WO2007087761A1 - Leistungsschalter - Google Patents

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WO2007087761A1
WO2007087761A1 PCT/DE2006/000136 DE2006000136W WO2007087761A1 WO 2007087761 A1 WO2007087761 A1 WO 2007087761A1 DE 2006000136 W DE2006000136 W DE 2006000136W WO 2007087761 A1 WO2007087761 A1 WO 2007087761A1
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Sebastian Aukofer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H2071/249—Electromagnetic mechanisms with part of the magnetic circuit being in the normal current path in the circuit breaker, e.g. yoke, fixed contact and arc-runner are made out of one single conductive element

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker.
  • the invention relates to a circuit breaker with a switching unit, in the switching chamber, a contact system for interrupting and / or closing a current path is arranged, with a thermal overload release and with an e- lektromagnetician short-circuit release.
  • Circuit breakers are switching devices with integrated overload and short-circuit protection for motors, lines, transformers, generators or the like. Circuit breakers are known in large numbers from the prior art. The thermal overload release and the electromagnetic short-circuit release are always combined in a common trip unit. This trip unit is designed as a separate module, which is usually mounted from the outside of the circuit breaker. Alternatively, solutions are known in which the trip unit designed as a separate module is integrated into the switch housing of the circuit breaker. A disadvantage of these known solutions is that the trip unit requires a comparatively large amount of installation space.
  • An object of the present invention is to reduce the required space. This object is achieved by a circuit breaker according to claim 1. Thereafter, it is provided that the overload release and the short-circuit release are arranged in the switching chamber of the switching unit.
  • the circuit breaker according to the invention is suitable for overload and short-circuit protection.
  • two independently operating trigger devices are provided.
  • Overload protection is provided by a thermal release.
  • Short circuit protection is provided by an electromagnetically operated release.
  • the core idea of the invention is not to combine the two triggers in a separate assembly, but to integrate into the switching chamber of the switching unit of the power switch. Thus, the overall space required for the circuit breaker can be reduced by about one quarter to one third.
  • Under the switching chamber is understood the segment of the switch, in which the circuit is mechanically interrupted.
  • each switching chamber is associated with a number of fixed contacts, a number of contact arms with associated parts of the switching shaft and a number of movable contacts and a number of arc extinguishing devices. There is one switching chamber per phase of the switching device.
  • the invention is particularly suitable for circuit breakers in the low price range with rated currents up to about 250A.
  • the thermal overload release cooperates with a first current element of the current path, which is located within the switching chamber.
  • a number of bimetal strips is integrated into a part of the current path which runs within the switching chamber or the bimetal strips are arranged directly adjacent to this current path.
  • the thermal overload release can be adjusted by means of an adjusting screw to the respective system current. When overcurrent heats up the bimetal and triggers a delayed shutdown.
  • the electromagnetic short-circuit release cooperates with a separable from the first power element by the contact system second current element of the current path, which is located within the switching chamber. Is at When a short circuit occurs, a fixed multiple of the rated current is reached, the circuit breaker switches off indefinitely (average switch-off time 20-40ms).
  • the short-circuit release is not only functionally isolated from the overload release but also spatially separated by the contact system. In other words, the short-circuit release is located in a different area of the switching chamber than the overload release. Short-circuit releases and overload releases are assigned to different current elements.
  • the available space inside the switching chamber can be used optimally.
  • an adaptation of the conventional switching chamber shape is not necessary because of the advantageous arrangement of the two triggers.
  • FIG 1 shows the switching unit and the trip unit of a known circuit breaker (prior art) and FIG 2, the switching unit of a circuit breaker according to the invention.
  • a circuit breaker 101 comprises a switching unit 102, a thermal overload release 103 and an electromagnetic
  • Short-circuit release 104 cf. FIG. 1
  • a contact system 106 is arranged for interrupting and / or closing a current path.
  • Overload release 103 and short-circuit release 104 are in a common trip unit 107, which is designed as a separate module and is mounted from the outside to the circuit breaker 101.
  • An inventive circuit breaker 1 comprises, as shown in Figure 2, also a switching unit 2, a thermal overload release 3 and an electromagnetic short-circuit release 4. Again, a contact system 6 for interrupting and / or closing a current path is arranged in a switching chamber 5 of the switching unit 2. Overload release 3 and short-circuit release 4, however, are arranged in the interior of the switching chamber 5 of the switching unit 2. A separate trip unit 107 is therefore no longer needed.
  • the thermal overload release 3 cooperates with a first conductor loop 8 of the current path, which is located within the switching chamber 5.
  • a bit metal 9 in the form of bimetallic strip is arranged immediately adjacent to the conductor loop 8.
  • the conductor loop 108 serves as a heating element for the bimetal 9.
  • the thermal overload release 3 is adjusted by means of an adjusting screw (not shown) to the respective system current.
