EP1554739B1 - Niederspannungs-leistungsschalter - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a low-voltage circuit breaker, comprising a main current contact arrangement and an arc-extinguishing chamber, wherein an arc-transfer element is arranged between the main-current contact arrangement and the arc-extinguishing chamber.
- the invention has for its object to ensure the transfer of the arc in the central region of the arc-quenching chamber.
- an arc transfer element between the main current contact arrangement and the arc quenching chamber comprises at least one arc guide element that has several running edges, in particular at different angles to a center line of the arc transfer element extending in the direction of an upper side of the arc quenching chamber extend from an edge region towards a central region of the arc transfer element, and in that the arc guide element is crown-shaped and a plurality of radially formed to the center line Has pointed, regardless of the origin of the arc is advantageously achieved to lead the arc away from the burn before to be protected main power contacts away in the central region of the arc-quenching chamber and to achieve a shortening of the arc extinguishing time.
- the running edges extend substantially parallel to the arc transfer element. - This allows an optimal arc position can be controlled defined within the arc-quenching chamber. -
- the running edges can each be formed by a sharp transition of a step.
- the arc guide element is non-positively connected to the arc transfer element.
- the configuration of the arc guide element is possible by simple measures. For this purpose, only a constructive simple production of the arc guide element - for example as a stamped part - and the attachment of this arc guide element to the arc-transfer element - for example by welding - required.
- the radial peaks of the stamped part the running edges for the arc are set in a simple manner. In particular, adjustments to different arc extinguishing chamber sizes are thus possible in a simple manner.
- the radial prongs preferably have two mutually running running edges for the arc, which extend from the edge region of the arc-transfer element in the center of the arc-quenching chamber.
- the non-positively connected with the arc-transfer element arc-guiding element also has the advantage that an enlarged heat sink in the region of the arc transfer element is available, which favorably influences the extinguishing behavior of the arc-quenching chamber.
- At least a section of a wire in particular a steel wire, can also serve as arc guide element.
- the at least one arc guide element is designed as a profile part stamped out of the plane of the arc transfer element.
- Figure 1 shows in a partial sectional view of an arc-quenching chamber 10 of a low-voltage circuit breaker 12.
- the low-voltage circuit breaker 12 is designed for a relatively high rated current, for example, 1000 A.
- a main current contact arrangement 14 of the low-voltage circuit breaker 12 comprises a stationary main contact 16 with a contact piece support 18 and a movable main contact 20 with a contact piece support 22. These main contacts 16 and 20 are in multiple arrangement in a parallel arrangement if necessary. The larger the rated current, the wider - as shown in the paper plane - the main current contact arrangement is formed.
- the main contacts 16 and 20 are used for arc-free guidance of the continuous current of the low-voltage circuit breaker 12 in the closed state of the main contacts 16 and 20th
- the main power contact assembly 14 further includes a stationary burn off contact 24 with a contact piece support 26 and a movable Abbrennkar 28 with a contact piece support 30.
- the Abbrenntakingen 24 and 28 arc horns 32 and 34 are assigned.
- An insulating coupling 36 serves to connect to a drive device, not shown, and return device for opening and closing the main current contact arrangement 14.
- the arc quenching chamber 10 includes a housing 38 enclosing an arc-extinguishing interior space 40.
- a quenching plate 41 consisting of quenching plates 42, 43 is arranged in a known manner.
- the interior space 40 is bounded on its fixed contact side by an arc transfer element 44.
- the arc-transfer element 44 is formed substantially plate-shaped and carries on its interior 40 side facing an arc guide element 46, the structure of which will be explained in more detail with reference to the following figures.
- the formed during the deletion arc gases (switching gases) leave the arc-quenching chamber 10 through a provided at the top, divided by webs 48 outlet opening 50 in the direction of the arrows 52.
- At the top of the arc-quenching chamber 10 may additionally be a switching gas damper be arranged.
