EP2385537A1

EP2385537A1 - Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät zum Überwachen eines Stromkreises

Info

Publication number: EP2385537A1
Application number: EP11161311A
Authority: EP
Inventors: Gunther Eckert; Michael Neumeier; Christoph Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: CN102237230A; EP2385537B1; CN102237230B; DE102010019432A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) zum Überwachen eines Stromkreises, aufweisend eine Spule (2) zum Betätigen eines Auslösers, ein erstes Schaltkontaktpaar, umfassend einen ersten feststehenden Schaltkontakt (3) und einen ersten beweglichen Schaltkontakt (4), ein zweites Schaltkontaktpaar, umfassend einen zweiten feststehenden Schaltkontakt (12) und einen zweiten beweglichen Schaltkontakt (13), wobei die beweglichen Schaltkontakte (4, 13) durch den Auslöser betätigbar sind, eine erste Löschkammer (5) mit einer ersten Leitschiene (6) und einem ersten Kontakthorn (7), das mit dem ersten feststehenden Schaltkontakt (3) elektrisch leitend verbunden ist, eine zweite Löschkammer (14) mit einer zweiten Leitschiene (15) und einem zweiten Kontakthorn (16), das mit dem zweiten feststehenden Schaltkontakt (12) elektrisch leitend verbunden ist, bei dem das erste Schaltkontaktpaar (3, 4) um 170° bis 190° verdreht zu dem zweiten Schaltkontaktpaar (12, 13) neben dem zweiten Schaltkontaktpaar (12, 13) angeordnet ist und bei dem zwischen dem ersten beweglichen Schaltkontakt (4) und dem zweiten beweglichen Schaltkontakt (13) ein flexibler elektrischer Leiter (30) vorgesehen ist, der den ersten beweglichen Schaltkontakt (4) mit dem zweiten beweglichen Schaltkontakt (13) elektrisch leitend verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät zum Überwachen eines Stromkreises, aufweisend eine Spule zum Betätigen eines Auslösers, ein erstes Schaltkontaktpaar umfassend, einen ersten feststehenden Schaltkontakt und einen ersten beweglichen Schaltkontakt, ein zweites Schaltkontaktpaar, umfassend einen zweiten feststehenden Schaltkontakt und einen zweiten beweglichen Schaltkontakt, wobei die beweglichen Schaltkontakte durch den Auslöser betätigbar sind, eine erste Löschkammer mit einer ersten Leitschiene und einem ersten Kontakthorn, das mit dem ersten feststehenden Schaltkontakt elektrisch leitend verbunden ist, eine zweite Löschkammer mit einer zweiten Leitschiene und einem zweiten Kontakthorn, das mit dem zweiten feststehenden Schaltkontakt elektrisch leitend verbunden ist.
Derartige doppelunterbrechende Schutzschaltgeräte, wie Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter, arbeiten insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente in elektrischen Energieversorgungsnetzen. Leistungsschalter sind speziell für hohe Ströme ausgelegt. Ein Leitungsschutzschalter ist eine Überstromschutzeinrichtung in der Elektroinstallation und wird insbesondere im Bereich von Niederspannungsnetzen eingesetzt. Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter garantieren ein sicheres Abschalten bei Kurzschluss und schützen Verbraucher und Anlagen vor Überlast. Sie schützen beispielsweise Leitungen vor Beschädigung durch zu starke Erwärmung in Folge zu hohen Stroms. Das heißt, Schutzschaltgeräte, wie Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter, können den Stromkreis bei Überlast selbsttätig abschalten.
Doppelunterbrechende Schutzschaltgeräte weisen zwei Schaltkontaktpaare auf, jeweils bestehend aus einem feststehenden Schaltkontakt und einem bewegbaren Schaltkontakt. Zur Durchleitung von Strom kontaktieren die beweglichen Schaltkontakte die feststehenden Schaltkontakte. Zur Trennung des Stromflusses entfernen sich die beweglich ausgeführten Schaltkontakte von den feststehenden Schaltkontakten. Das Unterbrechen des Stromflusses führt bei jedem Schutzschaltgerät zumindest kurzzeitig zu einem Spannungsüberschlag zwischen den feststehenden Schaltkontakten und den beweglichen Schaltkontakten, da der Abstand während des Trennvorganges der Schaltkontakte zur Isolation noch nicht ausreicht. Befindet sich Gas zwischen den Schaltkontakten, wird es bei entsprechend hoher Spannungsdifferenz zwischen den Schaltkontakten durch den Überschlag ionisiert und es bilden sich aufgrund der Gasentladung Lichtbögen.
Derartige doppelunterbrechende Schutzschaltgeräte, wie Leistungsschalter beziehungsweise Leitungsschutzschalter, sind so konstruiert, dass die beim Öffnen der Schaltkontakte entstehenden Lichtbögen gelöscht und damit der Stromfluss unterbrochen wird.
Derartige Schutzschaltgeräte weisen vorzugsweise eine Spule auf, über die der Strom beziehungsweise ein Teil des Stroms, der zu den Schaltkontakten fließt, geleitet wird. Bei einem schnellen Anstieg des Stroms, zieht die Spule einen Anker an, der einen Auslöser, insbesondere eine Klinke, freigibt. Dieser Auslöser, der beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch druckbeaufschlagt ist oder federelastisch vorgespannt ist, löst das Schutzschaltgerät aus und unterbricht den Stromfluss. So kann beispielsweise eine vorgespannte Feder nach der Freigabe des Auslösers, insbesondere der Klinke, diesen bewegen und dadurch die beweglichen Schaltkontakte von den feststehenden Schaltkontakten trennen.
