EP1384240B1 - Method for operating a switch with a connectable current limiter and corresponding arrangement - Google Patents

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EP1384240B1 EP02761863A EP02761863A EP1384240B1 EP 1384240 B1 EP1384240 B1 EP 1384240B1 EP 02761863 A EP02761863 A EP 02761863A EP 02761863 A EP02761863 A EP 02761863A EP 1384240 B1 EP1384240 B1 EP 1384240B1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgerätes mit einem zuschaltbaren Strombegrenzer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Als Schaltgerät werden dabei insbesondere Leistungsschalter oder Schütze, ggf. auch Halbleiterschalter od. dgl., verstanden. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.The invention relates to a method for operating a switching device with a switchable current limiter according to the preamble of claim 1. As a switching device are in particular circuit breakers or contactors, possibly also semiconductor switches od. Like. Understood. In addition, the invention also relates to an arrangement for carrying out the method according to the preamble of claim 6.

Schaltgeräte schützen elektrische Netze und Verbraucher im Kurzschlussfall durch den raschen Aufbau einer ausreichend hohen Schaltspannung, wodurch der Kurzschlussstrom begrenzt und nach kurzer Dauer abgeschaltet wird. Zur Steigerung der Strombegrenzung kann durch eine Reihenschaltung des Schaltgerätes mit einem separaten Strombegrenzer, einem sog. Limiter, die genutzte Schaltspannung erhöht werden. Nach dem Stand der Technik ist der Limiter hierzu in den Hauptstromkreis geschaltet, so dass er sowohl im Normalbetrieb wie bei einem Kurzschluss ständig vom Laststrom durchflossen ist.Switching devices protect electrical networks and consumers in the event of a short circuit by rapidly setting up a sufficiently high switching voltage, whereby the short-circuit current is limited and switched off after a short period of time. To increase the current limit can be increased by a series circuit of the switching device with a separate current limiter, a so-called. Limiter, the switching voltage used. According to the prior art, the limiter is connected for this purpose in the main circuit, so that it is constantly traversed by the load current both in normal operation as in a short circuit.

Für Limiter gibt es unterschiedliche technische Lösungen. Neben konventionellen mechanischen Schaltern, welche Schaltlichtbögen erzeugen, werden PTC-Limiter zur Strombegrenzung eingesetzt, bei denen im Schaltfall der Spannungsaufbau durch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Limitermaterials und/oder durch eine Gasentladung mit hoher Brennspannung erzeugt wird.There are different technical solutions for limiters. In addition to conventional mechanical switches, which generate switching arcs, PTC limiters are used for current limiting, in which case the voltage buildup is generated by an increase in the electrical resistance of the limiter material and / or by a gas discharge with high operating voltage.

PTC-Limiter haben gegenüber mechanischen Schaltern den Vorteil eines sehr schnellen Aufbaus der Schaltspannung. Nachteilig ist der größere elektrische Kaltwiderstand, wodurch im Nennbetrieb der Nennstrom begrenzt werden muss, um eine unzulässige Aufheizung des PTC-Materials, z.B. durch Motoranlaufströme, zu vermeiden und ein ungewolltes Ansprechen des Limiters zu verhindern. Bei einem bekannten Handelsprodukt (ABB PROLIM) werden speziell ein Leistungsschalter als Schaltgerät und ein PTC-Limiter im Hauptstromkreis elektrisch in Reihe geschaltet.PTC limiters have the advantage over mechanical switches of a very fast build-up of the switching voltage. A disadvantage is the greater cold electrical resistance, which must be limited in rated operation, the rated current to an impermissible Avoid heating of the PTC material, eg by motor starting currents, and to prevent unintentional activation of the limiter. In a known commercial product (ABB PROLIM) specifically a circuit breaker as a switching device and a PTC limiter in the main circuit are electrically connected in series.

Eine mögliche Lösung der Nennstromproblematik ist in der EP 0 657 062 B1 beschrieben, bei welcher ein Limiter einem Leistungsschalter in einem Nebenstrompfad, welcher erst im Schaltfall kurzzeitig stromdurchflossen wird, zugeschaltet ist. Der Nebenstrompfad wird aus den Lichtbogenleitschienen und der Löschkammer gebildet und wird durch die Lichtbogenkommutierung von den Schaltkontakten auf die Leitschienen eingeschaltet. Daneben ist aus der EP 0 350 825 A2 ein elektrisches Schaltgerät mit Lichtbogenlöscheinrichtuhg und Strombegrenzungseinrichtung im Nebenstromkreis bekannt. Die Strombegrenzungseinrichtung ist dabei ein elektromechanischer Limiter, dessen Kontakte durch die Stromkräfte dynamisch öffnen.A possible solution of the nominal current problem is in the EP 0 657 062 B1 described, in which a limiter a circuit breaker in a secondary flow path, which is only temporarily flows through current in case of switching, is switched on. The secondary flow path is formed from the arc guide rails and the quenching chamber and is turned on by the arc commutation of the switching contacts on the guide rails. Besides that is from the EP 0 350 825 A2 an electrical switching device with Lichtbogenlöscheinuhgg and current limiting device in the secondary circuit known. The current limiting device is an electromechanical limiter whose contacts open dynamically by the current forces.

