WO1999017320A1 - Strombegrenzendes kontaktsystem mit selektiver wirkung - Google Patents

Strombegrenzendes kontaktsystem mit selektiver wirkung Download PDF

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    • H01H71/504—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release provided with anti-rebound means

Definitions

  • the invention relates to a current-limiting contact system with selective action according to the preamble of claim 1.
  • Such contact systems are used in current limiters or low-voltage circuit breakers, in particular circuit breakers or circuit breakers, which are connected to downstream circuit breakers or NH fuses in order to switch them off to effect in suitable cases and to remain switched on.
  • Such a contact system is known from DE 24 39 066 C2, for whose connectable and separable contact pieces a current limiting element having a variable electrical resistance is connected in series.
  • a pressure-sensitive solid-state resistor is used as the variable resistor, which at the same time forms the fixed contact piece of the contact system, the resistance value of the solid-state resistor, which is very low due to the contact pressure, suddenly changing to a high-resistance value when the contact system is opened.
  • contact systems are described whose current limiting elements connected in series with the contact pieces are designed as temperature-dependent resistors influenced by the current flow.
  • a disadvantage of the contact systems described above is the complex structure and the insufficient reproducibility of the selective properties.
  • the invention is therefore based on the object of specifying, using simple means, a current-limiting contact system which has good current-limiting and selective properties.
  • the contact systems are therefore exposed to a lower dynamic and thermal load and are reliable in their selective effect. If the pivot bearing point and the connecting conductor are arranged in a fixed position in the current limiter or circuit breaker, the change in contact resistance occurs in the named contact area each time the contact system is opened or closed. If, however, the pivot bearing point and the connecting conductor are arranged in a selector shaft to be operated by an actuating mechanism, the change in contact resistance only occurs in the mentioned contact area when the contact system is opened electrodynamically by a short-circuit current.
  • the different contact resistances can advantageously be realized by different contact subareas on the contact arm and on the connecting conductor.
  • the contact system when the contact system is closed, opposing contact subregions of the contact arm and the connecting conductor with a low contact resistance are connected, over which the current is essentially distributed.
  • partial contact areas with low contact resistance increasingly come into contact with opposite contact partial areas with higher contact resistance as a result of the mutual pivoting of contact arm and connecting conductor, as a result of which a limiting current distribution is brought about.
  • the contact subareas with different contact resistance are advantageously arranged sector-wise around the pivot bearing point, the contact arm, which is designed in the form of a pivot bearing, comprises a web of the connecting conductor, or conversely, the contact arm on the pivot bearing side is encompassed by a fork-shaped web of the connecting conductor.
  • the different contact sub-areas are expediently to be realized by surface coatings with materials of different conductivity.
  • Figure 1 an inventive contact system in side view
  • FIG. 3 a detail from FIG. 1;
  • FIG. 4 a further detail from FIG. 1. Best way to carry out the invention
  • a contact system 2 for one pole of a multi-pole current limiter is shown in simplified form in FIGS. 1 and 2.
  • the contact system 2 contains a fixed contact rail 4 with a fixed contact piece 8 and a contact arm 6 with a movable contact piece 10.
  • the contact arm 6 is pivotally mounted on a web 12 in a pivot bearing point 14.
  • the web 12 is high from a connecting conductor 16.
  • the contact rail 4 and the connecting conductor 16 each end in an outer connection region 18 and 20, respectively.
  • the required contact force between the contact pieces 8 and 10 is generated by contact force springs 22 which act on tension and act on the contact arm 6 on both sides.
  • the contact arm 6 is fork-shaped in the region of the pivot bearing point 14 and is provided with a mechanical pretension to the inside, so that it clamps the web 12 to form a contact area 24 between the inside of each fork end 26 of the contact arm 6 and the respectively adjacent outer surface of the web 12 includes.
  • Known clamping means can be additionally provided.
