EP0251160A2 - Löscheinrichtung für elektrische Schalter - Google Patents

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EP0251160A2
EP0251160A2 EP87109027A EP87109027A EP0251160A2 EP 0251160 A2 EP0251160 A2 EP 0251160A2 EP 87109027 A EP87109027 A EP 87109027A EP 87109027 A EP87109027 A EP 87109027A EP 0251160 A2 EP0251160 A2 EP 0251160A2
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EP
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arc
prechamber
contact
contact piece
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EP0251160A3 (en
Inventor
Klaus Dipl.-Ing. Greefe
Werner Brückner
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ASEA BROWN BOVERI AKTIENGESELLSCHAFT
Original Assignee
Brown Boveri und Cie AG Germany
Asea Brown Boveri AG Germany
BBC Brown Boveri AG Germany
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/346—Details concerning the arc formation chamber

Definitions

  • the invention relates to an extinguishing device for electrical switches, in particular circuit breakers and circuit breakers, according to the preamble of claim 1.
  • Circuit breakers and miniature circuit breakers are provided to disconnect electrical lines that are subject to high current overcurrents from the supply network in the event of a fault.
  • a fixed and a movable contact piece are usually provided, which are connected to the respective connection terminals.
  • An arc guide rail is assigned to the movable contact piece, which serves to guide the arc into an arc-quenching plate stack.
  • On the Ge On the opposite side of the stack of quenching sheets there is another arc runner which is connected to the fixed contact piece.
  • the area in front of the stack of quenching sheets is referred to as the arc prechamber. It consists of the two guide rails and usually of two plates arranged opposite one another for flanking the arc, which preferably consist of ceramic or a gas-emitting material.
  • the extinguishing device is of particular importance in the case of switch systems which have a short-circuit current limiting effect.
  • a prerequisite for intensive short-circuit current limitation is quick and wide contact opening in the event of a short circuit.
  • the arc that is drawn commutates from the contacts to the arc guide rails and is then divided into the deion quenching chamber, which is the stack of quenching plates.
  • a high arc voltage is generated there to limit the current, so that the arc is extinguished.
  • the back-flowing pressure wave serves to equalize the negative pressure and to deionize the contact area.
  • Another known variant is designed such that the prechamber plates have an opening directly in the contact area, which enables the negative pressure to be released quickly and the contact path to be quickly re-consolidated.
  • this has the disadvantage that the first plasma column emerging from the contact pieces, at the slightest inclination, strikes an edge formed by the plate cut-open, which leads to a swirling of the plasma and results in sensitive delays in the development of the arc.
  • the invention therefore has for its object to provide an extinguishing device for electrical switches of the type mentioned, which is simple in construction and inexpensive to manufacture and whose design enables the vacuum to be released quickly and the contact path to be quickly re-solidified, and the arc development is accelerated.
  • the prechamber plates are closed in the contact area and that the arc column does not find any disruptive edges even in the case of an "inclined position".
  • the openings in the prechamber plates necessary for the rapid reduction of the negative pressure and the associated deionization of the contact section are located directly on the back of the movable contact piece and ensure that the contact section is quickly “flushed” because the movable contact piece moves towards the openings.
  • a further advantage of the invention consists in the design of the housing on the side of the fixed contact piece opposite to the direction of arcing, which ensures a rapid expansion of the plasma column that arises.
  • a web integrally formed in the housing which can be formed from the holder of the fixed contact piece and which is as close as possible to the contact point, prevents the pressure wave arising at the contact opening from flowing out in the direction opposite to the direction of arcing. This accelerates the formation of the plasma beam in the desired direction and significantly increases the movement of the arc from the contact area, which leads to a lower load on the contact area.
  • a section of a switch is shown in longitudinal section, which has a housing 10 with a prechamber 12 which is laterally delimited by prechamber plates 13.
  • the prechamber 12 receives a contact point 14 which is formed from a fixed contact piece 16 and a movable contact piece 18 which is connected to a connecting piece 19 via a connecting line 17.
  • a bracket 20 integrally formed on the housing wall 11 serves to fix the fixed contact piece 16, which connects to an upper arc guide rail 22 which, together with a lower arc guide rail 24, delimits a stack of quenching sheets 26 in the vertical direction.
