EP2115760A1 - Elektromechanisches schaltgerät zum schutz von elektrischen leitungen bzw. verbrauchern und verwendung einer thermischen ankopplung in einem elektromechanischen schaltgerät - Google Patents

Elektromechanisches schaltgerät zum schutz von elektrischen leitungen bzw. verbrauchern und verwendung einer thermischen ankopplung in einem elektromechanischen schaltgerät

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EP2115760A1
EP2115760A1 EP08708511A EP08708511A EP2115760A1 EP 2115760 A1 EP2115760 A1 EP 2115760A1 EP 08708511 A EP08708511 A EP 08708511A EP 08708511 A EP08708511 A EP 08708511A EP 2115760 A1 EP2115760 A1 EP 2115760A1
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EP
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switching device
electromechanical switching
thermal
electromechanical
thermal coupling
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Werner Decker
Martin Heimler
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H7/00—Devices for introducing a predetermined time delay between the initiation of the switching operation and the opening or closing of the contacts
    • H01H7/16—Devices for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/14—Electrothermal mechanisms
    • H01H71/16—Electrothermal mechanisms with bimetal element
    • H01H71/162—Electrothermal mechanisms with bimetal element with compensation for ambient temperature

Definitions

  • Electromechanical switching device for protecting electrical lines or consumers and using a thermal coupling in an electromechanical switching device
  • Electromechanical switching devices are used to protect electrical cables or consumers. If a fault occurs in the form of an overload, lines and consumers are strongly heated by the current flowing in the electrical lines. In many applications it is necessary to use electromechanical switchgear that provides protection against overload in order to avoid the resulting fires as well as consumer and line damage. For this purpose, a thermal trip device is often used which provides a proven way to provide protection against overload.
  • the ambient temperature Due to the functioning of the thermal release, the ambient temperature has a major influence on the tripping characteristic. Therefore, the ambient temperature is actively reacted by a compensation strip.
  • the equalizing strip should take the temperature of the environment and influence the tripping behavior by temperature compensation. The aim is that the limiting current remains stable at different ambient temperatures.
  • the limiting current should remain as constant or stable as possible during the lifetime of the switching device. Disturbance variables, such as different connection types or the deterioration of the contact, change the thermal conditions in the switching device. Therefore, they also influence the limit current stability. So far, in the development of electromechanical switching devices, the limiting current stability of the thermal triggers interfering influences minimized by the contacts and terminals are removed as far as possible from thermal releases. Accordingly, when the electromechanical switchgear is smaller in physical size, it becomes more difficult to provide the necessary distance.
  • the object of the invention is to enable the development of a smaller electromechanical switching device for the protection of electrical lines or consumers, which still has sufficient limiting current stability.
  • This object can be achieved with an electromechanical switching device with at least one thermal release and at least one internal switching heat source in the manner given in claim 1, namely, if the electromechanical switching device for the at least one thermal release has a thermal coupling of at least one of the switching device-internal heat sources ,
  • the thermal image of the disturbance is actively transmitted to the thermal release, which can react to the disturbance in order to influence the tripping behavior of the thermal release.