  • Contact rail 4 and contact arm 6 form a current loop, so that when a short-circuit current occurs, the contact arm 6 is pivoted electrodynamically away from the contact rail 4 counter to the action of the contact force springs 22, as shown by broken lines in FIG. 1. Due to the current forces occurring in this case in the area of the pivot bearing point 14, the fork ends 26 of the contact arm 6 are increasingly pressed against the web 12, which leads to a damping or braking of the spinning movement of the contact arm 6. However, this clamping force, which is increased by electrodynamic action, also delays the endeavor of the contact arm 6 to fall back into its closing position under the influence of the contact force springs 22, which is of crucial importance for the selectivity of the contact system 2.
  • each fork end 26 of the contact arm 6 in each divided two different contact subregions 28a and 28b, which are designed in a sector-like manner around the pivot bearing point 14.
  • each outer side of the web 12 of the connecting conductor 16 is divided into two different contact sub-regions 30a and 30b, which are also sector-like around the pivot bearing point 14.
  • the contact subregions 28a and 30a are coated with a first material which has a very high electrical conductivity and thus low contact resistance.
  • the contact subregions 28b and 30b are coated with a second material which has an electrical conductivity that is significantly smaller than the conductivity of the first material, as a result of which the contact resistance is significantly higher.
  • the contact system 2 When the contact system 2 is closed, the highly conductive contact subregions 28a from the contact arm 6 and 30a from the web 12 form a very low contact resistance and on the other hand the poorly conductive contact subregions 28b from the contact arm 6 and 30b from the web 12 form a significantly higher contact resistance .
  • the contact system 2 is closed, the current will accordingly be distributed essentially over the contact subregions 28a and 30a with the low contact resistance.
  • the highly conductive contact subareas 28a from the contact arm 6 are in the opposite position to the poorly conductive contact subareas 30b from the web 12 and, on the other hand, the highly conductive contact subareas 30a from the web 12 are in the opposite position to the poorly conductive contact subareas 28b from the contact arm 6, which means that progressive opening of the contact system 2 only areas with higher contact resistance between the contact arm 6 and web 12 arise.
  • These contact resistances described above represent an additional current limiting element with a resistance value which is dependent on the opening angle of the contact system 2 and which lies in series with the arc separation path between the separated contact pieces 8 and 10 and leads to a better current limitation of short circuits.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein strombegrenzendes Kontaktsystem mit selektiver Wirkung. Wenigstens beim elektrodynamischen Öffnen des Kontaktsystems (2) wird zusätzlich ein erheblicher Übergangswiderstand durch einen Kontaktbereich (24) mit veränderlichem Übergangswiderstand zwischen dem Kontaktarm (6) und einem Anschlußleiter (16) geschaffen, so daß ein auftretender Kurzschlußstrom zusätzlich begrenzt wird. Im Bereich der Drehlagerstelle (14) des Kontaktarmes (6) kommen elektrodynamisch bewirkte Klemmkräfte hinzu, die eine zusätzliche Bremswirkung auf den Kontaktarm (6) verursachen.

Description

B e s c h r e i b u n g
Strombegrenzendes Kontaktsystem mit selektiver Wirkung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein strombegrenzendes Kontaktsystem mit selektiver Wir- kung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Kontaktsysteme finden Anwendung in Strombegrenzern oder Niederspannungs-Schutzschaltern, insbesondere Leistungsschaltern oder Leitungsschutzschaltern, die mit nachge- ordneten Schutzschaltern oder NH-Sicherungen verbunden sind, um deren Abschaltung in geeigneten Fällen zu bewirken und selbst eingeschaltet zu bleiben.
Stand der Technik
Aus der DE 24 39 066 C2 ist ein derartiges Kontaktsystem bekannt, zu dessen verbind- und trennbaren Kontaktstücken ein einen veränderlichen elektrischen Widerstand aufweisendes Strombegrenzungselement in Reihe geschaltet ist. Als veränderlicher Widerstand findet ein druckempfindlicher Festkörperwiderstand Anwendung, der gleichzeitig das feststehende Kontaktstück des Kontaktsystems bildet, wobei der infolge des Kontaktdruckes sehr geringe Wider- standswert des Festkörperwiderstandes sich beim Öffnen des Kontaktsystems sprungartig in einen hochohmigen Wert verändert. In der gleichen Druckschrift sind Kontaktsysteme beschrieben, deren zu den Kontaktstücken in Reihe geschaltete Strombegrenzungselemente als vom Stromfluß beeinflußte temperaturabhängige Widerstände ausgeführt sind. Von Nachteil bei den vorstehend beschriebenen Kontaktsystemen sind der aufwendige Aufbau und die ungenügende Reproduzierbarkeit der selektiven Eigenschaften. Darstellunq der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein strombegrenzendes Kontaktsystem anzugeben, das gute strombegrenzende und selektive Eigenschaften aufweist.
