DE69016869T2 - Niederspannungs-Hochstromschalter mit Mehrfachkontakten. - Google Patents

Niederspannungs-Hochstromschalter mit Mehrfachkontakten.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit Mehrfachkontakt für hohe Nennströme, der in einem Isolierstoffgehäuse installiert ist und pro Pol
  • - mehrere bewegliche Kontaktfinger gleicher Länge, die in geringem relativem Abstand parallel zueinander angeordnet sind und durch einen Schaltmechanismus zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung hin und herbewegt werden können,
  • - einen feststehenden Hauptkontakt, der in der Einschaltstellung mit einem beweglichen Hauptkontakt jedes einzelnen Kontaktfingers zusammenwirkt,
  • - zwei Anschlüssen, die elektrisch mit dem feststehenden Hauptkontakt sowie mit den Kontaktfingern verbunden sind,
  • - sowie eine Lichtbogenlöschkammer mit einem Löschblechpaket zur Entionisierung umfaßt, die von zwei zur Lichtbogenführung und -wanderung dienenden, leitenden Lichtbogenhörnern begrenzt wird, wobei eines der ortsfesten Lichtbogenhörner elektrisch mit dem feststehenden Hauptkontakt verbunden ist und einen Zwischenabsatz aufweist, der sich über eine kurze Entfernung in der Verschiebungsrichtung der frontseitigen Verlängerungen der Kontaktfinger erstreckt, um die Längung des Lichtbogens in der ersten Phase der Kontakttrennung zu begrenzen.
  • In den Druckschriften EP-A-206882 und FR-A-2.589.624 ist ein bekannter Leistungsschalter der genannten Art beschrieben, der die Abschaltung sehr hoher Kurzschlußströme erlaubt. Der Lichtbogen wird durch den am ortsfesten Lichtbogen-Führungshorn ausgebildeten Absatz daran gehindert, in die Lichtbogenzone zurückzukehren. Die trennbaren Kontakte erfüllen gleichzeitig die Funktion der Haupt- und der Lichtbogenkontakte. Versuche haben gezeigt, daß der Lichtbogen ein geringe Beweglichkeit aufweist, die einen von der Art des Fehlers abhängigen vorzeitigen Abbrand der Kontakte zur Folge hat, wobei diese Erscheinung besonders bei Gleichströmen auftritt.
  • Bei dem in der Druckschrift US-A-4.295.022 beschriebenen Leistungsschalter ist der bewegliche Lichtbogenkontakt ausschließlich am mittleren Kontaktfinger angebracht, der länger ist als die nebeneinander angeordneten Kontaktfinger, auf denen die beweglichen Hauptkontakte befestigt sind. In der Einschaltstellung des Leistungsschalters sind die Lichtbogenkontakte dauerhaft geschlossen. Durch die zwei unterschiedlichen Arten von Kontaktfingern wird die Herstellung der einzelnen Leistungsschalterpole kompliziert.
  • Bei der in der Druckschrift BE-A-414.109 beschriebenen Lösung weist ein schwenkbarer beweglicher Kontaktfinger einen Lichtbogenkontakt sowie einen Hauptkontakt auf, die mit einem feststehenden Kontaktstück zusammenwirken. Die Hauptkontakte schließen nach und öffnen vor den Lichtbogenkontakten. Ein solcher Leistungsschalter weist eine begrenzte elektrische Lebensdauer auf, da die Lichtbogenkontakte in relativ weiter Entfernung von der Lichtbogenlöschkammer angeordnet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Lebensdauer eines Niederspannungs-Leistungsschalters für hohe Nennströme zu verbessern.
  • Der erfindungsgemäße Leistungsschalter umfaßt
  • - einen feststehenden Lichtbogenkontakt, der in dem Raum zwischen dem Zwischenabsatz des Lichtbogenhorns und dem feststehenden Hauptkontakt angeordnet ist, wobei der Abstand des genannten feststehenden Lichtbogenkontakts zu dem Absatz geringer ist als zu dem feststehenden Hauptkontakt,
  • - einen beweglichen Lichtbogenkontakt, der zwischen dem Ende mindestens eines Kontaktfingers und dem beweglichen Hauptkontakt angeordnet ist,
  • - sowie Mittel zum Schließen der Lichtbogenkontakte zu Beginn des Öffnungshubs der Kontaktfinger und vor der Trennung der Hauptkontakte.
