EP0138174B1 - Quenching device for an automatic circuit breaker - Google Patents
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- H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
- H01H9/443—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using permanent magnets
Definitions
- the invention relates to an extinguishing device for a circuit breaker, in particular an all-current circuit breaker, with a stack of several extinguishing plates which are placed next to one another in a housing chamber and which each have a funnel-shaped incision on the side facing a contact arrangement, with gradations towards the outer edges are, and with two on both sides of this incision transversely in front of the front edges of the quenching plates in the area of the contacts, the switching arc flanking insulating material plates, at least one of which covers a blowout magnet and the upper side of the insulating material plate facing the arc chamber is located above the upper edge of the gradation facing the incision is.
- a circuit breaker with such an extinguishing device is known.
- the blow magnet is glued to the back of the insulating plate so that it can be installed in the switch.
- the blow magnet is exposed to the switching arc on the side facing the extinguishing plates without protection. This is particularly disadvantageous when switching off direct currents, since the switching arc does not run into the stack of quenching plates. In unfavorable conditions, it stops in front of the front edges of the fire-extinguishing plates facing the insulating material and destroys the blow magnet.
- a line circuit breaker with an extinguishing device is known from DE-AS 2716619, in which one insulating material plate is made of ceramic and the other is made of gas-emitting material with a soft magnetic iron insert.
- This increases the running speed of the switching arc from the contact point in the direction of the quenching plates.
- the gas-emitting insulating material plate has a cooling effect on the running arc. The purpose of these measures is to improve the switching capacity of current-limiting switches.
- the invention is based on the object of improving the extinguishing device mentioned at the outset in such a way that, in particular in the case of all-current circuit breakers, the arc is reliably extinguished even at low direct currents.
- the extinguishing device should be able to be classified into the usually existing pure AC switch series with as few changes as possible and should be designed to be easy to assemble in order to obtain a supplementary series which can be produced as inexpensively as possible.
- the invention has the advantage that the gradation allows the arc pillar to come into contact with the front edges of the quenching plates over a large area, as a result of which considerably improved heat removal and good cooling of the switching arc is brought about.
- the cross section of the arc column is reduced by including it in the channel-like depression formed by the gradation in connection with the closely fitting insulating material plate. This reduces the amount of electrons and ions that keep the switching arc conductive, and the resulting increased arc voltage leads to a reliable extinguishing of the switching arc.
- the same stack of quenching plates can be used with a symmetrical design of the quenching plates for DC and AC circuit breakers.
- a change from the design customary in the case of pure AC circuit breakers means only the blow magnet and the stepped insulating plate covering it. This holds the only inserted blow magnet in connection with the housing in the specified position without gluing or other joining processes. The entire arrangement is easy to assemble and therefore requires only low costs.
- the insulating material plate securely flanks the switching arc and on the one hand prevents it from reaching the edges of the blow magnet and possibly destroying it, while on the other hand it can run well into the quenching plate contour.
- the extinguishing device shown is housed in a housing chamber 1 of a switch housing formed from a lower part la and an upper part 1.
- the housing chamber is filled with a stack of, for example, 12 quenching plates 2 spaced apart from one another, while in its other part in front of the quenching plates in the region of a fixed contact point 3 forming the contact arrangement and a movable contact lever 4, a lower insulating plate 5 and an upper insulating plate 6 are arranged.
- the insulating plates flank the switching arc which arises when the contact is opened and which, according to lines 7, can be shown at different times as indicated at low direct currents due to magnetic influences to be described, along the lower insulating plate 5 and up to the extinguishing plates 2.
- the lower stepped insulating plate 5 is provided with an angled projection 5a projecting up to the housing wall.
- the end face 9a of a polarized blow magnet 9 located below the insulating material plate 5, for example made of hard ferrite 7/21 is protected from the arc by means of this attachment 5a, which lies closely against the end edges of the gradation 2c and thus against the extinguishing plates.
- the blow magnet is inserted into a recess formed by means of molded-on spacer strips 1c of the switch housing and thus secured against displacement.
