EP2061052A2 - Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen - Google Patents

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Publication number
EP2061052A2
EP2061052A2 EP08019483A EP08019483A EP2061052A2 EP 2061052 A2 EP2061052 A2 EP 2061052A2 EP 08019483 A EP08019483 A EP 08019483A EP 08019483 A EP08019483 A EP 08019483A EP 2061052 A2 EP2061052 A2 EP 2061052A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current path
switching contact
movable
contact element
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08019483A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2061052A3 (de
Inventor
Wolfgang Kremers
Volker Lang
Gerd Schmitz
Lothar Winzen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Moeller GmbH
Eaton Industries GmbH
Kloeckner Moeller GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moeller GmbH, Eaton Industries GmbH, Kloeckner Moeller GmbH filed Critical Moeller GmbH
Publication of EP2061052A2 publication Critical patent/EP2061052A2/de
Publication of EP2061052A3 publication Critical patent/EP2061052A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H01H9/40—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc

Definitions

  • the invention relates to a switching device for DC applications, using components of switching devices for AC applications, eg. As circuit breaker, circuit breaker, switch disconnector, residual current circuit breaker is constructed.
  • switching devices which have a plurality of current paths, which in turn comprise fixed and movable switching contact elements.
  • the movable switching contact elements are movable together between a closed position, in which the mutually associated movable and stationary switching contact elements, and an open position, in which forms an insulating gap between the mutually associated movable and stationary switching contact elements.
  • arc quenching devices such as arc guide rails, arc splitter stacks or Deion packages. These arcing devices divide the arcs into individual partial arcs; if the arc voltages are higher than the driving voltages, the arcs are safely erased.
  • the arc erasure is thereby favors that the current has a natural zero crossing.
  • a flashback of the arcs may occur; At high currents, such a large self-magnetic field is generated, which deflects the arcs automatically toward the arc quenching devices and finally extinguished.
  • blowing magnets which generate a magnetic field with a strength and orientation which exert on the arcs a deflection force (Lorenz force), which deflects the arcs toward the arc extinguishing devices.
  • Lorenz force deflection force
  • the arcs are stretched as known per se, cooled and divided into partial arcs and thereby extinguished.
  • Switching devices of the aforementioned type for AC applications are, for example, in DE 103 52 934 B4 .
  • the object of the invention is to be able to inexpensively produce switching devices with DC breaking capacity and separation function.
  • a multi-pole AC voltage switching device has a plurality of current paths (usually at least three), which are arranged side by side in a housing and at the same time can be closed and opened.
  • Each current path has a movable switching contact element and at least one fixed switching contact element assigned to the respective movable switching contact element. In the open position of each current path forms between the two switching contact elements, an isolating distance, along which an arc can occur when the switching device is turned off under load, which can lead to damage to the switching device.
  • the essence of the invention is such a conventional multi-pole AC switching device (such as a motor protection switch) to be connected by means of a capacitor so that on the one hand the switching arc is reliably deleted in a short time and on the other hand, the separation property of the switching device is maintained.
  • This is achieved according to the invention in that the at least three current paths are subdivided into a first current path group and a second current path group, each of which comprises at least one current path. Parallel to the separation path of the first current path or current paths (current path of the first current path group), a quenching capacitor is now switched.
  • the at least one current path of the second current path group can be connected in series with the first current path.
  • the multi-pole AC switching device thus has in the circuit according to the invention at least a first and at least one second current path, which are in series, which is either directly, ie within the switching device or external wiring of the switching device or in the wiring of the switching device within a DC circuit z. B. can be realized via the connected to the switching device consumer; the at least one second current path, the consumer and the at least one first current path are then in series.
  • the quenching capacitor is located parallel to the separating path of the at least one first current path, which is why the separating path of this current path is more specifically an opening path, since the separating function required according to EN60947-3, for example, can not be realized by the separating path with a quenching capacitor connected in parallel.
  • the quenching capacitor is connected in parallel with an isolating path, it is always spoken of the isolating path of the current path.
  • the quenching capacitor thus provides (reliable) for the prevention of the emergence and / or extinction of the arc over the separation path of the at least one first current path in a very short time, whereby the current flow through the series connection of both current paths and, if the switching device is part of a DC Circle is, the entire DC circuit is interrupted.
  • the separation path of the at least one second current path ensures the required separation function, whereby the switching device thus switched on now DC switching capability in the small to medium current range while ensuring the separation function has. In this way, it has thus been possible to optimize by conventional modifications of a conventional three- or four- or multi-pole AC switching device such that it now provides DC switching capacity and separation function.
  • the quenching capacitor is switched parallel to one of the three current paths (first current path), while the other two current paths (second current paths) initially remain unchanged. Furthermore, one of the two second current paths is connected in series with the first current path, which is effected by corresponding direct connection of the two current paths or when the switching device is integrated into the DC circuit by circuitry.
  • the separation path of the second current path connected in series with the first current path serves to separate one pole of the DC circuit, while the separation path of the remaining second current path serves to separate the other pole of the DC switching device (three-pole switch with safe bipolar separation of the DC circuit).
  • the parallel connection of the quenching capacitor to several in series (first) current paths of the switching device has the advantage that the capacity of the Capacitor can be reduced due to the higher voltage consolidation of the multiple separation sections.