  • Alle Kontaktfinger sind gleich aufgebaut und mit beweglichen Hauptkontakten bestückt. Einige dieser Kontaktfinger werden zu Beginn der Öffnungsphase vorübergehend zu Lichtbogenkontakten.
  • Durch das Vorhandensein der Lichtbogenkontakte wird ein Abbrand der Hauptkontakte verhindert, während gleichzeitig die Annäherung des Lichtbogens an den Absatz des Lichtbogenhorns die Wanderung des Lichtbogens auf dem Führungshorn beschleunigt und den Abbrand der Lichtbogenkontakte vermindert. Daraus ergibt sich eine verbesserte elektrische Lebensdauer des Leistungsschalters unabhängig von der Art des Fehlers sowie von der Stromart.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die thermische Wirkung des Lichtbogens auf die Seitenwände des Isolierstoffgehäuses verhindert werden, indem der feststehende Lichtbogenkontakt so ausgebildet ist, daß der Lichtbogen in Bezug auf die Mittelachse des Pols zentriert wird. Der feststehende Hauptkontakt und der feststehende Lichtbogenkontakt sind als zwei parallel zueinander liegende und quer zu den Kontaktfingern angeordnete Plättchen ausgeführt, wobei das Plättchen des feststehenden Lichtbogenkontakts kürzer ist als das Plättchen des feststehenden Hauptkontakts.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontaktfinger im Innern eines Kontaktträgerkäfigs schwenkbar auf einer ersten Querachse gelagert, wobei der Isolierstoff-Kontaktträgerkäfig durch Einwirkung des Schaltmechanismus zwischen der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung eine Kippbewegung um eine zweite Gelenkachse ausführen kann und die gesamte Einheit so ausgeführt ist, daß beim Schließen der Lichtbogenkontakte jeweils entgegengesetzte Drehbewegungen des Kontaktträgerkäfigs einerseits und der Kontaktfinger andererseits erzeugt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
  • - Fig. 1 einen Schnitt durch einen in Einschaltstellung dargestellten Pol des Leistungsschalters;
  • - Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht des Leistungsschalters aus Fig. 1;
  • - Fig. 3 eine mit Fig. 1 identische Ansicht mit Darstellung des Pols in einer Zwischenstellung zu Beginn des Öffnungshubs;
  • - Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 aus Fig. 1.
  • Die Figuren 1 bis 4 zeigen einen nichtstrombegrenzenden Niederspannungs-Leistungsschalter für hohe Nennströme, insbesondere für Ströme über 1000 A, der in einem Abteil 12 eines Isolierstoffgehäuses 14 installiert ist, das mit einer trennbaren Kontakteinheit 16 und einer Lichtbogenlöschkammer 18 bestückt ist. Der Aufbau eines solchen Pols ist in der oben genannten französischen Patentschrift FR-A- 2.589.624 in Einzelheiten beschrieben.
  • Die Lichtbogenlöschkammer 18 weist ein Blechpaket auf, das von einem unteren Lichtbogenhorn 20 und einem oberen Lichtbogenhorn 22 zur Führung des Lichtbogens begrenzt ist. Das ortsfeste Lichtbogenhorn 20 besteht aus Stahl und erstreckt sich zwischen einem am Anschluß 26 befestigten Leiterstück 23 und der Lichtbogenlöschkammer 18, von der es eines der Endbleche bildet.