Gegenüber der herkömmlichen Reihenschaltung eines Leistungsschalters und eines Limiters besteht allerdings beim Anschluss des Limiters im Nebenstrompfad die Gefahr des Schaltversagens bei einer eventuellen Rückkommutierung des Schaltlichtbogens. Bei einer derartigen Rückkommutierung verlagert sich der Schaltlichtbogen bzw. der Lichtbogenansatz vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn, z.B. auf die Schaltkontakte, wodurch der Limiter zwar stromlos wird aber im allgemeinen seinen momentanen Widerstandswert beibehält. Beim erneuten Versuch des Bogenkommutierens in die Löscheinrichtung muss dann zusätzlich die Limiter-Schaltspannung überwunden werden, wodurch der Kommutierungsvorgang unter Umständen so erschwert ist, dass er misslingen kann.Compared to the conventional series connection of a circuit breaker and a limiter, however, the connection of the limiter in the secondary current path, the risk of switching failure in a possible Rückkommutierung the switching arc. In such Rückkommutierung the switching arc or the arc approach moves from the secondary flow path to the main flow path, e.g. on the switch contacts, whereby the limiter is de-energized but generally retains its current resistance value. When trying again the arc commutation in the extinguishing device then the limiter switching voltage must be overcome in addition, so that the commutation process may be so difficult that it can fail.

Weiterhin ist aus der DE 42 43 314 A ein strombegrenzender Leistungsschalter mit Lichtbogenlöscheinrichtung und einer Nebenstrombahn mit mindestens einem PTC-Widerstand und einem diesem zugeordneten Überspannungsableiter bekannt. Der PTC-Widerstand und der Überspannungsableiter sind zu der Lichtbogenlöscheinrichtung parallel geschaltet. Bei eingeschaltetem Nebenstrompfad teilt sich der Kurzschlussstrom zwischen der Lichtbogenlöscheinrichtung, dem PTC-Widerstand und dem Überspannungsleiter auf.Furthermore, from the DE 42 43 314 A a current limiting circuit breaker with arc quenching device and a Nebenstrom path with at least one PTC resistor and a surge arrester associated with this known. The PTC resistor and the surge arrester are connected in parallel to the arc quenching device. When the secondary current path is switched on, the short-circuit current is split between the arc quenching device, the PTC resistor and the surge arrester.

Weiterhin ist aus der US 5 777 286 A eine elektrische Schalteinrichtung mit separaten, mechanisch trennbaren Kontakten und einem diesen zugeordneten Lichtbogenschaltkontakt zugeordnet, wobei in den Nebenstromkreis ein PTC-Widerstand oder dergleichen eingeschaltet werden kann.Furthermore, from the US 5 777 286 A an electrical switching device associated with separate, mechanically separable contacts and an associated this arc switching contact, wherein in the secondary circuit, a PTC resistor or the like can be turned on.

Bei obigen Einrichtungen ergibt sich die Umschaltung von dem Strombegrenzungsbetrieb in den Nichtstrombegremzungsbetrieb entsprechend dem Abklingen des Überstromes. Spezielle Maßnahmen zur Rückstellung sind nicht beschrieben.In the above devices, the changeover from the current limiting operation to the non-current summing operation results according to the decay of the overcurrent. Special provisions for the provision are not described.

PTC-Limiter zur Strombegrenzung sind weiterhin aus der EP 0717 876 B1 bekannt. Dieser Limiter ist ausschließlich als Zentrallimiter in elektrischen Verteilungen vorgesehen.PTC limiters for current limitation are still out of the EP 0717 876 B1 known. This limiter is intended exclusively as a central limit in electrical distribution.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgerätes mit einem Strombegrenzer im Nebenstrompfad anzugeben, bei dem ein Schaltversagen durch Rückkommutierung ausgeschlossen werden kann. Weiterhin sollen zugehörige Anordnungen geschaffen werden.Based on the prior art, it is an object of the invention to provide a method for operating a switching device with a current limiter in the secondary current path, in which a switching failure can be excluded by Rückkommutierung. Furthermore, associated arrangements are to be created.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anordnung ist im Anspruch 6 angegeben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Anordnung.The object is achieved by the measures of claim 1. An associated arrangement is specified in claim 6. The dependent claims contain advantageous developments of the method and the associated arrangement.

Weiterhin sind in den Sachansprüchen vorteilhafte Ausbildungen des als Leistungsschalter ausgebildeten Schaltgerätes angegeben, womit Rückkommutierungen des Schaltlichtbogens von der Nebenstrombahn auf die Hauptstrombahn vermieden oder in ihrer Häufigkeit begrenzt werden. In weiteren Sachansprüchen sind vorteilhafte Ausbildungen des speziell als PTC-Limiter ausgebildeten Strombegrenzers angegeben, die eine schnelle Rückstellung des Limiterwiderstandes ergeben.Furthermore, advantageous embodiments of the circuit breaker designed as a circuit breaker are specified in the claims, which Rückkommutierungen the switching arc from the secondary flow path to the main flow path can be avoided or limited in their frequency. In further property claims advantageous embodiments of the specially designed as a PTC limiter current limiter are given, which give a quick recovery of the limiter resistor.