  • a discharge resistor in parallel to the quenching capacitor. This discharge resistor ensures a discharge of the quenching capacitor in the off state of the switching device, so as to avoid a "hard” discharging of the capacitor via the switching contact elements at a renewed switching of the switching device.
  • Conventional multi-pole AC switching devices are provided with current paths, each having a movable switching contact element and two opposing fixed switching contact elements.
  • the movable switching contact element connects the two fixed switching contact elements.
  • Such a flow path comprises two separation paths along which arcs can form.
  • the quenching capacitor is then parallel to the series connection of the two separation sections of a current path after capacitive wiring according to the invention.
  • the common closing of all current paths is usually carried out in conventional multi-pole AC switching devices by operation of a so-called switching mechanism, which takes place by manual or otherwise successful operation of an actuating element (for example, toggle switch).
  • an actuating element for example, toggle switch.
  • the movable switching contact elements of all current paths are locked in their closed positions by the switch lock, which is switched off depending on the design of the switching device as, for example, circuit breaker on various events (for example, excessive current due to short circuit), so that all current paths are transferred simultaneously in their open positions.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a switching device 10, which is designed for AC applications and connected in such a way to use this switching device 10 for the separation of DC circuits can.
  • the switching device 10 has a housing schematically shown at 12, which has three current paths 14 in this embodiment.
  • Each current path 14 comprises two fixed switching contact elements 16, 18, which can be electrically connected or disconnected by a respective movable switching contact element 20.
  • two separating paths 22, 24 are formed per current path 14. All movable switching contact elements 20 are movable via a switching mechanism 26 (common actuating device) between the open and closed positions.
  • Fig. 1 is one of the three current paths 14, namely the middle of the three current paths 14, provided with an erase capacitor 28 which is connected in parallel to the current path 14.
  • This current path 14 is referred to below as the first current path 30, while the two other current paths 14 can be referred to as second current paths 32.
  • These two second current paths 32 have no quenching capacitor connected in parallel.
  • a (discharge) resistor 34 is parallel to the quenching capacitor 28 a (discharge) resistor 34.
  • an external circuit see electrical connection 36
  • one of the second current paths 32 and the first current path 30 are connected in series with each other.
  • the switching device 10 is switched to a direct current circuit, it is located between an infeed (for example, a solar system) and a load or a consumer.
  • the one pole (in this embodiment the negative pole) of the DC circuit is switched via the one of the two second current paths 32, namely the second current path 32, which is not connected in series with the first current path 30.
  • the other pole (in this embodiment, the positive pole) of the DC circuit is connected to the series circuit of the other second current path 32 and the first current path 30.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a possible capacitive circuit of a switching device 10 'for AC applications for use as a separation of DC circuits.
  • the individual components of the wiring according to Fig. 2 structurally the same or functionally identical to the individual components Fig. 1 are, they are in Fig. 2 provided with the same reference numerals.
  • FIG Fig. 3 Another embodiment of a capacitive circuit of an ac switchgear 10 "for use with the dc disconnect function is shown in FIG Fig. 3 shown.
  • the individual components of the wiring according to Fig. 3 structurally the same or functionally identical to the individual components Fig. 1 are, they are in Fig. 3 provided with the same reference numerals.
  • the quenching capacitor 28 is connected in parallel to the series connection of two (first) current paths 30 with a parallel discharge resistor 34.
  • discharge resistor 34 and the two successive first current paths 30 is the remaining third current path, which takes over the function of the above-described current path 32 of the second group.
  • the second current path 32 takes over according to Fig. 3 the physical separation function in one of the two poles (in the embodiment of the positive pole) of the DC circuit.
  • the negative pole has no current path in this embodiment, but could be realized by the then available fourth current path when using a four-pole conventional AC switching device.
  • the quenching capacitor 32 is connected in parallel to a plurality of series-connected first current paths 30.
  • the capacitance of the capacitor can be reduced due to the higher voltage hardening of the multiplied separating sections.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Das Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen, weist ein Gehäuse (12) auf. Ferner ist das Schaltgerät mit mindestens drei in dem Gehäuse (12) angeordneten Strombahnen (14) versehen, die in eine erste Gruppe mit mindestens einer ersten Strombahn (30) und in eine zweite Gruppe mit mindestens einer zweiten Strombahn (32) unterteilt sind, wobei jede Strombahn (14) ein bewegbares Schaltkontaktelement (20) und mindestens ein diesem zugeordnetes feststehendes Schaltkontaktelement (16,18) und mindestens eine Trennstrecke (22,24) aufweist, wobei jedes bewegbare Schaltkontaktelement (20) zum Kontaktieren des ihm zugeordneten feststehenden Schaltkontaktelements (16,18) in eine Schließstellung und zur Bildung der Trennstrecke (22,24) zwischen dem bewegbaren Schaltkontaktelement (20) und dem feststehenden Schaltkontaktelement (16,18) in eine Öffnungsstellung bewegbar ist und sämtliche bewegbaren Schaltkontaktelemente (20) gemeinsam aus ihren Öffnungsstellungen in ihre Schließstellungen und umgekehrt bewegbar sind. Das Schaltgerät weist ferner einen Löschkondensator (28) zum Verhindern des Entstehens bzw. zum Löschen eines potentiellen, sich längs mindestens einer der Trennstrecken (22,24) bildenden Lichtbogens auf. Der Löschkondensator (28) ist parallel zu mindestens einer Trennstrecke (22,24) der mindestens einen ersten Strombahn (30) geschaltet und die mindestens eine zweite Strombahn (32) ist frei von einem Löschkondensator (28). Die mindestens eine erste Strombahn (30) ist in Reihe zu der mindestens einen zweiten Strombahn (32) schaltbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen, das unter Verwendung von Komponenten von Schaltgeräten für Wechselstrom-Anwendungen, z. B. Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Lasttrennschalter, Fehlerstromschutzschalter konstruiert ist.
