EP1820199A1 - Schaltvorrichtung mit temperaturabhängigem widerstand zum löschen eines lichtbogens - Google Patents

Schaltvorrichtung mit temperaturabhängigem widerstand zum löschen eines lichtbogens

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EP1820199A1
EP1820199A1 EP05819352A EP05819352A EP1820199A1 EP 1820199 A1 EP1820199 A1 EP 1820199A1 EP 05819352 A EP05819352 A EP 05819352A EP 05819352 A EP05819352 A EP 05819352A EP 1820199 A1 EP1820199 A1 EP 1820199A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
arc
switching device
resistance
resistor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05819352A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Hahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1820199A1 publication Critical patent/EP1820199A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01H9/42—Impedances connected with contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • H01H33/161—Variable impedances
    • H01H2033/163—Variable impedances using PTC elements

Definitions

  • the present invention relates to a switching device with a fixed contact and a movable contact, between which an arc can occur when switching off the switching device.
  • Arc chambers in low-voltage switchgear have a limited extinguishing effect. This depends on a given switching device usually only on the height of the arc voltage and the current. The extinguishing effect is particularly critical when used in the upper voltage levels of the low voltage range (690 V, 1000 V, IT networks, etc.). Due to the increasingly limited installation space of low-voltage switchgear, the requirements for the extinguishing capability of such systems are increasing.
  • European Patent EP 1 192 628 B1 furthermore discloses a switch contact arrangement of a low-voltage
  • Circuit breaker with a fixed and a bewegba ⁇ ren contact group each consisting of a main contact, an intermediate contact, a breakaway contact and a Lichtbo- genhorn known.
  • the object of the present invention is to erase arcs in switching devices safer.
  • this object is achieved by a switching ⁇ device with a fixed contact and a movable contact or contact package and a resistance device whose resistance increases with increasing temperature and which is connected to one of the two contacts, so that in the case of an arc, the current from the movable Contact via the resistance device to the fixed contact or vice versa runs.
  • the resistance of the resistance device increases due to the heat-generating current flow. This increases the voltage drop across the Wi ⁇ resistance too and does the voltage stress on the switching path from. The arc is thus easier to extinguish.
  • the resistance device is firmly connected to the fixed contact.
  • the movable contact without Be made effort for connection technology, so that its life increases.
  • the resistance device can be designed as an arcing stub. This makes it possible to dispense with a resistor as an additional component, since the arc guide is usually present in a switching device anyway.
  • the resistance device can also be arranged between an arc guide and the fixed contact.
  • An advantage of this embodiment is that the material of the resistance device and that of the arcing stirrer can each be selected optimally for the corresponding function.
  • FIG. 1 shows a sketch of a section of a switching device according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of a switch according to the invention in the ON state
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of the switch during the light ⁇ arc duration.
  • a switching device has a fixed contact 1 and a movable contact 2.
  • the fixed contact 1 has a fixed main contact 11, a fixed break-off or burn-off contact 12 and a stationary arcing horn 13. Between the fixed arc horn 13 and the stationary arc Intermediate contact 12 is a temperature-dependent resistor 14. Its resistance increases with increasing temperature.
  • the movable contact 2 in turn consists of a bewegli ⁇ Chen main contact 21, a movable AbbrandWallet 22 and a movable arcing horn 23.
  • the movement of the movable light contact 2 is a bolt 24, which also moves away in the horizontal direction of the fixed contact 1 when opening the switch becomes.
  • FIG. 1 An alternative embodiment is shown in FIG.
  • the movable contact 2 is unchanged from the embodiment of FIG. However, is here no need for a temperature-dependent resistor as a separate component and a stationary arcing horn 15 is made of the b ⁇ dependent resistive material.
  • the fixed arc horn 15 is attached via the Abbrandcard 12 directly to the fixed contact 1.
  • the respective resistance element 14 or 15 has a comparatively low resistance in the cold state. In consequence ⁇ the commutation of the arc root and the current flowing therethrough is not obstructed by the contact area on the belonging to the extinguishing system fixed arcing horn. 13 Especially in the range of higher currents up to the maximum switching power results from the self-heating of the resistive element due to the current flowing through it arc current an additional voltage drop. This additional to ⁇ voltage drop increases the overall voltage consisting of arc voltage and voltage across the resistor with otherwise identical arc chamber geometries.
  • the movable contact 2 may consist of a single or several ⁇ ren individual contacts or contact fingers. In the case of multiple contacts results in a corresponding movable contact package.
  • FIG. 3 shows a simplified equivalent circuit diagram of the switch in the state ON again, in which the main contacts are closed.
  • This equivalent circuit is a series scarf ⁇ processing of the following resistances:

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Der Lichtbogen beim Abschalten eines Schaltgeräts soll mit einfachen Mitteln sicherer gelöscht werden können. Dazu ist vorgesehen, dass eine Widerstandseinrichtung (14), deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt, zwischen einem Festkontakt (1) und einem beweglichen Kontakt (2) angeordnet wird. Im Falle eines Lichtbogens läuft dann der Strom von dem beweglichen Kontakt (2) über die Widerstandseinrichtung (14) zum Festkontakt (1) oder umgekehrt. Der Widerstand (14) erwärmt sich durch den Stromfluss, wodurch auch sein Widerstandswert steigt. Folglich nimmt die Spannungsbeanspruchung der Schaltstrecke ab und der Lichtbogen kann leichter gelöscht werden.

Description

Beschreibung
Schaltvorrichtung mit temperaturabhängigem Widerstand zum Löschen eines Lichtbogens
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung mit einem Festkontakt und einem beweglichen Kontakt, zwischen denen beim Abschalten der Schaltvorrichtung ein Lichtbogen auftreten kann.
Lichtbogenkammern in Niederspannungsschaltgeräten haben eine begrenzte Löschwirkung. Diese hängt bei einem vorgegebenen Schaltgerät in der Regel nur von der Höhe der Lichtbogenspannung und des -Stroms ab. Die Löschwirkung ist insbesondere bei Einsatz in den oberen Spannungsebenen des Niederspannungsbereichs (690 V, 1000 V, IT-Netze usw.) kritisch. Durch den immer stärker begrenzten Einbauraum von Niederspannungsschaltgeräten steigen die Anforderungen an die Löschfähigkeit solcher Systeme.
Beim Einsatz für höhere Spannungen werden üblicherweise die Lichtbogenkammervolumen der Schaltgeräte vergrößert. Eine Alternative hierzu besteht in der Erhöhung der Anzahl von Löschblechen in den heute üblichen Lichtbogenlöschsystemen.
Aus der Patentschrift DE 101 18 746 B4 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgeräts mit einem zuschaltbaren Strombegrenzer bekannt. Der dort beschriebene Leistungsschalter oder Schütz weist mindestens eine Hauptstrombahn und einen zugeordneten Nebenstrompfad auf. Der zuschaltbare Strom¬ begrenzer ermöglicht ein Schalten bei hoher Strombelastung von einem Nicht-Strombegrenzungsbetrieb in einen Strombegren¬ zungsbetrieb. Die Rückstellung des Strombegrenzers erfolgt bei einer Rückkommutierung des Lichtbogens vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn.
Aus der europäischen Patentschrift EP 1 192 628 Bl ist wei- terhin eine Schaltkontaktanordnung eines Niederspannungs-
Leistungsschalters mit einer feststehenden und einer bewegba¬ ren Kontaktgruppe jeweils bestehend aus einem Hauptkontakt, einem Zwischenkontakt, einem Abreißkontakt und einem Lichtbo- genhorn bekannt. Durch eine spezielle Anordnung und Gestal- tung von Komponenten der Schaltkontaktanordnung ergibt sich eine vorteilhafte, dreifache Kontaktgabe.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Lichtbögen in Schaltvorrichtungen sicherer löschen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schalt¬ vorrichtung mit einem Festkontakt und einem beweglichen Kontakt oder Kontaktpaket sowie einer Widerstandseinrichtung, deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und die an einem der beiden Kontakte angeschlossen ist, so dass im Falle eines Lichtbogens der Strom von dem beweglichen Kontakt über die Widerstandseinrichtung zum Festkontakt oder umgekehrt verläuft .
Im Falle des Auftretens eines Lichtbogens erhöht sich der Wi¬ derstand der Widerstandseinrichtung durch den wärmeerzeugenden Stromfluss. Dadurch nimmt der Spannungsabfall an dem Wi¬ derstand zu und in gleichem Maße die Spannungsbeanspruchung der Schaltstrecke ab. Der Lichtbogen ist somit leichter zu löschen.
