EP1470565A1 - Elektrisches schaltger t - Google Patents

Elektrisches schaltger t

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EP1470565A1
EP1470565A1 EP03702406A EP03702406A EP1470565A1 EP 1470565 A1 EP1470565 A1 EP 1470565A1 EP 03702406 A EP03702406 A EP 03702406A EP 03702406 A EP03702406 A EP 03702406A EP 1470565 A1 EP1470565 A1 EP 1470565A1
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EP
European Patent Office
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contact point
resistance body
switching device
current
current path
Prior art date
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EP03702406A
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EP1470565B1 (de
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Peter Schick
Joachim Majewski
Erwin Muders
Klaus Zimmer
Joachim Becker
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ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/1081—Modifications for selective or back-up protection; Correlation between feeder and branch circuit breaker
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/40—Combined electrothermal and electromagnetic mechanisms

Definitions

  • the invention relates to an electrical switching device, in particular a main circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • Such a switch has become known from DE 28 54 711. It has a first contact point, to which a parallel current path is connected, in which a current limiting resistor is used.
  • the resistor there is made as a resistance wire, for example from CrAI255, Cu or from other alloys, the wire being wound into a coil which, due to its design and the required resistance value, takes up a relatively large amount of space.
  • a spherical resistor generates a large magnetic field, so that the coil has to be wound in a complex antiparallel manner.
  • the coil When using bare wires, the coil must be wound on a high-temperature-resistant carrier body in order to prevent the turns from attracting when current is applied and thus causing a turn short. If the resistance wire is insulated, then come as insulating elements expensive and difficult to handle materials such. B. Glass silk for use.
  • the object of the invention is to provide a switch of the type mentioned, in which the disadvantages of the known arrangement are avoided.
  • a resistance body which consists of doped ceramic and whose temperature coefficient is equal or negative, is located in the parallel current path parallel to the first contact point. This avoids the use of a resistance wire in the form of a coil with all the disadvantages and the resistance body also takes up less space within the switching device.
  • the resistance material for forming the resistance body is commercially available. It consists of a mixture of clay, aluminum and carbon which, after being pressed together, is subjected to a sintering process.
  • the circuit breaker is provided with a housing composed of two shell halves, the shell halves have strips which run perpendicular to the inner surface of the broad side and which, after the shell halves have been assembled, delimit a space in which the resistance body is accommodated and held.
  • a spring contact is preferably provided for contacting.
  • Fig. 5 shows the electrical circuit diagram of the switching device.
  • a circuit breaker has a housing 10 which can either be formed from a shell-shaped lower housing part and a cover or from two approximately identical shell halves.
  • this housing 10 there is one first contact point 11 with a fixed contact piece 12 and a movable contact piece 13; the movable contact piece 13, which is arranged on a pivotable contact lever 14, is pivoted by an electromagnet when a short-circuit current occurs, so that the contact point 11 is opened.
  • This contact point 11 is assigned a parallel current path 15, in which a resistance body 16 is located; when the contact point 11 is opened, an arc arises there, which migrates into an arc quenching plate packet 17;
  • the current is commutated in the secondary current path 15 and limited by the electrical resistance of the resistance body 16.
  • FIG. 5 An electrical equivalent circuit diagram of this switching device is shown in FIG. 5.
  • the first contact point 11 is located in a main current path 18, as is a second contact point 19.
  • the parallel current path 15, in which the resistance body 16 is arranged is connected in parallel with the first contact point 11.
  • Electrically in series with the resistance body 16 is a selective thermobimetal 20, not shown in FIG. 1, which acts on a switching lock 21, which is shown in FIG. 1 and on which a switching toggle 22 is arranged or articulated.
  • thermobimetal 36 In the main current path 18 there is another thermobimetal 36, which is also not shown in FIG. 1; this bimetal also acts on the switching mechanism 21, the switching mechanism 21 being connected to the contact point 19 via the line of action 23.
  • the housing 10 is formed here from a shell-shaped housing lower part 10 a and a shell-shaped upper part 10 b, on each of which strips 26, 27; 28, 29 are formed, which can also be seen in FIG. 1.