Mit der Erfindung wird insbesondere die funktionelle Sicherheit einer Kombination speziell aus Leistungsschalter und Limiter im Nebenstromkreis, in elektrischer Reihenschaltung zur Lichtbogenlöscheinrichtung, realisiert. Die Erfindung ist aber auch auf andere Schaltgeräte und Strombegrenzer anwendbar.With the invention, in particular, the functional safety of a combination of circuit breaker and limiter in the secondary circuit, in electrical series circuit for arc quenching, realized. The invention is also applicable to other switching devices and current limiters.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der- Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen

Figur 1
die Kombination eines Leistungsschalters mit einem Strombegrenzer im Nebenstrompfad des Leistungsschalters,
Figur 2
einen als PTC-Limiter ausgebildeten Strombegrenzer,
Figur 3
das Profil der Elektroden und des Widerstandskörpers im PTC-Limiter gemäß Figur 2,
Figur 4
eine graphische Darstellung des Widerstandes in Abhängigkeit von der Zeit bei einer Anordnung gemäß Figur 2 und 3,
Figur 5
einen symmetrisch aufgebauten Leistungsschalter mit Schaltbrücke und Limiterzusatz,
Figur 6
einen Ausschnitt aus Figur 5 mit Schaltkammern des doppelunterbrechend ausgebildeten Leistungsschalters und
Figur 7
die Draufsicht auf die äußeren Leitschienen der Schaltkammern mit Durchbrüchen.
Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with the claims. Show it
FIG. 1
the combination of a circuit breaker with a current limiter in the secondary circuit of the circuit breaker,
FIG. 2
a current limiter designed as a PTC limiter,
FIG. 3
the profile of the electrodes and the resistor body in the PTC limiter according to Figure 2,
FIG. 4
4 is a graphical representation of the resistance as a function of time in an arrangement according to FIGS. 2 and 3,
FIG. 5
a symmetrically constructed circuit breaker with switching bridge and limiter additive,
FIG. 6
a detail of Figure 5 with switching chambers of the double-breaker circuit breaker and
FIG. 7
the top view of the outer rails of the switching chambers with openings.

In den Figuren haben gleiche bzw. gleich wirkende Teile gleiche Bezugszeichen. Es werden im Wesentlichen zwei erfindungsgemäße Maßnahmen beschrieben, durch die einzeln oder in Kombination das Problem des Schaltversagens von PTC-Limitern im Nebenstrompfad von Leistungsschaltern vermieden werden kann.In the figures, identical or identically acting parts have the same reference numerals. Essentially, two measures according to the invention are described by which, individually or in combination, the problem of switching failure of PTC limiters in the secondary current path of circuit breakers can be avoided.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung eines Limiters im Nebenstrompfad eines Leistungsschalters, wie sie beispielhaft in der EP 0 657 062 B1 gezeigt ist.Figure 1 shows a schematic representation of the arrangement of a limiter in the secondary current path of a circuit breaker, as they are exemplified in the EP 0 657 062 B1 is shown.

In Figur 1 enthält ein strombegrenzender Leistungsschalter 20 wenigstens zwei Kontakte 22 und 23, von denen mindestens einer beweglich ausgebildet ist und über ein Schaltschloss 24 geöffnet und geschlossen werden kann, das von einem thermischen und/oder magnetischen Auslöser 25 bzw. 26 auslösbar ist. Jedem Kontakt 22 und 23 ist eine Lichtbogenlaufschiene 27 und 27' zugeordnet, die einen Vorkammerbereich 28 umschließen und in eine Löschkammer 21 mit einer Vielzahl von Löschblechen 29 zur Lösung eines in Figur 1 nicht dargestellten Lichtbogens einmünden. Nach Zündung von Lichtbogenfußpunkten wandert der Lichtbogen auf den Laufschienen 27 bzw. 27' in eine Löschkammer 17 mit Löschblechen 29, wo eine zur Strombegrenzung und Bogenlöschung ausreichend hohe Bogenspannung aufgebaut wird.In Figure 1, a current-limiting circuit breaker 20 includes at least two contacts 22 and 23, of which at least one is movable and can be opened and closed by a switching mechanism 24 which is triggered by a thermal and / or magnetic release 25 and 26 respectively. Each contact 22 and 23 is associated with an arc runner 27 and 27 ', which surround a prechamber region 28 and open into an extinguishing chamber 21 with a plurality of quenching plates 29 for the solution of an arc, not shown in Figure 1. After ignition of arc bases of the arc travels on the rails 27 and 27 'in a quenching chamber 17 with quenching plates 29, where a sufficient current limiting and arc extinction arc voltage is built up.

Bei sehr hohen Kurzschlussströmen, z.B. IK = 50 bis 100 KA, reicht der Bogenspannungsanstieg nicht mehr aus, um den Durchlassstrom des Schalters auf unkritische Werte zu begrenzen. Es kann dann zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Schaltgerätes kommen. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Folgen ist in Figur 1 dem Leistungsschalter 20 im Nebenstrompfad ein Limiter 1 vorgeschaltet.At very high short-circuit currents, eg I K = 50 to 100 KA, the arc voltage increase is no longer sufficient to limit the forward current of the switch to non-critical values. It can then lead to damage or destruction of the switching device. To avoid these undesirable consequences, a limiter 1 is connected upstream of the circuit breaker 20 in the secondary current path in FIG.