Vorzugsweise ist die Widerstandseinrichtung fest mit dem Festkontakt verbunden. Damit kann der bewegliche Kontakt ohne Aufwand für Verbindungstechnik hergestellt werden, so dass dessen Lebensdauer steigt.
Die Widerstandseinrichtung kann als Lichtbogenleithorn ausge- bildet sein. Damit kann auf einen Widerstand als zusätzliche Komponente verzichtet werden, da das Lichtbogenleithorn in einem Schaltgerät in aller Regel ohnehin vorhanden ist.
Alternativ kann die Widerstandseinrichtung auch zwischen ei- nem Lichtbogenleithorn und dem Festkontakt angeordnet sein.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass das Material der Widerstandseinrichtung und das des Lichtbogenleithorns jeweils optimal für die entsprechende Funktion gewählt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 eine Skizze eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform;
FIG 2 eine Skizze eines Ausschnitts eines Schaltgeräts ge¬ mäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
FIG 3 ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Schal¬ ters im Zustand EIN;
FIG 4 ein Ersatzschaltbild des Schalters während der Aus- Schaltung; und
FIG 5 ein Ersatzschaltbild des Schalters während der Licht¬ bogendauer. Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Entsprechend FIG 1 besitzt ein erfindungsgemäßes Schaltgerät einen Festkontakt 1 und einen beweglichen Kontakt 2. Der Festkontakt 1 besitzt einen feststehenden Hauptkontakt 11, einen festen Abreiß- oder Abbrandkontakt 12 und ein festste- hendes Lichtbogenhorn 13. Zwischen dem feststehenden Lichtbo- genhorn 13 und dem feststehenden Zwischenkontakt 12 befindet sich ein temperaturabhängiger Widerstand 14. Sein Widerstand nimmt mit steigender Temperatur zu.
Der bewegliche Kontakt 2 wiederum besteht aus einem bewegli¬ chen Hauptkontakt 21, einem beweglichen Abbrandkontakt 22 und einem beweglichen Lichtbogenhorn 23. Die Bewegung des beweglichen Lichtkontakts 2 erfolgt um einen Bolzen 24, der zusätzlich in horizontaler Richtung von dem Festkontakt 1 beim Öffnen des Schalters wegbewegt wird.
Eine alternative Ausführungsform ist in FIG 2 wiedergegeben. Der bewegliche Kontakt 2 ist gegenüber der Ausführungsform von FIG 1 unverändert. Hingegen ist hier auf einen tempera- turabhängigen Widerstand als eigene Komponente verzichtet und ein feststehendes Lichtbogenhorn 15 ist aus dem temperaturab¬ hängigen Widerstandsmaterial gefertigt. In diesem Fall ist das feststehende Lichtbogenhorn 15 über den Abbrandkontakt 12 unmittelbar an dem Festkontakt 1 befestigt.
Im geschlossenen Zustand des Schalters fließt der Strom durch den beweglichen Kontakt 2, die Hauptkontakte 11, 21 und den Festkontakt 1 oder umgekehrt. Beim Öffnen des Schalters wird zunächst Kontakt von Zwischenkontakten hergestellt, so dass die Hauptkontakte 11 und 21 lichtbogenfrei öffnen können. Beim weiteren Öffnungsvorgang kontaktieren die Abbrandkontak- te 12 und 22, bis sich schließlich auch diese trennen und zwischen ihnen ein Lichtbogen mit jeweils einem Fuß an den Lichtbogenhörnern 13 und 23 entsteht. Dieser Öffnungsvorgang ist in der eingangs bereits erwähnten Druckschrift EP 1 192 628 Bl näher beschrieben.
Das jeweilige Widerstandselement 14 bzw. 15 weist im kalten Zustand einen vergleichsweise niedrigen Widerstand auf. In¬ folgedessen ist die Kommutierung des Lichtbogenfußpunkts und des durch ihn fließenden Stroms vom Kontaktbereich auf das zum Löschsystem gehörende feststehende Lichtbogenhorn 13 nicht behindert. Vor allem im Bereich höherer Ströme bis zur maximalen Schaltleistung ergibt sich durch die Eigenerwärmung des Widerstandselements aufgrund des durch ihn fließenden Lichtbogenstroms ein zusätzlicher Spannungsabfall. Dieser zu¬ sätzliche Spannungsabfall erhöht die Gesamtspannung bestehend aus Lichtbogenspannung und Spannung am Widerstand bei sonst gleichen Lichtbogenkammergeometrien.
