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Selbstschalter
Die Erfindung betrifft einen Selbstschalter für kurzschlussstrombegrenzende Ausschaltung mit durch ein Schaltschloss verklinktem Kontaktsystem, dessen beweglicher Kontakthebel durch eine den Kontaktdruck erzeugende Feder mit einem Antriebsgestänge gekuppelt ist, dessen Antriebsachse durch das Schaltschloss verklinkt ist, wobei das Kontaktsystem eine Stromschleife bildet und der bewegliche Kontakthebel einer durch diese Stromschleife erzeugten dynamischen Kraft in öffnendem Sinne ausgesetzt ist.
Es sind Drehstromleistungsschalter bekannt, deren Schaltstücke mit Hilfe elektrodynamischer Kräfte so frühzeitig öffnen, dass eine strombegrenzende Ausschaltung erzielt wird. Bei Geräten dieser Art mUssen die Schaltstücke bereits in der ersten Halbwelle, dem sogenannten Stoss-Kurzschlussstrom, getrennt werden.
Um ein Zurückprellen der zumeist in diesem Fall gegen eine Kontaktfeder anarbeitenden beweglichen Polbahn zu vermeiden, werden beispielsweise magnetische Auslöser eingesetzt, die in jedem Schaltpol nach dem Aufschleudem der Kontaktstücke in diesen die Aufhebung einer Sperre bewirken. Erst hienach werden die Polbahnen in die volle Öffnungsstellung gebracht und somit für eine neue Zuschaltung bereitgehalten.
Da strombegrenzende Leistungsschalter auch für den Motorschutz Verwendung finden sollen, dürfen sie erst nach einer bestimmten, zumeist fest eingestellten Zeit ansprechen, um beispielsweise MotorAnlaufströme führen zu können, ohne dass eine Auslösung einsetzt. Bei der Auswahl dieses Bereiches, der zumeist ein Mehrfaches des Schalternennstromes beträgt, wird angestrebt, dass die beweglichen Schaltstücke noch keine Kontaktkraftschwäche-Beeinflussung durch elektrodynamische Kräfte erfahren. Man will auch verhindern, dass bei diesen Strömen eine kurzzeitige Aufhebung des Kontaktschlusses einsetzt, die gegebenenfalls bei einer nicht sofort nachfolgenden Auslösung zur Verschweissung an den Kontaktstellen führt.
In Fig. l der Zeichnungen ist dies bereits durch das Intervall n. Jn - Jn gekennzeichnet. Hierin bedeutet Jn den Nennstrom des Gerätes, n. Jn ein bestimmtes Vielfaches dieses Nennstromes ; n kann beispielsweise 6 - 10 betragen. Darüber'hinaus gibt es auch bei strombegrenzenden Leistungsschaltern, deren Schaltstücke in direkter Abhängigkeit vom Hauptstrom durch elektrodynamische Kräfte getrennt werden, ein Stromgebiet, in dem die beweglichen Schaltstücke beginnen, den Kontaktschluss aufzuheben, ohne dass einevollständige Trennung einsetzt.
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zung bereitgestellten Schaltpoles. Dieses kritische Gebiet, in dem die Schaltstücke zwar abheben, aber nicht vollständig öffnen, versuchte man durch die Auswahl eines bestimmten, möglichst schweissfesten Kontaktmaterials zu beherrschen.
Derartige Stoffe bestehen in der Mehrzahl aus Verbundmetallen, von denen nur einige genannt sein mögen : Silber-Wolfram, Kupfer-Wolfram, Silber-Graphit, Silber-Cadmium-Oxyd u. a.
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Verbundmetalle sind nachteilig für den zügigen Ablauf des Schaltlichtbogens. Bei Schaltstücken, die mit Auflagen dieser Art versehen sind, wandert der Lichtbogen nur ungenügend und äusserst langsam aus der Kontakttrennstelle. Da die Stoffe der sogenannten Wolfram-Kohlegruppe angehören, ist bei ihnen mit einer sehr starken Emission für die Elektronen-Erzeugung zu rechnen, was gleichbedeutend ist mit einer intensiven Aufheizung der vom Lichtbogen beaufschlagten Stellen, wobei die Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens selbst unter Magnetfeld-Beeinflussung stark abnimmt.
Fig. 2 zeigt schematisch das Schalt-Oszillogramm eines strombegrenzenden Leistungsschalters, der einmal an den Schaltstücken mit Verbundmetall-Auflage und zum andern Mal mit reinem Kupfer bei gleichem Schaltzustand arbeitet. Man erkennt, dass der Lichtbogenspannungsverlauf u"charakteristisch für die Schaltung mit Verbundmetallen ist. Der zugehörige Durchlassstrom J"D liegt erheblich höher als der im gleichen Schaltzustand gewonnene Durchlassstrom J'mit Kupferkontakten. Desgleichen ist der zugehörige Lichtbogenspannungsverlauf ul erheblich steiler, was einem besonders guten und nicht gehemmten Lichtbogenablauf entspricht.