  • Zur Abschaltung von Kurzschlussströmen in Verbrauchernetzen werden zumeist Schaltgeräte verwendet, die mehrere Strombahnen aufweisen, welche ihrerseits feststehende und bewegbare Schaltkontaktelemente umfassen. Die bewegbaren Schaltkontaktelemente sind dabei gemeinsam zwischen einer Schließstellung, in der sich die einander zugeordneten bewegbaren und feststehenden Schaltkontaktelementen berühren, und einer Öffnungsstellung bewegbar, in der sich eine Trennstrecke zwischen den einander jeweils zugeordneten bewegbaren und feststehenden Schaltkontaktelementen bildet. Sobald die bewegbaren Schaltkontaktelemente unter Last, d.h. unter Stromfluss in die Öffnungsstellung bewegt werden, entstehen längs der Trennstrecken (Ausschalt-)Lichtbögen. Die Dauer der Lichtbögen bestimmt die Schaltzeit, da der Stromfluss zwischen den Schaltkontaktelementen aufrechterhalten wird. Außerdem wird durch die Lichtbögen eine große Wärmemenge freigesetzt, die zur thermischen Zerstörung der Schaltkontaktelemente und damit zur Verringerung der Lebensdauer des Schaltgeräts führen. Es ist daher notwendig, die Lichtbögen möglichst schnell zu löschen, was durch Lichtbogenlöscheinrichtungen wie beispielsweise Lichtbogenleitschienen, Lichtbogenlöschblechpakete oder Deion-Pakete erfolgen kann. Durch diese Löscheinrichtungen werden die Lichtbögen in einzelne Teillichtbögen unterteilt; wenn die Lichtbogenspannungen höher sind als die treibenden Spannungen, werden die Lichtbögen sicher gelöscht.
  • Bei Wechselstrom-Anwendungen wird die Löschung der Lichtbögen dadurch begünstigt, dass der Strom einen natürlichen Nulldurchgang hat. Bei großen abzuschaltenden (Kurzschluss-)Strömen kann es aber nach dem Stromnulldurchgang zu einer Rückzündung der Lichtbögen kommen; bei großen Strömen wird ein derart großes Eigenmagnetfeld erzeugt, das die Lichtbögen selbsttätig zu den Lichtbogenlöscheinrichtungen hin abgelenkt und schließlich zum Erlöschen gebracht werden.
  • Bei Schaltgeräten für Gleichstrom-Anwendungen kommt es zu keiner selbstständigen Unterbrechung des Lichtbogens wie beim Nulldurchgang des Wechselstroms. Im Falle von Gleichstrom-Anwendungen werden daher sogenannte Blasmagnete eingesetzt, die ein Magnetfeld mit einer Stärke und Ausrichtung erzeugen, welche auf die Lichtbögen eine Ablenkkraft (Lorenzkraft) ausüben, die die Lichtbögen zu den Lichtbogenlöscheinrichtungen hin ablenkt. In den Löscheinrichtungen werden die Lichtbögen wie an sich bekannt gestreckt, gekühlt und in Teillichtbögen aufgeteilt und dadurch zum Erlöschen gebracht.
  • Schaltgeräte der vorstehend genannten Art für Wechselstrom-Anwendungen sind beispielsweise in DE 103 52 934 B4 , DE 102 12 948 B4 , DE 20 2005 007 878 U1 , EP 1 594 148 A1 , EP 0 980 085 B1 und EP 0 217 106 B1 beschrieben.
  • Derzeit ist der Markt für Schaltgeräte in Wechselstrom-Schaltgeräte, die üblicherweise als mehrpolige Geräte in sehr hoher Stückzahl kostengünstig gefertigt werden, und Gleichstrom-Schaltgeräte unterteilt, die zumeist als ein- oder zweipolige Geräte und lediglich in relativ geringen Stückzahlen gefertigt werden. Grund sind die unterschiedlichen Anwendungsfelder und die unterschiedliche Physik der Lichtbogenlöschung.
