DE3736165C2 - Circuit breaker - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, der in einem Isolier- und Löschmedium enthaltenden Schalterge häuse Schaltorgane aufweist, mit einem ersten, festen Kontakt, der mit einem ersten Teil der Strombahn verbunden ist, einem zweiten, beweglichen Messerkontakt, der an seinem einen Ende schwenkbar angelenkt ist, so daß der Spitzenteil des Messerkontaktes einer kreisbogenförmigen Bahn entlang läuft, und welcher Messerkontakt mit einem zweiten Teil der Strombahn verbunden ist, und einer ring förmigen Lichtbogenelektrode, die von einer Spule umgeben ist, die elektrisch in Serie mit der Lichtbogenelektrode und dem ersten Kontakt geschaltet und zwischen diesen angeordnet ist, wobei der Spitzenteil des Messerkontaktes in der EIN-Stellung des Schalters den ersten, festen Kontakt berührt, und beim Öffnen des Schalters zuerst ein Lichtbogen zwischen dem festen Kontakt und dem Messerkon takt und danach zwischen dem Messerkontakt und der Licht bogenelektrode entsteht, wobei ein von der Spule verur sachtes Magnetfeld den Lichtbogen in Drehung versetzt und ihn löscht.The invention relates to a circuit breaker, which in a switch containing containment and extinguishing medium Housing switching elements, with a first, fixed Contact that is connected to a first part of the current path is, a second, movable knife contact, the is hinged at one end so that the Tip part of the knife contact of a circular arc Path runs along, and which knife contact with one second part of the current path is connected, and a ring shaped arc electrode surrounded by a coil which is electrically in series with the arc electrode and the first contact and between them is arranged, the tip part of the knife contact in the ON position of the switch the first, fixed Contact touched, and first when opening the switch Arc between the fixed contact and the knife cone clock and then between the knife contact and the light arc electrode arises, causing one of the coil gentle magnetic field rotates the arc and clears it.
Es ist allgemein bekannt, bei Stromschaltern eine Spule zu verwenden, die den Lichtbogen in Drehung versetzt. Beson ders nützlich ist sie bei Schaltern, die Schwefelhexa fluorid (SF₆) als Isolier- und Löschmedium des Gehäuses verwenden.It is generally known to open a coil in current switches use that rotates the arc. Especially it is also useful for switches, the sulfur hexa fluoride (SF₆) as the insulating and extinguishing medium of the housing use.
Bei solchen, die Technik eines rotierenden Lichtbogens benutzenden Schaltern war es immer schwer, zuverlässig zu sichern, daß der Lichtbogen in Drehung versetzt wird, und gleichzeitig doch eine Einrichtungskonstruktion zu schaffen, die so einfach wie möglich und wirtschaftlich lohnend ist. Zur Lösung dieser Probleme wurde schon früher eine Schalterkonstruktion entwickelt, in der der beweg liche Kontakt an seinem einen Ende angelenkt ist, wobei die Bewegungsbahn des Kontakts mit Hilfe der Gelenkstelle leicht zu bestimmen ist, und keine extra Steuerungen nötig sind. Auch Steuerelemente zum Bewegen des Kontakts sind dabei einfach auszuführen.In such cases, the technique of a rotating arc it was always difficult to use reliable switches ensure that the arc is rotated, and at the same time a furnishing construction too create that as simple as possible and economical is worthwhile. To solve these problems has been done before developed a switch construction in which the mov Liche contact is articulated at one end, wherein the trajectory of contact with the joint is easy to determine and no additional controls are required are. There are also controls for moving the contact easy to do.
Ein Nachteil solcher Schalter war jedoch früher, daß der Strom in der EIN-Stellung der Kontakte über eine Spule lief und sie warm machte.A disadvantage of such switches was, however, that the Current in the ON position of the contacts via a coil ran and made her warm.