- the arc guide element 46 is arranged on the arc guide element 44 in the region of the arc transfer points of the arc horn 32.
- FIG. 2 shows the arc guide element 44 in plan view, the arrangement of the arc guide element 46 on the arc guide element 44 becoming clear.
- the arc guide element 46 is frictionally arranged as an additional part on the arc guide element 44, for example by spot welding or the like. According to a further embodiment, the arc guide element 46 be stamped out of the plane of the arc guide member 44.
- the arc guiding element 46 comprises running edges 54, which form the lateral boundary of radial prongs 56.
- the running edges 54 in this case each extend at different angles to an imaginary vertical 58 through the arc guide element 44.
- the running edges 54 are aligned such that they extend from a lower edge region in the direction of an upper middle region of the arc guide element 44.
- the running edges 54 are formed by steps 60 extending substantially perpendicular to the plane of the arc guiding element 44, so that a sharp-edged transition 62 on the surface of the arc guiding elements 46 results.
- Figure 5 illustrates in a perspective view again the plastic protrusion of the arc guide element 46 on the arc guide member 44. This results in the formation of the running edges 54 in the form of the sharp-edged transitions 62 of the steps 60th
- the number of arc-guiding elements 46 and the number of running edges 54 may be adapted to the structural design of the low-voltage circuit breaker 12, in particular to the arc-extinguishing chamber 10.
- each of the two end plates 43 of the splitter stack 41 may be used and thereby provided with an arc guide element.
- not shown embodiments may also be provided instead of the illustrated, crown-shaped or serrated arc-guide element 46, that the running edges 54 are formed of welded individual elements, such as steel wire or the like.
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- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft einen Niederspannungs-Leistungsschalter, mit einer Hauptstromkontaktanordnung und einer Lichtbogen-Löschkammer, wobei zwischen Hauptstromkontaktanordnung und Lichtbogen-Löschkammer ein Lichtbogen-Überführungselement angeordnet ist.
- Es ist bekannt, dass die Größe, insbesondere die Breite, von Hauptstromkontakten von Niederspannungs-Leistungsschaltern abhängig ist von einem Nennstrom, für den die Niederspannungs-Leistungsschalter ausgelegt sind. Je größer dieser Nennstrom ist, umso breiter sind die entsprechenden Hauptstromkontakte ausgebildet. Hierbei ist nachteilig, dass sich aufgrund von stärker ausgeprägten Stromverdrängungseffekten bei breiteren Hauptstromkontakten ein kompliziertes Lichtbogen-Löschverhalten einstellt, da der Lichtbogen überwiegend am Rand der breiten Hauptstromkontakte entsteht und dementsprechend überwiegend im Randbereich von dem der Hauptstromkontakte zugeordneten Lichtbogen-Löschkammer verweilt. Somit wird die Kühlwirkung der Lichtbogen-Löschkammer nur sehr eingeschränkt genutzt. Dies führt dazu, dass der Lichtbogen relativ spät erlischt, und es besteht die Gefahr, dass ionisierte Schaltgase aus der Lichtbogen-Löschkammer austreten. Dieses Abbrennen der Lichtbögen im Randbereich tritt sowohl bei Abschaltungen im Nennstrombereich als auch bei Kurzschlussstromabschaltungen dieser Niederspannungs-Leistungsschalter auf.
- Um ein gezieltes Überführen von Lichtbögen in Lichtbogen-Löschkammern zu ermöglichen, ist aus DE 35 39 673 A1 bekannt, einer Hauptstromkontaktanordnung ein Lichtbogen-Leitstück aus einem ferromagnetischen Material zuzuordnen, mittels dem eine gezielte Überführung von Lichtbögen in die Lichtbogen-Löschkammer erfolgen soll. Bei dieser Anordnung ist nachteilig, dass zusätzliche Bauelemente vorzusehen sind, die unmittelbar mit den Hauptstromkontakten verbunden sind. Hierdurch verkompliziert sich der Aufbau des Niederspannungs-Leistungsschalters, insbesondere führen schon geringfügige Herstellungs-und/oder Montagetoleranzen zu Fehlverhalten beim Ableiten der Lichtbögen.