Der Limiter 1 ist ein strombegrenzendes Element, das entsprechend der EP 0 657 062 B1 nicht in den Hauptstrompfad geschaltet ist, sondern mit der Zuleitung zu einer Lichtbogenlaufschiene 27 einen Nebenstrompfad im Schaltgerät 20 bildet. Der Nebenstrompfad für einen Kommutierungsstrom Ikom ist in der Figur 1 als paralleler Stromzweig zu einer Hauptstrombahn für einen zuschaltenden Strom i definiert. Er ist dann stromdurchflossen, wenn der Lichtbogen durch Zünden eines Fußpunktes auf dieser Laufschiene ansetzt.The limiter 1 is a current-limiting element, which corresponds to the EP 0 657 062 B1 is not connected in the main current path, but with the supply line to an arc runner 27 forms a secondary current path in the switching device 20. The secondary current path for a commutation current I com is defined in FIG. 1 as a parallel current branch to a main current path for a switching current i. He then flows through current when the arc attaches by igniting a foot on this track.

Der Limiter 1 gemäß Figur 1 ist vorteilhafterweise als PTC-Limiter ausgebildet. Ein derartiger PTC-Limiter 1 ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Er besteht aus zwei planaren Elektroden 10, zwischen denen ein Widerstandskörper 5 aus geeignetem Material unter Beaufschlagung durch eine Kraft K eingeklemmt ist. Der Widerstandskörper 5 hat Oberflächen 2 und 3 und die Elektroden 10 haben Oberflächen 11. Die Funktionsweise eines solchen PTC-Limiters zur Strombegrenzung ist in der EP 0 657 062 B1 im Einzelnen erläutert.The limiter 1 according to FIG. 1 is advantageously designed as a PTC limiter. Such a PTC limiter 1 is shown schematically in FIG. It consists of two planar electrodes 10, between which a resistance body 5 of suitable material is clamped under the action of a force K. The resistance body 5 has surfaces 2 and 3 and the electrodes 10 have surfaces 11. The operation of such a PTC limiter for current limiting is in the EP 0 657 062 B1 explained in detail.

Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass die Flächenelektrode 10 anstatt einer glatten Oberfläche 11 eine Profilierung 15 hat, die beispielsweise eine Rechteckstruktur mit einer Stegbreite b und einer Steghöhe h aufweist. Die Stegbreite b kann zwischen 0,1 und 1 mm und die Steghöhe h ebenfalls zwischen 0,1 und 1 mm liegen. Insbesondere haben Stegbreite b und Steghöhe h die gleiche Größenordnung, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,6 mm. Der Widerstandskörper 5 hat an beiden Oberflächen 2 und 3 eine komplementäre Profilierung 7. Über die Profilierungen 7 und 15 sind der Widerstandskörper 5 und die Flächenelektroden 10 unlösbar miteinander verbunden.From Figure 3 it can be seen that the surface electrode 10 instead of a smooth surface 11 has a profiling 15, for example, has a rectangular structure with a web width b and a web height h. The web width b can be between 0.1 and 1 mm and the web height h also between 0.1 and 1 mm. In particular, web width b and web height h have the same order of magnitude, preferably between 0.3 and 0.6 mm. The resistance body 5 has on both surfaces 2 and 3 a complementary profiling 7. About the profiles 7 and 15, the resistance body 5 and the surface electrodes 10 are permanently connected to each other.

In anderer Ausbildung als Figur 3 können die Profilierungen 7 bzw. 15 auch einen Neigungswinkel gegen die Oberfläche der Flächenelektrode haben. Die Ausbildung der Profilierung hat Einfluss auf die Funktionsweise des PTC-Limiters 1.In another embodiment than FIG. 3, the profilings 7 and 15 can also have an angle of inclination against the surface of the surface electrode. The formation of the profiling has an influence on the functioning of the PTC limiter 1.

In der Figur 4 ist ein Schaltoszillogramm des PTC-Limiters 1 mit Profilierungen 15 an den Elektroden 10 und komplementärem Oberflächenprofil 7 des PTC-Widerstandskörpers 5 dargestellt, wie es im Einzelnen in der EP 0 717 876 B1 beschrieben ist. Der zeitliche Verlauf des Limiterwiderstandes R bei einer Kurzschlussabschaltung des PTC-Limiters 1 ergibt sich aus der Kurve 17. Der Limiterwiderstand beginnt mit dem Einsetzen des Kurzschlussstromes von seinem Anfangswert R0 ≈ 4 mΩ und steigt leicht an. Nach etwa 300 µs erreicht er einen ersten Plateauwert P von ca. 8 mΩ. Während der Kurzschlussstrom weiter ansteigt und 500 µs nach Kurzschlussbeginn den Wert von 5 kA erreicht, geht die Widerstandskurve zu diesem Zeitpunkt in einen steilen Anstieg über und bleibt etwa 300 µs lang auf Widerstandswerten, die wesentlich größer als 100 mΩ sind. Etwa 900 µs nach Kurzschlussbeginn sinkt der Limiterwiderstand wieder auf einen niederohmigen Wert von etwa 15 mΩ zurück und sinkt anschließend auf seinen Ausgangswert ab.FIG. 4 shows a switching oscillogram of the PTC limiter 1 with profilings 15 on the electrodes 10 and complementary surface profile 7 of the PTC resistor body 5, as in detail in the EP 0 717 876 B1 is described. The time profile of the limiter resistor R for a short-circuit shutdown of the PTC limiter 1 is shown in the curve 17. The limiter resistance begins with the onset of the short-circuit current from its initial value R0 ≈ 4 mΩ and increases slightly. After about 300 μs it reaches a first plateau value P of about 8 mΩ. While the short-circuit current continues to rise and reaches 5 kA after a short circuit of 500 μs, the resistance curve goes into a steep rise at this time and remains at a resistance value substantially greater than 100 mΩ for approximately 300 μs. Approximately 900 μs after the start of the short circuit, the limiter resistance drops back to a low-ohmic value of about 15 mΩ and then drops to its initial value.