  • a space 30 is formed by the strips 26 to 29, in which the resistance body 16 is accommodated.
  • the resistance body 16 is contacted by means of ribbon conductors 31 and 32 which form the parallel current path and are shown in more detail in FIGS. 3 and 4. 3, the conductor 31 is designed as a straight component, whereas the conductor 32 in the region of the contact surface 16 a of the resistance body 16 has a section 33 convex to the contact surface 16 a.
  • At least one of the two conductor pieces 31, 32 is resilient. In the embodiment according to FIG. 3, this is the conductor 32, whereas in the embodiment according to FIG. 4 the conductor 31 a is also designed to be resilient.
  • the conductor 32 can be shaped in such a way that it holds the resistance body 16 in place with an offset 34 and a bend or angled portion 35.
  • the resistance body can consist of a ceramic doped with carbon; there is also the possibility of using a silicon carbite doped with carbon.
  • the resistance body 16 can also be doped with other conductive materials.
  • the resistance body can have any shape, e.g. B. cylinder, hollow cylinder, cube or prism shape.

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Description

Elektrisches Schaltgerät
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere einen Hauptleitungsschutzschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Schalter ist aus der DE 28 54 711 bekannt geworden. Er besitzt eine erste Kontaktstelle, zu der ein Parallelstrompfad geschaltet ist, in dem ein Strombegrenzungswiderstand eingesetzt ist.
Eine solche Anordnung ist auch in dem Hauptleitungsschutzschalter S 700 der Firma ABB Stotz-Kontakt GmbH Heidelberg verwirklicht. Der Widerstand dort ist als Widerstandsdraht zum Beispiel aus CrAI255, Cu oder aus anderen Legierungen hergestellt, wobei der Draht zu einer Spule gewickelt ist, die aufgrund ihrer Bauform und des geforderten Widerstandswertes einen relativ großen Bauraum beansprucht. Darüber hinaus erzeugt ein solcher spuienförmiger Widerstand ein großes Magnetfeld, so daß die Spule aufwendig antiparallel gewickelt werden muß. Beim Einsatz von blanken Drähten muß die Spule auf einen hochtemperaturbeständigen Trägerkörper gewickelt werden, um zu verhindern, daß sich die Windungen bei Strombeaufschlagung anziehen und somit einen Windungsschluß verursachen. Wenn der Widerstandsdraht isoliert ist, dann kommen als Isolierelemente teure und schlecht handhabbare Materialien, wie z. B. Glasseide zum Einsatz.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalter der Eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Anordnung vermieden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß also befindet sich in dem parallel zur ersten Kontaktstelle liegenden Parallelstrompfad ein Widerstandskörper, der aus dotierter Keramik besteht, deren Temperaturkoefizient gleich oder negativ ist. Dadurch wird die Verwendung eines Widerstandsdrahtes in Form einer Spule mit all den Nachteilen vermieden und der Widerstandskörper benötigt auch geringeren Platz innerhalb des Schaltgerätes.
Das Widerstandsmaterial zur Bildung des Widerstandskörpers ist im Handel erhältlich. Es besteht aus einer Mischung von Ton, Aluminium und Kohlenstoff, das nach Zusammenpressen auf seine Endform einem Sinterverfahren unterworfen ist.
Wenn der Leitungsschutzschalter mit einem aus zwei Schalenhälften zusammengesetzten Gehäuse versehen ist, besitzen die Schalenhälften senkrecht zur Innenfläche der Breitseite verlaufende Leisten, die nach Zusammenbau der Schalenhälften einen Raum begrenzen, in dem der Widerstandskörper aufgenommen und gehaltert ist.
Zur Kontaktierung wird in bevorzugter Weise eine Federkontaktierung vorgesehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig.1 eine Einsicht in einen elektrischen Leitungsschutzschalter,
Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie II- II,
Fig. 3 und 4 zwei Alternativen der Kontaktierung eines Widerstandskörpers, und
Fig. 5 das elektrische Schaltbild des Schaltgerätes.