Derartige Schutzschaltgeräte weisen des Weiteren zur schnelleren Löschung der Lichtbögen spezielle Lichtbogen-Löschvorrichtungen auf. Die Lichtbogen-Löschvorrichtungen dienen zur besseren Unterbrechung bzw. Löschung der Lichtbögen, die beim Öffnen der stromdurchflossenen Schaltkontaktpaare des Schutzschaltgerätes entstehen. Beim Trennen der Schaltkontakte fließt der Strom über immer kleiner werdende Bereiche einer zugehörigen Kontaktzone und heizt diese immer stärker auf. Kurz vor der eigentlichen Trennung der Schaltkontakte entsteht eine schmelzflüssige Brücke, die bei kleinen Strömen schließlich abreißt bzw. bei großen Strömen verdampft. Der Strom kann demnach nur noch über einen Lichtbogen in Form einer leitenden Plasmasäule weiterfließen.
Die Stärke der Lichtbögen wird dabei von der Höhe und Art des geschalteten Stroms beeinflusst. Im Fall eines Kurzschlusses in einem beispielsweise durch einen Leitungsschutzschalter abgesicherten Stromkreis können Kurzschlussströme von über 25000 A entstehen. Die Lichtbögen erzeugen dabei im Schutzschaltergehäuse während ihrer Brenndauer in Abhängigkeit von einer Versorgung mit Gleich- oder Wechselstrom Temperaturen von bis zu 20000 K. Die hohe thermische Belastung führt jedoch zu schädlichen Wirkungen für das Schutzschaltgerät. Beispielsweise können Metall- und Isolierteile durch die Lichtbogeneinwirkungen beschädigt oder zerstört werden. Demzufolge ist es erforderlich, die Lichtbögen schnellstmöglich zum Erlöschen zu bringen, um den thermischen Energieumsatz zu minimieren. Hierzu haben moderne Schutzschaltgeräte Lichtbogen-Löschvorrichtungen, die Löschkammern, Leitschienen, gegebenenfalls Blasschleifen und/oder Metallbleche, die einen Vorkammerbereich abdecken, aufweisen.
Doppelunterbrechende Schutzschaltgeräte, dass heißt Schutzschaltgeräte mit zwei Schaltkontaktpaaren, haben gegenüber Einfachunterbrechern, das heißt Schutzschaltgeräten mit nur einem Schaltkontaktpaar, den Vorteil, das zeitgleich zwei Lichtbögen erzeugt werden und dadurch eine höhere Bogenspannung aufgebaut werden kann. Dadurch können die Lichtbögen schneller verlöschen und die umgesetzte Energie in den Kontaktzonen beziehungsweise in den Schutzschaltgeräten niedrig gehalten werden. Insbesondere im Bereich der Hochleistungsschutzschaltgeräte werden doppelunterbrechende Schutzschaltgeräte, das heißt Schutzschaltgeräte mit zwei Schaltkontaktpaaren, verwendet.
Ein Schutzschaltgerät mit einer Doppelunterbrechung ist beispielsweise aus der EP1548772 A1 bekannt. Die beiden Löschkammern des dortigen Schutzschaltgerätes sind nebeneinander angeordnet und begrenzen zusammen eine Seite der Vorkammer(n) der Lichtbogenlöscheinrichtung. Die Kontakthörner einer jeden Löschkammer ragen gleich gerichtet und parallel zueinander in die Vorkammer der Lichtbogenlöscheinrichtung hinein. Nachteilig bei diesem Schutzschaltgerät ist durch die Anordnung der Löschkammern beziehungsweise der Kontakthörner zueinander, dass sich die beiden Magnetfelder der sich bewegenden Lichtbögen gegenseitig stören und den Lauf des jeweiligen anderen Lichtbogens behindern. Das heißt, der Stromfluss verläuft bei der Lichtbogenlöscheinrichtung der EP1548772 A1 vom ersten Festkontakt über den ersten entstehenden Lichtbogen zum ersten beweglichen Kontakt und über einen zweiten entstehenden Lichtbogen weiter zum zweiten Festkontakt. Die dabei entstehenden Magnetfelder sind entgegengesetzt gerichtet und unterstützen den jeweiligen Nachbarlichtbogen nicht, sondern behindern sogar dessen Bewegung.
Dieser schädliche Einfluss wird bei den bekannten Schutzschaltgeräten mit Doppelunterbrechung in der Regel hingenommen. Teilweise wird versucht durch eine Stahlummantelung der einzelnen Vorkammern die Magnetfelder voneinander abzuschirmen. Diese Lösung ist aufwendig und kostenintensiv. Ein weiterer Lösungsansatz ist es, die Löschsysteme der Lichtbogenlöscheinrichtung, das heißt die Löschkammern und entsprechend die Kontakthörner sowie die Leitschienen, räumlich zu trennen, so dass die Magnetfelder entsprechend abgeschwächt sind. Dies erfordert jedoch einen höheren Platzbedarf für die Löschsysteme der Lichtbogenlöscheinrichtung in dem Schutzschaltgerät.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät zur Überwachung eines Stromkreislaufes zu schaffen, das eine besonders schnelle und sichere Löschung der beim Öffnen der Schaltkontakte des Schutzschaltgerätes entstehenden Lichtbögen ermöglicht. Insbesondere soll ein doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät geschaffen werden, das ermöglicht, dass die entstehenden Lichtbögen im Vorkammerbereich der Löschkammern des Schutzschaltgerätes das Schutzschaltgerät nicht schädigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch ein doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät zum Überwachen eines Stromkreises, aufweisend eine Spule zum Betätigen eines Auslösers, ein erstes Schaltkontaktpaar, umfassend einen ersten feststehenden Schaltkontakt und einen ersten beweglichen Schaltkontakt, ein zweites Schaltkontaktpaar, umfassend einen zweiten feststehenden Schaltkontakt und einen zweiten beweglichen Schaltkontakt, wobei die beweglichen Schaltkontakte durch den Auslöser betätigbar sind, eine erste Löschkammer mit einer ersten Leitschiene und einem ersten Kontakthorn, das mit dem ersten feststehenden Schaltkontakt elektrisch leitend verbunden ist, eine zweite Löschkammer mit einer zweiten Leitschiene und einem zweiten Kontakthorn, das mit dem zweiten feststehenden Schaltkontakt elektrisch leitend verbunden ist, bei dem das erste Schaltkontaktpaar um 170° bis 190° verdreht zu dem zweiten Schaltkontaktpaar neben dem zweiten Schaltkontaktpaar angeordnet ist und bei dem zwischen dem ersten beweglichen Schaltkontakt und dem zweiten beweglichen Schaltkontakt ein flexibler elektrischer Leiter vorgesehen ist, der den ersten beweglichen Schaltkontakt mit dem zweiten beweglichen Schaltkontakt elektrisch leitend verbindet, gelöst.