Durch die Kombination der Eigenschaften der Anordnung aus Leistungsschalter und Strombegrenzer gemäß Figur 1 und der Ausbildung des PTC-Limiters 1 als Strombegrenzer gemäß den Figuren 2 bis 4 gelingt es, bei einer Lichtbogenrückkommutierung vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn den Limiter 1 im Zeitbereich von wenigen Zehntel Millisekunden durch Stromentlastung vom hochohmigen, d.h. geschalteten, Zustand in den niederohmigen Zustand zurückzustellen. Der zusätzliche Spannungsbedarf beim erneuten Kommutieren des Schaltlichtbogens von der Hauptstrombahn auf den Nebenstrompfad ist quantitativ durch das Produkt aus Momentanstrom und dem Rückstellwiderstand des Limiters gegeben.By combining the characteristics of the arrangement of circuit breaker and current limiter according to FIG. 1 and the design of the PTC limiter 1 as current limiter according to FIGS. 2 to 4, it is possible to limit the limiter 1 in the time domain of a few tenths of a millisecond in an arcing back commutation from the secondary current path to the main current path due to current discharge from the high-impedance, ie switched back to the low-impedance state. The additional voltage required when reconnecting the switching arc from the main flow path to the secondary flow path is given quantitatively by the product of instantaneous current and the reset resistance of the limiter.

Im Beispiel der Figur 4 liegt der Rückstellwiderstand bei etwa dem 2- bis 4-fachen des Kaltwiderstandes. Um bei ca. 10 mΩ Rückstellwiderstand die zusätzliche Kommutierungsspannung von z.B. 50 V nicht zu überschreiten, darf der Durchlassstrom des Kurzschlusses daher 5 kA nicht überschreiten. Dies bedeutet, dass der Rückstellwiderstand des PTC-Limiters 1 muss also bezüglich der Höhe des Durchlassstromes und der maximalen Kommutierungsspannung ausgelegt sein.In the example of Figure 4, the reset resistance is about 2 to 4 times the cold resistance. In order not to exceed the additional commutation voltage of eg 50 V with a resetting resistor of approx. 10 mΩ, the forward current of the short circuit must therefore not exceed 5 kA. This means that the reset resistance of the PTC limiter 1 must therefore be designed with respect to the magnitude of the forward current and the maximum commutation voltage.

In Figur 5 ist ein Leistungsschalter 20 mit einem PTC-Limiter 1 im Nebenstrompfad dargestellt, wie es in vergleichbarer Weise in Figur 1 gezeigt ist. Wesentlicher Unterschied ist die symmetrische Ausbildung des Schaltteils 30 des Leistungsschalters 20, mit einer Schaltbrücke 32 und einer Doppelkammer21, 28 bzw. 21',28' mit jeweiligen Leitschienen 36,36' und Löschblechen 29, 29', und der Anschluss des Limiters in dieser symmetrischen Schaltkammeranordnung. Die Bezeichnungen der Funktionsteile entsprechen im Wesentlichen Figur 1.FIG. 5 shows a circuit breaker 20 with a PTC limiter 1 in the secondary current path, as shown in a comparable manner in FIG. The essential difference is the symmetrical design of the switching part 30 of the circuit breaker 20, with a switching bridge 32 and a Doppelkammer21, 28 or 21 ', 28' with respective guide rails 36,36 'and quenching plates 29, 29', and the connection of the limiter in this symmetrical switching chamber arrangement. The designations of the functional parts essentially correspond to FIG. 1.

Wie in Figur 1 ist auch in Figur 5 durch die Anordnung des Strombegrenzers 1 im Nebenstrompfad des Leistungsschalters 20 der Limiter 1 nur im Schaltfall strombelastet. Als Nebenstrompfad dient der Schaltkammerstrompfad, der nach dem Öffnen der Schaltbrücke 32 durch Lichtbogenkommutierung von der Schaltbrücke 32 auf die benachbarten Leitschienen 29 bzw. 29' eingeschaltet wird.As in FIG. 1, the limiter 1 is also current-charged only in the event of a switch due to the arrangement of the current limiter 1 in the secondary current path of the circuit breaker 20. As Nebenstrompfad is the switching chamber current path, which is turned on after opening the switching bridge 32 by arc commutation of the switching bridge 32 to the adjacent guide rails 29 and 29 '.

In Figur 5 hat der Strombegrenzer ein eigenes Gehäuse 50, das auf das Gehäuse 30 des Leistungsschalters 20 aufgesetzt ist und eine Verlängerung 52 zur mechanischen Betätigung des Schaltschlosses 24 enthält.In Figure 5, the current limiter has its own housing 50 which is placed on the housing 30 of the circuit breaker 20 and includes an extension 52 for mechanical actuation of the switching mechanism 24.