- Es ist weiterhin bekannt, bei einem gattungsgemäßen Niederspannungs-Leistungsschalter am Lichtbogen-Überführungselement ein Lichtbogen-Leitelement vorzusehen, mittels dem der Lichtbogen definiert in die Lichtbögen-Löschkammer führbar ist (US 6,417,474 B1).
- Aus der Druckschrift US 4,885,441 ist ein Lichtbogen-Überführungselement mit einem Lichtbogen-Leitelement bekannt, bei dem das Lichtbogen-Leitelement zwei unter unterschiedlichen Winkeln zu einer Mittellinie des Lichtbogen-Überführungselementes verlaufende Laufkanten aufweist, wobei sich die Laufkanten von einem Randbereich weg in Richtung eines Mittelbereiches des Lichtbogen-Überführungselementes erstrecken.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Überführen des Lichtbogens in den zentralen Bereich der Lichtbogen-Löschkammer sicherzustellen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass ein Lichtbogen-Überführungselement zwischen Hauptstromkontaktanordnung und Lichtbogen-Löschkammer wenigstens ein Lichtbogen-Leitelement umfasst, dass mehrere, insbesondere unter unterschiedlichen Winkeln zu einer sich in Richtung einer Oberseite der Lichtbogen-Löschkammer erstreckenden Mittellinie des Lichtbogen-Überführungselementes verlaufende Laufkanten aufweist, die sich von einem Randbereich weg in Richtung eines Mittelbereiches des Lichtbogen-Überführungselementes erstrecken, und dadurch, dass das Lichtbogen-Leitelement kronenförmig gebildet ist und mehrere strahlenförmig zu der Mittellinie gebildete Zacken aufweist, wird unabhängig von dem Entstehungsort des Lichtbogens vorteilhaft erreicht, den Lichtbogen sauber von den vor Abbrand zu schützenden Hauptstromkontakten weg in den zentralen Bereich der Lichtbogen-Löschkammer zu führen und eine Verkürzung der Lichtbogen-Löschzeit zu erreichen. Hierdurch kommt es zu einer Verringerung der Beanspruchung sowohl einerseits der Hauptstromkontakte als auch andererseits der Lichtbogen-Löschkammer, da diese nunmehr durch im Wesentlichen definiertes Anlaufen durch den Lichtbogen ihre Lichtbogen-Löschkapazität mit großem Wirkungsgrad umsetzen kann. Es hat sich gezeigt, dass durch Vorsehen von einfachen Lichtbogen-Leitelementen am Lichtbogen-Überführungselement das definierte Führen der Lichtbögen möglich ist. Veränderungen an der Hauptstromkontaktanordnung selber brauchen nicht vorgenommen zu werden, so dass sich die erfindungsgemäßen Modifizierungen einzig allein auf das Lichtbogen-Überführungselement beschränken. Somit ist die erfindungsgemäße Lösung sehr einfach und somit kostengünstig auch in serienmäßig hergestellten Niederspannungs-Leistungsschaltern realisierbar.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Laufkanten im Wesentlichen parallel zum Lichtbogen-Überführungselement verlaufen. - Hierdurch kann eine optimale Lichtbogen-Position innerhalb der Lichtbogen-Löschkammer definiert angesteuert werden. - Die Laufkanten können jeweils von einem scharfkantigen Übergang einer Stufe gebildet sein.