  • Die Einheit 16 mit den trennbaren Kontakten umfaßt einen feststehenden Hauptkontakt 24, der direkt an einem, den Sockel des Isolierstoffgehäuses durchragenden ersten Anschluß 26 befestigt ist. Das untere Lichtbogenhorn 20 ist mit Hilfe von Befestigungsmitteln 28, 30 am Leiterstück 23 des Anschlusses 26 sowie am Sockel des Isolierstoffgehäuses 14 befestigt. Die bewegliche Kontakteinheit 32 weist mehrere parallel zueinander liegende Kontaktfinger 34 auf, die im Innern eines Isolierstoff-Kontaktträgerkäfigs 38 auf einer ersten Querachse 36 schwenkbar gelagert sind. Sämtliche Kontaktfinger 34 weisen die gleiche Länge auf. Der feststehende Hauptkontakt 24 ist quer zu sämtlichen Kontaktfingern 34 und parallel zur ersten Querachse 36 angeordnet.
  • Das rückwärtige Ende jedes Kontaktfingers 34 ist über einen flexiblen Leiter, insbesondere ein Leitungsband 40 mit einem, den Sockel des Gehäuses 14 durchragenden und parallel zum ersten Anschluß 26 angeordneten zweiten Anschluß 42 verbunden.
  • Der Kontaktträgerkäfig 38 ist über eine Kupplungsstange 44 mit der Schaltwelle des Schaltmechanismus' (nicht dargestellt) verbunden. Der innenliegende Abschnitt des Anschlusses 42 ist von einem Stromwandler 46 umgeben, der elektrisch mit dem Auslöser des Schaltmechanismus' verbunden ist. Das oberhalb des zweiten Anschlusses 42 angeordnete Ende des Kontaktträgerkäfigs 38 weist eine zweite Achse 48 auf, die in einem ortsfesten Lager 50 gelagert ist, um im Anschluß an die Drehung der Schaltwelle ein Verschwenken des Kontaktträgerkäfigs 38 zwischen der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung des Pols 10 zu ermöglichen. Ein Federniechanismus 52 zur Gewährleistung des Kontaktdrucks ist in einer Ausnehmung 54 des Kontaktträgerkäfigs 38 angeordnet und beaufschlagt die Kontaktfinger 34 im Gegenuhrzeigersinn in Drehrichtung um die erste Achse 36.
  • Jeder Kontaktfinger 34 weist ein nachfolgend als beweglicher Hauptkontakt 56 bezeichnetes Kontaktstück auf, das in der Einschaltstellung mit dem feststehenden Hauptkontakt 24 zusammenwirkt. Die erste Querachse 36 ist zwischen den beweglichen Hauptkontakten 56 und dem Leitungsband 40 angeordnet.
  • Gegenüber dem mit dem Leitungsband 40 verbundenen rückwärtigen Ende weist jeder Kontaktfinger 34 eine frontseitige Verlängerung 58 auf, die aus dem Kontaktträgerkäfig 38 hervorsteht und dazu dient, sich längs eines im unteren Lichtbogenhorn 20 ausgebildeten Absatzes 60 bzw. einer Wölbung zu verschieben.
  • Die frontseitige Verlängerung 58 jedes Kontaktfingers 34 ist erfindungsgemäß als Lichtbogenhorn mit einem beweglichen Lichtbogenkontakt 62 ausgebildet, der dazu dient, mit einem in der Nähe des Absatzes 60 des Lichtbogenhorns 20 angeordneten feststehenden Lichtbogenkontakt 64 zusammenzuwirken. Der feststehende Lichtbogenkontakt 64 ist am zwischengefügten Leiterstück 23 befestigt, elektrisch mit dem Lichtbogenhorn 20 sowie mit dem Anschluß 26 verbunden und zwischen dem Absatz 60 und dem feststehenden Hauptkontakt 24 angeordnet.
  • Der feststehende Lichtbogenkontakt 64 weist ein geringere Breite auf als das Kontaktplättchen des feststehenden Hauptkontakts 24. Dies hat zur Folge, daß es beim Ausschalten des Pols zu keiner Berührung zwischen den beweglichen Lichtbogenkontakten 62 der außenliegenden Kontaktfinger 34 und dem feststehenden Lichtbogenkontakt 64 kommt (siehe Fig. 4).