Wenn der Limiter 1 nicht angeschlossen ist, so enthält der Leistungsschalter 20 stattdessen eine Leitschienenbrücke 39 zur Verbindung der beiden Leitschienen 36, 36'. Die Schaltbrücke 32 ist in der Figur 5 in Schließstellung mit durchgezogener Linie und in Öffnungsstellung mit gestrichelter Linie dargestellt. Von einem der Anschlüsse 47, 47'geht die Strombahn in den Antriebsteil 40 des Leistungsschalters 20 über, der wiederum entsprechend Figur 1 das Schaltschloss 24, den Überstromauslöser 25 und den Kurzschlussauslöser 26 beinhaltet. Dadurch kann im Kurzschlussfall der Kurzschlussauslöser 26 die Schaltbrücke 32 des Leistungsschalters 20 unverzögert öffnen.If the limiter 1 is not connected, then the circuit breaker 20 instead includes a rail bridge 39 for connecting the two guide rails 36, 36 '. The switching bridge 32 is shown in the figure 5 in the closed position by a solid line and in the open position with a dashed line. From one of the terminals 47, 47 ', the current path passes into the drive part 40 of the circuit breaker 20, which in turn, according to Figure 1, the switching mechanism 24, the overcurrent release 25 and the short-circuit release 26 includes. As a result, in the event of a short circuit, the short-circuit release 26 can open the switching bridge 32 of the circuit breaker 20 without delay.

Der Anschluss des Limiters 1 erfolgt an einer Verbindungsstelle der beiden Leitschienen 36 und 36', die der Schaltbrücke 32 zugeordnet sind und die als Lichtbogenlaufschienen dienen. Der Limiter 1 ist erst dann stromdurchflossen, wenn in beiden Schaltkammern der Lichtbogenansatz vom Brückenkontakt auf die benachbarte Leitschiene kommutiert ist. Durch die erforderliche, gleichzeitige Bogenkommutierung verteilt sich der zusätzliche Spannungsbedarf durch den Spannungsabfall am Limiter 1 auf beide Schaltstrecken. Dieser Aufteilungseffekt erleichtert auch nach einer Bogenrückkommutierung auf die Schaltbrücke das erneute Kommutieren von der Hauptstrombahn auf den Nebenstrompfad.The connection of the limiter 1 takes place at a connection point of the two guide rails 36 and 36 ', which are assigned to the switching bridge 32 and which serve as arc running rails. The limiter 1 is only then flowed through current when the arc approach is commutated from the bridge contact to the adjacent guide rail in both switching chambers. Due to the required, simultaneous arc commutation, the additional voltage requirement is distributed by the voltage drop across the limiter 1 on both switching paths. This division effect facilitates the commutation of the main flow path to the secondary flow path even after a Bogenrückkommutierung on the switching bridge.

Als weiteren Effekt bewirkt die Doppelunterbrechung, dass eine Rückverlagerung des Schaltlichtbogens vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn nur dann möglich ist, wenn diese Rückverlagerung in beiden Schaltkammern erfolgt.As a further effect, the double interruption causes a return displacement of the switching arc from the secondary flow path to the main flow path is only possible if this return displacement takes place in both switching chambers.

Als besondere Maßnahme gegen eine Bogenrückkommutierung wird durch die Gestaltung der Leitschienen 36, 36' ein von der jeweiligen Löschblechkammer 21 bzw. 21' und dem zugehörigen Vorkammerbereich 28 bzw. 28' weitgehend abgeschirmter Bereich 34, 34' geschaffen, welcher die Brückenkontakte 23, 23' in der Öffnungsstellung des Schaltgerätes 20 aufnimmt.As a particular measure against a Bogenrückkommutierung is by the design of the guide rails 36, 36 'one of the respective splitter chamber 21 and 21' and the associated prechamber region 28 or 28 'largely shielded area 34, 34' created, which the bridge contacts 23, 23rd 'receives in the open position of the switching device 20.

In Figur 6 ist in den der Öffnungsstellung der Schaltbrücke 32 zugeordneten Leitschienen 36, 36' ein Durchbruch 38 bzw. 38' eingebracht, was im Einzelnen aus der Draufsicht in Figur 7 deutlich wird. Durch den Durchbruch 38 bzw. 38' in den Leitschienen ist die Schaltbrücke 32 in der Öffnungsstellung von den Löschblechen 29, 29' und dem Vorkammerbereich 28, 28' so abgeschirmt, dass Bogenrückzündungen an der Schaltbrücke 32 vermieden werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Limiterfunktion bei Bogenrückzündungen im Vorkammerbereich 28,28' nicht aussetzt.In FIG. 6, an opening 38 or 38 'is introduced into the guide rails 36, 36' assigned to the open position of the switching bridge 32, which is clear from the top view in FIG. 7 in detail. Through the breakthrough 38 or 38 'in the guide rails, the switching bridge 32 in the open position of the quenching plates 29, 29' and the prechamber region 28, 28 'so shielded that bow reignitions are avoided at the switching bridge 32. This will ensure that the limiter function does not suspend in pre-chamber bow re-firing 28,28 '.

Wie erwähnt, zeigt Figur 6 die Schaltbrücke in Öffnungsstellung, bei welcher der Abstand zwischen Brückenkontakten 23, 23' und Festkontakten 22, 22' deutlich größer ist, als der Abstand der Leitschienen 36, 36' zu den Festkontakten. Dadurch wird eine die Bogenkommutierung unterstützende Spannungsdifferenz der Bogenbrennspannung erzeugt, die eine Rückkommutierung des Lichtbogens erschwert.As mentioned, Figure 6 shows the switching bridge in the open position, in which the distance between the bridge contacts 23, 23 'and fixed contacts 22, 22' is significantly greater than the distance of the guide rails 36, 36 'to the fixed contacts. As a result, a sheet commutation assisting voltage difference of the sheet-burning voltage is generated, which makes it difficult to back-commutate the arc.