  • This contributes to the stabilization of the limiting current behavior.
  • It also offers a possibility for additional cooling, e.g. the contact area, since heat is removed by the thermal coupling of the heat source. Therefore, the power density can be increased.
  • the object of the invention can also be achieved with the use of a thermal coupling in an electromechanical switching device for the protection of electrical lines or consumers, to prevent interference in the electromechanical switching device.
  • the thermal coupling of the disturbance variable is arranged between a compensation strip of the thermal release.
  • the compensation strip is designed to assume the temperature of the surroundings of the electromechanical switching device and to influence the tripping behavior - caused by one or more disturbances - of at least one of the thermal triggers, the same equilibrium strip can simultaneously influence the effect of the ambient temperature and the Disturbance or disturbances are compensated immediately.
  • a switching device may be constructed with only one thermal compensation strip.
  • a balance strip for e.g. the disturbance variable contact
  • all three phases can be thermally connected.
  • This compensation strip is then used to compensate both the ambient temperature and the disturbance resistance increase of the contacts of all three phases.
  • the thermal coupling may favorably consist of at least one heat-conducting polymer, copolymer, ceramic and / or an electrically insulating good heat-conducting material.
  • One phase of an electromechanical switching device 10 is connected to two electrical conductors 11, e.g. Cables, connected.
  • the switching device 10 has two or more terminals 104, which are formed in the figure as screw terminals.
  • the terminals 104 are each connected to fixed contact pieces 108. By moving one or more movable contact pieces 109, the phase is switched. When the movable contact 109 is moved, the contacts 101 of the movable contact 109 move toward or away from the contacts 101 of the fixed contacts 104, 108.
  • a disturbance variable has an additional heat source.
  • heat source is used for a heat source resulting from one or more disturbances.
  • a cable 11 may be fastened in the connection 104 with an insufficient tightening torque. Furthermore, it is possible that dirt, grease or corrosion at the end of the cable 11, so that there is no good conductive contact between the cable 11 and the fixed contact 108. This can lead to an additional increased power dissipation in the connection area comes when this is the case, for example, in new condition and professional connection.
  • the contacts 101 can also change their mode of operation as a result of contact wear or contamination in such a way that loss heating occurs, that is to say a significantly increased power loss in the area of contact than when new. Therefore, the ports 104 may function as device-internal heat sources.
  • the temperature of the movable contact piece 109, the fixed contact piece 108 or the terminal 104 can be transported by heat transfer to the leveling strip 105.
  • the compensation strip 105 which simulates the heat image of the disturbance contact or connection, actively react to the disturbance in order to influence the tripping behavior of the thermal release 102.
  • the thermal coupling can be designed as so-called balancing strip in bimetallic form. The compensation strips should then react to the respective source of interference.
  • the electromechanical switching device 10 may be a circuit breaker, a limiter or a compact feeder. But it is also possible that the electromechanical switching device 10 is a device that includes only a circuit breaker or a limiter or a compact feeder.
  • An additional customer benefit lies in the fact that the trip point or limiting current of the switching device 10 does not readjust to the contact resistance 101 or terminal 104 after, for example, a short circuit or other influences must become. Also, a readjustment of the trigger point can be avoided.