  • Während in den vergangenen Jahrzehnten Gleichstrom-Schaltgeräte eher Nischenprodukte waren, ist neuerdings durch die Einführung alternativer Energien und hier insbesondere der Solarenergie der Bedarf an kostengünstigen Gleichstrom-Schaltgeräten im kleinen bis mittleren Strombereich mit Trenneigenschaften gestiegen. Dabei werden Schaltvermögen bis 60 A bei ca. 1.000 V Gleichspannung verlangt. Dieses Schaltvermögen kann von konventionellen Schaltgeräten für Wechselstrom-Anwendungen (beispielsweise Motorschutzschalter, Schütze o.dgl.) derzeit nicht erbracht werden, da die Löscheinrichtungen nicht für diese Anwendungen konzipiert sind. Grund dafür ist in der Regel die relativ geringe Ablenkkraft (Lorenzkraft) auf die Lichtbögen bei Wechselstrom-Schaltgeräten im kleinen bzw. mittleren Strombereich, was zu einem relativ langanhaltenden Lichtbogen zwischen den Kontakten der Strombahnen mit einem entsprechend hohen Kontaktabbrand bzw. zu einer erheblichen thermischen Belastung des Schaltgeräts führt.
  • Von einpolig schaltenden Gleichstrom-Einrichtungen, wie z. B. Kleinrelais o. dgl., ist es bekannt, die Gefahr des Entstehens eines Lichtbogens mittels eines parallel zur Strombahn bzw. zur Trennstrecke der Strombahn liegenden Kondensators zu minimieren. Diese Beschaltung wird im allgemeinen jedoch nur bei kleinen zu schaltenden Gleichströmen eingesetzt. Nachteilig bei der bekannten Kondensatorbeschaltung ist jedoch, dass die Strombahn ihre Eigenschaft als Trenner verliert, da der Kondensator keine sichere Trennstrecke darstellt bzw. eine unzulässig hohe Ladung aufweist, um eine Trennstrecke beispielsweise nach EN60947-3 zu erzeugen. Man bezeichnet daher Strombahn-Trennstrecken, zu denen ein Kondensator parallel geschaltet ist als "Öffnungsstrecke". Im folgenden wird aber durchgängig der Begriff "Trennstrecke" verwendet, auch wenn zu einer derartigen Trennstrecke ein Kondensator parallel geschaltet ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Schaltgeräte mit Gleichstrom-Abschaltvermögen und -Trennfunktion kostengünstig herstellen zu können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen vorgeschlagen, dass versehen ist mit
    • einem Gehäuse,
    • mindestens drei in dem Gehäuse angeordneten Strombahnen, die in eine erste Gruppe mit mindestens einer ersten Strombahn und in eine zweite Gruppe mit mindestens einer zweiten Strombahn unterteilt sind, wobei jede Strombahn ein bewegbares Schaltkontaktelement und mindestens ein diesem zugeordnetes feststehendes Schaltkontaktelement und mindestens eine Trennstrecke aufweist, wobei jedes bewegbare Schaltkontaktelement zum Kontaktieren des ihm zugeordneten feststehenden Schaltkontaktelements in eine Schließstellung und zur Bildung der Trennstrecke zwischen dem bewegbaren Schaltkontaktelement und dem feststehenden Schaltkontaktelement in eine Öffnungsstellung bewegbar ist und sämtliche bewegbaren Schaltkontaktelemente gemeinsam aus ihren Öffnungsstellungen in ihre Schließstellungen und umgekehrt bewegbar sind, und
    • einem Löschkondensator zum Verhindern des Entstehens und/oder zum Löschen eines potentiellen, sich längs mindestens einer der Trennstrecken bildenden Lichtbogens,
    • wobei der Löschkondensator parallel zu mindestens einer Trennstrecke der mindestens einen ersten Strombahn geschaltet ist und die mindestens eine zweite Strombahn frei von einem parallel geschalteten Löschkondensator ist und
    • wobei die mindestens eine zweite Strombahn in Reihe zu der mindestens einen ersten Strombahn schaltbar ist.
  • Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Schaltgerät mit Gleichstrom-Schaltvermögen ist ein konventionelles mehrpoliges Wechselspannungs-Schaltgerät, das mit einer kapazitiven Beschaltung versehen wird. Ein mehrpoliges Wechselspannungs-Schaltgerät weist mehrere Strombahnen auf (im Regelfall mindestens drei), die in einem Gehäuse nebeneinanderliegend angeordnet sind und gleichzeitig geschlossen und geöffnet werden können. Jede Strombahn weist dabei ein bewegbares Schaltkontaktelement und mindestens ein dem jeweiligen bewegbaren Schaltkontaktelement zugeordnetes feststehendes Schaltkontaktelement auf. In der Öffnungsstellung einer jeden Strombahn bildet sich zwischen den beiden Schaltkontaktelementen eine Trennstrecke aus, entlang derer ein Lichtbogen entstehen kann, wenn das Schaltgerät unter Last ausgeschaltet wird, was zu Beschädigungen des Schaltgeräts führen kann. Kern der Erfindung ist es, ein derartiges konventionelles mehrpoliges Wechselstrom-Schaltgerät (wie beispielsweise einen Motorschutzschalter) mittels eines Kondensators so zu beschalten, dass zum einen der Schaltlichtbogen zuverlässig in kurzer Zeit gelöscht wird und zum anderen die Trenneigenschaft des Schaltgerätes erhalten