EP2601661A1 - Schaltvorrichtung für ein elektrisches niederspannungsschaltgerät - Google Patents

Schaltvorrichtung für ein elektrisches niederspannungsschaltgerät

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Publication number
EP2601661A1
EP2601661A1 EP11739102.9A EP11739102A EP2601661A1 EP 2601661 A1 EP2601661 A1 EP 2601661A1 EP 11739102 A EP11739102 A EP 11739102A EP 2601661 A1 EP2601661 A1 EP 2601661A1
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EP
European Patent Office
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switching device
contact
low
voltage electrical
electrical switch
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11739102.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Haendler
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Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Eaton Industries GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Industries GmbH filed Critical Eaton Industries GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/34—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with provision for adjusting position of contact relative to its co-operating contact

Definitions

  • the invention relates to a switching device for an electrical
  • Such switching devices typically include single-break or double-break contact arrangements.
  • the switch has an insulating housing, in which two chambers are formed, of which a first chamber acts as an extinguishing chamber and a second chamber with a comparable volume as a connection chamber.
  • a simply interrupting rotary contact is movable in a bearing, wherein the rotary contact is designed as a two-armed lever, the first lever arm carries a contact piece, which with a fixed contact to a first power supply rail in
  • the second lever arm of the rotary contact is connected to a flexible conductor, which is in conductive connection with a second
  • a switching device which includes a double-break rotary contact having a pole associated with each switching drive.
  • the rotary contact is rotatably mounted in bearings in the insulating housing about an axis perpendicular to the longitudinal extent of the rotary contact.
  • the actual switch consists of two fixed, connected to busbars
  • Two contact pressure springs preferably designed as torsion springs, are based on a bearing pin on the rotary contact piece and each exert a directed in closing movement torque on the
  • the known switching devices thus have a fixed contact and a movable contact piece.
  • the fixed contact limits the achievable
  • AC applications are used.
  • two existing current paths are connected in series.
  • a four-pole AC switching device can be used in which two phases are connected in series, e.g. Moeller switch-disconnector for 1000V DC such as N2-4-160-S 1-DC to N4-4-1400-S 1-DC.
  • the disadvantage of such solutions lies in the large footprint of such 4-pole switching devices, the high cost, in particular by doubling the existing commonly made of silver alloys required contact pads, and not adapted to the DC application blowing effect of the contact arrangement on the in the switching or Tripping case resulting arc.
  • Object of the present invention is to provide a switching device for a low-voltage electrical switching device, in particular for DC applications, which avoids these disadvantages.
  • the switching device according to the invention is characterized in that there are two movable contact pieces for each phase.
  • the two switching pieces of a phase are mounted via a lever system in the housing of the switching device.
  • this lever system each comprises a guide and a pivot lever, which are each secured with a rigid axle on the housing of the switching device and with a movable axis on the respective contact piece.
  • the swivel lever is moved from the ON position to the OFF position, thereby pivoting the two contact pieces far apart.
  • the switching device is therefore particularly suitable for DC and high voltages where large opening distances are required to shut down.
  • the levers are connected via movable joints with the switching pieces, that the joints move in the case of switching on circular arcs.
  • the levers are made of insulating material.
  • the levers include a core and a shell.
  • the core material of a heavy-duty material, such. Steel or aluminum.
  • the jacket material can consist of insulating material.
  • contact force springs engage the pivoting lever. It has proved to be advantageous to design the contact force springs as tension springs, which exert a force on the contacts in the ON position, which acts in the direction of the respective other contact piece.
  • the contact pieces comprise contact plates at a first end.
  • the trajectory through which the contact plates pass during their switching movement from a quenching chamber accompanied. It has proved to be particularly advantageous, this quenching chamber
  • the switching device according to the invention is suitable for AC applications, but especially for DC applications.
  • FIG. 2 shows the switching device as a schematic diagram in side view in the OFF position.
  • 3 shows the switching device as a schematic diagram in a plan view and as a section.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the switching device according to the invention (100) in the ON position.
  • the shift apparatus (100) includes two movable shift pieces (400) each movably supported at a first end of a guide lever (210) and a swing lever (220) in bearings having movable shafts (216, 226).
  • the guide lever (210) and pivot lever (220) are mounted with their respective second end by means of bearings with a rigid axis (215, 225) in a housing (not shown).
  • the movable axes of the guide levers (216) can move around their rigid-axis guide-lever bearings (215) on a circular path (218) in space.
  • the movable axes of the pivoting levers (226) may also move on a circular path (228) about their rigid-axis pivotal lever bearing (225).
  • the contact force is applied by means of contact force springs (300) which act on the pivoting levers (220). But it is also possible
  • the pivoting lever (220) is shown here in simplified form to depict the rigid connection of the pivot points (225) and (226). In some embodiments, this function is through a shift shaft implemented.
  • the guide lever (210), as well as the pivot lever (220) may be made of insulating material. But it is also possible, the leadership (210) and
  • Swing lever (220) to produce a sandwich with a core and a shell, wherein the core material may be a mechanically stable material that does not have to be insulating, and the jacket material may consist of an insulating material.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the switching device (100) according to the invention in the OFF position.
  • Both contact pieces have been rotated in space around the movable axes of guide lever and pivot lever (216, 226), said movable axes (216, 226) have moved on their circular paths (218, 228) accordingly.
  • guide and pivot levers (210, 220) have moved only slightly, the end contacts (410) of the contact pieces have moved very far apart. Furthermore, one along the trajectory describing the end contacts (410) in their opening path is a continuous one
  • Arc quenching chamber (600) to see.
  • arc extinguishing elements (610) are arranged. These arc quenching elements (610) may include sheets that divide and cool the arc thereby depriving it of energy to extinguish it.
  • the arc (500) which arises when switching under a corresponding current load, runs from one contact plate to the other contact plate along this
  • the contacts When the contacts are open, the arc with the contact piece (on both sides) forms a current loop, which quickly drives the arc into the quenching chamber and causes the arc to extinguish.
  • FIG. 3 shows a section of the switching device as a principle sketch in a plan view and as a section.
  • Parts of two housing halves (710, 720) can be seen in the figure, the guide levers with their rigid axles (215) being mounted between these housing halves (710, 720).
  • the switching device shown has per switching piece (400) each one on a longitudinal axis with the switching piece (400) lying guide lever (210) and two pivoting lever (220), wherein the Pivot levers (220) are arranged parallel to the longitudinal axis of the contact piece (400) and laterally of the contact pieces (400) are located.
  • In the housing halves (710, 720) are recesses (730) in which the levers (220, 210) and axes (216, 226) can move.
  • the two housing halves (710, 720) together form the housing of the switching device, the separation extending in the direction of the longitudinal axis of the contact pieces (400).