Ein Leitungsschutzschalter besitzt ein Gehäuse 10, das entweder aus einem schalenförmigen Gehäuseunterteil und einem Deckel oder aus zwei etwa gleichen Schalenhälften gebildet sein kann. Innerhalb dieses Gehäuses 10 befindet sich eine erste Kontaktstelle 11 mit einem feststehenden Kontaktstück 12 und einem beweglichen Kontaktstück 13; das bewegliche Kontaktstück 13, das an einem schwenkbaren Kontakthebel 14 angeordnet ist, wird von einem Elektromagneten bei Auftreten eines Kurzschlußstromes verschwenkt, so daß die Kontaktstelle 11 geöffnet wird. Dieser Kontaktstelle 11 ist ein Parallelstrompfad 15 zugeordnet, in dem sich ein Widerstandskörper 16 befindet; wenn die Kontaktstelle 11 geöffnet wird, entsteht dort ein Lichtbogen, der in ein Lichtbogenlöschblechpaket 17 wandert; darüber hinaus wird der Strom in den Nebenstrompfad 15 kommutiert und durch den elektrischen Widerstand des Widerstandskörpers 16 begrenzt.
Ein elektrisches Ersatzschaltbild dieses Schaltgerätes ist in Fig. 5 dargestellt. In einem Hauptstrompfad 18 befindet sich die erste Kontaktstelle 11 so wie ein zweite Kontaktstelle 19. Parallel zu der ersten Kontaktstelle 11 ist der Parallelstrompfad 15 geschaltet, in dem der Widerstandskörper 16 angeordnet ist. Elektrisch in Reihe zu dem Widerstandskörper 16 befindet sich ein in der Fig. 1 nicht näher dargestelltes Selektivthermobimetall 20, welches auf ein Schaltschloß 21 wirkt, das in der Fig. 1 gezeigt ist und an dem ein Schaltknebel 22 angeordnet bzw. angelenkt ist. Im Hauptstrompfad 18 befindet sich ein weiteres Thermobimetall 36, das in der Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellt ist; dieses Thermobimetall wirkt ebenfalls auf das Schaltschloß 21 , wobei das Schaltschloß 21 über die Wirklinie 23 mit der Kontaktstelle 19 verbunden ist.
Die Wirklinien der Thermobimetalle 20, 36 auf das Schaltschloß sind mit den Bezugsziffern 24 und 25 bezeichnet.
Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie II- II. Das Gehäuse 10 ist hier aus einem schalenförmigen Gehäuseunterteil 10 a und einem schalenförmigen Oberteil 10 b gebildet, an denen jeweils Leisten 26, 27; 28, 29 angeformt sind, die in der Fig. 1 ebenfalls ersichtlich sind. Durch die Leisten 26 bis 29 wird ein Raum 30 gebildet, in dem der Widerstandskörper 16 untergebracht ist.
Die Kontaktierung des Widerstandskörpers 16 erfolgt mittels Flachbandleitern 31 und 32, die den Parallelstrompfad bilden und in den Fig. 3 und 4 näher dargestellt sind. Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist der Leiter 31 als gerades Bauteil ausgebildet, wogegen der Leiter 32 im Bereich der Kontaktierungsfläche 16 a des Widerstandskörpers 16 einen zur Kontaktierungsfläche 16 a konvexen Abschnitt 33 aufweist.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 ist anstatt des geradlinig ausgebildeten Leiters 31 ein solcher 31 a verwendet, der einen zur Kontaktierungsfläche 16 b des Widerstandskörpers 16 hin konvexen Abschnitt 33 a aufweist.
Wenigstens einer der beiden Leiterstücke 31 , 32 ist federnd. Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist dies der Leiter 32, wogegen bei der Ausführung gemäß Fig. 4 auch der Leiter 31 a federnd ausgebildet ist.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann der Leiter 32 so geformt sein, daß er mit einer Abkröpfung 34 und einer Abkantung bzw. Abwinkelung 35 den Widerstandskörper 16 festhält.