bleibt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die mindestens drei Strombahnen in eine erste Strombahngruppe und eine zweite Strombahngruppe, die jeweils mindestens eine Strombahn umfassen, unterteilt wird. Parallel zu der Trennstrecke der ersten Strombahn oder Strombahnen (Strombahn der ersten Strombahngruppe) wird nun ein Löschkondensator geschaltet. Ferner ist die mindestens eine Strombahn der zweiten Strombahngruppe in Reihe zu der ersten Strombahn schaltbar. Das mehrpolige Wechselstrom-Schaltgerät weist also bei der erfindungsgemäßen Beschaltung mindestens eine erste und mindestens eine zweite Strombahn auf, die in Reihe liegen, was entweder direkt, also innerhalb des Schaltgeräts oder durch externe Beschaltung des Schaltgeräts erfolgt oder aber bei der Beschaltung des Schaltgeräts innerhalb eines Gleichstrom-Kreises z. B. über den an das Schaltgerät angeschlossenen Verbraucher realisiert werden kann; die mindestens eine zweite Strombahn, der Verbraucher und die mindestens eine erste Strombahn liegen dann in Reihe. Zusätzlich liegt parallel zur Trennstrecke der mindestens einen ersten Strombahn der Löschkondensator, weshalb es sich bei der Trennstrecke dieser Strombahn genauer gesagt um eine Öffnungsstrecke handelt, da die beispielsweise nach EN60947-3 geforderte Trennfunktion durch die Trennstrecke mit parallel geschaltetem Löschkondensator nicht realisiert werden kann. Im folgenden wird aber der Einfachheit halber unabhängig davon, ob zu einer Trennstrecke ein Löschkondensator parallel geschaltet ist, stets von der Trennstrecke der Strombahn gesprochen.
  • Der Löschkondensator sorgt also (zuverlässig) für die Verhinderung des Entstehens und/oder für das Löschen des Lichtbogens über der Trennstrecke der mindestens einen ersten Strombahn in sehr kurzer Zeit, womit der Stromfluss durch die Reihenschaltung beider Strombahnen und, wenn das Schaltgerät Teil eines Gleichstrom-Kreises ist, der gesamte Gleichstrom-Kreis unterbrochen ist. Die Trennstrecke der mindestens einen zweiten Strombahn gewährleistet die erforderliche Trennfunktion, womit das so beschaltete Schaltgerät nun ein Gleichstrom-Schaltvermögen im kleinen bis mittleren Strombereich bei Gewährleistung der Trennfunktion aufweist. Auf diese Art und Weise ist es also gelungen, durch geringstmögliche Modifikationen ein konventionelle drei- bzw. vier- bzw. mehrpoliges Wechselstrom-Schaltgerät derart zu optimieren, dass es nun Gleichstrom-Schaltvermögen und -Trennfunktion erbringt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Konzept ist es z.B. möglich, ein konventionelles dreipoliges Wechselstrom-Schaltgerät für eine zweipolige Trennung eines Gleichstrom-Kreises zu verwenden. In diesem Fall wird parallel zu einer der drei Strombahnen (erste Strombahn) der Löschkondensator geschaltet, während die beiden anderen Strombahnen (zweite Strombahnen) zunächst unverändert bleiben. Ferner wird eine der beiden zweiten Strombahnen in Reihe mit der ersten Strombahn geschaltet, was durch entsprechende direkte Verbindung der beiden Strombahnen oder dann erfolgt, wenn das Schaltgerät schaltungstechnisch in den Gleichstrom-Kreis eingebunden ist. Die Trennstrecke des mit der ersten Strombahn in Reihe geschalteten zweiten Strombahn dient der Trennung des einen Pols des Gleichstrom-Kreises, während die Trennstrecke der verbleibenden zweiten Strombahn der Trennung des anderen Pols des Gleichstrom-Schaltgeräts dient (dreipoliger Schalter mit sicherer zweipoliger Trennung des Gleichstromkreises).
  • Es ist auch möglich, ein konventionell dreipoliges Wechselstrom-Schaltgerät zur sicheren einpoligen Trennung für einen Gleichstrom-Kreis zu verwenden. Hierbei werden dann drei Strombahnen in Reihe geschaltet, wobei parallel zu der Reihenschaltung von zwei Strombahnen ein Löschkondensator geschaltet wird. Diese beiden in Reihe liegenden Strombahnen bilden also zwei erste Strombahnen des Schaltgeräts. Die verbleibende dritte Strombahn (zweite Strombahn) ist dann in Reihe mit den beiden ersten Strombahnen geschaltet (dreipoliger Schalter mit sicherer Trennung des Gleichstromkreises in einen seiner beiden Pole).
  • Die Parallelschaltung des Löschkondensators zu mehreren in Reihe liegenden (ersten) Strombahnen des Schaltgeräts hat den Vorteil, dass die Kapazität des Kondensators auf Grund der höheren Spannungsverfestigung der mehrfachen Trennstrecken reduziert werden kann.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, parallel zum Löschkondensator einen Entladungswiderstand zu schalten. Dieser Entladungswiderstand sorgt für eine Entladung des Löschkondensators im ausgeschalteten Zustand des Schaltgeräts, um so bei einer erneuten Einschaltung des Schaltgeräts ein "hartes" Entladen des Kondensators über die Schaltkontaktelemente zu vermeiden.