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung (100) für ein elektrisches Niederspannungsschaltgerät mit einem Drehkontakt mit mindestens zwei Endkontakte (410) tragenden Schaltstücken (400) und Mitteln zur Aufbringung einer Kontaktdruckkraft (300),einem Gehäuse und einer Lichtbogenlöschkammer (600). Gerade bei DC-Anwendungen wird eine große Trennstrecke zwischen den Kontakten gefordert. Zur Vergrößerung dieser Trennstrecke schlägt die Erfindung vor,die Endkontakte (410) tragenden Kontaktstücke (400) in räumlich veränderbaren Drehpunkten (216, 226) zu lagern.

Description

SCHALTVORRICHTUNG FÜR EIN ELEKTRISCHES
NIEDERSPANNUNGSSCHALTGERÄT
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalt Vorrichtung für ein elektrisches
Niederspannungsschaltgerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Solche Schalt Vorrichtungen weisen üblicherweise einzelunterbrechende oder doppelt unterbrechende Kontaktanordnungen auf.
Aus der EP 1 523 020 AI ist eine Schalt Vorrichtung mit einfach unterbrechendem Drehkontakt insbesondere für einen mehrpoligen Niederspannungs-Lasttrennschalter bekannt. Dabei weist der Schalter ein Isolierstoffgehäuse auf, in dem zwei Kammern ausgebildet sind, von denen eine erste Kammer als Löschkammer und eine zweite Kammer mit vergleichbarem Volumen als Anschlusskammer fungiert. Ein einfach unterbrechender Drehkontakt ist in einem Lager beweglich, wobei der Drehkontakt als zweiarmiger hebel ausgebildet ist, dessen erster Hebelarm ein Kontaktstück trägt, welches mit einem Festkontakt an einer ersten Stromanschlussschiene in
Schaltberührung kommt. Der zweite Hebelarm des Drehkontakts ist mit einem flexiblen Leiter verbunden, der in leitender Verbindung mit einer zweiten
Stromanschlussschiene steht. Es sind Kontaktkraftfedern vorhanden, die am
Drehkontakt und einer Schaltwelle oder einem Schaltwellensegment angreifen.
Aus der DE 100 61 394 AI ist eine Schalt Vorrichtung bekannt, die einen doppelt unterbrechenden Drehkontakt enthält, der einen jedem Pol zugeordneten Schaltantrieb aufweist. Der Drehkontakt ist in Lagern im Isolierstoffgehäuse um eine Achse senkrecht zur Längsausdehnung des Drehkontakts drehbar gelagert. Der eigentliche Schalter besteht aus zwei feststehenden, mit Stromschienen verbundenen
Kontaktstücken, und einem schwimmend gelagertem, zweiarmig ausgebildetem drehbarem Kontaktstück, welches Endkontakte trägt, die mit den feststehenden Kontaktstücken zusammenwirken. Zwei Kontaktdruckfedern, vorzugsweise als Drehfedern ausgebildet, stützen sich auf einem Lagerbolzen am Drehkontaktstück ab und üben jeweils ein in Schließbewegung gerichtetes Drehmoment auf das
Drehkontaktstück aus.
Die bekannten Schalt Vorrichtungen weisen somit einen Festkontakt und ein bewegliches Kontaktstück auf. Der Festkontakt begrenzt die zu erreichende
Trennstrecke zwischen den Kontakten. Bei Gleichstrom- Anwendungen (DC- Anwendungen) werden große Trennstrecken gewünscht. Im Stand der Technik werden für DC-Anwendungen herkömmliche Schaltvorrichtungen, die für
Wechselstrom- Anwendungen (AC- Anwendungen) ausgelegt sind, verwendet. Um die geforderten großen Kontaktstrecken zu verwirklichen, werden zwei vorhandene Strombahnen in Reihe geschaltet. Um eine DC-Schaltvorrichtung mit einem vorhandenen Schaltgerät zu realisieren, kann also ein vierpoliges AC-Schaltgerät verwendet werden, bei dem jeweils zwei Phasen in Reihe geschaltet werden, z.B. Moeller Lasttrennschalter für 1000V DC wie N2-4-160-S 1-DC bis N4-4-1400-S 1- DC. Der Nachteil solcher Lösungen liegt in dem großen Platzbedarf solcher 4- poligen Schaltgeräte, den hohen Kosten, insbesondere durch die Verdopplung der üblicherweise aus Silberlegierungen bestehenden benötigten Kontaktplättchen, sowie der nicht auf die DC- Anwendung abgestimmte Blaswirkung der Kontaktanordnung auf den im Schalt- bzw. Auslösefall entstehenden Lichtbogen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schalt Vorrichtung für ein elektrisches Niederspannungsschaltgerät insbesondere für DC-Anwendungen anzugeben, die diese Nachteile vermeidet.