Ein derartiges doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät ermöglicht, dass die bei der Trennung der Schaltkontaktpaare entstehenden Lichtbögen schnell aus den Kontaktzonen durch die Vorkammer in die Löschkammern gezwungen werden.
Die Anordnung des ersten Schaltkontaktpaares um 170° bis 190° verdreht zu dem zweiten Schaltkontaktpaar, wobei diese nebeneinander angeordnet sind, und der flexible elektrische Leiter zwischen dem ersten beweglichen Schaltkontakt und dem zweiten beweglichen Schaltkontakt, der den ersten beweglichen Schaltkontakt mit dem zweiten beweglichen Schaltkontakt elektrisch leitend verbindet, ermöglicht ein besonders schnelles Eintreiben der entstehenden Lichtbögen in die Löschkammern des Schutzschaltgerätes.
Die umgekehrte Anordnung der Schaltkontaktpaare zueinander bewirkt, dass die entstehenden Magnetfelder im Bereich jedes Schaltkontaktpaares das jeweils andere Schaltkontaktpaar nicht stören und sogar verstärken und dadurch die Lichtbögen deutlich beschleunigt werden, so dass diese schnell aus den Kontaktzonen zwischen jeweils einem feststehenden Schaltkontakt und einem beweglichen Schaltkontakt herausgetrieben werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Schaltkontaktpaar parallel und um 180° verdreht zu dem zweiten Schaltkontaktpaar angeordnet ist. Es ist aber auch denkbar, dass die Schaltkontaktpaare in einem Winkel von bis zu 10° zueinander verlaufen. Die Schaltkontaktpaare liegen nebeneinander in dem Schutzschaltgerät. Verdreht bedeutet in Sinne der Erfindung, dass der erste feststehende Schaltkontakt ungefähr neben dem zweiten beweglichen Schaltkontakt und der erste bewegliche Schaltkontakt ungefähr neben dem zweiten feststehenden Schaltkontakt liegt. Die umgekehrte Ausrichtung der Schaltkontaktpaare und die Verbindung der beweglichen Kontakte über den flexiblen elektrischen Leiter, insbesondere die Litze, ermöglicht, dass die im Bereich der Schaltkontaktpaare entstehenden Magnetfelder sich beim Austreiben beziehungsweise Ausblasen der Lichtbögen aus den Kontaktzonen gegenseitig unterstützen.
Die Schaltkontaktpaare des doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes sind derart angeordnet, dass der Stromfluss eine die Lichtbögen antreibende Blasspule erzeugen kann. Das Magnetfeld der einzelnen Strombahnen hilft auch dem jeweils anderen Schaltkontaktpaar beziehungsweise der jeweils anderen Kontaktzone zur schnellen Bewegung der Lichtbögen.
Der Stromfluss verläuft bei dem doppelunterbrechenden Schutzschaltgerät nach der Trennung der Schaltkontakte über den ersten feststehenden Schaltkontakt und über einen ersten Lichtbogen zu dem ersten beweglichen Schaltkontakt. Von dem ersten beweglichen Schaltkontakt fließt der Strom über den flexiblen elektrischen Leiter, der insbesondere als Litze ausgebildet ist, zu dem zweiten beweglichen Schaltkontakt. Von dem zweiten beweglichen Schaltkontakt fließt der Strom weiter über einen zweiten Lichtbogen zu dem zweiten feststehenden Schaltkontakt. Durch diesen Stromfluss entsteht eine die Lichtbögen antreibende Blasspule. Das verstärkte Magnetfeld beziehungsweise Blasfeld der Blasspule wirkt bereits bei der kleinsten Öffnung der Schaltkontakte und treibt die entstehenden Lichtbögen sofort in Richtung der Löschkammern des doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes.
Der flexible elektrische Leiter, insbesondere die Litze, ist derart ausgebildet, dass er einer relativen Bewegung der beweglichen Schaltkontakte zueinander folgen kann und nicht von den beweglichen Schaltkontakten abreißt. Die Enden des flexiblen elektrischen Leiters sind fest an den beiden beweglichen Schaltkontakten angeordnet.