  • Konventionelle mehrpolige Wechselstrom-Schaltgeräte sind mit Strombahnen versehen, die jeweils ein bewegbares Schaltkontaktelement und zwei einander gegenüberliegende feststehende Schaltkontaktelemente aufweist. Im geschlossenen Zustand verbindet das bewegbare Schaltkontaktelement die beiden feststehenden Schaltkontaktelemente. Eine derartige Strombahn umfasst zwei Trennstrecken, entlang derer sich Lichtbögen ausbilden können. Bei Verwendung eines derartigen Wechselstrom-Schaltgeräts liegt der Löschkondensator nach der erfindungsgemäßen kapazitiven Beschaltung dann parallel zur Reihenschaltung der beiden Trennstrecken einer Strombahn.
  • Das gemeinsame Schließen sämtlicher Strombahnen erfolgt bei konventionellen mehrpoligen Wechselstrom-Schaltgeräten zumeist durch Betätigung eines sogenannten Schaltschlosses, das durch manuelle oder auf andere Weise erfolgende Betätigung eines Betätigungselements (beispielsweise Knebeldrehschalter) erfolgt. Die bewegbaren Schaltkontaktelemente sämtlicher Strombahnen werden dabei in ihren Schließstellungen durch das Schaltschloss verriegelt, das je nach Ausbildung des Schaltgeräts als beispielsweise Leistungsschalter auf verschiedene Ereignisse hin (beispielsweise überhöhter Strom wegen Kurzschlussfall) ausgeschaltet wird, so dass sämtliche Strombahnen gleichzeitig in ihre Öffnungsstellungen überführt werden.
  • Wesensmerkmal der Erfindung ist also die Verwendung eines Schaltgeräts für Wechselstrom-Anwendungen mit
    • einem Gehäuse und
    • mindestens drei in dem Gehäuse angeordneten Strombahnen, die in eine erste Gruppe mit mindestens einer ersten Strombahn und in eine zweite Gruppe mit mindestens einer zweiten Strombahn unterteilt sind, wobei jede Strombahn ein bewegbares Schaltkontaktelement und mindestens ein diesem zugeordnetes feststehendes Schaltkontaktelement und mindestens eine Trennstrecke aufweist, wobei jedes bewegbare Schaltkontaktelement zum Kontaktieren des ihm zugeordneten feststehenden Schaltkontaktelements in eine Schließstellung und zur Bildung der Trennstrecke zwischen dem bewegbaren Schaltkontaktelement und dem feststehenden Schaltkontaktelement in eine Öffnungsstellung bewegbar ist und sämtliche bewegbare Schaltkontaktelemente gemeinsam aus ihren Öffnungsstellungen in ihre Schließstellungen und umgekehrt bewegbar sind,
      als Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen, indem
    • ein Löschkondensator parallel zu mindestens einer Trennstrecke der mindestens einen ersten Strombahn geschaltet wird und die mindestens eine zweite Strombahn frei von einem Löschkondensator verbleibt und die mindestens eine zweite Strombahn in Reihe zu der mindestens einen ersten Strombahn schaltbar ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der Zeichnung weiter erläutert. Im einzelnen zeigen dabei:
    • Fig. 1
    ein Beispiel für die kapazitive Beschaltung eines dreipoligen Wechselstrom-Schaltgeräts zur Verwendung als Gleichstrom-Schaltgerät mit sicherer, zweipoliger Trennung des Gleichstrom-Kreises,
    Fig. 2
    eine kapazitive Beschaltung eines dreipoligen Wechselstrom-Schaltgeräts zur Verwendung als Gleichstrom-Schaltgerät mit sicherer Trennung des Gleichstrom-Kreises in einem Pol, wobei beide Pole durch das Schaltgerät geschaltet werden, und
    Fig. 3
    eine kapazitive Beschaltung eines dreipoligen Wechselstrom-Schaltgeräts für die Anwendung als Gleichstrom-Schaltgerät mit sicherer Trennung des Gleichstrom-Kreises in einem Pol, wobei durch das Schaltgerät lediglich einer der beiden Pole des Gleichstrom-Kreises geschaltet wird.
  • Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schaltgeräts 10, das für Wechselstrom-Anwendungen konzipiert und derart beschaltet ist, um dieses Schaltgerät 10 für die Trennung von Gleichstrom-Kreisen einsetzen zu können. Das Schaltgerät 10 weist ein schematisch bei 12 dargestelltes Gehäuses auf, das in diesem Ausführungsbeispiel drei Strombahnen 14 aufweist. Jede Strombahn 14 umfasst zwei feststehende Schaltkontaktelemente 16,18, die durch jeweils ein bewegbares Schaltkontaktelement 20 elektrisch miteinander verbunden oder getrennt werden können. Es bilden sich also im Öffnungszustand der bewegbaren Schaltkontaktelemente 20 pro Strombahn 14 zwei Trennstrecken 22,24 aus. Sämtliche bewegbaren Schaltkontaktelemente 20 sind über ein Schaltschloss 26 (gemeinsame Betätigungseinrichtung) zwischen den Öffnungs- und Schließstellungen bewegbar.
