DE19518051A1

DE19518051A1 - Arc extinguishing device esp. for small modular switch devices e.g. circuit breakers

Info

Publication number: DE19518051A1
Application number: DE19518051A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Prof Dr Ing Amft; Erhard Runtsch; Heinz Dr Ing Popa; Karsten Dr Ing Rechenberg; Frank Dipl Ing Wachholz
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 1996-11-21
Also published as: IT1282547B1; FR2734397A1; ITMI960876A0; ITMI960876A1

Abstract

The device extinguishes arcs in a switch (1). The switch (1) has a contact point (3) in a switch or advance chamber space (4). The contact point (3) has a stationary contact piece (7) ad a movable contact piece (5). Metallic arc conducting rails (8,9) conduct an arc from the contact point (3) via an expanding region (10) of the chamber (4) into an extinguishing chamber (11). The latter is bounded in two parallel surfaces by the arc conducting rails (8,9). The remaining boundaries of the extinguishing chamber (11) and ridges (14) inside the chamber (11), running parallel to the arc conducting rails (8,9), are made of electrically insulating material. The device also includes a blowing device (15) which generates a blow out field. This presses the arc into the gaps between the ridges (14) and extends it. A flow out region (13) made of electrically insulating material may be connected to the extinguishing chamber (11). The blowing device (15) may be formed by a blowing spool arranged adjacent the expansion region (10) and the extinguishing chamber (11), or two spools one on either side of the flow outlet (13).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenlöscheinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Löscheinrich tung ist aus der EP-B1-0251 160 bekannt. Eine ähnliche Löschein richtung ist in der EP-B1-0263 293 beschrieben. Derartige Lösch einrichtungen werden insbesondere in Leitungsschutzschaltern eingesetzt zu dem Zweck, die Löschung eines Schaltlichtbogens, der beim Abschalten hoher Ströme entsteht, zu bewirken oder zu beschleunigen.The invention relates to an arc extinguishing device according to the preamble of claim 1. Such a extinguishing device device is known from EP-B1-0251 160. A similar erase direction is described in EP-B1-0263 293. Such deletion devices are used especially in circuit breakers used for the purpose of extinguishing a switching arc, which occurs when high currents are switched off, to cause or to accelerate.

Die bekannte Lichtbogenlöscheinrichtung arbeitet mit einer Löschblechkammer, die fußpunktbildende Lichtbogenlöschbleche enthält. Mit Löschblechkammern wird zwar eine stark strombegren zende Wirkung erzielt, sie erfordern aber eine Mindestgröße, die einer angestrebten Verringerung der Schaltgeräteabmessungen ent gegensteht. Ein weiterer Nachteile der Löschblechkammer besteht in der hohen Anzahl von Teilen und dem daraus resultierenden technologischen Aufwand.The known arc quenching device works with a Extinguishing sheet chamber, the base-forming arc extinguishing sheets contains. With fire-extinguishing sheet chambers, a strong current is limited effect, but they require a minimum size that a desired reduction in switchgear dimensions ent opposed. Another disadvantage of the fire chamber is in the high number of parts and the resulting technological effort.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Löschein richtung anzugeben, die geringere Schaltgeräteabmessungen ermög licht und kostengünstig herstellbar ist.The invention is therefore based on the object of a deletion to specify the direction that enables smaller switchgear dimensions is light and inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird bei einer Lichtbogenlöscheinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben. This task is performed in an arc extinguishing device after Preamble of claim 1 by its characterizing features solved. Refinements are specified in further claims.