  • Die Funktionsweise des Pols 10 ergibt sich wie folgt:
  • In der Einschaltstellung (Fig. 1 bis 4) liegen sämtliche den Kontaktfingern 34 zugeordnete bewegliche Hauptkontakte 56 auf dem feststehenden Hauptkontakt 24 auf. Der Kontaktdruck wird dabei durch den Federniechanismus 52 gewährleistet. Ein festgelegter Abstand trennt die Lichtbogenkontakte 62, 64 voneinander, und der Nennstrom fließt ausschließlich über die geschlossenen Kontakte 24, 56 des Hauptstromkreises.
  • Beim Ausschalten des Leistungsschalters wird der Kontaktträgerkäfig 38 durch die Kupplungsstange 44 in Richtung des Pfeils F (siehe Fig. 3) beaufschlagt, wodurch gleichzeitig das Kippen des Kontaktträgerkäfigs 38 im Uhrzeigersinn um die zweite Achse 48 sowie das Verschwenken der Kontaktfinger 34 in entgegengesetzter Richtung um die Achse 36 bewirkt werden. Das vorübergehende Schließen der Lichtbogenkontakte 62, 64 erfolgt vor der Trennung der Hauptkontakte 24, 56, bei der keinerlei Lichtbogen entsteht. Aufgrund dieser vorübergehend entstehenden Kontaktzone, die sehr nahe am Absatz 60 des Lichtbogenhorns 20 angeordnet ist, fließt also in dieser Zwischenstellung der gesamte Strom über die Lichtbogenkontakte 62, 64.
  • Das weitere Kippen des Kontaktträgers 38 gewährleistet anschließend die Trennung der Lichtbogenkontakte 62, 64, nachdem die rückwärtigen Enden der Kontaktfinger 34 in Anschlag gegen den Kontaktträgerkäfig 38 gelangt sind. Durch diese Trennung wird ein Lichtbogen gezogen, der sehr schnell auf den Absatz 60 überspringt und anschließend in Richtung der Lichtbogenlöschkammer 18 getrieben wird, wo er sich auf herkömmliche Art und Weise entionisiert. Während dieser Anfangsphase der Trennung der Lichtbogenkontakte 62, 64 wird die Längung des Lichtbogens begrenzt.
  • Durch das Vorhandensein der Lichtbogenkontakte 62, 64 wird der Abbrand der Hauptkontakte 24, 56 verhindert. Durch die Annäherung des Lichtbogens an den Absatz 60 wird die Lichtbogenwandernng auf dem Lichtbogen-Führungshorn 20 beschleunigt und anschließend die Ausbreitung des Lichtbogens in Richtung der Lichtbogenlöschkammer 18 begünstigt, um dort schnell gelöscht zu werden. Durch die Anordnung des Absatzes 60 in der Nähe der Lichtbogen-Bildungszone bzw. längs der Verschiebungsrichtung der Kontaktfinger 34 wird der Abbrand der Lichtbogenkontakte 62, 64 vermindert und die Annäherung des Lichtbogens an die Lichtbogenlöschkammer 18 beschleunigt.
  • Die verkürzte Länge des den gemeinsamen feststehenden Lichtbogenkontakt 64 bildenden Kontaktplättchens erlaubt eine Zentnerung des Lichtbogens in Bezug auf die Mittelebene der Lichtbogenlöschkammer 18, um den Verschleiß der Seitenwände des Isolierstoffgehäuses 14 aufgrund der thermischen Wirkung des Lichtbogens zu verringern. Daraus ergibt sich eine erhebliche Verbesserung der elektrischen Lebensdauer des nichtstrombegrenzenden Leistungsschalters, der in der Lage ist, jede Art von Strom, insbesondere Kurzschluß-Wechselströme oder kleine Gleichströme abzuschalten.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante kann der feststehende Lichtbogenkontakt 64 direkt am Lichtbogenhorn 10 befestigt sein.