Die europäische Patentschrift 11 972 beschreibt einen Schalter, bei dem auch dieser Nachteil eliminiert ist. Der Schalter weist somit einen an seinem einen Ende angelenk ten, messerartigen Kontakt auf, dessen Spitzenteil einer kreisbogenförmigen Bahn entlang läuft. Eine ein Magnetfeld bildende Spule befindet sich außerhalb der Strombahn, wenn die Kontakte in der EIN-Stellung sind. Der messerartige Kontakt läuft beim Übergang zur AUS-Stellung gegen die Achse der Spule so, daß er eine Lichtbogenelektrode in kurzer Entfernung passiert und in seiner AUS-Stellung parallel zu der Achse der Spule bleibt. Der Nachteil dieser Konstruktion ist jedoch ihr mangelhaftes Aus schaltvermögen in dem ganzen Strombereich. Bei schwachen Strömen sind die magnetischen Kräfte nämlich nicht groß genug, den Fußpunkt des Lichtbogens zu der ringförmigen Lichtbogenelektrode, d. h. zu dem Lichtbogenring, zu ver schieben.European patent specification 11 972 describes one Switch that also eliminates this disadvantage. Of the Switch thus has an articulated at one end th knife-like contact, the tip part of one circular arc running along. A magnetic field forming coil is outside the current path when the contacts are in the ON position. The knife-like Contact runs against the at the transition to the OFF position Axis of the coil so that it has an arc electrode in it happened a short distance away and in its OFF position remains parallel to the axis of the coil. The disadvantage this construction, however, is its deficient end switching capacity in the entire current range. With weak ones The magnetic forces are not great for currents enough to base the arc to the ring-shaped Arc electrode, d. H. to the arc ring, ver push.
Bekannt ist ferner eine Schaltvorrichtung, bei der der bewegliche Kontakt hinsichtlich der Lichtbogenelektrode so angeordnet ist, daß sein Spitzenteil zwischen der EIN- und AUS-Stellung einen galvanischen Kontakt mit der Licht bogenelektrode bewirkt (US 38 89 082).Also known is a switching device in which the movable contact with respect to the arc electrode so is arranged that its tip part between the ON and OFF position a galvanic contact with the light arc electrode causes (US 38 89 082).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den in der EP 11 972 B1 beschriebenen Leistungsschalter so zu ver bessern, daß eine zuverlässige Ausschaltung im ganzen Strombereich erreicht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Messerkontakt hinsichtlich der Lichtbogen elektrode so angeordnet ist, daß sein Spitzenteil zwischen der EIN- und AUS-Stellung des Schalters einen galvanischen Kontakt mit der Lichtbogenelektrode bewirkt.The invention is based, in the Circuit breakers described in EP 11 972 B1 improve that a reliable shutdown overall Current range is reached. This will accomplish this task solved that the knife contact regarding the arcing electrode is arranged so that its tip part between the ON and OFF position of the switch is galvanic Contact with the arc electrode causes.
Der erfinderischen Grundgedanke ist es, zu sichern, daß der eine Fußpunkt des Lichtbogens auch bei schwachen Strömen zum festen Kontakt zu dem Lichtbogenring wechselt, und zwar dadurch, daß der Spitzenteil des Messerkontaktes den Lichtbogenring berührt, wenn er ihn passiert.The basic idea of the invention is to ensure that the one base of the arc even with weak ones Current changes to firm contact to the arc ring, and that in that the tip part of the knife contact touches the arc ring when it passes it.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Lichtbogenring ein aus Wolframkupfer ausgeform tes, auswärtsragendes Kommutierungsstück auf, das der Spitzenteil des Messerkontaktes während seiner Bewegung berührt.According to an advantageous embodiment of the invention the arc ring is formed from tungsten copper tes, outwardly projecting commutation piece that the Tip part of the knife contact during its movement touched.
Durch Gebrauch paralleler Messer in dem Messerkontakt wird eine möglichst billige und zuverlässige Kontaktkonstruk tion erhalten. Deshalb ist das auswärtsragende Kommu tierungsstück der vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schmäler als der feste Kontakt, d. h. schmäler als der Abstand zwischen den parallelen Messern in der EIN-Stellung des Schalters.By using parallel knives in the knife contact a cheap and reliable contact structure tion received. That is why the commu is outstanding tion piece of the advantageous embodiment of the Invention narrower than the fixed contact, i. H. narrower than the distance between the parallel knives in the ON position of the switch.