- In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lichtbogen-Leitelement mit dem Lichtbogen-Überführungselement kraftschlüssig verbunden ist. Hierdurch ist die Ausgestaltung des Lichtbogen-Leitelementes durch einfache Maßnahmen möglich. Hierzu ist lediglich eine konstruktive einfache Herstellung des Lichtbogen-Leitelementes - beispielsweise als Stanzteil - und das Anbringen dieses Lichtbogen-Leitelementes an dem Lichtbogen-Überführungselement - beispielsweise durch Schweißen - erforderlich. So können bei einer entsprechend gewählten Anordnung der strahlenförmigen Zacken des Stanzteiles die Laufkanten für den Lichtbogen in einfacher Weise festgelegt werden. Insbesondere sind so Anpassungen an unterschiedliche Lichtbogen-Löschkammergrößen in einfacher Weise möglich. Die strahlenförmigen Zacken besitzen vorzugsweise zwei winklig zueinander verlaufende Laufkanten für den Lichtbogen, die vom Randbereich des Lichtbogen-Überführungselementes in die Mitte der Lichtbogen-Löschkammer verlaufen. Hierdurch ist je nach Entstehungsort und Intensität des Lichtbogens eine angepasste Führung des Lichtbogens in die Lichtbogen-Löschkammer möglich.
- Das kraftschlüssig mit dem Lichtbogen-Überführungselement verbundene Lichtbogen-Leitelement bietet ferner den Vorteil, dass ein vergrößerter Kühlkörper im Bereich des Lichtbogen-Überführungselementes zur Verfügung steht, der das Löschverhalten der Lichtbogen-Löschkammer günstig beeinflusst.
- Als Lichtbogen-Leitelement kann auch zumindest ein Abschnitt eines Drahtes, insbesondere eines Stahldrahtes dienen.
- Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Lichtbogen-Leitelement als aus der Ebene des Lichtbogen-Überführungselementes herausgeprägtes Profilteil ausgebildet ist. Hierdurch wird ebenfalls in einfacher Weise die Herstellung eines Lichtbogen-Leitelemente aufweisenden Lichtbogen-Überführungselementes möglich.
- Mit Vorteil kann als Lichtbogen-Überführungselement zumindest ein Endblech eines Löschblechpaktes dienen.
- Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
- Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine teilweise Schnittansicht durch einen Niederspannungs-Leistungsschalter;
- Figur 2
- eine Draufsicht auf ein Lichtbogen-Überführungselement;
- Figur 3
- eine Schnittdarstellung durch das Lichtbogen-Überführungselement;
- Figur 4
- eine Detailvergrößerung des Lichtbogen-Überführungselementes und
- Figur 5
- eine schematische Perspektivansicht eines Lichtbogen-Überführungselementes.
- Figur 1 zeigt in einer teilweisen Schnittdarstellung eine Lichtbogen-Löschkammer 10 eines Niederspannungs-Leistungsschalters 12. Der Niederspannungs-Leistungsschalter 12 ist für einen relativ hohen Nennstrom, beispielsweise 1000 A, ausgelegt.
- Eine Hauptstromkontaktanordnung 14 des Niederspannungs-Leistungsschalters 12 umfasst einen ortsfesten Hauptkontakt 16 mit einer Schaltstückauflage 18 sowie einen bewegbaren Hauptkontakt 20 mit einer Schaltstückauflage 22. Diese Hauptkontakte 16 und 20 sind im Bedarfsfalle mehrfach in paralleler Anordnung vorhanden. Je größer der Nennstrom, umso breiter - gemäß Darstellung in die Papierebene hinein - ist die Hauptstromkontaktanordnung ausgebildet.
- Die Hauptkontakte 16 und 20 dienen zur lichtbogenfreien Führung des Dauerstromes des Niederspannungs-Leistungsschalters 12 im geschlossenen Zustand der Hauptkontakte 16 und 20.
- Die Hauptstromkontaktanordnung 14 umfasst ferner einen ortsfesten Abbrennkontakt 24 mit einer Schaltstückauflage 26 und einen bewegbaren Abbrennkontakt 28 mit einer Schaltstückauflage 30. Den Abbrennkontakten 24 und 28 sind Lichtbogen-Hörner 32 beziehungsweise 34 zugeordnet.