Claims (5)

1. Niederspannungs-Leistungsschalter mit Mehrfachkontakt für hohe Nennströme, der in einem Isolierstoffgehäuse (14) installiert ist und pro Pol
- mehrere bewegliche Kontaktfinger (34) gleicher Länge, die in geringem relativem Abstand parallel zueinander angeordnet sind und durch einen Schaltmechanismus zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung hin und herbewegt werden können,
- einen feststehenden Hauptkontakt (24), der in der Einschaltstellung mit einem beweglichen Hauptkontakt (56) jedes einzelnen Kontaktfingers (34) zusammenwirkt,
- zwei Anschlüssen (26, 42), die elektrisch mit dem feststehenden Hauptkontakt (24) sowie mit den Kontaktfingern (34) verbunden sind,
- sowie eine Lichtbogenlöschkammer (18) mit einem Löschblechpaket zur Entionisierung umfaßt, die von zwei zur Lichtbogenführung und -wanderung dienenden, leitenden Lichtbogenhörnern (20, 22) begrenzt wird, wobei eines (20) der ortsfesten Lichtbogenhörner elektrisch mit dem feststehenden Hauptkontakt (24) verbunden ist und einen Zwischenabsatz (60) aufweist, der sich über eine kurze Entfernung in der Verschiebungsrichtung der frontseitigen Verlängerungen (58) der Kontaktfinger (34) erstreckt, um die Längung des Lichtbogens in der ersten Phase der Kontakttrennung zu begrenzen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter darüber hinaus
- einen feststehenden Lichtbogenkontakt (64), der in dem Raum zwischen dem Zwischenabsatz (60) des Lichtbogenhorns (20) und dem feststehenden Hauptkontakt (24) angeordnet ist, wobei der Abstand des genannten feststehenden Lichtbogenkontakts (64) zu dem Absatz (60) geringer ist als zu dem feststehenden Hauptkontakt (24),
- einen beweglichen Lichtbogenkontakt (62), der zwischen dem Ende mindestens eines Kontaktfingers (34) und dem beweglichen Hauptkontakt (56) angeordnet ist,
- sowie Mittel zum Schließen der Lichtbogenkontakte (62, 64) zu Beginn des Öffnungshubs der Kontaktfinger (34) und vor der Trennung der Hauptkontakte (24, 56) umfaßt.
2. Leistungsschalter mit Mehrfachkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen durch entsprechende Ausführung des feststehenden Lichtbogenkontakts (64) in Bezug auf die Mittelachse des Pols zentriert wird.
3. Leistungsschalter mit Mehrfachkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Absatz (60) versehene ortsfeste Lichtbogenhorn (20) aus Stahl besteht und daß der feststehende Hauptkontakt (24) und der feststehende Lichtbogenkontakt (64) als zwei parallel zueinander liegende und quer zu den Kontaktfingern (34) angeordnete Plättchen ausgeführt sind, wobei das Plättchen des feststehenden Lichtbogenkontakts (64) kürzer ist als das Plättchen des feststehenden Hauptkontakts (24).
4. Leistungsschalter mit Mehrfachkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfinger (34) im Innern eines Kontaktträgerkäfigs (38) schwenkbar auf einer ersten Querachse (36) gelagert sind und daß der genannte Isolierstoff-Kontaktträgerkäfig (38) durch Einwirkung des Schaltmechanismus' zwischen der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung eine Kippbewegung um eine zweite Gelenkachse (48) ausführen kann, wobei die gesamte Einheit so ausgeführt ist, daß beim Schließen der Lichtbogenkontakte (62, 64) jeweils entgegengesetzte Drehbewegungen des Kontaktträgerkäfigs (38) einerseits und der Kontaktfinger (34) andererseits erzeugt werden.
5. Leistungsschalter mit Mehrfachkontakt nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Lichtbogenkontakt (64) an einem zwischen dem Lichtbogenhorn (20) und dem Anschluß (26) eingefügten Leiterstück (23) befestigt ist, auf dem der feststehende Hauptkontakt (24) angeordnet ist.
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