Durch die abschirmende Geometrie der Leitschienen 36, 36' wird verhindert, dass Bogenplasma aus den Löschblechkammern 21, 21' oder den Vorkammerbereichen 28, 28' direkt auf die Schaltbrücke 32 strömen kann und Überschläge von der Schaltbrücke 32 zu den Leitschienen 36, 36' oder zu den Festkontakten 23, 23' auslöst.The shielding geometry of the guide rails 36, 36 'prevents arc plasma from the arc splitter chambers 21, 21' or the prechamber regions 28, 28 'can flow directly to the switching bridge 32 and flashovers of the switching bridge 32 to the guide rails 36, 36' or to the fixed contacts 23, 23 'triggers.

Aus der Figur 7 wird deutlich, dass die Schaltbrücke 32 bei der Öffnungsbewegung durch den Durchbruch 38, 38' der Leitschienen 36, 36' hindurchgeführt wird. Durch die gewählte Geometrie wird bekannterweise ein Magnetfeld aufgebaut, durch welches der bzw. die Lichtbogen an die Ausschnittkante getrieben und aufgeteilt wird. Der Brückenträger 45 zur Bewegung der Schaltbrücke 32 dient gleichzeitig zur elektrischen Isolation zwischen beiden Schaltkammern des doppelunterbrechenden Leistungsschalters 20.From the figure 7 it is clear that the switching bridge 32 in the opening movement through the opening 38, 38 'of the guide rails 36, 36' is passed. As a result of the geometry selected, a magnetic field is built up by which the arc (s) is driven to the cutting edge and split up. The bridge carrier 45 for moving the switching bridge 32 simultaneously serves for the electrical insulation between the two switching chambers of the double-breaking circuit breaker 20.

Speziell bei dem anhand der Figuren 5 bis 7 beschriebenen Beispiel ist der Leistungsschalter als Einzelschaltgerät mit Anschlussmöglichkeit eines Limiters konzipiert. Die Anschlussstelle des Limiters ist hierzu durch eine Leitschienenbrücke verbunden. Bei der Kombination von Leistungsschalter und Limiter ist bei Bedarf eine mechanische Verlängerung 52 zur Ein- Ausschaltbetätigung des Leistungsschalters vorgesehen.Especially in the example described with reference to FIGS. 5 to 7, the circuit breaker is designed as a single switching device with connection capability of a limiter. The connection point of the limiter is connected by a rail bridge. When combined with circuit breaker and limiter, a mechanical extension 52 is provided for on-off operation of the circuit breaker if required.

Anstatt des Anbaus des Limiters an den Leistungsschalter, kann eine Hochstromversion des Leistungsschalters mit in das Schaltergehäuse integriertem Limiter vorgesehen sein.Instead of mounting the limiter to the circuit breaker, a high current version of the circuit breaker may be provided with a limiter integrated in the switch housing.

Anhand der Beispiele wurde gezeigt, dass insbesondere ein Leistungsschalter für die erfindungsgemäße Kombination des Schaltgerätes mit einem geeigneten Strombegrenzer geeignet ist. In entsprechender Weise ist aber auch ein Schütz oder ein Halbleiterschalter als Schaltgerät verwendbar. Insbesondere beim lichtbogenfreien Schalten sind aber Lichtbogenschaltelemente erforderlich.Based on the examples has been shown that in particular a circuit breaker for the inventive combination of the switching device is suitable with a suitable current limiter. In a similar manner but also a contactor or a semiconductor switch is used as a switching device. In particular, arc-free switching but arc switching elements are required.

Für die praktische Realisierung der Erfindung können das Schaltgerät und der Strombegrenzer weiterhin in vorteilhafter Weise systemtechnische Mittel eingebunden werden. Beispielsweise kann die Stromkommutierung durch isolierende Medien, wie bewegliche Schieber, Abdeckung an der Hauptstrombahn/Kontaktstelle, verbessert werden. Die Anwendung bei einfach- und/oder doppelunterbrechenden Kontaktanordnungen wurde verdeutlicht. Dabei können die Schaltkontakte mit Linear- oder aber auch mit Drehöffnungsbewegung realisiert sein. In Ergänzung oder als Ersatz anhand der Figuren im Einzelnen beschriebenen Strombegrenzer kann auch ein Limiter mit Zusatzschaltkammer/Kontaktstelle oder aber ein Festkörperlimiter verwendet werden. Für die Kurzschlussfrüherkennung können spezielle Schnellauslöser, beispielsweise Piezoelement zur leistungsschwachen Umschaltung auf die Nebenstrombahn verwendet werden. Schließlich ist auch eine elektronische Auslösung möglich.For the practical implementation of the invention, the switching device and the current limiter can be further integrated advantageously systemic means. For example, the current commutation can be improved by insulating media, such as movable slides, cover at the main flow path / contact point. The application in single and / or double interrupting contact arrangements has been clarified. In this case, the switching contacts can be realized with linear or else with rotary opening movement. A limiter with additional switching chamber / contact point or else a solid-state limiter can be used in addition or as a substitute for the current limiter described in detail. For the early detection of short circuits, special quick releases, for example piezo elements, can be used for low-power switching to the secondary flow path. Finally, an electronic triggering is possible.

