Beschreibung
Schaltvorrichtung mit temperaturabhängigem Widerstand zum Löschen eines Lichtbogens
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung mit einem Festkontakt und einem beweglichen Kontakt, zwischen denen beim Abschalten der Schaltvorrichtung ein Lichtbogen auftreten kann.
Lichtbogenkammern in Niederspannungsschaltgeräten haben eine begrenzte Löschwirkung. Diese hängt bei einem vorgegebenen Schaltgerät in der Regel nur von der Höhe der Lichtbogenspannung und des -Stroms ab. Die Löschwirkung ist insbesondere bei Einsatz in den oberen Spannungsebenen des Niederspannungsbereichs (690 V, 1000 V, IT-Netze usw.) kritisch. Durch den immer stärker begrenzten Einbauraum von Niederspannungsschaltgeräten steigen die Anforderungen an die Löschfähigkeit solcher Systeme.
Beim Einsatz für höhere Spannungen werden üblicherweise die Lichtbogenkammervolumen der Schaltgeräte vergrößert. Eine Alternative hierzu besteht in der Erhöhung der Anzahl von Löschblechen in den heute üblichen Lichtbogenlöschsystemen.
Aus der Patentschrift DE 101 18 746 B4 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgeräts mit einem zuschaltbaren Strombegrenzer bekannt. Der dort beschriebene Leistungsschalter oder Schütz weist mindestens eine Hauptstrombahn und einen zugeordneten Nebenstrompfad auf. Der zuschaltbare Strom¬ begrenzer ermöglicht ein Schalten bei hoher Strombelastung von einem Nicht-Strombegrenzungsbetrieb in einen Strombegren¬ zungsbetrieb. Die Rückstellung des Strombegrenzers erfolgt
bei einer Rückkommutierung des Lichtbogens vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn.
Aus der europäischen Patentschrift EP 1 192 628 Bl ist wei- terhin eine Schaltkontaktanordnung eines Niederspannungs-
Leistungsschalters mit einer feststehenden und einer bewegba¬ ren Kontaktgruppe jeweils bestehend aus einem Hauptkontakt, einem Zwischenkontakt, einem Abreißkontakt und einem Lichtbo- genhorn bekannt. Durch eine spezielle Anordnung und Gestal- tung von Komponenten der Schaltkontaktanordnung ergibt sich eine vorteilhafte, dreifache Kontaktgabe.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Lichtbögen in Schaltvorrichtungen sicherer löschen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schalt¬ vorrichtung mit einem Festkontakt und einem beweglichen Kontakt oder Kontaktpaket sowie einer Widerstandseinrichtung, deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und die an einem der beiden Kontakte angeschlossen ist, so dass im Falle eines Lichtbogens der Strom von dem beweglichen Kontakt über die Widerstandseinrichtung zum Festkontakt oder umgekehrt verläuft .
Im Falle des Auftretens eines Lichtbogens erhöht sich der Wi¬ derstand der Widerstandseinrichtung durch den wärmeerzeugenden Stromfluss. Dadurch nimmt der Spannungsabfall an dem Wi¬ derstand zu und in gleichem Maße die Spannungsbeanspruchung der Schaltstrecke ab. Der Lichtbogen ist somit leichter zu löschen.
Vorzugsweise ist die Widerstandseinrichtung fest mit dem Festkontakt verbunden. Damit kann der bewegliche Kontakt ohne
Aufwand für Verbindungstechnik hergestellt werden, so dass dessen Lebensdauer steigt.
Die Widerstandseinrichtung kann als Lichtbogenleithorn ausge- bildet sein. Damit kann auf einen Widerstand als zusätzliche Komponente verzichtet werden, da das Lichtbogenleithorn in einem Schaltgerät in aller Regel ohnehin vorhanden ist.
Alternativ kann die Widerstandseinrichtung auch zwischen ei- nem Lichtbogenleithorn und dem Festkontakt angeordnet sein.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass das Material der Widerstandseinrichtung und das des Lichtbogenleithorns jeweils optimal für die entsprechende Funktion gewählt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 eine Skizze eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform;
FIG 2 eine Skizze eines Ausschnitts eines Schaltgeräts ge¬ mäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
FIG 3 ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Schal¬ ters im Zustand EIN;
FIG 4 ein Ersatzschaltbild des Schalters während der Aus- Schaltung; und
FIG 5 ein Ersatzschaltbild des Schalters während der Licht¬ bogendauer.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Entsprechend FIG 1 besitzt ein erfindungsgemäßes Schaltgerät einen Festkontakt 1 und einen beweglichen Kontakt 2. Der Festkontakt 1 besitzt einen feststehenden Hauptkontakt 11, einen festen Abreiß- oder Abbrandkontakt 12 und ein festste- hendes Lichtbogenhorn 13. Zwischen dem feststehenden Lichtbo- genhorn 13 und dem feststehenden Zwischenkontakt 12 befindet sich ein temperaturabhängiger Widerstand 14. Sein Widerstand nimmt mit steigender Temperatur zu.