Ausgehend von einem Kontaktsystem der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbil- düngen der Erfindung zu entnehmen sind.
Wenigstens beim elektrodynamischen Öffnen des Kontaktsystems wird zusätzlich ein merklicher Übergangswiderstand durch den veränderlichen Kontaktbereich zwischen dem Kontaktarm und einem Anschlußleiter geschaffen, so daß der Kurzschlußstrom von dem Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken sowie zusätzlich durch diesen erhöhten Übergangswiderstand wirksam begrenzt wird. Zu den an sich erforderlichen Klemmkräften zwischen Kontaktarm und Anschlußleiter im Bereich der Drehlagerstelle kommen elektrodynamisch bewirkte Klemmkräfte hinzu, die eine zusätzliche Bremswirkung auf den Kontaktarm ausüben. Diese Bremswirkung verringert sowohl die Gefahr des Zurückprallens des Kontaktarmes von einem Anschlag als auch die Wirkung der der Öffnungsbewegung entgegenwirkenden Kontaktkraftfedern. Das heißt, ein Wiederschließen des Kontaktsystems nach elektrodynamischer Öffnung durch einen Kurzschlußstrom über einem bestimmten Wert wird wirksam verzögert, womit eine hohe selektive Wirkung erreicht ist. Die Kontaktsysteme werden demnach einer geringeren dynamischen sowie thermischen Belastung ausgesetzt und sind in ihrer selektiven Wirkung zuverlässig. Wenn die Drehlagerstelle und der Anschlußleiter ortsfest im Strombegrenzer oder Schutzschalter angeordnet sind, dann tritt die Änderung des Übergangswiderstandes in dem genannten Kon- taktbereich bei jedem Öffnen bzw. Schließen des Kontaktsystems ein. Wenn die Drehlagerstelle und der Anschlußleiter allerdings in einer von einem Betätigungsmechanismus zu betreibenden Schaltwelle angeordnet sind, dann tritt die Änderung des Übergangswiderstandes in dem genannten Kontaktbereich nur bei durch einen Kurzschlußstrom bewirktem elektrodynamischem Öffnen des Kontaktsystems ein.
Vorteilhaft sind die unterschiedlichen Übergangswiderstände durch unterschied- liehe Kontaktteilbereiche am Kontaktarm und am Anschlußleiter zu realisieren. Insbesondere stehen bei geschlossenem Kontaktsystem gegenüberstehende Kontaktteilbereiche von Kontaktarm und Anschlußleiter mit niedrigem Kontaktwiderstand in Verbindung, über die sich im wesentlichen der Strom verteilt. Bei wenigstens elektrodynamisch sich öffnendem Kontaktsystem gelangen infolge der gegenseitigen Verschwenkung von Kontaktarm und Anschlußleiter Kontaktteilbereiche mit niedrigem Kontaktwiderstand zunehmend mit gegenüberliegenden Kontaktteilbereichen mit höherem Kontaktwiderstand in Verbindung, wodurch eine begrenzende Stromaufteilung bewirkt wird. Die Kontaktteilbereiche mit unterschiedlichem Kontaktwiderstand sind vorteilhaft sektorartig um die Drehlagerstelle anzuordnen, wobei der drehlagerseitig gabelförmig ausgebildete Kontaktarm einen Steg des Anschlußleiters umfaßt oder umgekehrt der Kontaktarm drehlagerseitig von einem gabelförmig ausgebildeten Steg des Anschlußleiters umfaßt wird. Die unterschiedlichen Kontaktteilbereiche sind zweckmäßig durch Oberflächenbeschichtungen mit Materialien unterschiedlicher Leit- fähigkeit zu realisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
Figur 1 : ein erfindungsgemäßes Kontaktsystem in Seitenansicht;
Figur 2: das Kontaktsystem in Draufsicht; Figur 3: eine Einzelheit aus Fig. 1 ;