Ausgehend von einer Schalt Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Hauptanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 8 zu entnehmen. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass für jede Phase zwei bewegliche Schaltstücke vorhanden sind. Die beiden Schaltstücke einer Phase sind über ein Hebelsystem in dem Gehäuse der Schaltvorrichtung gelagert. Dabei umfasst dieses Hebelsystem jeweils einen Führungs- und einen Schwenkhebel, die jeweils mit einer starren Achse am Gehäuse der Schaltvorrichtung und mit einer beweglichen Achse am jeweiligen Schaltstück befestigt sind. Im Ausschaltfalle wird der Schwenkhebel von der Stellung EIN nach AUS bewegt und schwenkt dadurch die beiden Schaltstücke weit auseinander. Die Schalt Vorrichtung eignet sich daher besonders für DC- und hohe Spannungen, bei denen große Öffnungsstrecken zum Abschalten erforderlich sind.
Erfindungsgemäß sind die Hebel so über bewegliche Gelenke mit den Schaltstücken verbunden, dass die Gelenke sich im Schaltfalle auf Kreisbögen bewegen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Hebel aus Isolierstoff gefertigt.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Hebel einem Kern und einem Mantel. Dabei kann der Kernwerkstoff aus einem hochbelastbaren Material, wie z.B. Stahl oder Aluminium, bestehen. Das Mantelmaterial kann dabei aus Isolierstoff bestehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform greifen Kontaktkraftfedern an dem Schwenkhebel an. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kontaktkraftfedern als Zugfedern auszulegen, die in der EIN-Stellung eine Kraft auf die Kontaktstücke ausüben, die in Richtung des jeweiligen anderen Kontaktstücks wirkt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Schaltstücke an einem ersten Ende Kontaktplättchen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Bahnkurve, die die Kontaktplättchen bei ihrer Schaltbewegung durchlaufen, von einer Löschkammer begleitet. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, diese Löschkammer
durchgehend über die gesamte von den Kontaktplättchen durchlaufene Bahnkurve auszulegen. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung eignet sich für Wechselstromanwendungen, besonders aber auch für Gleichstromanwendungen.
Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig 1 die Schalt Vorrichtung als Prinzipskizze in EIN-Stellung
Fig 2 die Schalt Vorrichtung als Prinzipskizze in Seitenansicht in AUS-Stellung. Fig 3 die Schalt Vorrichtung als Prinzipskizze in einer Draufsicht und als Schnitt.
Figur 1 zeigt in einer Prinzipskizze die erfindungsgemäße Schalt Vorrichtung (100) in der Stellung EIN. Die Schaltvorrichtung (100) enthält zwei bewegliche Schaltstücke (400), die jeweils an einem ersten Ende eines Führungshebels (210) und eines Schwenkhebels (220) in Lagern mit beweglichen Achsen (216, 226) beweglich gelagert sind. Die Führungshebel (210) und Schwenkhebel (220) sind mit ihrem jeweils zweiten Ende mittels Lager mit starrer Achse (215, 225) in einem Gehäuse (nicht gezeichnet) gelagert. Die beweglichen Achsen der Führungshebel (216) können sich um ihre Führungshebellager mit starrer Achse (215) auf einer Kreisbahn (218) im Raum bewegen. Die beweglichen Achsen der Schwenkhebel (226) können sich ebenfalls auf einer Kreisbahn (228) um ihr Schwenkhebellager mit starrer Achse (225) bewegen. Die Kontaktkraft wird mittels Kontaktkraftfedern (300), die an den Schwenkhebeln (220) angreifen, aufgebracht. Es ist aber auch möglich,
