WO2001069631A1 - Selektive auslöseeinheit für leistungsschalter - Google Patents

Selektive auslöseeinheit für leistungsschalter Download PDF

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WO2001069631A1
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Walter Felden
Eladia Pulido
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Aeg Niederspannungstechnik Gmbh & Co., Kg
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    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2472—Electromagnetic mechanisms with rotatable armatures

Definitions

  • the present invention relates to a selective trip unit for circuit breakers.
  • a release unit with an armature or flap and a yoke is known from the prior art.
  • the flap When the flap is tightened, it must push a front flap forward so that a brief, high current does not lead to a draw.
  • it is known to clamp a magnetic flap in a direction leading away from the magnetic yoke in order to brake the magnetic flap during its closing movement. This makes it possible to prevent a draw in the event of short overcurrents.
  • a trip device for a circuit breaker shown in FIG. 6 is known from the earlier German patent application No. 199 03 911.9.
  • This switch 1 has one movable contact 2, which is rotatably mounted on the axis 3 of a selector shaft 4.
  • the selector shaft 4 is itself mounted in a pole track housing (not shown) and has two diametrically opposite satellite axes 5 and 6, which are rotated about the axis 3 when the selector shaft 4 is rotated.
  • the axis 5 is the point of attack for a joint mechanism 7, which is connected to a ratchet lever 8.
  • the ratchet lever is pivotally mounted on an axis 10 positioned on the switch housing 9 and is released by a switch lock 11 in the event of an overcurrent or short circuit in order to enable the separate state of the contact 2 shown in FIG. 6.
  • the key switch 11 can be actuated by a release lever 13 which can be pivoted about an axis of rotation 12.
  • the release lever 13 is, on the other hand, in operative connection with a release shaft 14 which is mounted on an axis 15 carried by the switch housing 9.
  • a cam 16 is formed on the release shaft 14 and can be pivoted counterclockwise in the clockwise direction in FIG. 6 against the force of a spring which is wound around the axis 15 and is not shown here in detail.
  • Switch housing 9 a magnetic yoke 17 mounted, which engages around an electrical rail 19 connected to one of the contacts of the switch 1.
  • an armature element 21 designed as a flap is arranged, which is pivotably connected via a hinge connection 18 to a stationary section of the circuit breaker, not shown in detail.
  • the flap 21 is further connected via a spring 20 to a fixed section of the rail 19, which spring the flap acted in the clockwise direction. In its upper region shown in FIG.
  • the flap 21 is provided with a clamp 23 fixedly mounted thereon, which can be brought into contact with the cam 16 by a pivoting movement of the flap 21 in order to rotate the release shaft 14, thereby the switching lock 11 to actuate the release lever 13 and thus ultimately to initiate the release process in the circuit breaker 1.
  • a clamp 23 fixedly mounted thereon, which can be brought into contact with the cam 16 by a pivoting movement of the flap 21 in order to rotate the release shaft 14, thereby the switching lock 11 to actuate the release lever 13 and thus ultimately to initiate the release process in the circuit breaker 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of a selective trigger unit according to the invention
  • Fig. 2 is a front view of a circuit breaker provided with the trip unit shown in Fig. 1;
  • Fig. 3 is a perspective view of the circuit breaker shown in Fig. 2;
  • FIG. 4 shows a front view of a circuit breaker provided with a further embodiment of the trigger unit according to the invention
  • Fig. 5 is a perspective view of the circuit breaker shown in Fig. 4.
  • Trigger unit essentially of the same construction as in FIG. 6, with the exception that a weight 25 of 3-15 g, preferably 9-11 g, consisting of lead is attached to the flap 21 on the side of the flap facing away from the magnetic yoke 17.
  • a weight 25 of 3-15 g, preferably 9-11 g, consisting of lead is attached to the flap 21 on the side of the flap facing away from the magnetic yoke 17.
  • the inertia of the flap is increased to a sufficient extent to prevent the flap from closing immediately after a short circuit.
  • the size of the weight taking into account the characteristic of the spring shown in FIG. 2 and the other characteristics of the switch system, must be designed in such a way that no drawing is effected if a drawing takes place at a smaller circuit breaker arranged downstream.
  • a circuit breaker with a nominal current of 125 A, in which an overcurrent m of 50 times the nominal current occurs within 1 - 4 ms.
  • a bimetallic plate 27 not shown in detail in FIG. 1, extends in the U-shaped magnetic yoke 17 and is attached to the rail 19 with its lower section 29. Along the remainder of the section, the bimetallic plate 27 is separated from the rail 19 which runs upwards in FIG.
  • the trigger unit described above works as follows:
  • the bimetal plate 27 heats up in such a way that the upper portion of the bimetal plate causes an actuation of the switch lock 11 or a release movement.
  • the flap 21 is pulled to the magnetic yoke 17, while at a current that is sufficient to trigger a downstream circuit breaker, the flap 21 provided with the weight element 25 only to a certain degree under the additional braking effect of the spring 22 is attracted to the magnetic yoke 17.
  • a draw is not yet achieved in the latter process, which ensures selectivity with respect to the downstream switches.
  • the spatial arrangement of the above-mentioned components of the trigger unit can be seen from the illustration in FIG. 3.
  • the second embodiment of the trigger unit according to the invention shown in FIGS. 4 and 5 differs from the first embodiment in that an outside L-shaped part of the rail 19 than the rest of the rail separate conductor element 31 and formed over a
  • Bimetallic plate 27 is connected. This construction has essentially the same properties as the first embodiment with the additional advantage that, as a result of the flow through the bimetallic plate 27, a direct heating of the latter and thus a response of the circuit breaker release mechanism can be ensured even at lower overcurrents.
  • the rail 19 and the conductor element 31 in the second embodiment can advantageously be made of copper.
  • the rail 19 does not simply run as a wide strip through the U-shaped magnetic yoke as in the first embodiment, but also outside the magnetic yoke.