Die mit der Erfindung vorgeschlagene Isolierstoffkammer kann in sehr kleinen Abmessungen hergestellt werden, wobei als Isolier stoff ein üblicher Gehäusewerkstoff eines Leitungsschutzschal ters verwendbar ist. Der Herstellaufwand für einen Leitungs schutzschalter mit Löscheinrichtung läßt sich dadurch erheblich verringern. Das zur Unterstützung der angestrebten raschen Aus breitung des Lichtbogens benutzte Blasfeld kann auf unterschied liche Weise erzeugt werden, insbesondere ist auch eine Mehrfach funktion einer Blasspule möglich. Ein besonders deutlich sicht barer Fortschritt besteht in der Möglichkeit, durch Anwendung der erfindungsgemäßen Löscheinrichtung eine gegenüber bisherigen Leitungsschutzschalter auf 50% verringerte Modulbreite zu re alisieren. Ein 16-A-Leitungsschutzschalter ist beispielsweise mit einer Gesamtbreite von nur 7 mm ausführbar.The insulating material chamber proposed by the invention can be found in very small dimensions are produced, being used as insulation material is a common housing material of a line protection scarf ters is usable. The manufacturing effort for a line Circuit breaker with extinguishing device can be considerably to decrease. This in support of the desired rapid end Blowing field used in the arc can differ on Liche way are generated, in particular is also a multiple Function of a blow coil possible. A particularly clear view Progress is possible through application the extinguishing device according to the invention compared to previous ones Miniature circuit breaker to 50% reduced module width to the right alize. A 16 A circuit breaker is an example with a total width of only 7 mm.

Eine ausführlichere Beschreibung der Erfindung erfolgt nachste hend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiels. Es versteht sich, daß dabei genannte Abmessungen, Werk stoffe und sonstige Details lediglich beispielhaft genannt sind.A more detailed description of the invention follows Based on an exemplary embodiment shown in the drawing play. It is understood that the dimensions, factory fabrics and other details are only mentioned as examples.

Fig. 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung erfindungswesentliche Teile eines Leitungsschutzschalters 1 in einem Gehäuse 2. Der Leitungsschutzschalter 1 weist eine Kontaktstelle 3 auf, an der ein Lichtbogen in einer Schaltkammer oder einem Vorkammerraum 4 entstehen kann. Die Kontaktstelle 3 wird durch ein bewegbares Kontaktstück 5 und ein festes Kontaktstück 7 gebildet, wobei das bewegbare Kontaktstück 5 mittels eines Schalthebels oder einer Auslöseeinrichtung (nicht dargestellt) bewegt werden kann. Das feste Kontaktstück 7 ist mit einer oberen Lichtbogenleitschiene 8 verbunden. Der Lichtbogen wird von der oberen Lichtbogenleit schiene 8 und einer unteren Lichtbogenleitschiene 9 aus der Vor kammer 4 über einen Aufweitungsbereich 10 in eine Löschkammer oder einen Löschkammerbereich 11 geleitet. An die Löschkammer 11 schließt sich ein Ausströmbereich 13 an. Im Löschkammerbereich 11 sind parallel zu den Leitschienen 8, 9 verlaufende Isolier stoffstege 14 angeordnet. Die beabstandeten Isolierstoffstege 14 bilden Spalte 16, in die der Lichtbogen gepreßt und dadurch ver längert wird. Mit gestrichelten Linien ist eine Blasspule 15 zur Bildung eines Blasfeldes angedeutet. Eine solche Blasspule 15 kann auf einer Seite des gesamten Kammerbereichs 4, 10, 11 ange ordnet sein. Es kann auch auf jeder Seite eine Blasspule ange ordnet werden. Mit Hilfe einer Schaltkammerabdichteinrichtung, z. B. eines Teflon-Schiebers 12 ist eine Abdichtung der Vorkammer 4 nach oben hin erreicht. Fig. 1 shows essential parts of the invention in a schematic diagram of a circuit breaker 1 in a housing 2. The circuit breaker 1 has a contact point 3 at which an arc can occur in a switching chamber or an antechamber room 4 . The contact point 3 is formed by a movable contact piece 5 and a fixed contact piece 7 , wherein the movable contact piece 5 can be moved by means of a switching lever or a triggering device (not shown). The fixed contact piece 7 is connected to an upper arc guide rail 8 . The arc is guided by the upper arc guide rail 8 and a lower arc guide rail 9 from the front chamber 4 via an expansion area 10 into a quenching chamber or a quenching chamber area 11 . An outflow region 13 adjoins the quenching chamber 11 . In the quenching chamber area 11 , insulating webs 14 are arranged parallel to the guide rails 8 , 9 . The spaced insulating webs 14 form gaps 16 into which the arc is pressed and thereby lengthened ver. A blow coil 15 for forming a blow field is indicated with dashed lines. Such a blow coil 15 can be arranged on one side of the entire chamber area 4 , 10 , 11 . A blow coil can also be arranged on each side. With the help of a switching chamber sealing device, e.g. B. a Teflon slider 12 , a sealing of the prechamber 4 is achieved upwards.