  • the lower arc guide rail 24 continues in the connector 19.
  • the prechamber plates 13, which laterally delimit the prechamber 12, are designed in such a way that they cover the area at the contact points 14 and on the stack 26 of extinguishing plates flush.
  • an opening 15 is provided in the prechamber plates 13, which serves to compensate for and with the negative pressure which arises when the contact pieces 16, 18 of the prechamber 12 are opened With the help of the gas stream entering the pre-chamber 12 through the openings 15 to contribute to deionization.
  • the latter feature can be enhanced by using gas-emitting material for the prechamber plates 13.
  • Fig. 2 is also a section of a switch similar to that shown in Fig. 1, shown in longitudinal section, but in which the contact point 34 between the fixed contact 36 and the movable contact 38 occupies a different position.
  • the housing 30 shown here also has a prechamber 32 which is laterally delimited by prechamber plates 33.
  • the fixed contact piece 36 is here connected to the lower arc guide rail 44, while the movable contact piece 38 is connected to the upper arc guide rail 42 via a connecting line 37.
  • a bracket 40 formed on the housing wall 31 is used to fix the upper arc guide rail 42.
  • the arc guide rails 42, 44 form the upper and lower limit for a stack of quenching plates 46 located between them.
  • the prechamber plate 33 is also provided with an opening 35, which is also on the back of the movable contact piece 38 is arranged so that the contact point 34 is completely closed from the side.
  • the purpose of this opening 35 in the prechamber plates 33 is the same as already described in FIG. 1.
  • FIG. 3 corresponds almost congruently to the design of a housing 10 of a switch with prechamber 12 known from FIG. 1, so that the reference numbers selected in FIG. 1 can also be used here.
  • Deviating from the arrangement known from FIG. 1 is the additional arrangement of a web 21, which covers the fixed contact piece 16 horizontally and projects into the prechamber space 12.
  • This special configuration advantageously achieves rapid expansion of the arc. It is essential that the web 21 formed in the housing 20 is as close as possible to the contact point 14 and thereby aligns the pressure wave which arises when the contact point 14 opens in the direction of the arc. The associated faster formation of the plasma in the desired direction significantly increases the speed of the arc out of the contact area. This is associated with a significantly lower load on the contact point 14.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

In einer Löscheinrichtung für elektrische Schalter, insbesondere Leistungs- und Leitungsschutzschalter, in einem Gehäuse (10,30) mit wenigstens einer von Vorkammerplatten (13,33) seitlich begrenzten Vorkammer (12,32) ist eine aus einem festen und beweglichen Kontaktstück (16,18,36,38) gebildete Kontaktstelle (14,34) angeordnet, die an Lichtbogenleitschienen (22,24,42,44) anschließen, die jeweils ein Lichtbogenlöschblechstapel (26,46) zwischen sich nehmen. Die Vorkammerplatten (13,33) überdecken hierbei die Kontaktstelle (14,34) vollständig von der Seite, weisen jedoch im Bereich der Rückseite des beweglichen Kotaktstückes (18,38) in den Vorkammerplatten (13,33) Öffnungen (15,35) auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Löscheinrichtung für elek­trische Schalter, insbesondere Leistungs- und Leitungs­schutzschalter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Leistungsschalter sowie Leitungsschutzschalter sind dazu vorgesehen, im Störungsfall elektrische Leitungen, die mit Überströmen hoher Stromstärke belastet sind, vom speisenden Netz zu trennen. Hierzu sind üblicherweise ein festes und ein bewegliches Kontaktstück vorgesehen, die mit den jeweiligen Anschlußklemmen verbunden sind. Beim Öffnen des Schaltkontaktes, d.h. beim Abheben des beweglichen Kontaktstückes, entsteht ein Schaltlichtbo­gen, welcher in einer hierzu vorgesehenen Löscheinrich­tung gelöscht wird.
  • Der prinzipielle Aufbau solcher mit Löscheinrichtung versehenen elektrischen Schalter ist weitgehend gleich. Dem beweglichen Kontaktstück ist eine Lichtbogenleit­schiene zugeordnet, die dazu dient, den Lichtbogen in einen Lichtbogen-Löschblechstapel zu leiten. Auf der Ge­ genseite des Löschblechstapels befindet sich eine weite­re Lichtbogenlaufschiene, die mit dem festen Kontakt­stück verbunden ist. Der Bereich vor dem Löschblechsta­pel wird als Lichtbogen-Vorkammer bezeichnet. Sie be­steht aus den beiden Leitschienen und üblicherweise aus zwei einander gegenüber angeordneten Platten zur Flan­kierung des Lichtbogens, welche vorzugsweise aus Keramik oder einem gasabgebenden Material bestehen.