Abstract

Eine Auslöseeinheit für einen Leistungsschalter ist mit einem Magnetjoch (17), und einem mit diesem zusammenwirkenden Anker (21) zur Betätigung einer Auslösevorrichtung (11) versehen, wobei am Anker (21) ein nichtmagnetisches, die Trägheit des Ankers erhöhendes Gewichtselement (25) angebracht ist.

Description

SELEKTIVE AUSLOSEEINHEIT FÜR LEISTUNGSSCHALTER
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine selektive Ausloseeinheit für Leistungsschalter.
Aus dem Stand der Technik ist eine Ausloseeinheit bekannt mit einem Anker bzw. Klappe und einem Joch. Wenn die Klappe angezogen wird, muss sie eine vordere Klappe weiterschieben, so dass ein kurzzeitiger hoher Strom nicht zur Auslosung fuhrt. Als weiterer Stand der Technik ist es bekannt, eine Magnetklappe in eine vom Magnetjoch wegführende Richtung zu spannen, um die Magnetklappe bei ihrer schließenden Bewegung abzubremsen. Dadurch ist es möglich bei kurzen Überströmen eine Auslosung zu verhindern.
Bei allen bekannten technischen Lösungen besteht jedoch das Problem, dass bei in Reihe geschalteten Leistungsschaltern mit einem großen und mehreren kleinen parallelen Leistungsschaltern das Auslosen eines der kleinen Leistungsschalter unter Umstanden zum Auslosen des großen Leistungsschalters fuhrt, so dass der ganze Betrieb keinen Strom mehr hat. Bei einem starken Überstrom bzw.
Kurzschluss soll aber nur der nachgeordnete Schalter auslosen. So zum Beispiel soll bei Leistungsschaltern bis 10 kA eine solche Selektivität erreicht werden, mit der bei einem Strom von 3 kA bei 5 ms beim großen Leistungsschalter keine Auslosung erfolgt.
Aus der früheren deutschen Patentanmeldung Nr. 199 03 911.9 ist eine Auslosevorrichtung für einen in Fig. 6 gezeigten Leistungsschalter bekannt. Dieser Schalter 1 hat einen beweglichen Kontakt 2, der drehbar auf der Achse 3 einer Schaltwelle 4 gelagert ist. Die Schaltwelle 4 ist selbst in einem nicht dargestellten Polbahngehause gelagert und hat zwei diametral gegenüberliegende Satellit-Achsen 5 und 6, die bei einer Drehung der Schaltwelle 4 um die Achse 3 mitgedreht werden. Die Achse 5 ist der Angriffspunkt für einen Gelenkmechanismus 7, der mit einem Klinkenhebel 8 verbunden ist. Der Klinkenhebel ist auf einer am Schaltergehause 9 positionierten Achse 10 schwenkbar gelagert und wird bei einem Uberstrom bzw. Kurzschluss von einem Schaltschloss 11 freigegeben, um den in Fig. 6 gezeigten getrennten Zustand des Kontaktes 2 zu ermöglichen.
Der Schaltschloss 11 ist durch einen um eine Drehachse 12 schwenkbaren Auslosehebel 13 betatigbar. Der Auslosehebel 13 befindet sich andererseits in Wirkverbindung mit einer Auslosewelle 14, die auf einer vom Schaltergehause 9 getragenen Achse 15 gelagert ist. An der Auslosewelle 14 ist ein Nocken 16 ausgebildet, der entgegen der Kraft einer um die Achse 15 gewickelten und hier nicht im einzelnen gezeigten Feder in Richtung des Uhrzeigersinns in Fig. 6 schwenkbar ist.
Im unteren Abschnitt des Leistungsschalters ist am
Schaltergehause 9 ein Magnetjoch 17 montiert, der eine mit einem der Kontakte des Schalters 1 verbundene elektrische Schiene 19 umgreift. In Gegenüberläge zum Magnetjoch 17 ist ein als Klappe ausgebildetes Ankerelement 21 angeordnet, das über eine Scharnierverbindung 18 mit einem nicht im einzelnen dargestellten ortsfesten Abschnitt des Leistungsschalters schwenkbar verbunden ist. Die Klappe 21 ist des weiteren über eine Feder 20 mit einem ortsfesten Abschnitt der Schiene 19 verbunden, welche Feder die Klappe in Richtung des Uhrzeigersinns beaufschlagt. In ihrem in Fig. 6 gezeigten oberen Bereich ist die Klappe 21 mit einer daran fest montierten Klammer 23 versehen, die durch eine Schwenkbewegung der Klappe 21 mit dem Nocken 16 in Anlage bringbar ist, um die Auslosewelle 14 zu drehen, dadurch den Schaltschloss 11 über den Auslosehebel 13 zu betätigen und somit letztendlich den Auslosevorgang im Leistungsschalter 1 einzuleiten. Bezuglich weiterer Einzelheiten dieser Vorgangerlosung wird auf die Beschreibung der oben genannten deutschen Patentanmeldung hingewiesen.
Aufqabe der Erfindung ist es, eine selektive Ausloseeinheit zur Verfugung zu stellen, die wenn in einem großen Leistungsschalter eingebaut, keine Auslosung des letzteren bewirkt, wenn eine Auslosung bei einem nachgeordneten kleineren Leistungsschalter stattfindet.
Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im Patentanspruch 1 definierten Merkmale gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben .
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausfuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen naher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer selektiven Ausloseeinheit gemäß der Erfindung;
Fig. 2: eine Vorderansicht eines mit der in Fig. 1 gezeigten Ausloseeinheit versehenen Leistungsschalters; Fig. 3: eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Leistungsschalters;
Fig. 4: einen Vorderansicht eines mit einer weiteren Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Ausloseeinheit versehenen Leistungsschalters;
Fig. 5: eine perspektivische Ansicht des in Fig. 4 dargestellten Leistungsschalters; und
Fig. 6: eine Darstellung des Mechanismus eines Leistungsschalters mit einer dazugehörigen Ausloseeinheit gemäß der Vorgangerlosung .
Gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel hat die selektive
Ausloseeinheit im wesentlichen dieselbe Konstruktion wie in Fig. 6 mit der Ausnahme, dass an der Klappe 21 ein aus Blei bestehendes Gewicht 25 von 3 - 15 g, vorzugsweise 9 - 11 g, auf der vom Magnetjoch 17 abgewandten Seite der Klappe angebracht ist. Als Folge dieser Maßnahme wird die Trägheit der Klappe in ausreichendem Maß erhöht, um zu verhindern, dass die Klappe nach einem Kurzschluss sofort schließt. Es ist dabei selbstverständlich, dass die Große des Gewichts unter Berücksichtigung der Charakteristik der in Fig. 2 dargestellten Feder und der sonstigen Charakteristiken des Schaltersystems so auszulegen ist, dass keine Auslosung bewirkt wird, wenn eine Auslosung bei einem nachgeordneten kleineren Leistungsschalter stattfindet. In diesem Ausfuhrungsbeispiel handelt es sich um einen Leistungsschalter mit einem Nennstrom von 125 A, bei dem ein Uberstrom m Hohe des 50-fachen des Nennstroms innerhalb von 1 - 4 ms entsteht. Wie die Fig. 2 zeigt, erstreckt sich in dem U-formig ausgebildeten Magnetjoch 17 ein in Fig. 1 nicht im einzelnen gezeigtes Bimetallplattchen 27, das mit seinem unteren Abschnitt 29 an der Schiene 19 angebracht ist. Entlang des restlichen Abschnitts ist das Bimetallplattchen 27 von der in Fig. 2 nach oben auslaufenden Schiene 19 durch einen Luftspalt getrennt.
Die oben beschriebene Ausloseeinheit funktioniert wie folgt:
Wenn der durch die Schiene 19 fließende Strom einen Nennwertstrom um 5 bis 30% überschreitet, findet eine derartige Erwärmung des Bimetallplattchens 27 statt, die durch den oberen Abschnitt des Bimetallplattchens eine Betätigung des Schaltschlosses 11 bewirkt bzw. eine Auslosebewegung zur Folge hat. Bei einem einen Uberstrom übersteigenden Kurzschlussstrom wird die Klappe 21 an das Magnetjoch 17 gezogen, währenddessen bei einer Stromstarke, die zur Auslosung eines nachgeordneten Leistungsschalters ausreicht, die mit dem Gewichtselement 25 versehene Klappe 21 nur bis zu einem gewissen Grad unter der zusatzlichen abbremsenden Wirkung der Feder 22 zum Magnetjoch 17 hingezogen wird. Bei letzteren Vorgang wird eine Auslosung noch nicht erreicht, welches eine Selektivität gegenüber den nachgeordneten Schalter gewahrleistet. Die räumliche Anordnung der oben genannten Bestandteile der Ausloseeinheit ist aus der Darstellung in Fig. 3 ersichtlich .
Die in Figuren 4 und 5 gezeigte zweite Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Ausloseeinheit unterscheidet sich von der ersten Ausfuhrungsform dadurch, dass ein außenseitiges L- formiges Teil der Schiene 19 als vom Rest der Schiene getrenntes Leiterelement 31 ausgebildet und über einen
Leitungsarm 33 und einer sich daran anschließenden flexiblen Leitung mit dem oberen Abschnitt des
Bimetallplattchens 27 verbunden ist. Diese Konstruktion weist im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie die erste Ausfuhrungsform mit dem zusätzlichen Vorteil, dass infolge der Durchstromung des Bimetallplattchens 27 eine direkte Erwärmung des letzteren und dadurch ein Ansprechen des Auslosemechanismus des Leistungsschalters auch bei niedrigeren Überströmen gewahrleistet werden kann.
Von den oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen einer erfmdungsgemaßen Ausloseeinheit sind verschiede Abwandlungen möglich, die zum Teil in den Unteranspruchen definiert sind. So zum Beispiel können die Schiene 19 und das Leiterelement 31 bei der zweiten Ausfuhrungsform vorteilhafterweise aus Kupfer gefertigt werden. Bei dieser zweiten Ausfuhrungsform ist es des weiteren von Vorteil, wenn die Schiene 19 nicht einfach als ein breiter Streifen durch das U-formig ausgebildete Magnetjoch wie bei der ersten Ausfuhrungsform verlauft, sondern auch außerhalb des Magnetjoches .