Erprobungen wurden mit einer Prototyp-Anordnung für einen 16-A-Leitungsschutzschalter durchgeführt, bei dem das magneti sche Blasfeld mit einer seitlich liegenden eigenerregten Blas spule mit acht Windungen erzeugt wird. Die als Luftspule ausge führte Blasspule ist der Form des Aufweitungsbereichs 10 ange paßt. Der Querschnitt des Kupferdrahtes der Blasspule beträgt (2,0×1,0)mm², die Höhe der Spule 2mm. Das Blasfeld kann auch von einer Auslöserspule erzeugt werden. Die Lauf- oder Leitschienen 8, 9 sind aus Kupfer mit einem Querschnitt von (3,0×2,5)mm² ge fertigt. Die Dicke der Kunststoff-Seitenwände beträgt 1mm. Die gasabgebenden Seitenwände bestehen im Aufweitungsbereich 10 aus 0,5mm dicken Cevausit und 0,5mm Vestamid L1950, im Ausströmungs bereich 13 aus 1mm dickem Cevausit. Die Spaltbreite im Aufwei tungsbereich 10 und im Ausströmbereich 13 liegt bei 3mm. Die Breite der Spalte 16 zwischen den Isolierstegen 14 liegt bei ma ximal 3,5mm.Tests were carried out with a prototype arrangement for a 16 A miniature circuit breaker, in which the magnetic blowing field is generated with a self-excited blowing coil on the side with eight turns. The out as air coil led blow coil is the shape of the expansion area 10 is fitted. The cross section of the copper wire of the blow coil is (2.0 × 1.0) mm², the height of the coil is 2mm. The blowing field can also be generated by a trigger coil. The running or guide rails 8 , 9 are made of copper with a cross section of (3.0 × 2.5) mm² ge. The thickness of the plastic side walls is 1mm. The gas-emitting side walls consist in the expansion area 10 of 0.5 mm thick Cevausite and 0.5 mm Vestamid L1950, in the outflow area 13 of 1 mm thick Cevausite. The gap width in the expansion area 10 and in the outflow area 13 is 3 mm. The width of the column 16 between the insulating webs 14 is a maximum of 3.5 mm.

Die jeweilige Gestaltung der Gesamtanordnung kann von unter schiedlichen Anforderungen abhängig sein, insbesondere vom Nenn strom des Schaltgeräts. Die Spaltbreite im gesamten vom Lichtbo gen durchströmten Bereich sollte jedoch im Bereich von 2,5 bis 4mm, bevorzugt bei 3mm liegen. Es genügt dann eine äußere magne tische Induktion von etwa 0,2 bis 0,4 T.The respective design of the overall arrangement can be from below different requirements, especially the nominal current of the switching device. The gap width in the whole of the Lichtbo The flow area should, however, be in the range from 2.5 to 4mm, preferably 3mm. An external magnet is then sufficient table induction of about 0.2 to 0.4 T.