- Eine Isolierkoppel 36 dient der Verbindung mit einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung und Rückstelleinrichtung zum Öffnen und Schließen der Hauptstromkontaktanordnung 14.
- Die Lichtbogen-Löschkammer 10 umfasst ein Gehäuse 38, das einen einer Lichtbogen-Löschung dienenden Innenraum 40 umschließt. In dem Innenraum 40 ist in bekannter Weise ein aus Löschblechen 42, 43 bestehendes Löschblechpaket 41 angeordnet. Der Innenraum 40 wird an seiner festkontaktseitigen Seite durch ein Lichtbogen-Überführungselement 44 begrenzt. Das Lichtbogen-Überführungselement 44 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und trägt auf seiner dem Innenraum 40 zugewandten Seite ein Lichtbogen-Leitelement 46, dessen Aufbau anhand der nachfolgenden Figuren noch näher erläutert wird. Die im Laufe des Löschvorganges gebildeten Lichtbogen-Gase (Schaltgase) verlassen die Lichtbogen-Löschkammer 10 durch eine an der Oberseite vorgesehene, durch Stege 48 unterteilte Austrittsöffnung 50 in Richtung der Pfeile 52. An der Oberseite der Lichtbogen-Löschkammer 10 kann zusätzlich noch ein Schaltgasdämpfer angeordnet sein.
- Das Lichtbogen-Leitelement 46 ist im Bereich der Lichtbogen-Übergabepunkte vom Lichtbogen-Horn 32 auf dem Lichtbogen-Führungselement 44 angeordnet.
- Figur 2 zeigt das Lichtbogen-Führungselement 44 in Draufsicht, wobei die Anordnung des Lichtbogen-Leitelementes 46 auf dem Lichtbogen-Führungselement 44 deutlich wird. Das Lichtbogen-Leitelement 46 ist als Zusatzteil flächig auf dem Lichtbogen-Führungselement 44 kraftschlüssig angeordnet, beispielsweise durch Punktschweißen oder dergleichen. Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann das Lichtbogen-Leitelement 46 aus der Ebene des Lichtbogen-Führungselementes 44 herausgeprägt sein.
- Das Lichtbogen-Leitelement 46 umfasst Laufkanten 54, die die seitliche Begrenzung von strahlenförmigen Zacken 56 bilden. Die Laufkanten 54 verlaufen hierbei jeweils unter unterschiedlichen Winkeln zu einer gedachten Senkrechten 58 durch das Lichtbogen-Führungselement 44. Hierbei sind die Laufkanten 54 derart ausgerichtet, dass sie von einem unteren Randbereich in Richtung eines oberen mittleren Bereiches des Lichtbogen-Führungselementes 44 verlaufen.
- Wie die Schnittdarstellung in Figur 3 sowie die vergrößerte Detailansicht in Figur 4 verdeutlichen, werden die Laufkanten 54 von im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Lichtbogen-Führungselementes 44 verlaufenden Stufen 60 gebildet, so dass sich ein scharfkantiger Übergang 62 an der Oberfläche der Lichtbogen-Leitelemente 46 ergibt.
- Figur 5 verdeutlicht in einer Perspektivansicht nochmals das plastische Hervorstehen des Lichtbogen-Leitelementes 46 über dem Lichtbogen-Führungselement 44. Hierdurch kommt es zur Ausbildung der Laufkanten 54 in Form der scharfkantigen Übergänge 62 der Stufen 60.
- Die Anzahl der Lichtbogen-Leitelemente 46 sowie die Anzahl der Laufkanten 54 kann an die konstruktive Gestaltung des Niederspannungs-Leistungsschalters 12, insbesondere an die Lichtbogen-Löschkammer 10, angepasst sein.