  • In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine der drei Strombahnen 14, nämlich die mittlere der drei Strombahnen 14, mit einem Löschkondensator 28 versehen, der parallel zu der Strombahn 14 geschaltet ist. Diese Strombahn 14 wird im folgenden erste Strombahn 30 genannt, während die beiden anderen Strombahnen 14 als zweite Strombahnen 32 bezeichnet werden können. Diese beiden zweiten Strombahnen 32 weisen keinen parallel geschalteten Löschkondensator auf. Wie anhand von Fig. 1 zu erkennen ist, liegt parallel zum Löschkondensator 28 ein (Entladungs-)Widerstand 34. Durch eine externe Beschaltung (siehe elektrische Verbindung 36) sind eine der zweiten Strombahnen 32 und der erste Strombahn 30 in Reihe miteinander geschaltet.
  • Wird nun das derart beschaltete Schaltgerät 10 in einen Gleichstrom-Kreis geschaltet, so liegt er zwischen einer Einspeisung (beispielsweise Solaranlage) und einer Last bzw. einem Verbraucher. Dabei ist der eine Pol (in diesem Ausführungsbeispiel der Minus-Pol) des Gleichstrom-Kreises über die eine der beiden zweiten Strombahnen 32 geschaltet, und zwar diejenige zweite Strombahn 32, die nicht in Reihe mit der ersten Strombahn 30 verschaltet ist. Der andere Pol (in diesem Ausführungsbeispiel der Plus-Pol) des Gleichstrom-Kreises liegt an der Reihenschaltung aus der anderen zweiten Strombahn 32 und der ersten Strombahn 30. Somit ist eine zweipolige Trennung des Gleichstrom-Kreises möglich, wobei eine zuverlässige Löschung eines Lichtbogens durch den Löschkondensator 28 realisiert wird und die Trennstrecken der zur ersten Strombahn 30 in Reihe geschalteten zweiten Strombahn 32 die Trennfunktion sicherstellt. Im Aus-Zustand des Schaltgeräts 10 sind dabei beide Pole des Gleichstrom-Kreises getrennt, wobei die Trennstrecken durch die geöffneten zweiten Strombahnen 32 gebildet werden, die frei von einem parallel geschalteten Löschkondensator sind.
  • Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer möglichen kapazitiven Beschaltung eines Schaltgeräts 10' für Wechselstrom-Anwendungen zur Verwendung als Trennung von Gleichstrom-Kreisen. Soweit die Einzelbestandteile der Beschaltung gemäß Fig. 2 konstruktiv gleich bzw. funktionsgleich zu den Einzelbestandteilen nach Fig. 1 sind, sind sie in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind zwei der drei Strombahnen 14 in Reihe miteinander geschaltet. Parallel zu diesen beiden Strombahnen 14 liegt der Löschkondensator 28 mit parallel geschaltetem Entladungswiderstand 34. Bei den beiden in Reihe geschalteten Strombahnen 14 handelt es sich also um zwei erste Strombahnen 30. Die dritte Strombahn übernimmt dann die Funktion des reinen Trenners (zweite Strombahn 32) und ist über die Last in Reihe mit den beiden ersten Strombahnen 30 geschaltet. Die Trennung eines Gleichstrom-Kreises mit Hilfe des Schaltgeräts 10' gemäß Fig. 2 erfolgt also einpolig, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel durch physikalische Auftrennung des Plus-Pols, während der zweite Pol, in diesem Ausführungsbeispiel der Minus-Pol, im ausgeschalteten Zustand den Löschkondensator 28 aufweist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer kapazitiven Beschaltung eines Wechselstrom-Schaltgeräts 10" zur Verwendung für die Gleichstrom-Abschaltung mit Trennfunktion ist in Fig. 3 gezeigt. Soweit die Einzelbestandteile der Beschaltung gemäß Fig. 3 konstruktiv gleich bzw. funktionsgleich zu den Einzelbestandteilen nach Fig. 1 sind, sind sie in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der Löschkondensator 28 mit parallel liegendem Entladungswiderstand 34 parallel zur Reihenschaltung zweier (erster) Strombahnen 30 geschaltet. In Reihe zu dieser Parallelschaltung aus Löschkondensator 28, Entladungswiderstand 34 und den beiden hintereinander liegenden ersten Strombahnen 30 liegt die verbleibende dritte Strombahn, die die Funktion der oben beschriebenen Strombahn 32 der zweiten Gruppe übernimmt. Mit anderen Worten übernimmt die zweite Strombahn 32 gemäß Fig. 3 die physikalische Trennfunktion in einem der beiden Pole (im Ausführungsbeispiel der Plus-Pol) des Gleichstrom-Kreises. Der Minus-Pol weist in diesem Ausführungsbeispiel keine Strombahn auf, könnte aber bei Verwendung eines vierpoligen konventionellen Wechselstrom-Schaltgeräts durch die dann noch zur Verfügung stehende vierte Strombahn realisiert sein.
  • Ganz allgemein ist anzumerken, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und insgesamt die Erfindung auch bei einem vierpoligen Wechselstrom-Schaltgerät bzw. bei einem Wechselstrom-Schaltgerät mit noch höherer Polzahl realisiert werden kann.
