel (2) durch unterschiedliche Formgebung der Kontakthebel (2) bewirkt ist.
  11. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kontakthebel (2) mit unterschiedlich ausladenden Ansätzen für die Kontaktkraftfedern versehen sind.
  12. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kontakthebel (2) am Ansatzpunkt der Kontaktkraftfedern in ihrer Bewegungsrichtung unterschiedliche Tiefen aufweisen.
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