  • Insbesondere bei Schaltersystemen, die stark kurzschluß­strombegrenzend wirken, ist die Löscheinrichtung von Bedeutung. Voraussetzung für eine intensive Kurzschluß­strombegrenzung ist eine schnelle und weite Kontaktöff­nung bei anstehendem Kurzschluß. Der dabei gezogene Lichtbogen kommutiert von den Kontakten auf die Lichtbo­genleitschienen um sich anschließend in der Deion-Lösch­kammer, das ist der Löschblechstapel, zu unterteilen. Dort wird eine hohe Lichtbogenspannung zur Strombegren­zung erzeugt, so daß der Lichtbogen erlischt.
  • Zwischen den Außenseiten der Vorkammerplatte und der inneren Gehäusewand des Schaltgerätes ist in der Regel ein Spalt, der eine Zurückführung des Überdruckes aus dem Löschblechstapel gestattet, ohne die Entwicklung des Lichtbogens zu stören. Die rückströmende Druckwelle dient zum Ausgleich des Unterdruckes und zur Entionisie­rung im Kontaktbereich.
  • Bei den bisher bekannten Systemen besteht der Nachteil, daß die Rückführung der Druckwelle bei geschlossenen Vorkammerplatten weit oberhalb der Kontaktstelle er­folgt. Der Unterdruck wird dabei nur relativ langsam ausgeglichen und demzufolge erfolgt eine langsame Wie­derverfestigung der Kontaktstrecke.
  • Eine weitere bekannte Variante ist so ausgestaltet, daß die Vorkammerplatten unmittelbar im Kontaktbereich eine Öffnung aufweisen, welche einen schnellen Abbau des Un­terdruckes sowie eine schnelle Wiederverfestigung der Kontaktstrecke ermöglicht. Andererseits hat dies jedoch den Nachteil, daß die aus den Kontaktstücken austretende erste Plasmasäule bei der geringsten Schräglage auf eine durch den Plattenaufschnitt gebildete Kante auftrifft, was zu einer Verwirbelung des Plasmas führt und empfind­liche zeitliche Verzögerungen der Lichtbogenentwicklung zur Folge hat.
  • Die Entstehung einer Schräglage des Plasmastrahles läßt sich bei bisher bekannten Kontaktsysteme bereits nach der ersten Lastschaltung nicht mehr ausschließen infolge von Kontaktrauhigkeiten und dadurch entstehender asymme­trischer Stromzuführung.
  • Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Lö­scheinrichtung für elektrische Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist und deren Gestaltung einen schnellen Abbau des Unterdrucks sowie eine schnelle Wie­derverfestigung der Kontaktstrecke ermöglicht und die Lichtbogenentwicklung beschleunigt.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
  • Danach ist vorgesehen, daß die Vorkammerplatten im Kon­taktbereich geschlossen sind und die Lichtbogensäule auch bei "Schieflage" keine störenden Kanten vorfindet. Die zum schnellen Abbau des Unterdruckes und der damit verbundenen Entionisierung der Kontaktstrecke notwendi­gen Öffnungen in den Vorkammerplatten liegen direkt auf der Rückseite des beweglichen Kontakstückes uns sorgen für eine schnelle "Durchspülung" der Kontaktstrecke, da das bewegliche Kontaktstück sich auf die Öffnungen zube­wegt.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Ausge­staltung des Gehäuses an der der Lichtbogenlaufrichtung entgegengesetzen Seite des festen Kontaktstückes, was für eine schnelle Ausweitung der entstehenden Plasmasäu­le sorgt.