Figur 4: eine weitere Einzelheit aus Fig. 1. Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 und Fig. 2 ist vereinfacht ein Kontaktsystem 2 für einen Pol eines mehrpoligen Strombegrenzers dargestellt. Das Kontaktsystem 2 enthält eine festgelegte Kontaktschiene 4 mit einem feststehenden Kontaktstück 8 und einen Kontaktarm 6 mit einem beweglichen Kontaktstück 10. Der Kontaktarm 6 ist an einem Steg 12 in einer Drehlagerstelle 14 schwenkbar gelagert. Der Steg 12 steht von einem Anschlußleiter 16 hoch. Die Kontaktschiene 4 und der Anschlußleiter 16 enden jeweils in einem äußeren Anschlußbereich 18 bzw. 20. Die erforderliche Kontaktkraft zwischen den Kontaktstücken 8 und 10 wird durch auf Zug beanspruchte Kontaktkraftfedern 22 erzeugt, die beiderseits am Kontaktarm 6 angreifen. Der Kontaktarm 6 ist im Bereich der Drehlagerstelle 14 gabelförmig ausgebildet und mit einer mechanischen Vorspannung nach innen versehen, so daß er den Steg 12 unter Ausbildung eines Kontaktbereiches 24 zwischen der Innenseite von jedem Gabelende 26 des Kontaktarmes 6 und der jeweils anliegenden Außenfläche des Steges 12 klemmend umfaßt. An sich bekannte Klemmittel können zusätzlich vorgesehen werden.
Kontaktschiene 4 und Kontaktarm 6 bilden eine Stromschleife, so daß beim Auftreten eines Kurzschlußstromes der Kontaktarm 6 entgegen der Wirkung der Kontaktkraftfedern 22 elektrodynamisch von der Kontaktschiene 4 weggeschwenkt wird, wie in Fig. 1 durch unterbrochene Linien dargestellt. Durch die in diesem Falle auftretenden Stromengekräfte im Bereich der Drehlagerstelle 14 werden die Gabelenden 26 des Kontaktarmes 6 verstärkt gegen den Steg 12 gepreßt, was zu einer Dämpfung bzw. Abbremsung der aufschleudernden Bewegung des Kontaktarmes 6 führt. Diese durch elektrodynamische Wirkung verstärkte Klemmkraft verzögert aber auch das Bestreben des Kontaktarmes 6, unter Einfluß der Kontaktkraftfedern 22 in seine schließende Position zurückzufallen, was für die Selektivität des Kontaktsystems 2 mit von entscheidender Bedeutung ist.
In Fig. 3 und Fig. 4 sind die Kontaktbereiche 24 aus Fig. 2 näher erläutert. Nach Fig. 3 ist die Innenseite von jedem Gabelende 26 des Kontaktarmes 6 in jeweils zwei unterschiedliche Kontaktteilbereiche 28a und 28b aufgeteilt, die sektorartig um die Drehlagerstelle 14 ausgebildet sind. In gleichartiger weise ist nach Fig. 4 jede Außenseite vom Steg 12 des Anschlußleiters 16 in jeweils zwei unterschiedliche Kontaktteilbereiche 30a und 30b aufgeteilt, die ebenfalls sektorartig um die Drehlagerstelle 14 ausgebildet sind. Die Kontaktteilbereiche 28a und 30a sind mit einem erstem Material beschichtet, das einen sehr hohen elektrischen Leitwert und damit niedrigen Kontaktwiderstand aufweist. Die Kontaktteilbereiche 28b und 30b sind mit einem zweiten Material beschichtet, das einen elektrischen Leitwert aufweist, der merklich kleiner als der Leitwert des ersten Materi- als ist, wodurch der Kontaktwiderstand merklich höher ist. Bei geschlossenem Kontaktsystem 2 stehen sich nun einerseits die hochleitenden Kontaktteilbereiche 28a vom Kontaktarm 6 und 30a vom Steg 12 unter Ausbildung eines sehr niedrigen Übergangswiderstandes und anderseits die schlechter leitenden Kontaktteilbereiche 28b vom Kontaktarm 6 und 30b vom Steg 12 unter Ausbil- düng eines wesentlich höheren Übergangswiderstandes gegenüber. Bei geschlossenem Kontaktsystem 2 wird sich demnach der Strom im wesentlichen über die Kontaktteilbereiche 28a und 30a mit dem niedrigen Kontaktwiderstand verteilen. Bei elektrodynamisch