- the spacer strips also serve to receive the stepped insulating material plate 5, so that the blow magnet is not only covered towards the arc space and towards the quenching plates, but also on the other sides, which are not so heavily loaded by the arc.
- the upper part 1b which is formed similarly to the lower part 1a, there is a free space 10 between the housing wall and the flat insulating material plate 6 due to the spacer strips 1c molded onto the housing.
- the expediently symmetrically formed extinguishing plates 2 with the gradation 2d can protrude into this.
- a return potential plate 11 connected to the fixed contact point 3 and a bottom plate 12 connected to the contact lever 4, which flank the stack of extinguishing plates on both sides.
- a bottom plate 12 connected to the contact lever 4, which flank the stack of extinguishing plates on both sides.
- At the rear of the housing chamber 1 is provided with a molded wall, in which blow-out openings 1, not shown in detail, are recessed.
- Essential to the invention is in particular the lower insulating material plate 5 provided with an angular projection 5a and the baffle plates 2 abutting thereon with the gradation 2c, since a channel-like depression 8 is thereby formed between the baffle plate contour and the end face of the insulating material plate.
- the insulating material plate with the angular extension 5a extending to the housing wall covers the blow magnet 9 inserted in the lower part 1a and attracts the switching arc, in particular on its end face 9a, and protects it from the switching arc entering the extinguishing plates and thus against destruction.
- the upper edge of the gradation 2c is approximately at the same height as the top of the blow magnet 9.
- the gradation is expediently approximately 1 mm high and 1.5 mm long.
- the course of the voltage u or the current i is plotted against the time t.
- the grid spacing corresponds to a direct current of 2.5A, a direct voltage of 100V and a time of 10 ms.
- the switch-off time t A is only 15 ms, while this value is approximately 65 ms for the switch oscillated in FIG.
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- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Löscheinrichtung für einen Leitungsschutzschalter, insbesondere einen Allstrom-Leitungsschutzschalter, mit einem in eine Gehäusekammer eingelegten Stapel von mehreren nebeneinander auf Abstand befindlichen Löschblechen, die auf der einer Kontaktanordnung zugekehrten Seite jeweils mit einem trichterförmigen, zu den Aussenrändern hin Abstufungen aufweisenden Einschnitt versehen sind, und mit zwei beiderseits dieses Einschnitts quer vor den Stirnkanten der Löschbleche im Bereich der Kontakte angeordneten, den Schaltlichtbogen flankierenden Isolierstoffplatten, von denen zumindest eine einen Blasmagneten abdeckt und dabei die dem Lichtbogenraum zugekehrte Oberseite dieser Isolierstoffplatte oberhalb der dem Einschnitt zugekehrten Oberkante der Abstufung befindlich ist.The invention relates to an extinguishing device for a circuit breaker, in particular an all-current circuit breaker, with a stack of several extinguishing plates which are placed next to one another in a housing chamber and which each have a funnel-shaped incision on the side facing a contact arrangement, with gradations towards the outer edges are, and with two on both sides of this incision transversely in front of the front edges of the quenching plates in the area of the contacts, the switching arc flanking insulating material plates, at least one of which covers a blowout magnet and the upper side of the insulating material plate facing the arc chamber is located above the upper edge of the gradation facing the incision is.
Ein Leitungsschutzschalter mit einer solchen Löscheinrichtung ist bekannt. Dabei wird der Blasmagnet auf die Rückseite der Isolierstoffplatte geklebt, um in den Schalter montiert werden zu können. Ausserdem ist der Blasmagnet ungeschützt dem Schaltlichtbogen auf der den Löschblechen zugekehrten Seite ausgesetzt. Dies ist insbesondere beim Abschalten von Gleichströmen nachteilig, da der Schaltlichtbogen schlecht in den Löschblechstapel einläuft. Bei ungünstigen Bedingungen bleibt er vor den den Isolierstoffplatten zugekehrten Stirnkanten der Löschbleche stehen und zerstört den Blasmagneten.A circuit breaker with such an extinguishing device is known. The blow magnet is glued to the back of the insulating plate so that it can be installed in the switch. In addition, the blow magnet is exposed to the switching arc on the side facing the extinguishing plates without protection. This is particularly disadvantageous when switching off direct currents, since the switching arc does not run into the stack of quenching plates. In unfavorable conditions, it stops in front of the front edges of the fire-extinguishing plates facing the insulating material and destroys the blow magnet.