Bei den beschriebenen Anordnungen ist auch eine Kommunikation mit Überwachung von Schaltzuständen Und/oder der Lebensdauer der Kontakte bzw. Restlebensdaueranzeige sowie Anzeige der Limiter-Lebensdauer durch Aufsummierung der Kurzschlüsse möglich. In the described arrangements, a communication with monitoring of switching states and / or the life of the contacts or residual life display and display of limiter life by summation of the short circuits is possible.

Claims (20)

  1. Method for operation of a switching device, for example a circuit breaker or contactor, having at least one main current path and an associated auxiliary current path, with the switching device having a quenching device (21) for an arc, and with a switchable current limiter (1) in the auxiliary current path being used to switch from the non-current-limiting mode to the current-limiting mode and to form a switching voltage when there is a high current load,
    characterized in that
    - the switchable current limiter (1) is connected electrically in series with the quenching device (21), and
    - the current limiter (1) is reset if the arc commutates back from the auxiliary current path on to the main current path, with the transition from the current limiting mode to the non-current-limiting mode taking place in a time period such that no current-limiting switching voltage of the current limiter (1) need be overcome when the arc commutates to the quenching device (21).
  2. Method according to Claim 1, characterized in that the arc at the same time interrupts the main current path and connects the auxiliary current path by commutation from the main current path to the auxiliary current path.
  3. Method according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that a double-interrupting circuit breaker (20) with two switching chambers (34, 34') per switching pole is used as the circuit breaker.
  4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a PTC limiter (1) is used as the current limiter, whose resetting resistance for resetting to the non-current-limiting mode is chosen as a function of the forward current and the maximum commutation voltage.
  5. Method according to one of the preceding claims, characterized by the inclusion of the switching device (20), including the current limiter, in a switchgear assembly having means for communication of switching states of the switching device and/or characteristics of the switching contacts.
  6. Arrangement for carrying out the method according to Claim 1 or one of Claims 2 to 5, having a switching device (20) which has switching contacts (22, 23), arc guide rails (36, 36') associated with these switching contacts, as well as a quenching chamber (21) as a quenching device, and having a current limiter (1) in the auxiliary current path of the switching device (20), characterized in that the current limiter is a PTC limiter (1) in order to prevent switching failure of the current limiter (1) which is arranged in the auxiliary current path of the circuit breaker (20), which PTC limiter (1) comprises a resistance body (5) composed of polymer, which is made to be electrically conductive, between two metallic electrodes (10) under pressure, and has profiled electrodes (10, 15) and complementary surface profiles (7) in the resistance body (5), and in that the current limiter (1) is connected to a connection point of the two outer guide rails (36, 36') of the circuit breaker (20).
  7. Arrangement according to Claim 6, characterized in that the profile depth of the electrode (10) is between 1/10 mm and 5/10 mm.
  8. Arrangement according to Claim 6, characterized in that the profile edges are inclined with respect to the electrode surface (11).
  9. Arrangement according to Claim 8, characterized in that opposite profile edges of the electrode are inclined conically with respect to the electrode surface.
  10. Arrangement according to Claim 6, wherein a switching link (32) with link contacts (23, 23') is present, characterized in that current flows through the current limiter (1) when the arc attachment is commutated from the link contact (23, 23') to the adjacent guide rail (36, 36') in both switching chambers of the circuit breaker (20).
  11. Arrangement according to Claim 10, characterized in that the switching link (32) of the circuit breaker (20) is designed such that the distance between the link contact (23, 23') and the stationary contact (22, 22') when the switching link (32) is in the open position is greater than the distance between the guide rail (36, 36') and the stationary contact (22, 22').
  12. Arrangement according to Claim 11, characterized in that the screening geometry of the guide rails (36, 36') prevents arc plasma from flowing from the arc splitter chamber (21, 21') or from the initial chamber area (28, 28') to the switching link (32).
  13. Arrangement according to Claim 12, characterized in that for preventing arcs from commutating back, the guide rails (36, 36') substantially screen the link contacts (23, 23') from the arc splitter chambers (21, 21') and from the initial chamber areas (28, 28').
  14. Arrangement according to one of Claims 10 to 13, characterized in that the link mount (45) for movement of the switching link (32) is also used for electrical isolation between the two switching chambers (21, 21') of the circuit breaker (20).
  15. Arrangement according to one of Claims 6 to 9, characterized in that the switching device is in the form of a single switching device (20) with the capability for the current limiter (1) to be connected.
  16. Arrangement according to Claim 15, characterized in that the connecting point of the current limiter (1) to the switching device (20) is connected by means of a guide rail link (39).
  17. Arrangement according to Claim 16, characterized in that, when the current limiter (1) is connected in the auxiliary current path, the guide rail link (39) is replaced by the current limiter (1).
  18. Arrangement according to Claim 17, characterized in that the current limiter (1) is arranged in its own enclosure (50).
  19. Arrangement according to Claim 18, characterized in that the current limiter enclosure (50) can be fitted to the switching device enclosure (20).
  20. Arrangement according to Claim 19, characterized in that a mechanical extension (52) for switching the switching device (20) on and off is provided in the enclosure (50) of the current limiter (1).
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