Außerdem ist es vorteilhaft, den Messerkontakt hinsicht lich des Lichtbogenrings so anzuordnen, daß sein Gelenk punkt sich außerhalb der Mittelachse der Spule befindet, und daß der Messerkontakt in der EIN-Stellung des Schalters parallel zu der Mittelachse der Spule ist. So wird bewirkt, daß der Spitzenteil des Messerkontakts sich in der AUS-Stellung weit entfernt von dem Lichtbogenring befindet. Dies verbessert bedeutend die Spannungs festigkeit der Schaltstrecke und das Ausschaltvermögen von schwachen Strömen so, daß der Durchmesser der Spule beim Übergang zu einer höheren Spannung nicht vergrößert werden braucht. Auch die Außenmaße des Schalters werden somit klein.It is also advantageous to look at the blade contact Lich to arrange the arc ring so that his joint point is outside the central axis of the coil, and that the knife contact in the ON position of the Switch is parallel to the central axis of the coil. So causes the tip part of the knife contact to come off far from the arc ring in the OFF position located. This significantly improves tension strength of the switching path and the breaking capacity of weak currents so that the diameter of the coil when Transition to a higher voltage cannot be magnified needs. The outer dimensions of the switch are thus also small.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die
Beispiele gemäß den beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
die Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Schalterkonstruktion in der EIN-
Stellung,
die Fig. 2 eine Draufsicht der Schalterkon
struktion von der Richtung der Linie II-II der Fig. 1,
die Fig. 3 eine Seitenansicht der Schalterkon
struktion der Fig. 1, aber in einer Stellung, in der
der Messerkontakt einen galvanischen Kontakt mit der
Lichtbogenelektrode bewirkt, und
die Fig. 4 auch eine Seitenansicht der Schalter
konstruktion in der AUS-Stellung des Schalters.The invention is described in more detail below with reference to the examples according to the accompanying drawings. In the drawings Fig. 1 shows a side view of a switch structure according to the invention in the ON position,
Fig. 2 is a plan view of the constructive Schalterkon tion of the direction of line II-II of Fig. 1,
Fig. 3 is a side view of the constructive Schalterkon tion of FIG. 1, but in a position in which the knives contact causes a galvanic contact with the arc electrode, and
Fig. 4 is also a side view of the switch construction in the OFF position of the switch.
Die Figuren zeigen nur die für die Erfindung wesentlichen Teile, und zum Beispiel die Gehäusekon struktion wird in keinen anderen Figuren als in Fig. 1 gezeigt.The figures show only the parts essential to the invention, and for example the housing construction is shown in no other figures than in Fig. 1.
In Fig. 1 wird eine in einem Gehäuse 1 an gebrachte Schalterkonstruktion gezeigt. Das Gehäuse ist gasdicht und enthält ein Lösch- und Isoliermedium, das vorzugsweise Schwefelhexafluorid (SF₆) ist. Die Schalterkonstruktion umfaßt einen langgestreckten, festen Kontakt 2, der mit einem ersten Teil 3a der Strombahn verbunden ist, und einen beweglichen Messer kontakt 4, der aus zwei parallelen Messern 4a und 4b (Fig. 2) besteht. Der Messerkontakt 4 ist mit einem zweiten Teil 3b der Strombahn verbunden. Auf dem festen Kontakt 2 ist eine ringförmige Lichtbogenelektrode, d. h. ein Lichtbogenring 5 angeordnet, der von einer Spule 6 umgeben ist. Die Spule ist schmäler als der Lichtbogenring 5, und sie ist elektrisch in Serie mit dem Lichtbogenring geschaltet, wobei ein Lichtbogenstrom von dem Lichtbogenring 5 über die Spule 6 zu dem festen Kontakt 2 läuft. Der Lichtbogenring 5 ist mittels eines Isolierstücks 7 an dem festen Kontakt 2 befestigt. Am unteren Teil des Lichtbogenrings 5 ist außerdem ein Kommutierungsstück 8 angeordnet, das an der End fläche des Lichtbogenrings 5 vorspringt. Der Messer kontakt 4 ist an seinem dem zweiten Teil 3b der Strom bahn zugewandten Ende mittels eines Gelenkzapfens 9 so angelenkt, daß die Messer 4a und 4b sich in einer später