geöffnetem Kontaktsystem 2 gelangen einerseits die hochleitenden Kontaktteilbereiche 28a vom Kontaktarm 6 in Gegen- position zu den schlechter leitenden Kontaktteilbereichen 30b vom Steg 12 und anderseits die hochleitenden Kontaktteilbereiche 30a vom Steg 12 in Gegenposition zu den schlechter leitenden Kontaktteilbereichen 28b vom Kontaktarm 6, wodurch mit fortschreitender Öffnung des Kontaktsystems 2 nur noch Bereiche mit höherem Übergangswiderstand zwischen Kontaktarm 6 und Steg 12 entstehen. Diese vorstehend beschriebenen Übergangswiderstände stellen ein zusätzliches Strombegrenzungselement mit einem vom Öffnungswinkel des Kontaktsystems 2 abhängigen Widerstandswert dar, das in Reihe mit der Lichtbogen-Trennstrecke zwischen den getrennten Kontaktstücken 8 und 10 liegt und zu einer besseren Strombegrenzung von Kurzschlüssen führt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Strombegrenzendes Kontaktsystem mit selektiver Wirkung, dessen verbind- und trennbare Kontaktstücke (8, 10) mit einem einen veränderlichen elektri- sehen Widerstand aufweisendes Strombegrenzungselement in Reihe geschaltet sind und dessen beweglicher Kontaktarm (6) in einer Drehlagerstelle (14) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,
- daß zwischen dem von Kontaktkraftfedern (22) beaufschlagten Kontaktarm (6) und einem weiterführenden Anschlußleiter (16) ein Kontaktbe- reich (24) besteht, dessen Übergangswiderstand mit zunehmendem Öffnungswinkel des Kontaktsystems (2) bei wenigstens elektrodynamischer Öffnung ansteigt, und
- daß der Kontaktarm (6) und der Anschlußleiter (12) im Bereich der Drehlagerstelle (14) durch Klemmkräfte beaufschlagt werden, die durch die elektrodynamische Wirkung infolge durch das Kontaktsystem (2) fließender Kurzschlußströme vergrößert werden.
2. Kontaktsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (16) und der Kontaktarm (6) jeweils mindestens zwei Kontakt- teilbereiche (28a, 28b; 30a, 30b) mit unterschiedlichen Kontaktwiderständen zur Bildung des Kontaktbereiches (24) aufweisen.
3. Kontaktsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Kontaktsystem (2) die Kontaktteilbereiche (28a; 30a) mit nied- rigem Kontaktwiderstand untereinander und wenigstens bei elektrodynamisch geöffnetem Kontaktsystem (2) die Kontaktteilbereiche (28b; 30b) mit höherem Kontaktwiderstand mit den Kontaktteilbereichen (30a; 28a) mit niedrigem Kontaktwiderstand kontaktieren.
4. Kontaktsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Drehlagerstelle (14) der Kontaktarm (6) gabelförmig ausgebildet ist und einen Steg (12) des Anschlußleiters (16) umfaßt und daß die Kontaktteilbereiche (28a, 28b; 30a, 30b) sektorartig um die Drehlagerstelle (14) ausgebildet sind.
5. Kontaktsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Drehlagerstelle (14) ein leitender Steg des Anschlußleiters (16) gabelförmig ausgebildet ist und den Kontaktarm (6) umfaßt und daß die Kontaktteilbereiche sektorartig um die Drehlagerstelle (14) ausgebildet sind.
6. Kontaktsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteilbereiche (28b; 30b) mit höherem Kontaktwiderstand mit einer Oberflächenbeschichtung aus einem Material, das einen erheblich kleineren elektrischen Leitwert gegenüber dem Material einer Oberflächenbeschichtung der Kontaktteilbereiche (28a; 30a) mit niedrigem Kontaktwiderstand aufweist, versehen sind.
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