Der bewegliche Kontakt 2 wiederum besteht aus einem bewegli¬ chen Hauptkontakt 21, einem beweglichen Abbrandkontakt 22 und einem beweglichen Lichtbogenhorn 23. Die Bewegung des beweglichen Lichtkontakts 2 erfolgt um einen Bolzen 24, der zusätzlich in horizontaler Richtung von dem Festkontakt 1 beim Öffnen des Schalters wegbewegt wird.
Eine alternative Ausführungsform ist in FIG 2 wiedergegeben. Der bewegliche Kontakt 2 ist gegenüber der Ausführungsform von FIG 1 unverändert. Hingegen ist hier auf einen tempera- turabhängigen Widerstand als eigene Komponente verzichtet und ein feststehendes Lichtbogenhorn 15 ist aus dem temperaturab¬ hängigen Widerstandsmaterial gefertigt. In diesem Fall ist das feststehende Lichtbogenhorn 15 über den Abbrandkontakt 12 unmittelbar an dem Festkontakt 1 befestigt.
Im geschlossenen Zustand des Schalters fließt der Strom durch den beweglichen Kontakt 2, die Hauptkontakte 11, 21 und den Festkontakt 1 oder umgekehrt. Beim Öffnen des Schalters wird
zunächst Kontakt von Zwischenkontakten hergestellt, so dass die Hauptkontakte 11 und 21 lichtbogenfrei öffnen können. Beim weiteren Öffnungsvorgang kontaktieren die Abbrandkontak- te 12 und 22, bis sich schließlich auch diese trennen und zwischen ihnen ein Lichtbogen mit jeweils einem Fuß an den Lichtbogenhörnern 13 und 23 entsteht. Dieser Öffnungsvorgang ist in der eingangs bereits erwähnten Druckschrift EP 1 192 628 Bl näher beschrieben.
Das jeweilige Widerstandselement 14 bzw. 15 weist im kalten Zustand einen vergleichsweise niedrigen Widerstand auf. In¬ folgedessen ist die Kommutierung des Lichtbogenfußpunkts und des durch ihn fließenden Stroms vom Kontaktbereich auf das zum Löschsystem gehörende feststehende Lichtbogenhorn 13 nicht behindert. Vor allem im Bereich höherer Ströme bis zur maximalen Schaltleistung ergibt sich durch die Eigenerwärmung des Widerstandselements aufgrund des durch ihn fließenden Lichtbogenstroms ein zusätzlicher Spannungsabfall. Dieser zu¬ sätzliche Spannungsabfall erhöht die Gesamtspannung bestehend aus Lichtbogenspannung und Spannung am Widerstand bei sonst gleichen Lichtbogenkammergeometrien.
Der bewegliche Kontakt 2 kann aus einem einzigen oder mehre¬ ren Einzelkontakten bzw. Kontaktfingern bestehen. Im Falle mehrerer Kontakte ergibt sich ein entsprechendes bewegliches Kontaktpaket .
FIG 3 gibt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Schalters im Zustand EIN wieder, in dem die Hauptkontakte geschlossen sind. Dieses Ersatzschaltbild besteht aus einer Serienschal¬ tung folgender Widerstände:
31: Widerstand des oberen Anschlusses, d. h. des Festkontakts 1
32: Kontaktwiderstand der Hauptkontakte 11 und 21 33: Widerstand des Kontakthebels, d. h. des beweglichen Kon¬ takts 2
34: Widerstand der Stromseile 35: Widerstand des unteren Anschlusses
Die Stromseile und der untere Anschluss sind in den Aus¬ schnitten der FIG 1 und 2 nicht wiedergegeben.
Während des Ausschaltvorgangs berühren sich zu einem bestimm¬ ten Zeitpunkt nur noch die Abbrandkontakte 12 und 22. Zu die¬ sem Zeitpunkt ergibt sich das in FIG 4 wiedergegebene verein¬ fachte Ersatzschaltbild, bei dem anstelle des Kontaktwider¬ stands 32 der Hauptkontakte 11 und 21 der Widerstand 36 des in dieser Phase noch kalten, integrierten, temperaturabhängigen Widerstands und der Widerstand 37 der Abbrandkontakte 12, 22 treten. Beim weiteren Öffnen des Schalters kommt gemäß FIG 5 zwischen den Widerstand 37 der Abbrandkontakte 12, 22 und dem Widerstand 33 des Kontakthebels noch ein Widerstand 38 des Lichtbogens selbst hinzu. Während der Lichtbogendauer er¬ gibt sich somit eine Serienschaltung der Widerstände 31, 36, 37, 38, 33, 34 und 35. Daraus ist ohne weiteres ersichtlich, dass bei gleichbleibender Gesamtsystemspannung die Spannung an dem temperaturabhängigen Widerstand 36 bei dessen Erwär- mung ansteigt und folglich die Spannungsbeanspruchung der Schaltstrecke abnimmt, so dass der Lichtbogen leichter ge¬ löscht werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Festkontakt 2 beweglicher Kontakt
11, 21 Hauptkontakte
12, 22 Abbrandkontakte
13, 15, 23 Lichtbogenhörner
14 temperaturabhängiger Widerstand
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 Widerstände 24 Bolzen