  • the first contact loop 8 is formed as a contact carrier for a fixed contact 12 of the contact system 6.
  • the first conductor loop 8 is connected in the closed state of the switch to a second conductor loop 13 via the contact system 6.
  • the contact system 6 a movable contact arm 14 with two contacts 15, so that there is a double contact system.
  • the electromagnetic short-circuit release 4 cooperates with the second conductor loop 13 of the current path, which is also located within the switching chamber 5.
  • the second conductor loop 13 is a through the Contact system 6 with its attached to the contact arm 14 movable contacts 15 of the first conductor loop 8 separable part of the current path within the switching chamber 5.
  • the second contact loop 13 is formed as a contact carrier for another fixed contact 12 of the contact system.
  • the circuit breaker 1 switches off without delay.
  • the average switch-off time is usually between 20 and 40ms.
  • a hinged armature 16 of the short-circuit release 4 contacts against the spring force of a spring element 17, a second trip shaft 18> which leads to the triggering of the switch.
  • the hinged armature 16 is strongly attracted magnetically in the direction of the conductor loop 13 due to the significantly larger magnetic field in the event of a short circuit.
  • the second conductor loop 13 is encompassed by a yoke 19 of the short-circuit release 4 for this purpose.
  • the yoke 19 forms the fixed part and the hinged armature 16 forms the movable part of the magnetic circuit.
  • a switching mechanism (not shown) is actuated by the tripping shafts 11, 18 and the switch is opened.
  • the movable contacts 15 move away from the fixed contacts 12.
  • Arranged at suitable positions on the path of movement of the movable contacts 15 are arc-extinguishing chambers 21 for extinguishing the resulting arcs.
  • the two triggers 3, 4 are protected from heat and dirt by housing elements, not shown, and are thus shielded from the contacts 12, 15 and the arc extinguishing chambers 21.
  • the housing elements only have to provide comparatively low thermal and electrical insulation of the switching chamber elements from the tripping units.
  • other tripping elements ie similar, current flow reacting members can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter (1) mit einer Schalteinheit (2), in deren Schaltkammer (5) ein Kontaktsystem (6) zum Unterbrechen und/oder Schließen eines Strompfades angeordnet ist, mit einem thermischen Überlastauslöser (3) und mit einem elektromagnetischen Kurzschlussauslöser (4). Um den benötigten Bauraum zu verringern, ist es vorgesehen, dass der Überlastauslöser (3) und der Kurzschlussauslöser (4) in der Schaltkammer (5) der Schalteinheit (2) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Leistungsschalter
Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Leistungsschalter mit einer Schalteinheit, in deren Schaltkammer ein Kontaktsystem zum Unterbrechen und/oder Schließen eines Strompfades angeordnet ist, mit einem thermischen Überlastauslöser und mit einem e- lektromagnetischen Kurzschlussauslöser.
Leistungsschalter sind Schaltgeräte mit integriertem Überlast- und Kurzschlussschutz für Motoren, Leitungen, Transformatoren, Generatoren oder dergleichen. Leistungsschalter sind in großer Zahl aus dem Stand der Technik bekannt. Der thermische Überlastauslöser und der elektromagnetische Kurzschlussauslöser sind dabei stets in einer gemeinsamen Auslöseeinheit zusammengefasst . Diese Auslöseeinheit ist dabei als separate Baugruppe ausgebildet, die zumeist von außen an den Leis- tungsschalter montiert wird. Alternativ sind Lösungen bekannt, bei denen die als separate Baugruppe ausgeführte Auslöseeinheit in das Schaltergehäuse des Leistungsschalters integriert wird. Von Nachteil bei diesen bekannten Lösungen ist es, dass die Auslöseeinheit vergleichsweise viel Bauraum be- nötigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den benötigten Bauraum zu verringern. Diese Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter nach Anspruch 1 gelöst. Danach ist es vor- gesehen, dass der Überlastauslöser und der Kurzschlussauslöser in der Schaltkammer der Schalteinheit angeordnet sind.
Der erfindungsgemäße Leistungsschalter ist für einen Überlast- und einen Kurzschlussschutz geeignet. Hierzu sind zwei unabhängig voneinander arbeitende Auslösereinrichtungen vorgesehen. Den Schutz bei Überlast übernimmt ein thermischer Auslöser. Den Schutz bei Kurzschluss übernimmt ein elektromagnetisch arbeitender Auslöser. Ein. Kerngedanke der Erfindung ist es, die beiden Auslöser nicht mehr in einer separaten Baugruppe zusammenzufassen, sondern in die Schaltkammer der Schalteinheit des Leistungs- Schalters zu integrieren. Damit kann der für den Leistungsschalter insgesamt erforderliche Bauraum um ca. ein Viertel bis ein Drittel verringert werden. Unter der Schaltkammer wird dabei das Segment des Schalters verstanden, in dem der Stromkreis mechanisch unterbrochen wird. Vorzugsweise sind jeder Schaltkammer eine Anzahl fester Kontakte, eine Anzahl Kontaktarme mit zugehörigen Teilen der Schaltwelle und eine Anzahl beweglicher Kontakte sowie eine Anzahl Lichtbogenlöschvorrichtungen zugeordnet. Es existiert eine Schaltkammer pro Phase des Schaltgerätes.