  • Ein im Gehäuse angeformter Steg, welcher aus der Halte­rung des festen Kontaktstückes ausgebildet werden kann und der so nahe wie möglich an der Kontaktstelle liegt, verhindert, daß die bei Kontaktöffnung entstehende Druckwelle in die der Lichtbogenlaufrichtung entgegenge­setzten Richtung abströmt. Dies beschleunigt die Ausbil­dung des Plasmastrahls in der gewünschten Richtung und erhöht deutlich die Bewegung des Lichtbogens aus dem Kontaktbereich, was zu einer geringeren Belastung der Kontaktfläche führt.
  • Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver­besserungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung, vor­teilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfin­dung sowie weitere Vorteile näher erläutert und be­schrieben werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 Einen Ausschnitt aus einem Schalter mit Vor­kammer im Längsschnitt, bei dem der Festkon­takt an die oberer Lichtbogenleitschiene an­schließt,
    • Fig. 2 einen Ausschnitt eines Schalters mit Vorkammer im Längsschnitt, bei dem der Festkontakt an die untere Lichtbogenleitschiene anschließt,
    • Fig. 3 einen Ausschnitt eines Schalters mit Vorkammer im Längsschnitt, bei dem der Festkontakt an die obere Lichtbogenleitschiene anschließt und mit einem Steg überdeckt ist.
  • In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Schalters im Längs­schnitt gezeigt, der ein Gehäuse 10 mit einer Vorkammer 12 aufweist, welche von Vorkammerplatten 13 seitlich begrenzt ist. Die Vorkammer 12 nimmt eine Kontaktstelle 14 auf, welche aus einem festen Kontaktstück 16 und ei­nem beweglichen Kontaktstück 18 gebildet ist, welches über eine Verbindungsleitung 17 mit einem Anschlußstück 19 verbunden ist.
  • Eine an die Gehäusewand 11 angeformte Halterung 20 dient zur Fixierung des festen Kontaktstückes 16, welches an eine obere Lichtbogenleitschiene 22 anschließt, welche gemeinsam mit einer unteren Lichtbogenleitschiene 24 einen Löschblechstapel 26 in vertikaler Richtung be­grenzt.
  • Die untere Lichtbogenleitschiene 24 setzt sich fort in dem Anschlußstück 19.
  • Die Vorkammerplatten 13, welche die Vorkammer 12 seit­lich begrenzen, sind so gestaltet, daß sie den Bereich an den Kontaktstellen 14 und am Löschblechstapel 26 bün­dig abdecken. An der Rückseite des beweglichen Kontakt­stückes 18, d.h. in Öffnungsrichtung, ist eine Öffnung 15 in den Vorkammerplatten 13 vorgesehen, welche dazu dient, den bei Öffnen der Kontaktstücke 16,18 der Vor­kammer 12 entstehenden Unterdruck auszugleichen und mit Hilfe des durch die Öffnungen 15 in die Vorkammer 12 eintretenden Gasstromes zur Entionisierung beizutragen. Das letztgenannte Merkmal kann verstärkt werden durch Verwendung von gasabgebenden Material für die Vorkammer­platten 13.
  • Wesentlich für den Effekt der Lichtbogenlenkung ist, daß die Kontaktstelle 14 unmittelbar seitlich völlig abge­deckt ist, damit die beim Zünden des Lichtbogens entste­hende Plasmasäule nicht seitlich abgelenkt wird und da­durch mit Verzögerung zum Löschblechstapel 26 gelangt.
  • In Fig. 2 ist ebenfalls ein Ausschnitt eines Schalters ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten, im Längsschnitt wieder­gegeben, bei dem jedoch die Kontakstelle 34 zwischen dem Festkontakt 36 und dem beweglichen Kontakt 38 eine ande­re Lage einnimmt. Das hier dargestellte Gehäuse 30 weist ebenfalls eine Vorkammer 32 auf, die von Vorkammerplat­ten 33 seitlich begrenzt ist.
  • Gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung ist das feste Kontaktstück 36 hier mit der unteren Lichtbogen­leitschiene 44 verbunden, während das bewegliche Kon­taktstück 38 über eine Verbindungsleitung 37 mit der oberen Lichtbogenleitschiene 42 verbunden ist. Zur Fi­xierung der oberen Lichtbogenleitschiene 42 dient eine an die Gehäusewand 31 angeformte Halterung 40.
  • Wie bereits aus Fig. 1 bekannt, bilden auch hier die Lichtbogenleitschienen 42,44 die obere und untere Be­grenzung für einen dazwischen befindlichen Löschblech­stapel 46.