- Die strahlenförmig von den Randbereichen der Lichtbogen-Löschkammer 10 in den mittleren Bereich der Lichtbogen-Löschkammer 10 verlaufenden Laufkanten 54 führen dazu, dass im Randbereich an der Hauptstromkontaktanordnung 14 entstehende Lichtbögen sicher in den mittleren Bereich der Lichtbogen-Löschkammer 10 geführt werden, wo diese besonders effektiv gelöscht werden. Durch Anordnung des Lichtbogen-Leitelementes 46 im Übergabebereich des Lichtbogen-Hornes 32 auf das Lichtbogen-Führungselement 44 wird ein besonders gutes Hereinführen der Lichtbogen in den mittleren Bereich der Lichtbogen-Löschkammer 10 unterstützt.
- Als Lichtbogen-Überführungselement kann auch jedes der beiden Endbleche 43 des Löschblechpaketes 41 verwendet und dabei mit einem Lichtbogen-Leitelement versehen werden.
- Nach weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann anstelle des dargestellten, kronenförmig beziehungsweise zackenförmig ausgebildeten Lichtbogen-Leitelementes 46 auch vorgesehen sein, dass die Laufkanten 54 von aufgeschweißten einzelnen Elementen, beispielsweise Stahldraht oder dergleichen, gebildet sind. Die Anordnung eines relativ großflächigen Zusatzteiles, das eine Vielzahl der Laufkanten 54 ausbildet, führt jedoch gleichzeitig zur Ausbildung einer Zusatzmasse, die eine Kühlwirkung auf den Lichtbogen zu einem sehr frühen Zeitpunkt während des Abschaltvorganges des Niederspannungs-Leistungsschalters 12 ausübt, so dass eine zusätzliche Verbesserung des Löschverhaltens erreicht ist.
Claims (8)
- Niederspannungs-Leistungsschalter, mit einer Hauptstromkontaktanordnung (14) und einer Lichtbogen-Löschkammer (10),- wobei zwischen Hauptstromkontaktanordnung und Lichtbogen-Löschkammer ein Lichtbogen-Überführungselement (44) angeordnet ist,- wobei das Lichtbogen-Überführungselement (44) zur definierten Überführung des Lichtbogens in die Lichtbogen-Löschkammer (10) wenigstens ein Lichtbogen-Leitelement (46) umfasst, das mehrere, insbesondere unter unterschiedlichen Winkeln zu einer sich in Richtung einer Oberseite der Lichtbogen-Löschkammer erstreckenden Mittellinie (58) des Lichtbogen-Überführungselementes (44) verlaufende Laufkanten (54) aufweist- und wobei sich die Laufkanten (54) von einem Randbereich weg in Richtung eines Mittelbereiches des Lichtbogen-Überführungselementes (44) erstrecken,dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogen-Leitelement (46) kronenförmig gebildet ist und mehrere strahlenförmig zu der Mittellinie (58) gebildete Zacken (56) aufweist.
- Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , dass die Laufkanten (54) im Wesentlichen parallel zum Lichtbogen-Überführungselement (44) verlaufen. - Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Laufkanten (54) jeweils von einem scharfkantigen Übergang (62) einer Stufe (60) gebildet sind.
- Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Lichtbogen-Leitelement (46) mit dem Lichtbogen-Überführungselement (44) kraftschlüssig verbunden ist.
- Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Lichtbogen-Leitelement (46) als Stanzteil ausgebildet ist.
- Niederspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogen-Leitelement (46) von zumindest einem Abschnitt eines Drahtes, insbesondere Stahldrahtes gebildet ist.
- Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das wenigstens eine Lichtbogen-Leitelement (46) als aus der Ebene des Lichtbogen-Überführungselements (44) herausgeprägtes Profilteil ausgebildet ist.
- Niederspannungs-Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass als Lichtbogen-Überführungselement zumindest ein Löschblech (42) oder Endblech (43) eines Löschblechpaketes (41) dient.
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