Fig. 2 zeigt, dass bei Einsatz zweier verschiedener Kontaktmaterialien erhebliche Unterschiede in der Durchlassstromhöhe und den zur Strom-Zeitfläche gehörigen/i dt-Werten bestehen. Dass anderseits mit der günstigeren Wahl des Schaltstückmaterials auch eine geringere Schaltarbeit für die Lichtbogenlöschkammer erzielt werden kann, und dass eine wirksamere Strombegrenzung für den zu schützenden Anlagenteil erreicht wird, sei noch erwähnt.
Schaltstücke strombegrenzender Leistungsschalter, die mit einem für den Lichtbogenablauf optimal günstigen Werkstoff belegt werden, sind jedoch in dem genannten Bereich (n + v) J-n. Jn nicht schweissfest. Um diesen Nachteil zu vermeiden und den besonders grossen Vorteil des möglichst günstigen
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de Ausschaltung der eingangs beschriebenen Art die Anordnung so getroffen, dass die Kontaktdruckkraft der Feder, die auf eine Verklinkung zwischen dem beweglichen KontaktheDel und der Feder einwirkt, einerseits und die in öffnendem Sinne wirkenden dynamischen Kräfte anderseits so aufeinander abgestimmt sind, dass bis zu einem betriebsmässig bedingten n-fachen Wert des Nennstromes die Kontaktöffnung durch Entklinkung des Schaltschlosses seitens des normalen Auslösers erfolgt,
dass ferner oberhalb dieses n-fachen Wertes des Nennstromes und Abnehmens der Kontaktkraft an den Kontaktstellen infolge gleicher oder geringfügig höherer dynamischer Stromschleifenkraft als der Kraft der Feder durch einen besonderen, magnetischen Auslöser, der durch einen Mitnehmer auf den beweglichen Kontakthebel einwirkt, die Kontakt- öffnung eingeleitet, unter Lösung der Verklinkung durch gemeinsame magnetische und Stromschleifenkräfte der bewegliche Kontakthebel in die volle Öffnungsstellung gebracht wird, und dass schliesslich bei oberhalb dieser Ströme liegenden Überströmen die dynamische Schleifenkraft allein unter Entklinkung der Kontaktkraftfeder den beweglichen Kontakthebel in die volle Ausschaltstellung bringt.
Dadurch wird erreicht, dass ein solcher Selbstschalter die ihm gestellten Anforderungen erfüllt und dar- über : hinaus in der Lage ist, den für den Drehstromschutz bereitgestellten Leistungsschalter auch als echten Gleichstromschnellschalter für den Gleichstrom-Kurzschlussschutz zu verwenden.
In den Zeichnungen ist in Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Der Strom i fliesst über das feste Kontaktstück l, das bewegliche Schaltstück 2 mit dem flexiblen Band 3 zum unteren Anschluss 4. Das Schaltstück 2 ist mit einem Schwenkarm 5 drehbar bei 5'gekuppelt und wird über den festen Drehpunkt 6 gegen die Isolierstofftraverse 7 abgestützt. Der Schwenkarm 5 besitzt ausserdem ein Schaltstück 5", das beim Schwenken um den Drehpunkt 6 die Kontaktbahn 2 mitnimmt. Diese wird durch eine Feder 8 an der Verklinkungsstelle 9 gegen das feste Schaltstück 1 gepresst. Die Feder 8 nebst Verklinkungsstelle 9 stellt die Kupplung zwischen dem Schaltstück (Hebel) 2 und dem von der Schaltermechanik verstellbaren Gestänge 12, 12 1 dar. Der Hebel 12 ist bei 13 drehbar gelagert.
Der Schalthebel 2 ist in der Lage, bei einer hohen Kurzschlussstrombelastung durch elektrodyna- mische Kräfte, hervorgerufen durch antiparallele Strompfade und durch die Kontaktengestelle um 5 I zu schwenken und die Verklinkungsstelle 9 in kürzester Zeit zu lösen, so dass damit die Feder 8 wirkungslos wird.
Die Kontaktbahn 2 öffnet hiebei vollständig in dem gemäss Fig. l dargestellten Bereich J > (n+ ! ) n.
Bleiben die Kurzschlussströme in ihrer Grössenordnung in dem Intervall (n + u) Jn - n. Jn, so wäre lediglich mit einer Kontaktabhebung zu rechnen, da die elektrodynamischen Kräfte zum vollständigen Aufschleudern der Kontaktbahn 2 entgegen der Kraft der Feder 8 nicht ausreichen. In diesem Bereich wird nunmehr ein schnell arbeitender magnetischer Auslöser 10 eingesetzt, der in dem Motoranfahrbereich zwar unwirksam ist, dagegen die vollständige Öffnung des Schalterpoles in dem kritischen
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Bereich bewirkt.