Weiterhin ist aus der DE-AS 2716619 ein Leitungsschutzschalter mit einer Löscheinrichtung bekannt, bei der eine lsolierstoffplatte aus Keramik und die andere aus gasabgebendem Material mit einer weichmagnetischen Eiseneinlage besteht. Diese erhöht die Laufgeschwindigkeit des Schaltlichtbogens von der Kontaktstelle in Richtung der Löschbleche. Ausserdem wird durch die gasabgebende Isolierstoffplatte eine kühlende Wirkung auf den laufenden Lichtbogen ausgeübt. Sinn dieser Massnahmen ist, die Schaltleistung strombebrenzender Schalter zu verbessern.Furthermore, a line circuit breaker with an extinguishing device is known from DE-AS 2716619, in which one insulating material plate is made of ceramic and the other is made of gas-emitting material with a soft magnetic iron insert. This increases the running speed of the switching arc from the contact point in the direction of the quenching plates. In addition, the gas-emitting insulating material plate has a cooling effect on the running arc. The purpose of these measures is to improve the switching capacity of current-limiting switches.
Die Probleme beim Schalten hoher Wechsel-und Gleichstrom-Kurzschlussströme sind jedoch verschieden von denen beim Schalten vergleichsweise niedriger Gleichströme. Während bei niedrigen Wechselströmen der Lichtbogen automatisch spätestens beim Nulldurchgang der treibenden Wechselspannung verlöscht - Sofortverfestigung kurzer Lichtbogenstrecken - ist dies bei Gleichspannung nicht der Fall. Bei geöffneten Kontakten erreicht der Lichtbogen die Löschblechkanten, ohne dass in gewissen Strombereichen ein sicheres Löschen des Schaltlichtbogens gewährleistet ist.However, the problems when switching high AC and DC short-circuit currents are different from those when switching comparatively low DC currents. While at low AC currents the arc automatically extinguishes at the latest when the driving AC voltage crosses zero - instantaneous consolidation of short arc distances - this is not the case with DC voltage. When the contacts are open, the arc reaches the edge of the fire-extinguishing sheet without ensuring that the switching arc is safely extinguished in certain current ranges.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Löscheinrichtung dahingehend zu verbessern, dass insbesondere bei Allstrom-Leitungsschutzschaltern ein sicheres Löschen des Schaltlichtbogens auch bei niedrigen Gleichströmen gewährleistet ist. Die Löscheinrichtung soll sich dabei mit möglichst wenig Änderungen in die üblicherweise vorhandene reine Wechselstrom-Schalterbaureihe einordnen lassen und montagefreundlich ausgestaltet sein, um so eine möglichst kostengünstig herstellbare Ergänzungsserie zu erhalten.The invention is based on the object of improving the extinguishing device mentioned at the outset in such a way that, in particular in the case of all-current circuit breakers, the arc is reliably extinguished even at low direct currents. The extinguishing device should be able to be classified into the usually existing pure AC switch series with as few changes as possible and should be designed to be easy to assemble in order to obtain a supplementary series which can be produced as inexpensively as possible.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemässen Löscheinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.This object is achieved in a generic extinguishing device by the characterizing features of