zu beschreibenden Weise um eine Gelenkachse A (Fig. 2) drehen. Die Gelenkstelle der Messer befindet sich auch in der Mittelebene C des festen Kontakts 2, und in der EIN-Stellung des Schalters gemäß Fig. 1 sind die Messer 4a und 4b wesentlich parallel zu der Mittelachse B der Spule 6. Ungefähr in der Mitte der Messer ist ein Steuerarm 10 angelenkt, der seiner seits mit einem zweiten Steuerarm 11 durch ein Gelenk verbunden ist. Mit Hilfe der Steuerarme 10 und 11 wird der Messerkontakt 4 in einer später anzufüh renden Weise mit außerhalb des Gehäuses 1 befindlichen Steuerelementen bewegt. Die Steuerelemente sind nicht einzeln angeführt, weil sie zu dem Umfang der eigent lichen erfinderischen Idee nicht gehören.In Fig. 1, a switch construction shown in a housing 1 is shown. The housing is gas-tight and contains an extinguishing and insulating medium, which is preferably sulfur hexafluoride (SF₆). The switch construction comprises an elongated, fixed contact 2 , which is connected to a first part 3 a of the current path, and a movable knife contact 4 , which consists of two parallel knives 4 a and 4 b ( Fig. 2). The knife contact 4 is connected to a second part 3 b of the current path. On the fixed contact 2 there is an annular arc electrode, ie an arc ring 5 , which is surrounded by a coil 6 . The coil is narrower than the arc ring 5 and is electrically connected in series with the arc ring, with an arc current running from the arc ring 5 through the coil 6 to the fixed contact 2 . The arc ring 5 is fastened to the fixed contact 2 by means of an insulating piece 7 . At the lower part of the arc ring 5 , a commutation piece 8 is also arranged, the surface of the arc ring 5 protrudes at the end. The knife contact 4 is articulated at its second part 3 b of the stream end facing by means of a hinge pin 9 so that the knives 4 a and 4 b rotate in a manner to be described later about a hinge axis A ( FIG. 2). The hinge point of the knives is also in the central plane C of the fixed contact 2 , and in the ON position of the switch according to FIG. 1, the knives 4 a and 4 b are substantially parallel to the central axis B of the coil 6 . A control arm 10 is articulated approximately in the middle of the knives and is in turn connected to a second control arm 11 by a joint. With the help of the control arms 10 and 11 , the knife contact 4 is moved in a manner to be carried out later with controls located outside the housing 1 . The controls are not listed individually because they do not belong to the scope of the actual inventive idea.
In Fig. 2 werden Federn 12 schematisch gezeigt, womit die Messer 4a und 4b gegen einander gepreßt werden, um eine geeignete Kontaktkraft an Kontaktflächen zu bewirken. Wenn der Strom in den parallelen Messern 4a und 4b läuft, werden sie gegen einander gezogen, weshalb die Kontaktkraft größer wird, wenn es nötig ist. So ist es möglich, eine kleine Kontaktkraft gebende Federn zu verwenden, und ein hohes mechanisches Alter für die Kontakte zu erreichen. Aus Fig. 2 ist auch ersichtlich, daß das an der Endfläche des Lichtbogen rings 5 vorspringende Kommutierungsstück 8, das aus Wolframkupfer besteht, in der querlaufenden Richtung der Messer schmäler ist als der gegenseitige Abstand zwischen den Messern 4a und 4b in der EIN-Stellung des Schalters.In Fig. 2 springs 12 are shown schematically, with which the knives 4 a and 4 b are pressed against each other in order to bring about a suitable contact force on contact surfaces. When the current in the parallel knives 4 a and 4 b runs, they are drawn against each other, which is why the contact force increases when it is necessary. It is thus possible to use springs that give a small contact force and to achieve a high mechanical age for the contacts. From Fig. 2 it can also be seen that the on the end face of the arc ring 5 projecting commutation piece 8 , which consists of tungsten copper, is narrower in the transverse direction of the knife than the mutual distance between the knives 4 a and 4 b in the ON- Position of the switch.