Vorteile eines derartigen doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes ist die kräftige Beschleunigung der entstehenden Lichtbögen nach der Öffnung der Schaltkontakte durch das entstehende starke Magnetfeld beziehungsweise Blasfeld und das damit verbundene schnelle Eintreiben der Lichtbögen in die Löschkammern. Durch das schnelle Eintreiben der Lichtbögen in die Löschkammer kann die Verweilzeit der Lichtbögen zwischen den Schaltkontaktpaaren reduziert werden. Dies hat zur Folge, dass die Lichtbogenbelastung zwischen einem feststehenden Schaltkontakt und einem beweglichen Schaltkontakt verringert wird, weshalb eine Einsparung bei dem Kontaktmaterial der Schaltkontakte möglich ist. Ein derartiges doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät weist ein höheres Kurzschluss-Schaltvermögen auf als bekannte doppelunterbrechende Schutzschaltgeräte gleicher Baugröße. Durch den flexiblen elektrischen Leiter und die Blasschleife werden die Kontaktstellen beziehungsweise Kontaktplätten an den Schaltkontakten entlastet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem doppelunterbrechenden Schutzschaltgerät vorgesehen sein, dass das erste Schaltkontaktpaar und das zweite Schaltkontaktpaar in einer Vorkammer einliegen, die durch die beiden Löschkammern gebildet wird, wobei die Vorkammer zwischen der ersten Löschkammer und der zur ersten Löschkammer spiegelverkehrt angeordneten zweiten Löschkammer liegt. Das heißt, die Löschkammern liegen nicht nebeneinander, sondern sich gegenüber. Dadurch liegt die Vorkammer zwischen den beiden Löschkammern. Die beiden Schaltkontaktpaare liegen zumindest teilweise in der Vorkammer ein, so dass die entstehenden Lichtbögen leicht in die vorgesehenen Löschkammern eingetrieben werden können. Durch die spiegelverkehrte Anordnung der Löschkammern sind auch die jeweiligen Leitschienen und Kontakthörner der Löschkammer spiegelverkehrt und parallel zueinander angeordnet.
Bevorzugt ist ferner ein doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät, bei dem zwei parallel zueinander angeordnete Metallplatten vorgesehen sind, zwischen denen die Schaltkontaktpaare sowie zumindest ein Teil der ersten Leitschienen und der ersten Kontakthörner angeordnet sind. Die Metallplatten begrenzen die zwei freien, sich gegenüberliegenden Seiten der Vorkammer der Löschkammern. Das heißt, dass doppelunterbrechende Schutzschaltgerät ist derart ausgebildet, dass zwei gegenüberliegende Seiten der Vorkammer durch die beiden Löschkammern und die beiden anderen sich gegenüberliegenden Seiten der Vorkammer durch die beiden Metallplatten begrenzt werden. Die Metallplatten sind derart mit einer Spule des Schutzschaltgerätes verbunden, dass die Spule zwischen den Metallplatten ein Magnetfeld induzieren kann. Die Metallplatten ermöglichen im Zusammenspiel mit der Spule des Schutzschaltgerätes, dass ein starkes Magnetfeld zwischen den Metallplatten entsteht, welches die Lichtbögen derart beeinflusst, dass diese nochmals beschleunigt in die entsprechenden Löschkammern getrieben werden.
Die Spulenachse der Spule des Schutzschaltgerätes verläuft senkrecht oder annähernd senkrecht zu den Ebenen, in denen die Metallplatten verlaufen. Die Metallplatten sind eben ausgebildet. Dabei können diese beispielsweise rechteckig, oval, rund oder L-förmig ausgebildet sein. Annähernd senkrecht bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die Spulenachse der Spule in einem Winkel zwischen 75° und 90°, insbesondere in einem Winkel zwischen 85° und 90°, zu den Ebenen, in denen die Metallplatten verlaufen, verläuft. Vorzugsweise verläuft die Spulenachse der Spule jedoch senkrecht zu den Ebenen, in denen die Metallplatten verlaufen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem doppelunterbrechenden Schutzschaltgerät vorgesehen sein, dass die Spule zwischen den Metallplatten angeordnet ist. Das heißt, die Spule des Schutzschaltgerätes ist vorteilhafterweise derart zwischen den Metallplatten angeordnet, dass zwischen den Metallplatten ein Magnetfeld entsteht, welches durch die Spule auf die Metallplatten induziert wird. Das zwischen den Metallplatten entstehende Magnetfeld bewirkt, dass die entstehenden Lichtbögen derart beeinflusst werden, dass diese schneller aus den Kontaktzonen heraus und in Richtung der Löschkammern gezwungen werden. Bevorzugt deckt zumindest ein Teil einer Metallplatte eine Seite des Spulenkerns der Spule ab.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Schutzschaltgerät vorgesehen sein, dass die Schwenkebenen, in der die beweglichen Schaltkontakte bewegbar sind, und die Leitschienen sowie die Kontakthörner der Löschkammern parallel oder annähernd parallel zu den Metallplatten verlaufen. Hierdurch können die Lichtbögen, die nach dem Trennen der Schaltkontaktpaare entstehen, durch das Magnetfeld, dass zwischen den Metallplatten entsteht, besonders effektiv beeinflusst werden, so dass diese schnell in Richtung der jeweiligen Löschkammern gezwungen werden. Das heißt, das durch die Spule des Schutzschaltgerätes erzeugte Magnetfeld zwischen den Metallplatten wirkt zusätzlich zu dem Blasfeld, das durch den Stromfluss durch die Schaltkontakte und die Lichtbögen erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem doppelunterbrechenden Schutzschaltgerät vorgesehen sein, dass der erste feststehende Schaltkontakt als Kontaktplättchen an dem ersten Kontakthorn und dass der zweite feststehende Schaltkontakt als Kontaktplättchen an dem zweiten Kontakthorn angeordnet ist. Durch die spezielle Ausgestaltung des Schutzschaltgerätes ist eine Materialeinsparung an den Kontaktplättchen möglich, da diese durch das schnelle Eintreiben der Lichtbögen in die Löschkammern weniger belastet werden, als bekannte Schutzschaltgeräte.