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Abstufung eine grossflächige Berührung der Lichtbogensäule mit den Stirnkanten der Löschbleche erfolgen kann, wodurch ein erheblich verbesserter Wärmeentzug hervorgerufen und eine gute Kühlung des Schaltlichtbogens bewirkt wird. Ausserdem erfolgt eine Verkleinerung des Querschnittes der Lichtbogensäule durch deren Einschluss in die durch die Abstufung in Verbindung mit der eng anliegenden Isolierstoffplatte gebildete rinnenartige Vertiefung. Hierbei vermindern sich die Menge der Elektronen und lonen, die den Schaltlichtbogen leitend erhalten, und die dadurch entstehende erhöhte Lichtbogenspannung führt zu einem sicheren Löschen des Schaltlichtbogens. Weiterhin kann der gleiche Löschblechstapel bei symmetrischer Ausbildung der Löschbleche für Gleich- und Wechselstrom-Leitungsschutzschalter Verwendung finden. Eine Änderung von der bei reinen Wechselstrom-Leitungsschutzschaltern üblichen Bauweise bedeuten dabei lediglich der Blasmagnet und die ihn abdekkende gestufte Isolierstoffplatte. Diese hält den lediglich eingelegten Blasmagneten in Verbindung mit dem Gehäuse in der vorgegebenen Position ohne Klebe- oder andere Fügevorgänge. Die gesamte Anordnung lässt sich leicht montieren und erfordert daher nur geringe Kosten. Die Isolierstoffplatte flankiert den Schaltlichtbogen sicher und hindert ihn einerseits daran, die Kanten des Blasmagneten zu erreichen und diesen unter Umständen zu zerstören, während er andererseits gut in die Löschblechkontur hineinlaufen kann.The invention has the advantage that the gradation allows the arc pillar to come into contact with the front edges of the quenching plates over a large area, as a result of which considerably improved heat removal and good cooling of the switching arc is brought about. In addition, the cross section of the arc column is reduced by including it in the channel-like depression formed by the gradation in connection with the closely fitting insulating material plate. This reduces the amount of electrons and ions that keep the switching arc conductive, and the resulting increased arc voltage leads to a reliable extinguishing of the switching arc. Furthermore, the same stack of quenching plates can be used with a symmetrical design of the quenching plates for DC and AC circuit breakers. A change from the design customary in the case of pure AC circuit breakers means only the blow magnet and the stepped insulating plate covering it. This holds the only inserted blow magnet in connection with the housing in the specified position without gluing or other joining processes. The entire arrangement is easy to assemble and therefore requires only low costs. The insulating material plate securely flanks the switching arc and on the one hand prevents it from reaching the edges of the blow magnet and possibly destroying it, while on the other hand it can run well into the quenching plate contour.
Anhand der Zeichnung sei die Erfindung nachstehend näher erläutert.
- Fig. zeigt einen Schnitt durch die Löscheinrichtung in Löschblechebene, während in
- Fig.2 eine Draufsicht der Löscheinrichtung in Funktionsebene des Leitungsschutzschalters vereinfacht dargestellt ist. In
- Fig. ist ein Oszillogramm einer Gleichstromabschaltung mit einer Löschkammer ohne rinnenartige Vertiefung vor den Löschblechen und in
- Fig.4 ein entsprechendes Abschalt-Oszillogramm mit der erfindungsgemässen Löscheinrichtung prinzipiell wiedergegeben.
- Fig. Shows a section through the extinguishing device in the plane of the extinguishing sheet, while in
- 2 shows a simplified top view of the extinguishing device in the functional level of the circuit breaker. In
- Fig. Is an oscillogram of a DC shutdown with an arcing chamber without a groove-like depression in front of the quenching plates and in
- 4 shows a corresponding switch-off oscillogram with the extinguishing device according to the invention in principle.