Im folgenden wird die Funktion der erfindungs gemäßen Schalterkonstruktion außer unter Hinweis auf die Fig. 1 und 2, auch unter Hinweis auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. In der EIN-Stellung des Schalters berührt der Spitzenteil 4c eines Messerkontakts 4 einen festen Kontakt 2 gemäß den Fig. 1 und 2, wobei der Strom über den festen Kontakt 2 und Messer 4a und 4b aus einem ersten Teil 3a der Strombahn zu einem zweiten Teil der Strombahn läuft. Eine Öffnung des Schalters erfolgt mit den früher erwähnten Steuerele menten mit Hilfe von Steuerarmen 10 und 11. Am Anfang einer Ausschaltung lösen sich die Messer 4a und 4b von dem Hauptkontakt 2, wobei ein Lichtbogen zwischen den Messern und dem festen Kontakt 2 entsteht. Nachdem die Messer sich von dem festen Kontakt 2 gelöst haben, kommen sie unter der Einwirkung von Federn 12 aufeinander zu, wobei ihr Spitzenteil 4c einen galva nischen Kontakt mit einem Kommutierungsstück 8 bewirkt, das schmäler als der feste Kontakt ist. Diese Phase der Öffnungsbewegung wird in Fig. 3 gezeigt. Ein Teil des Stroms läuft jetzt über eine Spule 6 und löscht gewöhnlich schon in dieser Phase den Lichtbogen zwischen den Messern oder dem Kommutierungsstück und dem festen Kontakt 2. Während der Messerkontakt 4 seine Öffnungs bewegung gemäß dem Pfeil D der Fig. 3 fortsetzt, löst er sich von dem Koinmutierungsstück 8, wobei der eigentliche Lichtbogen zwischen dem Messerkontakt 4 und einem Lichtbogenring 5 (dem Kommutierungsstück 8) entsteht, d. h. der eine Fußpunkt des Lichtbogens hat sich jetzt von dem festen Kontakt 2 zu dem Lichtbogen ring 5 verschoben. Der Lichtbogenstrom läuft jetzt über die Spule 6, wobei das von der Spule verursachte Magnetfeld den Lichtbogen in einer bekannten Weise in Drehung versetzt und ihn löscht. Dadurch daß der Lichtbogenring 5 in der oben beschriebenen Weise mittels eines Isolierstücks 7 an dem festen Kontakt 2 befestigt wird, wird ein Rotieren des Lichtbogenrings 5 unter der Einwirkung magnetischer Kräfte verhindert, wodurch gesichert wird, daß das Kommutierungsstück 8 an seinem rechten Platz bleibt. Zugleich vermindern sich die sich auf die Spule 6 richtenden Beanspruchungen.In the following, the function of the switch construction according to the Invention is described with reference to FIGS. 1 and 2, also with reference to FIGS. 3 and 4. In the ON position of the switch of the tip member contacts 4 c a blade contact 4 has a fixed contact 2 as shown in FIGS. 1 and 2, wherein the current through the fixed contact 2 and knife 4 a and 4 b of a first part 3 a of the current path to a second part of the current path. An opening of the switch takes place with the control elements mentioned earlier with the aid of control arms 10 and 11 . At the beginning of a switch-off, the knives 4 a and 4 b detach from the main contact 2 , an arc being formed between the knives and the fixed contact 2 . After the knives have detached from the fixed contact 2 , they come together under the action of springs 12 , their tip part 4 c causing a galvanic contact with a commutation piece 8 , which is narrower than the fixed contact. This phase of the opening movement is shown in FIG. 3. Part of the current now runs over a coil 6 and usually extinguishes the arc between the knives or the commutation piece and the fixed contact 2 already in this phase. While the knife contact 4 continues its opening movement according to the arrow D in FIG. 3, it detaches itself from the commutation piece 8 , the actual arc occurring between the knife contact 4 and an arc ring 5 (the commutation piece 8 ), ie the one base point of the arc has now moved from the fixed contact 2 to the arc ring 5 . The arc current now runs over the coil 6 , the magnetic field caused by the coil causing the arc to rotate in a known manner and quenching it. By fixing the arc ring 5 in the manner described above by means of an insulating piece 7 to the fixed contact 2 , rotation of the arc ring 5 under the action of magnetic forces is prevented, thereby ensuring that the commutation piece 8 remains in its right place. At the same time, the stresses directed to the coil 6 are reduced.