Der bewegliche Kontakt 2 kann aus einem einzigen oder mehre¬ ren Einzelkontakten bzw. Kontaktfingern bestehen. Im Falle mehrerer Kontakte ergibt sich ein entsprechendes bewegliches Kontaktpaket .
FIG 3 gibt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Schalters im Zustand EIN wieder, in dem die Hauptkontakte geschlossen sind. Dieses Ersatzschaltbild besteht aus einer Serienschal¬ tung folgender Widerstände:
31: Widerstand des oberen Anschlusses, d. h. des Festkontakts 1 32: Kontaktwiderstand der Hauptkontakte 11 und 21 33: Widerstand des Kontakthebels, d. h. des beweglichen Kon¬ takts 2
34: Widerstand der Stromseile 35: Widerstand des unteren Anschlusses
Die Stromseile und der untere Anschluss sind in den Aus¬ schnitten der FIG 1 und 2 nicht wiedergegeben.
Während des Ausschaltvorgangs berühren sich zu einem bestimm¬ ten Zeitpunkt nur noch die Abbrandkontakte 12 und 22. Zu die¬ sem Zeitpunkt ergibt sich das in FIG 4 wiedergegebene verein¬ fachte Ersatzschaltbild, bei dem anstelle des Kontaktwider¬ stands 32 der Hauptkontakte 11 und 21 der Widerstand 36 des in dieser Phase noch kalten, integrierten, temperaturabhängigen Widerstands und der Widerstand 37 der Abbrandkontakte 12, 22 treten. Beim weiteren Öffnen des Schalters kommt gemäß FIG 5 zwischen den Widerstand 37 der Abbrandkontakte 12, 22 und dem Widerstand 33 des Kontakthebels noch ein Widerstand 38 des Lichtbogens selbst hinzu. Während der Lichtbogendauer er¬ gibt sich somit eine Serienschaltung der Widerstände 31, 36, 37, 38, 33, 34 und 35. Daraus ist ohne weiteres ersichtlich, dass bei gleichbleibender Gesamtsystemspannung die Spannung an dem temperaturabhängigen Widerstand 36 bei dessen Erwär- mung ansteigt und folglich die Spannungsbeanspruchung der Schaltstrecke abnimmt, so dass der Lichtbogen leichter ge¬ löscht werden kann. Bezugszeichenliste
1 Festkontakt 2 beweglicher Kontakt
11, 21 Hauptkontakte
12, 22 Abbrandkontakte
13, 15, 23 Lichtbogenhörner
14 temperaturabhängiger Widerstand
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 Widerstände 24 Bolzen

Claims

Patentansprüche
1. Schaltvorrichtung mit
- einem Festkontakt (1) und - einem beweglichen Kontakt oder Kontaktpaket (2), g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- eine Widerstandseinrichtung (14, 15), deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und die an einem der beiden Kontakte angeschlossen ist, so dass im Falle eines Lichtbo- gens der Strom von dem beweglichen Kontakt (2) über die Widerstandseinrichtung (14, 15) zum Festkontakt (1) oder umgekehrt verläuft .
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wider- Standseinrichtung (14, 15) fest mit dem Festkontakt (1) verbunden ist.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Widerstandseinrichtung (15) als Lichtbogenleithorn ausgebildet ist.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Widerstandseinrichtung (14) zwischen einem Lichtbogenleithorn (13; und dem Festkontakt (1) angeordnet ist.
EP05819352A 2004-12-06 2005-12-06 Schaltvorrichtung mit temperaturabhängigem widerstand zum löschen eines lichtbogens Withdrawn EP1820199A1 (de)

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WO (1) WO2006061375A1 (de)

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