Das hierbei verwendete Material, das oben angegeben ist, besitzt einen Themperaturkoefizienten, der etwa konstant bzw. geringfügig negativ ist. Der Grund liegt in folgendem:
Wenn der Schalter gemäß Fig. 5 einen Kurzschluß abschalten soll, dann wird über einen magnetischen Auslöser 40 zunächst die Kontaktstelle 11 geöffnet, und zwar über die Wirklinie 41. Dabei wird dann der Strom in den Parallelstrompfad komutiert und durch den Widerstandskörper 16 begrenzt, wobei die Kontaktstelle 19 noch geschlossen ist. Der durch den Widerstand 16 begrenzte Strom durchfließt die Spule 40 und
hält damit die Kontaktstelle 11 offen. Wenn nun in einem nachgeordneten Leitungsschutzschalter der Kurzschluß abgeschaltet wird, dann schließt die Kontaktstelle 11; wenn der Strom nicht abgeschaltet wird, erwärmt sich das Thermobimetall 20 bzw. 22 und schaltet auf diese Weise die Kontaktstelle 19 endgültig ab. Es wird in diesem Zusammenhang auf die eingangs erwähnte DE 28 54 711 und auf den eingangs erwähnten Schalter S 700 verwiesen. Wenn nun der Widerstandskörper 16 einen positiven Temperaturkoefizienten hätte, dann würde der Strom soweit begrenzt, daß der Anker des Auslösers 40 abfällt und die Kontaktstelle 11 schließt, was ungünstig wäre. Aufgrund des etwa konstanten bzw. negativen Temperaturkoefizienten bleibt der Strom durch den Auslöser 40 gleich bzw. wird geringfügig größer, wodurch die Kontaktstelle ausreichend lange in Öffnungsstellung gehalten werden kann.
Es ist erwähnt worden, daß der Widerstandskörper aus einer mit Kohlenstoff dotierten Keramik bestehen kann; es gibt auch die Möglichkeit, ein mit Kohlenstoff dotiertes Siliziumkarbit zu verwenden. Des weiteren kann der Widerstandskörper 16 auch mit anderen leitfähigen Materialien dotiert sein. Außerdem kann der Widerstandskörper je nach Bedarf jede beliebige Form, z. B. Zylinder-, Hohlzylinder-, Würfel- oder Prismaform aufweisen.
Es sei noch ergänzt, daß dann, wenn die Stirnseiten des Widerstandkörpers 16 metallisiert sind, die Leitungsstücke 31 und 32 direkt aufgelötet werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Schaltgerät mit einer ersten Kontaktstelle (11), die bei einem Kurzschluß von einem elektromagnetischen Aktor in Offenstellung bewegt wird, und mit einer mit der ersten Kontaktstelle in Reihe liegenden zweiten Kontaktstelle (19), die von einem ersten thermischen Auslöser über ein Schaltschloß bleibend geöffnet wird, und mit einem parallel zur ersten Kontaktstelle (11) angeordneten Parallelstrompfad (15), in dem ein strombegrenzender Widerstand (16) untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzungswiderstand (16) als Widerstandskörper ausgebildet ist, der aus dotiertem Keramikmaterial besteht, dessen Temperaturkoefizient gleich oder negativ ist.
2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche der Breitseite des Gehäuses senkrecht zur Innenfläche verlaufende Leisten angeformt sind, die nach Zusammenbau des Gehäuses einen Raum begrenzen, in dem der Widerstandskörper aufgenommen und gehaltert ist.
3. Schaltgerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Leiterteilstück, mit dem der Widerstandskörper (16) in den Parallelstrompfad (15) eingeschaltet ist, federnd gegen den Widerstandskörper drückt.
4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausführung des Widerstandskörpers (16) mit metallischen Stirnflächen die Leiterteilstücke an den Stirnflächen angelötet sind.
5. Schaltgerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (16) zylindrisch, hohizylindrisch, Würfel- oder prismenförmig und dergleichen ausgebildet ist.
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