Der Messerkontakt 4 setzt noch mit seiner Bewegung in die in Fig. 4 gezeigte AUS-Stellung des Schalters fort, wo der Spitzenteil 4c des Kontakts deutlich oberhalb der Mittelachse B der Spule 6 ge stiegen ist. Der Lichtbogen erlöscht entweder schon während der Bewegung des Messerkontakts 4 oder erst nachdem der Messerkontakt seine AUS-Stellung erreicht hat. Die Löschstelle ist von der Stromphase abhängig, d. h. von der Lage des Nullstelle des Stroms hinsichtlich des Ausschaltungsaugenblicks. In der AUS-Stellung befindet sich der Spitzenteil 4c der Messer weit entfernt von dem Lichtbogenring, wobei die Schaltstrecke eine gute Spannungsfestigkeit aufweist.The knife contact 4 continues with its movement into the OFF position of the switch shown in FIG. 4, where the tip part 4 c of the contact has risen significantly above the central axis B of the coil 6 . The arc extinguishes either while the knife contact 4 is moving or only after the knife contact has reached its OFF position. The clearing point depends on the current phase, ie on the position of the zero point of the current with regard to the instant of switching off. In the OFF position, the tip part 4 c of the knife is located far from the arc ring, the switching path having a good dielectric strength.
Obgleich die Erfindung oben unter Hinweis auf die Beispiele gemäß den beigefügten Zeichnungen beschrieben wird, ist es klar, daß sie sich nicht darauf beschränkt, sondern sie kann im Rahmen der in den beigefügten Patentansprüchen angeführten erfinde rischen Idee variiert werden. So können zum Beispiel die Federn oder die Feder, die die Messer gegen einander ziehen oder zieht, sich auch zwischen den Messern befinden. Der Messerkontakt kann auch aus einem Messer bestehen, wobei das Kommutierungsstück 8 z. B. mit vorspringenden Verzweigungen versehen wäre, zwischen welchen das Messer laufen würde. Durch eine solche Anordnung würde jedoch schon ein Teil der oben beschriebenen Vorteile der Konstruktion verloren gehen.Although the invention is described above with reference to the examples according to the accompanying drawings, it is clear that it is not limited to this, but it can be varied within the scope of the inventive idea set out in the appended claims. For example, the springs or the spring that pulls or pulls the knives against each other can also be located between the knives. The knife contact can also consist of a knife, the commutation piece 8 z. B. would be provided with protruding branches between which the knife would run. With such an arrangement, however, some of the advantages of the construction described above would be lost.
Claims (5)
- - einem ersten, festen Kontakt, der mit einem ersten Teil der Strombahn verbunden ist,
- - einem zweiten, beweglichen Messerkontakt, der an seinem einen Ende schwenkbar angelenkt ist, so daß der Spitzenteil des Messerkontakts einer kreisbogen förmigen Bahn entlang läuft, und welcher Messerkontakt mit einem zweiten Teil der Strombahn verbunden ist, und
- - einer ringförmigen Lichtbogenelektrode, die von einer Spule umgeben ist, die elektrisch in Serie mit der Lichtbogenelektrode und dem ersten Kontakt geschaltet und zwischen diesen angeordnet ist,
- a first, fixed contact which is connected to a first part of the current path,
- - A second, movable knife contact, which is pivotally articulated at one end, so that the tip part of the knife contact runs along an arcuate path, and which knife contact is connected to a second part of the current path, and
- an annular arc electrode which is surrounded by a coil which is electrically connected in series with the arc electrode and the first contact and is arranged between them,
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