Das zuvor beschriebene doppelunterbrechende Schutzschaltgerät ist vorteilhafterweise als ein Leistungsschalter oder ein Leitungsschutzschalter, insbesondere als ein Hochleistungsschutzschaltgerät, ausgebildet.
Bei einem derartig ausgebildeten doppelunterbrechenden Schutzschaltgerät, insbesondere einem derartig ausgebildeten doppelunterbrechenden Leistungsschalter oder einem derartig ausgebildeten doppelunterbrechenden Leitungsschutzschalter, ist die Spulenachse der Spule beziehungsweise des Spulenkerns vorzugsweise senkrecht zur Lichtbogenlaufrichtung ausgerichtet. Dadurch ermöglicht das Schutzschaltgerät, dass die Lichtbögen nach der Kontaktöffnung der Schaltkontaktpaare durch das starke Magnetfeld zwischen den Metallplatten beschleunigt werden. Ein weiterer Vorteil bei einem derartigen doppelunterbrechenden Schutzschaltgerät ist, dass Kontaktmaterial an den Schaltkontakten eingespart werden kann, da durch das Magnetfeld zwischen den Metallplatten und das durch den Stromfluss in den Schaltkontakten erzeugte Blasfeld die Lichtbogenbelastung auf die Schaltkontakte kürzer und damit relativ gering ist. Das doppelunterbrechende Schutzschaltgerät weist durch die spezielle Anordnung der Spule zu den Metallplatten und den Schaltkontaktpaaren ein höheres Kurzschluss-Schaltvermögen im Vergleich zu bekannten doppelunterbrechenden Schutzschaltgeräten gleicher Baugröße auf. Das Ausnutzen der Magnetfelder ermöglicht eine Entlastung der Kontaktstellen beim sogenannten dynamischen Kontaktöffnen.
Im Gegenteil zu den bisher bekannten Schutzschaltgeräten, bei denen die Spule so angeordnet ist, dass die Spulenachse in Richtung der Lichtbogenlaufrichtung zeigt, wodurch das entstehende Magnetfeld der Spule keine oder sogar eine negative Wirkung auf die Lichtbogenbewegung ausübt, wird bei dem erfindungsgemäßen Schutzschaltgerät vorzugsweise das Magnetfeld der Spule, welches die Spule zur magnetischen Auslösung des Auslösers erzeugt, ausgenutzt, um die entstehenden Lichtbögen schnell in die Löschkammern zu zwingen.
Die Spule des Schutzschaltgerätes ist vorzugsweise derart in dem doppelunterbrechenden Schutzschaltgerät angeordnet, dass die Ausrichtung ihres Magnetfeldes senkrecht zur Lichtbogenlaufrichtung verläuft. Das von der Spule auf die Metallplatten induzierte Magnetfeld, das zwischen den Metallplatten entsteht, wirkt auf die Lichtbögen in positiver Weise, so dass diese nochmals schneller in die Löschkammern des Schutzschaltgerätes gezwungen werden können.
Die Anordnung der Spule, inklusive ihres Spulenkernes, zu den beiden Metallplatten beziehungsweise Stahlplatten lässt in der Vorkammer, das heißt im Bereich zwischen den beiden Löschkammern, ein Magnetfeld entstehen, das durch die Spule auf die Stahlplatten induziert ist, und welches dafür sorgt, dass die Lichtbögen zwischen den beweglichen Schaltkontakten und den feststehenden Schaltkontakten in Richtung der Leitschienen gedrückt werden, um so auf diese überzuspringen.
Die im Vergleich zu der Anordnung der Spule bei den bekannten Schutzschaltgeräten um 90° gedrehte Anordnung der Spule ermöglicht, dass das Magnetfeld der Spule ausgenutzt werden kann, um die nach dem Trennen der Schaltkontakte entstehenden Lichtbögen schneller zu verlöschen.
Die Metallplatten sind vorzugsweise derart mit der Spule verbunden, dass diese zwischen den Metallplatten ein Magnetfeld induzieren kann. So kann beispielsweise eine erste Metallplatte an dem ersten stirnseitigen Ende der Spule und die zweite Metallplatte an dem zweiten stirnseitigen Ende der Spule angeordnet sein. Insbesondere kontaktieren die Metallplatten die Spule.
Bevorzugt ist ferner ein doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät, bei dem die jeweiligen Leitschienen an einem Ende der jeweiligen Löschkammern und die jeweiligen Kontakthörner an dem anderen Ende der jeweiligen Löschkammern angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung der Leitschienen und der Kontakthörner können die Lichtbögen leicht in die Löschkammern gezwungen werden.
Die Metallplatten, insbesondere die als Eisenplatten ausgebildeten Metallplatten, sind vorzugsweise derart ausgebildet und in dem Schutzschaltgerät angeordnet, dass sie die komplette Vorkammer beziehungsweise den kompletten Vorkammerbereich zwischen den Löschkammern abdecken, damit die entstehenden Lichtbögen durch das Magnetfeld schnell von den Kontaktzonen der Schaltkontakte bis in die Löschkammern gedrückt werden können.