Die gezeigte Löscheinrichtung ist in einer Gehäusekammer 1 eines aus einem Unterteil la und einem Oberteil 1 gebildeten Schaltergehäuses untergebracht. Grösstenteils ist die Gehäusekammer mit einem Stapel von beispielsweise 12 Stück nebeneinander auf Abstand befindlichen Löschblechen 2 ausgefüllt, während in ihrem anderen Teil vor den Löschblechen im Bereich einer die Kontaktanordnung bildenden Festkontaktstelle 3 und eines beweglichen Kontakthebels 4 eine unten liegende Isolierstoffplatte 5 und eine oben liegende Isolierstoffplatte 6 angeordnet sind. Die Isolierstoffplatten flankieren den bei Kontaktöffnung entstehenden Schaltlichtbogen, der entsprechend den Linien 7 zu verschiedenen Zeitpunkten andeutungsweise gezeigt bei niedrigen Gleichströmen aufgrund noch zu beschreibender magnetischer Einflüsse entlang der unteren Isolierstoffplatte 5 bis vor die Löschbleche 2 laufen kann. Diese haben auf ihrer dem Lichtbogenraum zugekehrten Seite jeweils einen trichterförmigen Einschnitt 2a und beiderseits davon an den Stirnkanten 2b in Richtung der Isolierstoffplatten vorstehende Abstufungen 2c und 2d, die mit den Aussenkanten bündig sind und deren Höhe etwa dem Abstand zwischen der jeweiligen Gehäusewand und der dieser zugekehrten Seite der Isolierstoffplatten entspricht.The extinguishing device shown is housed in a
Während die obere glattflächig ausgebildete Isolierstoffplatte 6 in einer bei Wechselstrom-Leitungsschutzschaltern üblichen Lage befindlich ist und bis auf wenige Stützpunkte Abstand zur Wand des Oberteiles 1b hat, ist die untere gestufte lsolierstoffplatte 5 mit einem winkelförmigen bis an die Gehäusewand vorstehenden Ansatz 5a versehen. Mit diesem an den Stirnkanten der Abstufung 2c und somit an den Löschblechen eng anliegenden Ansatz 5a ist insbesondere die Stirnfläche 9a eines unterhalb der Isolierstoffplatte 5 befindlichen gepolten Blasmagneten 9 beispielsweise aus Hartferrit 7/21 vor dem Lichtbogen geschützt. Der Blasmagnet ist in eine mittels angeformter Abstandsleisten 1c des Schaltergehäuses gebildeten Ausnehmung eingelegt und so gegen Verschieben gesichert. Die Abstandsleisten dienen zugleich zur Aufnahme der gestuften Isolierstoffplatte 5, so dass der Blasmagnet nicht nur zum Lichtbogenraum und zu den Löschblechen hin abgedeckt ist, sondern auch an den übrigen, allerdings durch den Lichtbogen nicht so stark belasteten Seiten.While the upper smooth-
In dem ähnlich dem Unterteil 1a ausgebildeten Oberteil 1 b befindet sich zwischen dessen Gehäusewand und der ebenen Isolierstoffplatte 6 aufgrund der am Gehäuse angeformten Abstandsleisten 1c ein Freiraum 10. In diesen können die zweckmässigerweise symmetrisch ausgebildeten Löschbleche 2 mit der Abstufung 2d hineinragen. Die gegenüber der unteren Isolierstoffplatte 5 etwas grösser ausgebildete obere Isolierstoffplatte 6 reicht dabei unter der Abstufung 2d bis nahezu an die Stirnkante 2b mit ausreichend Spiel heran. Die dadurch nutzbaren grösseren Toleranzen erleichtern das Aufsetzen des Gehäuseoberteiles 1b auf die vorher nur lose eingelegte obere Isolierstoffplatte und vereinfachen so die Montage beim Schliessen des Gehäuses erheblich.In the upper part 1b, which is formed similarly to the
Als weitere die Löscheinrichtung begrenzende Bauteile dienen noch ein mit der Festkontaktstelle 3 verbundenes Rückschluss-Potentialblech 11 und ein mit dem Kontakthebel 4 in Verbindung befindliches Bodenblech 12, die den Löschblechstapel beiderseits flankieren. An dessen Rückseite ist die Gehäusekammer 1 mit einer angeformten Wand versehen, in der im einzelnen nicht dargestellte Ausblasöffnungen 1 ausgespart sind.Other components that delimit the extinguishing device are a return