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Abstract

Ein elektromechanisches Schaltgerät (10) zum Schutz von elektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern weist mindestens einen thermischen Auslöser (102) und mindestens eine schaltgeräteinterne Wärmequelle (101, 104, 108, 109) auf. Das elektromechanische Schaltgerät (10) weist für den mindestens einen thermischen Auslöser (102) eine thermische Ankopplung (106, 107, 110) von mindestens einer der schaltgeräteinternen Wärmequellen (101, 104, 108, 109) auf. Es wird auch die Verwendüng einer thermischen Ankopplung beansprucht.

Description

Beschreibung
Elektromechanisches Schaltgerät zum Schutz von elektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern und Verwendung einer thermischen Ankopplung in einem elektromechanischen Schaltgerät
Elektromechanische Schaltgeräte werden zum Schutz von elektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern eingesetzt. Tritt ein Störfall in Form eines Überlasters auf, werden Leitungen und Verbraucher durch den in den elektrischen Leitungen fließenden Strom stark erwärmt. Um die daraus folgenden Brände sowie Verbraucher- und Leitungsschaden zu vermeiden, ist es in vielen Anwendungen notwendig, elektromechanische Schaltgeräte, die Schutz gegen Überlast bieten, einzusetzen. Für diesen Zweck wird oft ein thermischer Auslöser benutzt, der eine bewährte Möglichkeit bietet, Schutz gegen Überlast zu schaffen.
In elektromechanischen Schaltgeräten mit mindestens einem thermischen Auslöser gibt es eine Auslösekennlinie, die den verursachenden Grenzstrom beschreibt, der die Auslösung verursacht .
Bedingt wegen der Funktionsweise des thermischen Auslösers hat die Umgebungstemperatur einen großen Einfluss auf die Auslösekennlinie. Daher wird auf die Umgebungstemperatur durch einen Ausgleichsstreifen aktiv reagiert. Der Ausgleichsstreifen soll die Temperatur der Umgebung annehmen und das Auslöseverhalten durch Temperaturkompensation beeinflussen. Ziel ist es, dass der Grenzstrom bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen stabil bleibt.
Der Grenzstrom sollte während der Lebensdauer des Schaltgeräts möglichst konstant bzw. stabil bleiben. Störgrößen, wie unterschiedliche Anschlussarten oder die Verschlechterung des Kontaktes, verändern die thermischen Verhältnisse im Schaltgerät. Daher nehmen sie auch auf die Grenzstromstabilität Einfluss . Bisher werden bei der Entwicklung von elektromechanischen Schaltgeräten die die Grenzstromstabilität der thermischen Auslöser störenden Einflüsse minimiert, indem die Kontakte und Anschlüsse soweit wie möglich von thermischen Auslösern entfernt werden. Wenn die elektromechanischen Schaltgeräte von ihrer physischen Größe her kleiner auszuführen sind, wird es dementsprechend schwieriger, die notwendige Entfernung zu schaffen .
Aufgabe der Erfindung ist es, die Entwicklung eines kleineren elektromechanischen Schaltgerätes zum Schutz von elektrischen Leitungen oder Verbrauchern zu ermöglichen, das noch eine ausreichende Grenzstromstabilität aufweist.
Diese Aufgabe kann mit einem elektromechanischen Schaltgerät mit mindestens einem thermischen Auslöser und mindestens einer schaltgeräteinternen Wärmequelle auf der im Anspruch 1 gegebenen Weise gelöst werden, nämlich wenn das elektromecha- nische Schaltgerät für den mindestens einen thermischen Auslöser eine thermische Ankopplung von mindestens einer der schaltgeräteinternen Wärmequellen aufweist. So wird das Wärmeabbild der Störgröße aktiv dem thermischen Auslöser übermittelt, der auf die Störgröße reagieren kann, um das Auslö- severhalten des thermischen Auslösers zu beeinflussen. Dies trägt zur Stabilisierung des Grenzstromverhaltens bei. Außerdem bietet es eine Möglichkeit zur zusätzlichen Kühlung, z.B. des Kontaktbereichs, da Wärme durch die thermische Ankopplung von der Wärmequelle abtransportiert wird. Daher kann die Leistungsdichte erhöht werden.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch mit Verwendung einer thermischen Ankopplung in einem elektromechanischen Schaltgerät zum Schutz von elektrischen Leitungen oder Verbrauchern, zur Unterbindung der Störgrößen in dem elektromechanischen Schaltgerät gelöst werden. Die neben- bzw. untergeordneten Ansprüche beschreiben verschiedene vorteilhafte Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die thermische Ankopplung der Störgröße zwischen einem Ausgleichsstreifen des thermischen Auslösers angebracht wird. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des elektromechanischen Schaltgerätes, da es für dieselbe Phase oder evtl. auch Phasen keine weite- ren Ausgleichsstreifen benötigt werden. Wenn der Ausgleichsstreifen ausgebildet ist, die Temperatur der Umgebung des elektromechanischen Schaltgerätes anzunehmen und das Auslöseverhalten - verursacht durch eine bzw. mehreren Störgrößen - von mindestens einem der thermischen Auslöser zu beeinflus- sen, kann mit dem selben Ausgleichsstreifen gleichzeitig auch die Wirkung der Umgebungstemperatur und der Störgröße bzw. Störgrößen sofort kompensiert werden.
Wenn das elektromechanische Schaltgerät ein mehrphasiges Schaltgerät für Drehstromanwendungen ist, und die thermische Ankopplung schaltgeräteinterne Wärmequellen von mindestens zwei der drei Phasen thermisch verbindet, kann eventuell ein Schaltgerät mit nur einem thermischen Ausgleichsstreifen konstruiert werden. Bei Verwendung eines Ausgleichsstreifens für z.B. die Störgröße Kontakt können alle drei Phasen thermisch verbunden werden. Somit kommt es zum thermischen Ausgleich der Störgröße zwischen den drei Phasen, was eine vereinfachte Konstruktion ermöglichen kann. Dieser Ausgleichsstreifen dient dann zur Kompensation sowohl der Umgebungstemperatur als auch der Störgröße Widerstandserhöhung der Kontakte aller drei Phasen.
Die thermische Ankopplung kann günstig aus mindestens einem wärmeleitenden Polymer, Kopolymer, Keramik und/oder einem elektrisch isolierenden gut wärmeleitenden Material bestehen. Die Erfindung wird im Folgenden näher mit Bezug auf die in der Figur dargestellte Zeichnung beschrieben.
Eine Phase eines elektromechanischen Schaltgerätes 10 wird zu zwei elektrischen Leitern 11, z.B. Kabeln, angeschlossen. Für Drehstromanwendungen werden grundsätzlich zwei oder drei Phasen benötigt. Dazu hat das Schaltgerät 10 zwei oder mehr Anschlüsse 104, die in der Figur als Schraubenklemmen ausgebildet sind.
Die Anschlüsse 104 sind jeweils zu festen Schaltstücken 108 verbunden. Durch das Bewegen eines oder mehrerer beweglichen Schaltstücke 109 wird die Phase geschaltet. Wenn das bewegliche Schaltstück 109 bewegt wird, bewegen sich die Kontakte 101 des beweglichen Schaltstücks 109 zu oder weg von den Kontakten 101 der festen Schaltstücke 104, 108.
Wenn die Kontakte 101 des beweglichen Schaltstücks 109 gegen die Kontakten 101 der festen Schaltstücke 108 ruhen, sind die Anschlüsse 104 beidseitig verbunden, somit hat das elektrome- chanische Schaltgerät 10 die Phase verbunden.
Wenn die Kontakte 101 des beweglichen Schaltstücks 109 von den Kontakten 101 der festen Schaltstücke 108 entfernt sind, hat das elektromechanische Schaltgerät 10 die Phase getrennt.
Eine Störgröße weist eine zusätzliche Wärmequelle auf. Im Folgenden wird der Begriff Wärmequelle für eine aus einer o- der mehreren Störgrößen resultierenden Wärmequelle benutzt.
Als mögliche weitere Wärmequelle kann ein Kabel 11 in den An- schluss 104 mit einem zu geringen Anzugsdrehmoment befestigt sein. Weiterhin ist es möglich, dass Schmutz, Fett oder Korrosion am Ende des Kabels 11 ist, so dass es keinen gut lei- tenden Kontakt zwischen dem Kabel 11 und dem festen Schaltstück 108 gibt. Dies kann dazu führen, dass es zu einer zusätzlichen erhöhten Verlustleistung im Anschlussbereich kommt, als dies zum Beispiel bei Neuzustand und fachgerechtem Anschluss der Fall ist.
Auch können die Kontakte 101 durch Kontaktverschleiß oder Verschmutzung ihre Funktionsweise so ändern, dass es zur Verlusterwärmung kommt, also zu einer deutlich erhöhten Verlustleistung im Kontaktbereich als im Neuzustand. Daher können die Anschlüsse 104 als geräteinterne Wärmequellen funktionieren .
Durch eine bzw. mehrere thermische Ankopplungen 106, 107, 110 kann die Temperatur des beweglichen Schaltstücks 109, des festen Schaltstücks 108 oder des Anschlusses 104 durch Wärmeübertragung zum Ausgleichstreifen 105 transportiert werden. Auf diese Art kann der Ausgleichsstreifen 105, der das Wärmeabbild der Störgröße Kontakt oder Anschluss nachbildet, aktiv auf die Störgröße reagieren, um das Auslöseverhalten des thermischen Auslösers 102 zu beeinflussen. Dazu kann im thermischen Auslöser 102 die thermische Ankopplung als so genann- te Ausgleichstreifen in Bimetallform ausgeführt werden. Die Ausgleichsstreifen sollen dann auf die jeweilige Störquelle reagieren .