  • Ebenso wie aus Fig. 1 bereits bekannt, ist auch hier die Vorkammerplatte 33 mit einer Öffnung 35 versehen, welche ebenfalls auf der Rückseite des beweglichen Kontakt­ stückes 38 so angeordnet ist, daß die Kontaktstelle 34 von der Seite her völlig geschlossen ist. Der Zweck die­ser Öffnung 35 in den Vorkammerplatten 33 ist der glei­che wie bereits in Fig. 1 beschrieben.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung entspricht nahezu deckungsgleich der aus Fig. 1 bekannten Gestaltung eines Gehäuses 10 eines Schalters mit Vorkammer 12, so daß die in Fig. 1 gewählten Bezugsziffern auch hier Anwendung finden können.
  • Abweichend von der aus Fig. 1 bekannten Anordnung ist die zusätzliche Einrichtung eines Steges 21, der das Festkontaktstück 16 horizontal überdeckt und in den Vor­kammerraum 12 hineinragt. Dieser Steg 21, der an die mit der Gehäusewand 11 verbundene Halterung 20 angeformt ist, verhindert eine der Bewegungsrichtung des Lichtbo­gens, welcher beim Öffnen der Kontaktstelle 14 zwischen den Kontaktstücken 16,18 auftritt, entgegengerichtetes Abströmen des dabei entstehenden Gasstroms.
  • Durch diese besondere Ausgestaltung wird in vorteilhaf­ter Weise eine schnelle Aufweitug des Lichtbogens er­zielt. Hierbei ist von wesentlichem Einfluß, daß der im Gehäuse 20 angeformte Steg 21 so nahe wie möglich an der Kontaktstelle 14 liegt und dadurch die bei der Öffnung der Kontaktstelle 14 entstehende Druckwelle in Lichtbo­genlaufrichtung ausrichtet. Durch die hiermit verbundene schnellere Ausbildung des Plasmas in der gewünschten Richtung wird die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit aus dem Kontaktbereich heraus deutlich erhöht. Damit verbunden ist eine deutlich geringere Belastung der Kontaktstelle 14.

Claims (6)

1. Löscheinrichtung für elektrische Schalter, ins­besondere Leistungs- und Leitungsschutzschalter, in ei­nem Gehäuse mit wenigstens einer von Vorkammerplatten seitlich begrenzten Vorkammer, in der ein dreh- oder schwenkbewegliches Kontaktstück und ein festes Kontakt­stück eine Kontaktstelle bilden, mit Lichtbogenleit­schienen, die jeweils von den Kontaktstücken zu einem Lichtbogen-Löschblechstapel führen, den sie zwischen sich nehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer­platten (13,33) im Bereich der Kontaktstelle (14,34) ge­schlossen sind, daß aber im Bereich der Offenstellung des beweglichen Kontakstücks (18,38) in den Vorkammer­platten (13,33) Öffnungen (15,35) vorgesehen sind.
2. Löscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Öffnungen (15,35), die zum raschen Ausgleich von Unterdruck und zur Entionisierung an der Kontaktstelle (14,34) dienen, so angeordnet sind, daß das bewegliche Kontaktstück (18,38) sich beim Öffnen der Kontaktstelle (14,34) auf die Öffnungen (15,35) zube­wegt.
3. Löscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß das feste Kontaktstück (16,36) durch eine an das Gehäuse (10,30) angeformte Halterung fixiert ist, an welche ein Steg (21) anschließt, der die beim Öffnen der Kontakte (16,18,36,38) entstehenden Druckwel­le in Lichtbogenlaufrichtung ablenkt, was die Ausweitung des Lichtbogens in der gewünschten Richtung auf den Löschblechstapel (26,46) zu begünstigt und dadurch die Belastung der Kontakte (16,18,36,38) vermindert.
4. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Kontaktfläche der Kontakte (16,18, 36,38) gegenüber den Kontaktflächen bei herkömmmlichen Kontakten verkleinert sind.
5. Löscheinrichtung nach einem der vorherigen An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (15,35) in den Vorkammerplatten (13,33) symmetrisch an­geordnet sind.
6. Löscheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (15,35) in den Vorkammerplatten (13,33) asymmetrisch angeordnet sind.
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