Erfindungswesentlich ist insbesondere die mit einem winkelförmigen Ansatz 5a versehene untere Isolierstoffplatte 5 und die mit der Abstufung 2c daran anstossenden Löschbleche 2, da hierdurch zwischen der Löschblechkontur und der Stirnfläche der Isolierstoffplatte eine rinnenartige Vertiefung 8 gebildet ist. Hierdurch wird insbesondere bei der Abschaltung von Gleichströmen eine grossflächige Berührung der Lichtbogensäule 7 mit der Stirnkontur der Löschbleche ermöglicht, wodurch ein intensiver Wärmeentzug des Lichtbogens erreicht wird. Dabei deckt die Isolierstoffplatte mit dem winkelförmigen bis an die Gehäusewand reichenden Ansatz 5a den im Unterteil 1a eingelegten, den Schaltlichtbogen anziehenden Blasmagneten 9, insbesondere an seiner Stirnfläche 9a ab und schützt ihn vor dem in die Löschbleche einlaufenden Schaltlichtbogen und damit vor Zerstörung. Die Oberkante der Abstufung 2c befindet sich dabei etwa in gleicher Höhe mit der Oberseite des Blasmagneten 9. Zweckmässigerweise ist die Abstufung etwa 1 mm hoch und 1,5 mm lang.Essential to the invention is in particular the lower
Bei den in Fig.3 und Fig.4 gezeigten Abschalt-Oszillogrammen ist jeweils der Verlauf der Spannung u bzw. des Stromes i über der Zeit t aufgetragen. Der Gitterabstand entspricht dabei einem Gleichstrom von 2,5A, einer Gleichspannung von 100V und einer Zeit von 10 ms. Die eingetragenen Ausgangswerte sind ein Gleichstrom I = 15A und eine Gleichspannung U = 250 V bei einer Zeitkonstanten T = 16 ms. Während nun bei einer Löscheinrichtung ohne rinnenartige Vertiefung es sehr lange dauert, bis sich eine der treibenden Gleichspannung entgegenwirkende Lichtbogenspannung in ausreichender Höhe aufbaut (Fig.3), geschieht dies bei der erfindungsgemässen Löscheinrichtung relativ schnell (Fig.4). So beträgt bei einem Leitungsschutzschalter mit der erfindungsgemässen Löscheinrichtung die Ausschaltzeit tA lediglich 15 ms, während dieser Wert bei dem in Fig.3 oszillographierten Schalter etwa 65 ms beträgt.In the shutdown oscillograms shown in FIG. 3 and FIG. 4, the course of the voltage u or the current i is plotted against the time t. The grid spacing corresponds to a direct current of 2.5A, a direct voltage of 100V and a time of 10 ms. The entered output values are a direct current I = 15A and a direct voltage U = 250 V with a time constant T = 16 ms. While it now takes a very long time for an extinguishing device without a channel-like depression until an arc voltage counteracting the driving direct voltage builds up to a sufficient level (FIG. 3), this happens relatively quickly with the extinguishing device according to the invention (FIG. 4). In the case of a circuit breaker with the extinguishing device according to the invention, the switch-off time t A is only 15 ms, while this value is approximately 65 ms for the switch oscillated in FIG.
Diese Verbesserung des Abschaltverhaltens bei Gleichstrom und die verkürzte Ausschaltzeit wird im wesentlichen durch die rinnenartige Vertiefung 8 in Verbindung mit der vergrösserten Löschblechkontur erreicht. Durch die so mögliche grossflächige Berührung der Lichtbogensäule mit den Löschblechkanten und der Verkleinerung ihres Querschnittes erfolgt ein intensiver Wärmeentzug und damit eine schnellere Entionisierung des Lichtbogens. Bei Leitungschutzschaltern ohne die rinnenartige Vertiefung wurde bei weiteren Schaltungen die zum Löschen des Lichtbogens erforderliche Lichtbogenspannung nicht erreicht. Dadurch blieb der Lichtbogen stehen, und dies führte zur Zerstörung der Schalter.This improvement in the switch-off behavior in the case of direct current and the reduced switch-off time are essentially achieved by the groove-
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1984
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