  • In den Ausführungsbeispielen der Fign. 2 und 3 ist der Löschkondensator 32 zu mehreren in Reihe liegenden ersten Strombahnen 30 parallel geschaltet. Dadurch kann die Kapazität des Kondensators auf Grund der höheren Spannungsverfestigung der multiplizierten Trennstrecken reduziert werden.

Claims (7)

  1. Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen, mit
    - einem Gehäuse (12),
    - mindestens drei in dem Gehäuse (12) angeordneten Strombahnen (14), die in eine erste Gruppe mit mindestens einer ersten Strombahn (30) und in eine zweite Gruppe mit mindestens einer zweiten Strombahn (32) unterteilt sind, wobei jede Strombahn (14) ein bewegbares Schaltkontaktelement (20) und mindestens ein diesem zugeordnetes feststehendes Schaltkontaktelement (16,18) und mindestens eine Trennstrecke (22,24) aufweist, wobei jedes bewegbare Schaltkontaktelement (20) zum Kontaktieren des ihm zugeordneten feststehenden Schaltkontaktelements (16,18) in eine Schließstellung und zur Bildung der Trennstrecke (22,24) zwischen dem bewegbaren Schaltkontaktelement (20) und dem feststehenden Schaltkontaktelement (16,18) in eine Öffnungsstellung bewegbar ist und sämtliche bewegbaren Schaltkontaktelemente (20) gemeinsam aus ihren Öffnungsstellungen in ihre Schließstellungen und umgekehrt bewegbar sind, und
    - einem Löschkondensator (28) zum Verhindern des Entstehens und/oder zum Löschen eines potentiellen, sich längs mindestens einer der Trennstrecken (22,24) bildenden Lichtbogens,
    - wobei der Löschkondensator (28) parallel zu mindestens einer Trennstrecke (22,24) der mindestens einen ersten Strombahn (30) geschaltet ist und die mindestens eine zweite Strombahn (32) frei von dem bzw. einem Löschkondensator (28) ist und
    - wobei die mindestens eine zweite Strombahn (32) in Reihe zu der mindestens einen ersten Strombahn (30) schaltbar ist.
  2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Löschkondensator (28) ein Entladungswiderstand (34) geschaltet ist.
  3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Strombahn (14) ein bewegbares Schaltkontaktelement (20) und zwei einander gegenüberliegende, feststehende Schaltkontaktelemente (16,18) aufweist, die in der Schließstellung des bewegbaren Schaltkontaktelements (20) über dieses elektrisch miteinander verbunden sind, wobei sich in der Öffnungsstellung des bewegbaren Schaltkontaktelements (20) zwischen diesem und jedem der feststehenden Schaltkontaktelemente (16,18) jeweils eine Trennstrecke (22,24) ausbildet, und dass der Löschkondensator (28) parallel zu beiden Trennstrecken (22,24) mindestens einer derartigen ersten Strombahn (30) geschaltet ist.
  4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Schaltschloss (26) zur gleichzeitigen Betätigung der bewegbaren Schaltkontaktelemente (20) sämtlicher Strombahnen (16) und zur Verriegelung der bewegbaren Schaltkontaktelemente (20) in deren Schließstellung.
  5. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe von Strombahnen mindestens zwei in Reihe liegende erste Strombahnen (30) aufweist und dass der Löschkondensator (28) parallel zur Reihenschaltung der mindestens zwei ersten Strombahnen (30) geschaltet ist.
  6. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe von Strombahnen mindestens zwei zweite Strombahnen (32) aufweist, von denen eine in Reihe mit der mindestens einen ersten Strombahn (30) geschaltet ist.
  7. Verwendung eines Schaltgeräts für Wechselstrom-Anwendungen mit
    - einem Gehäuse (12) und
    - mindestens drei in dem Gehäuse (12) angeordneten Strombahnen (14), die in eine erste Gruppe mit mindestens einer ersten Strombahn (30) und in eine zweite Gruppe mit mindestens einer zweiten Strombahn (32) unterteilt sind, wobei jede Strombahn (14) ein bewegbares Schaltkontaktelement (20) und mindestens ein diesem zugeordnetes feststehendes Schaltkontaktelement (16,18) und mindestens eine Trennstrecke (22,24) aufweist, wobei jedes bewegbare Schaltkontaktelement (20) zum Kontaktieren des ihm zugeordneten feststehenden Schaltkontaktelements (16,18) in eine Schließstellung und zur Bildung der Trennstrecke (22,24) zwischen dem bewegbaren Schaltkontaktelement (20) und dem feststehenden Schaltkontaktelement (16,18) in eine Öffnungsstellung bewegbar ist und sämtliche bewegbare Schaltkontaktelemente (20) gemeinsam aus ihren Öffnungsstellungen in ihre Schließstellungen und umgekehrt bewegbar sind,
    als Schaltgerät für Gleichstrom-Anwendungen, indem
    - ein Löschkondensator (28) parallel zu mindestens einer Trennstrecke (22,24) der mindestens einen ersten Strombahn (30) geschaltet wird und die mindestens eine zweite Strombahn (32) frei von einem Löschkondensator (28) ist und die mindestens eine zweite Strombahn (32) in Reihe zu der mindestens einen ersten Strombahn (30) geschaltet wird.
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