Kontaktkraftfedern (300) an andern Orten der Schwenkhebel (220) oder an den Schaltstücken (400) selbst angreifen zu lassen. Der Schwenkhebel (220) ist hier vereinfacht dargestellt, um die starre Verbindung der Drehpunkte (225) und (226) abzubilden. In manchen Ausführungsformen ist diese Funktion durch eine Schaltwelle umgesetzt. Die Führungshebel (210), als auch die Schwenkhebel (220) können aus Isolierstoff gefertigt sein. Es ist aber auch möglich, die Führungs- (210) und
Schwenkhebel (220) aus einem Sandwich mit einem Kern und einer Ummantelung herzustellen, wobei das Kernmaterial ein mechanisch stabiles Material sein kann, dass nicht isolierend sein muss, und das Mantelmaterial kann aus einem Isolierstoff bestehen.
In Figur 2 ist in einer Prinzipskizze die erfindungsgemäße Schalt Vorrichtung (100) in der Stellung AUS abgebildet. Beide Schaltstücke haben sich im Raum um die beweglichen Achsen von Führungshebel und Schwenkhebel (216, 226) gedreht, wobei sich diese beweglichen Achsen (216, 226) auf ihren Kreisbahnen (218, 228) entsprechend bewegt haben. Obwohl sich Führungs- und Schwenkhebel (210, 220) nur wenig bewegt haben, haben sich die Endkontakte (410) der Schaltstücke sehr weit auseinander bewegt. Weiterhin ist eine entlang der Bahnkurve, die die Endkontakte (410) bei ihrem Öffnungsweg beschreiben, eine durchgehende
Lichtbogenlöschkammer (600) zu sehen. In der Lichtbogenlöschkammer (600) sind Lichtbogenlöschelemente (610) angeordnet. Diese Lichtbogenlöschelemente (610) können Bleche umfassen, die den Lichtbogen aufteilen und kühlen und ihm dabei Energie entziehen, um ihn zum Verlöschen zu bringen. Der Lichtbogen (500), der beim Schalten unter entsprechender Strombelastung entsteht, zieht sich von dem einen Kontaktplättchen zum anderen Kontaktplättchen entlang dieser
Lichtbogenlöschkammer (600), so dass eine optimale Lichtbogenlöschung möglich ist. Bei geöffneten Kontakten bildet der Lichtbogen mit dem Schaltstück (auf beiden Seiten) eine Stromschleife, welche den Lichtbogen schnell in die Löschkammer treibt und zum Verlöschen des Lichtbogens führt.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt der Schaltvorrichtung als Prinzip skizze in einer Draufsicht und als Schnitt. In der Figur sind Teile zweier Gehäusehälften (710, 720) zu sehen, wobei zwischen diesen Gehäusehälften (710, 720) die Führungshebel mit ihren starren Achsen (215) gelagert sind. Die gezeigte Schalt Vorrichtung weist je Schaltstück (400) jeweils einen auf einer Längsachse mit dem Schaltstück (400) liegenden Führungshebel (210) und jeweils zwei Schwenkhebel (220) auf, wobei die Schwenkhebel (220) parallel zur Längsachse des Schaltstücks (400) angeordnet sind und seitlich der Schaltstücke (400) liegen. In den Gehäusehälften (710, 720) befinden sich Ausnehmungen (730), in denen sich die Hebel (220, 210) und Achsen (216, 226) bewegen können. Die beiden Gehäusehälften (710, 720) bilden zusammen das Gehäuse der Schaltvorrichtung, wobei die Trennung in Richtung der Längsachse der Schaltstücke (400) verläuft.
B ezug szeichenliste
100 Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter
210 Führungshebel
215 Führungshebellager mit starrer Achse
216 bewegliche Achse des Führungshebels
218 Kreis der möglichen geometrischen Orte der beweglichen Achse des
Führungshebels
220 Schwenkhebel
225 Schwenkhebellager mit starrer Achse
226 bewegliche Achse des Schwenkhebels
228 Kreis der möglichen geometrischen Orte der beweglichen Achse des
Schwenkhebels
300 Kontaktkraftfeder
400 Schaltstück
410 Endkontakt
500 Lichtbogen
600 Lichtbogenlöschkammer
610 Lichtbogenlö schelemente
710 Erste Gehäusehälfte
720 Zweite Gehäusehälfte
730 Ausnehmung im Gehäuse für Hebel und Achsen