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale kann aktiv Einfluss auf Störgrößen durch thermische Kopplung der Störgrößen an Ausgleichsstreifen 10 genommen werden.
Das elektromechanische Schaltgerät 10 kann ein Leistungsschalter, ein Limiter oder ein Kompaktabzweig sein. Es ist aber auch möglich, dass das elektromechanische Schaltgerät 10 ein Gerät ist, das nur einen Leistungsschalter oder einen Limiter oder einen Kompaktabzweig umfasst.
Ein zusätzlicher Kundennutzen liegt darin, dass der Auslöse- punkt bzw. Grenzstrom des Schaltgerätes 10 nach z.B. Kurz- schluss oder anderen Einflüssen auf den Übergangswiderstand des Kontaktes 101 oder Anschlusses 104 nicht nachjustiert werden muss. Auch kann eine Nachjustierung des Auslösepunktes vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanisches Schaltgerät (10) zum Schutz von e- lektrischen Leitungen bzw. Verbrauchern, mit i) mindestens einem thermischen Auslöser (102) und ii) mindestens einer schaltgeräteinternen Wärmequelle (101, 104, 108, 109), dadurch gekennzeichnet, dass das elektromechanische Schaltgerät (10) für den mindestens einen thermischen Auslöser (102) eine thermische Ankopplung (106, 107, 110) von mindestens einer der schaltgeräteinternen Wärmequellen (101, 104, 108, 109) aufweist.
2. Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach Anspruch 1, wo- bei die thermische Ankopplung (106, 107, 110) zwischen einem
Ausgleichsstreifen (105) des thermischen Auslösers (102) angebracht ist.
3. Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach Anspruch 2, wo- bei der Ausgleichsstreifen (105) ausgebildet ist, die Temperatur der Umgebung des elektromechanischen Schaltgerätes (10) anzunehmen und das Auslöseverhalten von mindestens einem der thermischen Auslöser (102) zu beeinflussen.
4. Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermische Ankopplung (106, 107, 110) mindestens zwei der schaltgeräteinternen Wärmequellen (106, 107, 110) thermisch verbindet.
5. Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektromechanische Schaltgerät (10) ein mehrphasiges Schaltgerät für Drehstromanwendungen ist, und die thermische Ankopplung (106, 107, 110) schaltgeräteinterne Wärmequellen (101, 104, 108, 109) von mindestens zwei der Phasen thermisch verbindet.
6. Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermische Ankopplung (106, 107, 110) aus mindestens einem wärmeleitenden Polymer, Kopolymer, Keramik Metall und/oder einem elektrisch isolierenden gut wärmeleitenden Material besteht.
7. Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine schaltgerä- teinterne Wärmequelle (101, 104, 108, 109) mindestens einen Anschluss (104) für mindestens einen elektrischen Leiter
(11), mindestens ein festes Schaltstück (108), mindestens ein bewegliches Schaltstück (109) und/oder mindestens einen Kontakt (101) umfasst.
8. Elektromechanisches Schaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektromechanische Schaltgerät (10) ein Leistungsschalter, ein Limiter oder ein Kompaktabzweig ist oder umfasst.
9. Verwendung einer thermischen Ankopplung (106, 107, 110) in einem elektromechanischen Schaltgerät (10) zum Schutz von elektrischen Leitungen oder Verbrauchern, zur Unterbindung der Störgrößen in dem elektromechanischen Schaltgerät (10), wobei die thermische Ankopplung (106, 107, 110) von mindes- tens einer schaltgeräteinternen Wärmequelle (101, 104, 108,
109) zu einem thermischen Auslöser (102), insbesondere zu einem Ausgleichsstreifen (105), der ausgebildet ist, die Temperatur der Umgebung des elektromechanischen Schaltgerätes (10) anzunehmen und das Auslöseverhalten des thermischen Auslösers (102) zu beeinflussen, angeordnet ist.
EP08708511A 2007-02-01 2008-01-31 Elektromechanisches schaltgerät zum schutz von elektrischen leitungen bzw. verbrauchern und verwendung einer thermischen ankopplung in einem elektromechanischen schaltgerät Withdrawn EP2115760A1 (de)

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