Vorteilhafterweise kann bei dem Schutzschaltgerät vorgesehen sein, dass die erste Leitschiene der ersten Löschkammer mit der zweiten Leitschiene der zweiten Löschkammer elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die erste Leitschiene der ersten Löschkammern und die zweite Leitschiene der zweiten Löschkammern monolithisch ausgebildet sind. Monolithisch ausgebildet bedeutet, dass die Leitschienen einstückig ausgebildet sind und durch ein gemeinsames Herstellungsverfahren erzeugt worden sind. Die Leitschienen sind vorzugsweise mit den untersten Blechen der entsprechenden Löschkammern einstückig ausgebildet. Gleiches gilt für die Kontakthörner, die einstückig mit den obersten Blechen der entsprechenden Löschkammern ausgebildet sind.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1: in einer Seitenansicht einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes, das nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
Figur 2: eine Draufsicht auf den inneren Bereich eines doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes, das nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
Figur 3: eine vergrößerte Darstellung der Schaltkontakte des doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes gemäß Fig. 1,
Figur 4: in einer Seitenansicht einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes, das nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes 1, das nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist. Das doppelunterbrechende Schutzschaltgerät 1 weist ein erstes Schaltkontaktpaar, aufweisend einen ersten feststehenden Schaltkontakt 3 und einen ersten beweglichen Schaltkontakt 4, und ein zweites Schaltkontaktpaar, aufweisend einen zweiten feststehenden Schaltkontakt 12 und einen zweiten beweglichen Schaltkontakt 13, auf. Daher ist das Schutzschaltgerät 1 ein sogenannter Doppelunterbrecher. Das Schutzschaltgerät 1 ist zum Überwachen eines Stromkreises ausgebildet. Das Schutzschaltgerät 1 weist ferner eine nicht dargestellte Spule zum Betätigen eines nicht dargestellten Auslösers, der die beweglichen Schaltkontakte betätigt, eine erste Löschkammer 5 mit einer ersten Leitschiene 6 und einem ersten Kontakthorn 7, das mit dem ersten feststehenden Schaltkontakt 3 elektrisch leitend verbunden ist, und eine zweite Löschkammer 14 mit einer zweiten Leitschiene 15 und einem zweiten Kontakthorn 16, das mit dem ersten feststehenden Schaltkontakt 12 elektrisch leitend verbunden ist, auf.
In der Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung der Schaltkontakte 3, 4 sowie 12, 13 des doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes 1 gemäß Fig. 1 gezeigt.
Die Schaltkontaktpaare 3, 4 sowie 12, 13 sind um 180° verdreht zueinander angeordnet, wobei diese nebeneinander liegen. Zwischen dem ersten beweglichen Schaltkontakt 4 und dem zweiten beweglichen Schaltkontakt 13 ist ein flexibler elektrischer Leiter 30, der insbesondere in Form einer Litze ausgebildet ist, vorgesehen. Der flexible elektrische Leiter 30 verbindet den ersten beweglichen Schaltkontakt 4 mit dem zweiten beweglichen Schaltkontakt 13 elektrisch leitend.
Ein derartiges doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät 1 ermöglicht, dass die bei der Trennung der Schaltkontaktpaare 3, 4 und 12, 13 entstehenden Lichtbögen 21 schnell aus den Kontaktzonen durch die Vorkammer 17 in die Löschkammern 5, 14 gezwungen werden.
Die spezielle umgedrehte Anordnung des ersten Schaltkontaktpaares 3, 4 zu dem zweiten Schaltkontaktpaar 12, 13, wobei diese nebeneinander angeordnet sind, und der flexible elektrische Leiter 30 zwischen dem ersten beweglichen Schaltkontakt 4 und dem zweiten beweglichen Schaltkontakt 13 ermöglichen ein besonders schnelles Eintreiben der bei der Trennung der Schaltkontakte 3, 4 und 12, 13 entstehenden Lichtbögen 21 in die Löschkammern 5, 14 des Schutzschaltgerätes 1. Die umgekehrte Anordnung der Schaltkontaktpaare 3, 4 und 12, 13 zueinander und die Verbindung über den flexiblen elektrischen Leiter 30 bewirkt, dass das entstehende Magnetfeld 23 im Bereich jedes Schaltkontaktpaares 3, 4 und 12, 13 das jeweils andere Schaltkontaktpaar 3, 4 und 12, 13 nicht stören und dadurch die Lichtbögen 21 deutlich beschleunigt werden, so dass diese schnell aus den Kontaktzonen zwischen jeweils einem feststehenden Schaltkontakt 3 bzw. 12 und einem beweglichen Schaltkontakt 4 bzw. 13 herausgetrieben werden. Die umgekehrte Ausrichtung der Schaltkontaktpaare 3, 4 und 12, 13 ermöglicht, dass das im Bereich der Schaltkontaktpaare 3, 4 und 12, 13 entstehende Magnetfeld 23 sich beim Austreiben beziehungsweise Ausblasen der Lichtbögen 21 aus den Kontaktzonen verstärkt.
Die Schaltkontaktpaare 3, 4 und 12, 13 des doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes 1 sind derart angeordnet, dass der Stromfluss 22 eine die Lichtbögen 21 antreibende Blasspule erzeugt. Das Magnetfeld 23 der einzelnen Strombahnen hilft auch dem jeweils anderen Schaltkontaktpaar 3, 4 und 12, 13 beziehungsweise der jeweils anderen Kontaktzone zur schnellen Bewegung der Lichtbögen 21.