Claims

Patentansprüche:
Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100), enthaltend einen Drehko ntakt mit mindestens zwei Endkontakte (410) tragenden Schaltstücken (400) und Mitteln zur Aufbringung einer Kontaktdruckkraft (300), ein Gehäuse und eine Lichtbogenlöschkammer (600),
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens zwei Endkontakte (410) tragenden Schaltstücke (400) in räumlich veränderbaren Drehpunkten (216, 226) gelagert sind.
Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
räumlich veränderbaren Drehpunkte (216, 226) jeweils einen Führungs- (210) und einen Schwenkhebel (220) aufweisen.
Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (1) nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungs- (210) und Schwenkhebel (220) jeweils mit einer räumlich starren Achse (215, 225) am Gehäuse und mit einer räumlich beweglichen Achse (216, 226) am Schaltstück (400) in Eingriff stehen.
4. Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungs- (210) und Schwenkhebel (220) Isolierstoff aufweisen.
Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach
Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungs- (210) und Schwenkhebel (220) einen Kern und einen Mantel umfassen, wobei der Mantel Isolierstoff aufweist.
Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel zur Aufbringung einer Kontaktdruckkraft (300) Kontaktkraftfedern aufweisen.
Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktkraftfedern (300) als Zugfedern ausgelegt sind
Schalt Vorrichtung für einen elektrischen Niederspannungsschalter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtbogenlöschkammer (600) durchgehend über den gesamten möglichen Öffnungsweg der Kontaktstücke ausgebildet ist.
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