Die dargelegte Gestaltung der Lichtbogenlöscheinrichtung bewirkt in Verbindung mit dem unterstützenden Blasfeld, daß der Lichtbo gen schnell auf geweitet, in die Spalte zwischen den Stegen ge drängt oder gepreßt, dabei stark verlängert und zum verlöschen gezwungen wird; außerdem erfolgt an den Wänden der Kammern 4, 10, 11 ein starker Wärmeentzug. Das beschriebene Löschprinzip einer magnetfeldverstärkten Lichtbogenlöscheinrichtung mit gasabgebendem Engspalt zeigte in Versuchen eine gute Lösch wirkung. Es wurden Lichtbogenlöschspannungen von 300 bis 400 V aufgrund der Lichtbogenverlängerung erzielt. Durch Erhöhung der magnetischen Induktion und Optimierung der sonstigen Parameter, insbesondere der Isolierstoffkammer-Spaltbreite können noch höhere Lichtbogenspannungen und damit eine noch stärkere Strom begrenzung erzielt werden.The described design of the arc extinguishing device, in conjunction with the supporting blowing field, causes the arc to expand rapidly, to be pressed or pressed into the gap between the webs, thereby greatly extended and forced to extinguish; in addition, there is a strong heat removal on the walls of the chambers 4 , 10 , 11 . The described extinguishing principle of a magnetic field-enhanced arc extinguishing device with a gas-emitting narrow gap showed a good extinguishing effect in experiments. Arc quenching voltages of 300 to 400 V were achieved due to the arc extension. By increasing the magnetic induction and optimizing the other parameters, in particular the insulating chamber gap width, even higher arcing voltages and thus an even stronger current limitation can be achieved.

BezugszeichenlisteReference list

1 Leitungsschutzschalter
2 Gehäuse
3 Kontaktstelle
4 Vorkammerraum oder Schaltkammer
5 bewegbares Kontaktstück
7 festes Kontaktstück
8 obere Lichtbogenleitschiene
9 untere Lichtbogenleitschiene
10 Aufweitungsbereich
11 Löschkammerbereich
12 Schaltkammerabdichteinrichtung, z . B. Teflon-Schieber
13 Ausströmbereich
14 Isolierstoffsteg
15 Blasspule
16 Spalt 1 circuit breaker
2 housings
3 contact point
4 pre-chamber space or switching chamber
5 movable contact piece
7 fixed contact piece
8 upper arc guide rail
9 lower arc guide rail
10 expansion area
11 Extinguishing chamber area
12 interrupter sealing device, e.g. B. Teflon slider
13 outflow area
14 insulating bar
15 blow coil
16 gap

Claims

1. Lichtbogenlöscheinrichtung für einen elektrischen Schal ter, insbesondere einen Leitungsschutzschalter, wobei

a) der Schalter (1) eine Kontaktstelle (3) aufweist, die sich in einem Schalt- oder Vorkammerraum (4) befindet,
b) die Kontaktstelle (3) ein festes Kontaktstück (7) und ein bewegbares Kontaktstück (5) aufweist und
c) metallische Lichtbogenleitschienen (8,9) vorhanden sind, die einen Lichtbogen von der Kontaktstelle (3) über einen Aufweitungsbereich (10) des Vorkammerraums (4) in eine Löschkammer (11) leiten, wobei die Löschkammer (11) in zwei etwa parallel zueinander verlaufenden Begrenzungsflächen durch die Lichtbogenleitschienen (8,9) begrenzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
d) die übrigen Begrenzungsflächen der Löschkammer (11) und in nerhalb der Kammer (11) parallel zu den Lichtbogenleit schienen (8,9) verlaufende Stege (14) aus elektrisch iso lierendem Material hergestellt sind, und
e) eine Blaseinrichtung (15) vorhanden ist, die ein magneti sches Blasfeld erzeugt, das den Lichtbogen in Spalte (16) zwischen den Stegen (14) hineinpreßt und dadurch verlän gert.