Claims

ANS PRUCHE
1. Ausloseeinheit für einen Leistungsschalter mit einem Magnetjoch (17), und einem mit diesem zusammenwirkenden Anker (21) zur Betätigung einer Auslosevorrichtung (11), dadurch gekennzeichnet, daß am Anker (21) ein nichtmagnetisches, die Trägheit des Ankers erhöhendes Gewichtselement (25) angebracht ist.
2. Ausloseeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtselement (25) ein ausreichendes Gewichts aufweist, um ein Auslosen des Leistungsschutzschalters mit der ersten Halbwelle des Auslosestroms zu verhindern.
3. Ausloseeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtselement (25) ein solches Gewicht aufweist, bei dem der Leistungsschutzschalter frühestens 10 ms nach Auftreten des Auslostroms auslost.
4. Ausloseeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtselement (25) aus Blei besteht .
5. Ausloseeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetjoch (17) U-formig ausgebildet ist und eine den Auslosestrom leitende Schiene (19) sowie ein an dieser befestigtes, durch Erwärmung betatigbares Ausloseelement (27) teilweise umgibt.
6. Ausloseeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausloseelement (27) ein Bimetallplattchen darstellt, das an seinem ersten Endabschnitt (29) mit der Schiene verbunden ist, während sein zweites Ende ein Ausloseabschnitt bildet.
7. Ausloseeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallplattchen (27) zwei voneinander elektrisch isolierte Schienenabschnitte (31, 37) verbindet und durch eine Direkterwärmung bei durchfließendem Strom betatigbar ist.
8. Ausloseeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei voneinander elektrisch isolierte Schienenabschnitte (31, 37) aus einem Material gefertigt sind, dessen elektrische Leitfähigkeit hoher als die Leitfähigkeit des Magnetjoches und des Bimetallplattchen (27) ist.
9. Ausloseeinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei voneinander elektrisch isolierte Schienenabschnitte (31, 37) aus Kupfer gefertigt sind.
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