Der Stromfluss 22 verläuft bei dem doppelunterbrechenden Schutzschaltgerät 1 nach der Trennung der Schaltkontakte 3, 4 und 12, 13 über den ersten feststehenden Schaltkontakt 3 über einen ersten Lichtbogen 21 zu dem ersten beweglichen Schaltkontakt 4. Von dem ersten beweglichen Schaltkontakt 4 fließt der Strom über den flexiblen elektrischen Leiter 30, der insbesondere als Litze ausgebildet ist, zu dem zweiten beweglichen Schaltkontakt 13. Von dem zweiten beweglichen Schaltkontakt 13 fließt der Strom weiter über einen zweiten Lichtbogen 21 zu dem zweiten feststehenden Schaltkontakt 12. Durch diesen Stromfluss 22 entsteht eine die Lichtbögen 21 antreibende Blasspule. Das verstärkte Magnetfeld beziehungsweise Blasfeld 23 der Blasspule wirkt bereits bei der kleinsten Öffnung der Schaltkontakte 3, 4 und 12, 13 und treibt die entstehenden Lichtbögen 21 sofort in Richtung der Löschkammern 5, 14 des doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes 1.
Vorteile eines derartigen doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes 1 ist die kräftige Beschleunigung der entstehenden Lichtbögen 21 nach der Öffnung der Schaltkontakte 3, 4 und 12, 13 durch das entstehende starke Magnetfeld beziehungsweise Blasfeld 23 und das damit verbundene schnelle Eintreiben der Lichtbögen 21 in die Löschkammern 5, 14. Durch das schnelle Eintreiben der Lichtbögen 21 in die Löschkammer 5, 14 kann die Verweilzeit der Lichtbögen 21 zwischen den Schaltkontaktpaaren 3, 4 und 12, 13 reduziert werden. Dies hat zur Folge, dass die Lichtbogenbelastung zwischen einem feststehenden Schaltkontakt 3, 12 und einem beweglichen Schaltkontakt 4, 13 verringert wird, weshalb eine Einsparung bei dem Kontaktmaterial der Schaltkontakte 3, 4 und 12, 13 möglich ist. Ein derartiges doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät 1 weist dadurch ein höheres Kurzschluss-Schaltvermögen auf als bekannte doppelunterbrechende Schutzschaltgeräte gleicher Baugröße. Durch den flexiblen elektrischen Leiter 30 und die damit ermöglichte elektrisch leitende Verbindung zwischen den beweglichen Schaltkontakten nach dem Öffnen der Schaltkontakte 3, 4 und 12, 13 werden die Kontaktstellen der Schaltkontakte 3, 4 und 12, 13 entlastet.
In der Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den inneren Bereich eines doppelunterbrechenden Schutzschaltgerätes 1, das nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, dargestellt. In dieser Darstellung wird die um 180° verdreht Anordnung der Schaltkontaktpaare 3, 4 und 12, 13 deutlich, wobei die Schaltkontaktpaare 3, 4 und 12, 13 nebeneinander liegen. Zwischen dem ersten beweglichen Schaltkontakt 4 und dem zweiten beweglichen Schaltkontakt 13 ist der flexible elektrische Leiter 30 angeordnet. Dabei folgt der flexible elektrische Leiter 30 den Bewegungen der beweglichen Schaltkontakte 4, 13, ohne dass die elektrisch leitende Verbindung über den flexiblen elektrischen Leiter 30 verloren geht.
In der Fig. 4 ist in einer Seitenansicht ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Schutzschaltgerätes 1, das eine Lichtbogenlöscheinrichtung 20 aufweist, die nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, gezeigt. Die Leitschienen 6, 15 sind jeweils an dem unteren Ende 5a der ersten Löschkammer 5 beziehungsweise an dem unteren Ende 14a der zweiten Löschkammer 14 angeordnet, insbesondere verschweißt. Das erste Kontakthorn 7 verläuft zwischen einem ersten Ende der Spule 2 und dem oberen Ende 5b der ersten Löschkammer 5, das zweite Kontakthorn 16 verläuft zwischen der ersten Leitschiene 6 und dem oberen Ende 14b der zweiten Löschkammer 14. Das erste Kontakthorn 7 ist vorzugsweise an der Wicklung der Spule 2 angeschweißt. Die feststehenden Schaltkontakte 3, 12 sind an beziehungsweise auf den jeweiligen Kontakthörnern 7, 16 angeordnet.
Die Anordnung der Spule 2 inklusive ihres Spulenkerns 2a und zweier Stahlplatten 9, wobei nur die Stahlplatte mit dem Bezugszeichen 9 in Figur 4 dargestellt ist, lässt in der Vorkammer 17 beziehungsweise im Vorkammerbereich ein starkes Magnetfeld 11 entstehen, induziert durch die Spule 2 auf die Metallplatten 9, welches dafür sorgt, dass der erste Lichtbogen 21 zwischen dem ersten beweglichen Schaltkontakt 4 und dem ersten feststehenden Schaltkontakt 3 in Richtung der ersten Leitschiene 6 gedrückt und der zweite Lichtbogen zwischen dem zweiten beweglichen Schaltkontakt 13 und dem zweiten feststehenden Schaltkontakt 12 in Richtung der zweiten Leitschiene 15 gedrückt werden, also auf diese überspringen. Die Lichtbögen stehen dann zwischen den jeweiligen Leitschienen 6, 15 und den entsprechenden Kontakthörnern 7, 16 und werden somit durch das Magnetfeld 11 und die entstehenden Blasfelder in die jeweiligen Löschkammern 5, 14 gedrückt, wo sie schließlich verlöschen.
Das starke Magnetfeld 11 zwischen den Metallplatten 9 ermöglicht eine Beschleunigung der Lichtbögen und damit eine Reduzierung der Belastung der Schaltkontakte 3, 4, 12, 13. Hierdurch kann Kontaktmaterial an den Schaltkontakten 3, 4, 12, 13 eingespart werden. Derartig ausgebildete Schutzschaltgeräte 1 weisen ein höheres Kurzschluss-Schaltvermögen zu bekannten Schutzschaltgeräten gleicher Baugröße auf. Die Kontaktstellen werden beim Trennen der Schaltkontaktpaare 3, 4 sowie 12, 13 entlastet.