Dieser magnetische Auslöser öffnet mit Hilfe der Zugstange 11, die direkt mit dem magnetischen
Anker gekuppelt ist, die Kontaktbahn 2 bereits in der ersten Halbwelle vollständig. Im oberen Bereich des Intervalles (n + v) in-n. J, wirken ausserdem Anteile elektrodynamischer Kräfte bei der Öffnung mit. Der mechanische Ablauf ist hiebei folgender : Der Magnetanker dreht mit Hilfe der Zugstange 11 den Schwenkarm 5 um den festen Drehpunkt 6, wobei die Kuppelwelle 5'die Kontaktbahn 2 aus der Klinke 9 herausdreht.
Gleichzeitig nimmt der Mitnehmer 5" die Kontaktbahn 2 mit und drückt diese in die Aus- gangsstelle. Ein Schweissen der Schaltstücke kann also in diesem bisher kritischen Gebiet nicht mehr auf- treten. Den zur vollständigen Öffnung der Polbahn nicht ausreichenden elektrodynamischen Kräften wer- den damit magnetische Kräfte überlagert, so dass auch in dem bisher unsicheren Gebiet eine einwand- freie Öffnung der Kontaktstücke erzielt werden kann.
Unabhängig von diesen, bei hohen Überströmen erfolgenden Kontaktöffnungen werden durch be- triebsmässige Überlastungen an sich bekannte Auslöser wirksam, die über ein verklinktes Schaltschloss die Antriebswelle 14 die Schaltermechanik zur Kontaktöffnung freigeben.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass sie auch für den Kurzschlussschutz in Gleichstromanlagen anwendbar ist. Es ist bekannt, dass strombegrenzende Drehstromleistungsschalter höherer Nennstromstufen nicht ohne weiteres für den Gleichstromschutz verwendet werden können. Entweder reichen die elektro- dynamischen Kräfte zur selbständigen Öffnung der Polbahn nicht aus oder sie sind wegen der zumeist viel geringeren Stromanstiegswerte bei Gleichstrom erst sehr spät oder gar nicht wirksam.
Auch diesen Nachteil beseitigt die Kombination von elektrodynamischer und magnetischer Auslösung vollständig. Der gleiche Schaltertyp lässt sich so durch den Einsatz eines direkt auf den Kontakt wirkenden Magnetantriebes auch für den Gleichstrom-Kurzschlussschutz verwenden. Hier arbeitet dieses Gerät wie ein normaler Gleichstromschnellschalter.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbstschalter für kurzschlussstrombegrenzende Ausschaltung, mit durch ein Schaltschloss verklinktem Kontaktsystem, dessen beweglicher Kontakthebel durch eine den Kontaktdruck erzeugende Feder mit einem Antriebsgestänge gekuppelt ist, dessen Antriebsachse durch das Schaltschloss verklinkt ist, wobei das Kontaktsystem eine Stromschleife bildet und der bewegliche Kontakthebel einer durch diese Stromschleife erzeugten dynamischen Kraft in öffnendem Sinne ausgesetzt ist, wobei die dynamische Kraft durch eine Kraft eines elektromagnetischen Auslösers verstärkt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktdruckkraft der Feder (8), die auf eine Verklinkung (9) zwischen dem beweglichen Kontakthebel (2) und der Feder einwirkt, einerseits und die in öffnendem Sinne wirkenden dynamischen Kräfte anderseits so aufeinander abgestimmt sind,
dass bis zu einem betriebsmässig bedingten n-fachen Wert des Nennstromes die Kontaktöffnung durch Entklinkung des Schaltschlosses seitens des normalen Auslösers erfolgt, dass ferner oberhalb dieses n-fachen Wertes des Nennstromes undAbnehmens der Kontaktkraft an den Kontaktstellen infolge gleicher oder geringfügig höherer dynamischer Stromschleifenkraft als der Kraft der Feder (8) durch einen besonderen, magnetischen Auslöser (10), der durch einen Mitnehmer (5") auf den beweglichen Kontakthebel (2) einwirkt, die Kontaktöffnung eingeleitet, unter Lösung der Verklinkung (9) durch gemeinsame magnetische und Stromschleifenkräfte derbewegliche Kontakthebel (2) in die volle Öffnungsstellung gebracht wird,
und dass schliesslich bei oberhalb dieser Ströme liegenden Überströmen die dynamische Schleifenkraft allein unter Entklinkung der Kontaktkraftfeder (8) den beweglichen Kontakthebel (2) in die volle Ausschaltstellung bringt.