Die Erfindung ist besonders für Leistungsschalter im Niedrigpreis-Bereich mit Nennströmen bis ca. 250A geeignet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt der thermische Überlastauslöser mit einem ersten Stromelement des Strompfades zusammen, welches sich innerhalb der Schalt- kammer befindet. Hierzu ist eine Anzahl von Bimetallstreifen in einen Teil des Strompfades integriert, der innerhalb der Schaltkammer verläuft bzw. die Bimetallstreifen sind unmittelbar benachbart zu diesem Strompfad angeordnet. Der thermische Überlastauslöser kann mittels einer Einstellschraube auf den jeweiligen Anlagenstrom eingestellt werden. Bei Überstrom heizt sich das Bimetall auf und löst eine verzögerte Abschaltung aus .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin- düng wirkt der elektromagnetische Kurzschlussauslöser mit einem von dem ersten Stromelement durch das Kontaktsystem trennbaren zweiten Stromelement des Strompfades zusammen, welches sich innerhalb der Schaltkammer befindet. Wird bei dem Auftreten eines Kurzschlusses ein festgelegtes Vielfaches des Nennstromes erreicht, schaltet der Leistungsschalter un- verzögert ab (Durchschnittliche Abschaltzeit 20-40ms) .
Der Kurzschlussauslöser ist dabei von dem Überlastauslöser nicht nur funktional, sondern auch räumlich durch das Kontaktsystem getrennt. Mit anderen Worten befindet sich der Kurzschlussauslöser in einem anderen Bereich der Schaltkammer als der Überlastauslöser. Kurzschlussauslöser und Überlast- auslöser sind unterschiedlichen Stromelementen zugeordnet.
Somit kann der zur Verfügung stehende Bauraum im Inneren der Schaltkammer bestmöglich ausgenutzt werden. Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, dass trotz der konstruktiven Änderungen im Inneren der Schaltkammer eine Anpassung der herkömmlichen Schaltkammerform wegen der vorteilhaften Anordnung der beiden Auslöser nicht notwendig ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das mit Hilfe von Zeichnungen näher er- läutert wird. Hierbei zeigen in vereinfachten, schematischen Darstellungen :
FIG 1 die Schalteinheit und die Auslöseeinheit eines bekannten Leistungsschalters (Stand der Technik) und FIG 2 die Schalteinheit eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters .
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen umfasst ein Leistungsschalter 101 eine Schalteinheit 102, einen ther- mischen Überlastauslöser 103 und einen elektromagnetischen
Kurzschlussauslöser 104, vgl. FIG 1. Anstelle des elektromagnetischen Kurzschlussauslösers 104 kann auch ein auf einem anderen Wirkprinzip arbeitender Kurzschlussauslöser zum Einsatz kommen. In einer Schaltkammer 105 der Schalteinheit 102 ist ein Kontaktsystem 106 zum Unterbrechen und/oder Schließen eines Strompfades angeordnet. Überlastauslöser 103 und Kurzschlussauslöser 104 sind in einer gemeinsamen Auslöseeinheit 107 zusammengefasst, die als separate Baugruppe ausgebildet ist und von außen an den Leistungsschalter 101 montiert wird.
Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter 1 umfasst, wie in FIG 2 dargestellt, ebenfalls eine Schalteinheit 2, einen thermischen Überlastauslöser 3 und einen elektromagnetischen Kurzschlussauslöser 4. Auch hier ist in einer Schaltkammer 5 der Schalteinheit 2 ein Kontaktsystem 6 zum Unterbrechen und/oder Schließen eines Strompfades angeordnet. Überlastauslöser 3 und Kurzschlussauslöser 4 sind jedoch im Inneren der Schaltkammer 5 der Schalteinheit 2 angeordnet. Eine separate Auslöseeinheit 107 wird daher nicht mehr benötigt.
Der thermische Überlastauslöser 3 wirkt mit einer ersten Lei- terschleife 8 des Strompfades zusammen, die sich innerhalb der Schaltkammer 5 befindet. Zu diesem Zweck ist ein Bitmetall 9 in Form von Bimetallstreifen unmittelbar benachbart zu der Leiterschleife 8 angeordnet. Die Leiterschleife 108 dient dabei als Heizelement für das Bimetall 9. Bei Überstrom heizt sich das Bimetall 9 auf, verformt sich und kontaktiert eine erste Auslösewelle 11, wodurch eine Abschaltung erfolgt. Vorzugsweise wird der thermische Überlastauslöser 3 mittels einer Einstellschraube (nicht dargestellt) auf den jeweiligen Anlagenstrom eingestellt.
In unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Überlastauslöser 3 ist die erste Kontaktschleife 8 als Kontaktträger für einen Festkontakt 12 des Kontaktsystems 6 ausgebildet. Die erste Leiterschleife 8 wird im geschlossenen Zustand des Schalters mit einer zweiten Leiterschleife 13 über das Kontaktsystem 6 verbunden. Hierzu weist das KontaktSystem 6 einen beweglichen Kontaktarm 14 mit zwei Kontakten 15 auf, so dass sich ein Doppelkontaktsystem ergibt.
Der elektromagnetische Kurzschlussauslöser 4 wirkt mit der zweiten Leiterschleife 13 des Strompfades zusammen, die sich ebenfalls innerhalb der Schaltkammer 5 befindet. Bei der zweiten Leiterschleife 13 handelt es sich um einen durch das Kontaktsystem 6 mit seinen an dem Kontaktarm 14 angebrachten beweglichen Kontakten 15 von der ersten Leiterschleife 8 trennbaren Teil des Strompfades innerhalb der Schaltkammer 5. In unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Kurzschlussauslöser 4 ist die zweite Kontaktschleife 13 als Kontaktträger für einen weiteren Festkontakt 12 des Kontaktsystems ausgebildet.
Bei einem Kurzschluss schaltet der Leistungsschalter 1 unver- zögert ab. Die durchschnittliche Abschaltzeit beträgt dabei meist zwischen 20 und 40ms. Hierzu kontaktiert ein Klappanker 16 des Kurzschlussauslösers 4 entgegen der Federkraft eines Federelementes 17 eine zweite Auslösewelle 18> was zur Auslösung des Schalters führt. Dies geschieht, da der Klappanker 16 aufgrund des im Kurzschlussfall deutlich größeren Magnet- feldes stark in Richtung der Leiterschleife 13 magnetisch angezogen wird. Die zweite Leiterschleife 13 wird hierzu von einem Joch 19 des Kurzschlussauslösers 4 umgriffen. Das Joch 19 bildet dabei den festen Teil und der Klappanker 16 bildet den beweglichen Teil des Magnetkreises.
Tritt ein Auslösekriterium auf, werden also Überlastauslöser 3 oder Kurzschlussauslöser 4 betätigt, so wird durch die Auslösewellen 11, 18 ein Schaltschloss (nicht abgebildet) betätigt und der Schalter geöffnet. Die beweglichen Kontakte 15 entfernen sich von den Festkontakten 12. An geeigneten Positionen auf der Bewegungsbahn der beweglichen Kontakte 15 sind Lichtbogenlöschkammern 21 zum Löschen der entstehenden Lichtbögen vorgesehen.
Die beiden Auslöser 3, 4 werden durch nicht näher dargestellte Gehäuseelemente vor Hitze und Schmutz geschützt und sind somit von den Kontakten 12, 15 und den Lichtbogenlöschkammern 21 abgeschirmt. Bei Leistungsschaltern mit Nennströmen bis ca. 250A müssen die Gehäuseelemente dabei nur eine ver- gleichsweise geringe thermische und elektrische Isolierung der Schaltkammerelemente von den Auslöseeinheiten bereitstellen. Neben den oben beschriebenen Auslösern (Elektromagnete, Bimetalle) können grundsätzlich auch andere Auslöseelemente, d.h. ähnliche, auf Stromdurchfluss reagierende Glieder zum Einsatz kommen .

Claims

Patentansprüche
1. Leistungsschalter (1),
- mit einer Schalteinheit (2), in deren Schaltkammer (5) ein Kontaktsystem (6) zum Unterbrechen und/oder Schließen eines
Strompfades angeordnet ist,
- mit einem thermischen Überlastauslöser (3) und
- mit einem elektromagnetischen Kurzschlussauslöser (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Überlastauslöser (3) und der Kurzschlussauslöser (4) in der Schaltkammer (5) der Schalteinheit (2) angeordnet sind.
2. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlastauslöser (3) mit einem ersten Stromelement (8) des Strompfades zusammenwirkt.
3. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stromelement (8) als Heizelement für den Überlastauslöser (3) dient.
4. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussauslöser (4) mit einem von dem ersten Stromelement (8) durch das Kontaktsystem (6) trennbaren zweiten Stromelement (13) des Strompfades zusam- menwirkt.
5. Leistungsschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stromelement (13) von einem Joch (19) des Kurzschlussauslösers (4) umfasst wird.
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