1. arc quenching device for an electrical scarf ter, in particular a circuit breaker, wherein

a) the switch ( 1 ) has a contact point ( 3 ) which is located in a switch or prechamber space ( 4 ),
b) the contact point ( 3 ) has a fixed contact piece ( 7 ) and a movable contact piece ( 5 ) and
c) metallic arc guide rails ( 8, 9 ) are present which conduct an arc from the contact point ( 3 ) via an expansion area ( 10 ) of the prechamber space ( 4 ) into an arcing chamber ( 11 ), the arcing chamber ( 11 ) being approximately parallel in two boundary surfaces running to one another are delimited by the arc guide rails ( 8, 9 ),
characterized in that
d) the remaining boundary surfaces of the quenching chamber ( 11 ) and within the chamber ( 11 ) parallel to the arc guide rails ( 8,9 ) extending webs ( 14 ) made of electrically insulating material, and
e) there is a blowing device ( 15 ) which generates a magnetic blowing field which presses the arc into gaps ( 16 ) between the webs ( 14 ) and thereby lengthens it.

2. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß sich an die Löschkammer (11) ein Ausströmbe reich (13) anschließt, der aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist.2. Arc extinguishing device according to claim 1, characterized in that the extinguishing chamber ( 11 ) is followed by a discharge region ( 13 ) which is made of electrically insulating material.

3. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Blaseinrichtung durch eine Blas spule (15) gebildet wird, die seitlich neben dem Aufweitungsbe reich (10) und der Löschkammer (11) angeordnet ist, oder durch zwei Blasspulen, von denen je eine auf beiden Seiten des Aus strömbereichs (10) angeordnet ist. 3. Arc extinguishing device according to claim 1 or 2, characterized in that the blowing device is formed by a blowing coil ( 15 ) which is arranged laterally next to the expansion ( 10 ) and the quenching chamber ( 11 ), or by two blow coils, of which one is arranged on both sides of the flow area ( 10 ).

4. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Blasspule (15) als Luftspule - im Fall ei nes 16-A-Schalters mit etwa acht Windungen - ausgeführt ist und der Form des Aufweitungsbereichs (10) und der Löschkammer (11) angepaßt ist.4. Arc extinguishing device according to claim 3, characterized in that the blow coil ( 15 ) is designed as an air coil - in the case of a 16 A switch with approximately eight turns - and the shape of the expansion area ( 10 ) and the arcing chamber ( 11 ) is adjusted.

5. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da durch gekennzeichnet, daß die Blasspule (15) vom Schalterstrom durchflossen ist und zugleich als Auslöser genutzt ist.5. Arc quenching device according to claim 3 or 4, characterized in that the blow coil ( 15 ) is flowed through by the switch current and is also used as a trigger.

6. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolie rende Material, mit dem die Löschkammer (11) mit ihren Stegen (14) und der Ausströmbereich (13) ausgeführt sind, übereinstimmt mit dem Gehäusematerial des Schalters (1).6. Arc quenching device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically isolating material with which the quenching chamber ( 11 ) with its webs ( 14 ) and the outflow region ( 13 ) are designed to match the housing material of the switch ( 1 ) .

7. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolie rende Material für die Löschkammer (11) und den Ausströmbereich (13) Cevausit ist.7. Arc quenching device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating material for the quenching chamber ( 11 ) and the outflow region ( 13 ) is cevausite.

8. Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreite im Auf weitungsbereich (10), zwischen den Stegen (14) der Kammer (11) und im Ausströmbereich (13) im Bereich von 2,5 bis 4mm, und im Fall eines 16-A-Schalters bevorzugt bei etwa 3 mm liegt.8. Arc extinguishing device according to one of the preceding claims, characterized in that the gap width in the expansion area ( 10 ), between the webs ( 14 ) of the chamber ( 11 ) and in the outflow area ( 13 ) in the range from 2.5 to 4 mm, and in In the case of a 16 A switch, it is preferably about 3 mm.