Das Schutzschaltgerät gemäß der Fig. 4 ist bevorzugt als Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter ausgebildet.
Dadurch, dass die Lichtbögen 21 durch das entstehende Magnetfeld 11 zwischen den Metallplatten 9 und die entstehenden Blasfelder 23 schnell in die entsprechenden Löschkammern 5, 14 gezwungen werden können, ist das Schutzschaltgerät 1 sehr gut vor Beschädigungen geschützt. Insbesondere in Strombereichen jenseits von 63A und bei Schutzschaltgeräten 1 mit einem Schaltvermögen über 25kA, also bei Hochleistungsschutzschaltgeräten, ist die spezielle Anordnung der Kontaktsysteme und der Spule 2 in dem Schutzschaltgerät 1 vorteilhaft. Das Schutzschaltgerät 1 ermöglicht, dass die bei einer Abschaltung entstehenden Lichtbögen so schnell wie möglich von der Vorkammer 17 in die Löschkammern 5, 14 gezwungen werden können, um in der Vorkammer das Schutzschaltgerät 1, insbesondere die Schaltkontakte 3, 4 und 12, 13 nicht zu schädigen.

Bezugszeichenliste

1: Schutzschaltgerät
2: Spule
2a: Spulenkern
3: erster feststehender Schaltkontakt
4: erster beweglicher Schaltkontakt
5: erste Löschkammer
5a: unteres Ende der ersten Löschkammer
5b: oberes Ende der ersten Löschkammer
6: erste Leitschiene
7: erstes Kontakthorn
9: Metallplatte
10: Spulenachse
11: Magnetfeld zwischen Metallplatten
12: zweiter feststehender Schaltkontakt
13: zweiter beweglicher Schaltkontakt
14: zweite Löschkammer
14a: unteres Ende der zweiten Löschkammer
14b: oberes Ende der zweiten Löschkammer
15: zweite Leitschiene
16: zweites Kontakthorn
17: Vorkammer

21: Lichtbogen
22: Stromfluss
23: Blasfeld/Magnetfeld

30: flexibler elektrischer Leiter / Litze

Claims

Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) zum Überwachen eines Stromkreises, aufweisend eine Spule (2) zum Betätigen eines Auslösers, ein erstes Schaltkontaktpaar, umfassend einen ersten feststehenden Schaltkontakt (3) und einen ersten beweglichen Schaltkontakt (4), ein zweites Schaltkontaktpaar, umfassend einen zweiten feststehenden Schaltkontakt (12) und einen zweiten beweglichen Schaltkontakt (13), wobei die beweglichen Schaltkontakte (4, 13) durch den Auslöser betätigbar sind, eine erste Löschkammer (5) mit einer ersten Leitschiene (6) und einem ersten Kontakthorn (7), das mit dem ersten feststehenden Schaltkontakt (3) elektrisch leitend verbunden ist, eine zweite Löschkammer (14) mit einer zweiten Leitschiene (15) und einem zweiten Kontakthorn (16), das mit dem zweiten feststehenden Schaltkontakt (12) elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltkontaktpaar (3, 4) um 170° bis 190° verdreht zu dem zweiten Schaltkontaktpaar (12, 13) neben dem zweiten Schaltkontaktpaar (12, 13) angeordnet ist und dass zwischen dem ersten beweglichen Schaltkontakt (4) und dem zweiten beweglichen Schaltkontakt (13) ein flexibler elektrischer Leiter (30) vorgesehen ist, der den ersten beweglichen Schaltkontakt (4) mit dem zweiten beweglichen Schaltkontakt (13) elektrisch leitend verbindet.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible elektrische Leiter (30) eine Litze ist.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltkontaktpaar (3, 4) parallel und um 180° verdreht zu dem zweiten Schaltkontaktpaar (12, 13) angeordnet ist.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltkontaktpaar (3, 4) und das zweite Schaltkontaktpaar (12, 13) in einer Vorkammer (17) einliegen, die durch die beiden Löschkammern (5, 14) gebildet wird, wobei die Vorkammer (17) zwischen der ersten Löschkammer (5) und der zur ersten Löschkammer (5) spiegelverkehrt angeordneten zweiten Löschkammer (14) liegt.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel zueinander angeordnete Metallplatten (9) vorgesehen sind, zwischen denen die Schaltkontaktpaare (3, 4, 12, 13) sowie zumindest ein Teil der ersten Leitschienen (6, 15) und der ersten Kontakthörner (7, 16) angeordnet sind.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenachse (10) der Spule (2) senkrecht oder annähernd senkrecht zu den Ebenen, in denen die Metallplatten (9) verlaufen, verläuft.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) zwischen den Metallplatten (9) angeordnet ist.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatten (9) derart zu der Spule (2) angeordnet sind, dass zwischen den Metallplatten (9) ein Magnetfeld (11) entstehen kann, welches durch die Spule (2) auf die Metallplatten (9) induzierbar ist.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkebenen, in der die beweglichen Schaltkontakte (4, 13) bewegbar sind, und die Leitschienen (6, 15) sowie die Kontakthörner (7, 16) der Löschkammern (5, 14) parallel oder annähernd parallel zu den Metallplatten (9) verlaufen.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste feststehende Schaltkontakt (3) als Kontaktplättchen an dem ersten Kontakthorn (7) angeordnet ist und dass der zweite feststehende Schaltkontakt (12) als Kontaktplättchen an dem zweiten Kontakthorn (16) angeordnet ist.
Doppelunterbrechendes Schutzschaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschaltgerät (1) ein Leistungsschalter oder ein Leitungsschutzschalter ist.