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EP1548773B1 - Lichtbogenlöscheinrichtung für Schutzschalter mit Doppelunterbrechung - Google Patents

Lichtbogenlöscheinrichtung für Schutzschalter mit Doppelunterbrechung Download PDF

Info

Publication number
EP1548773B1
EP1548773B1 EP03405921A EP03405921A EP1548773B1 EP 1548773 B1 EP1548773 B1 EP 1548773B1 EP 03405921 A EP03405921 A EP 03405921A EP 03405921 A EP03405921 A EP 03405921A EP 1548773 B1 EP1548773 B1 EP 1548773B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arc
link
quenching device
contact
quenching
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03405921A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1548773A1 (de
Inventor
Gerhard Schneider
Siegfried Mayer
Norbert Papok
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.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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 ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Priority to DE50309487T priority Critical patent/DE50309487D1/de
Priority to AT03405921T priority patent/ATE390700T1/de
Priority to ES03405921T priority patent/ES2302908T3/es
Priority to EP03405921A priority patent/EP1548773B1/de
Priority to US11/007,213 priority patent/US7081596B2/en
Publication of EP1548773A1 publication Critical patent/EP1548773A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1548773B1 publication Critical patent/EP1548773B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H01H9/446—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet using magnetisable elements associated with the contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • H01H1/2066—Fork-shaped bridge; Two transversally connected contact arms bridging two fixed contacts
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    • H01H73/00—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism
    • H01H73/02—Details
    • H01H73/18—Means for extinguishing or suppressing arc
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to the field of power switches for low voltage distribution networks. It relates to an arc quenching device for circuit breaker with double break according to the preamble of claim 1.
  • installation circuit-breakers are used to rapidly and reliably protect low-voltage lines, motors, equipment, and equipment from the effects of overload and short-circuit currents. They generally have a thermal release with a bimetal and an electromagnetic release with a coil and a percussion anchor and preferably a contact arrangement with double interruption.
  • a normal circuit breaker has a contact point, which is formed of a fixed and a movable contact piece.
  • the contact point is located in a so-called prechamber, to which a quenching chamber with an arc splitter stack connects.
  • the foot points of the arc are passed from the fixed contact piece and the movable contact piece via arc guide rails to the arc splitter stack.
  • the arc widens immediately after the contact opening, and the inlet velocity of the arc in the Arc splitter stack is dependent on the so-called own blowing, ie the generated by the arc itself magnetic blowing field, the pressure conditions in the arc, the shape of the guide rails and the choice of contact material.
  • Object of the present invention is to optimize the acceleration of the two generated by a shutdown movement of a switching contact targeted at a circuit breaker with double break. This object is achieved by an arc quenching device having the features of patent claim 1 and a circuit breaker having the features of claim 10. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.
  • the core of the invention is to reinforce by a suitable magnetic jacket, the magnetic fields in the arc and thus acting on the arc and this driving in the direction of the arc splitter Lorentz force.
  • the arc moves faster, the contact erosion is reduced and the turn-off increased horreptively.
  • the inventive separate magnetic jacket need the arc guide itself have no magnetic properties and thus can be made of non-magnetic, the arc movement favoring copper.
  • the magnetic jacket for example, made of steel is realized by a one-piece, one-sided open U-profile mold is slipped over a bridge-side arc run rail that the arc chamber or the antechamber is completed on three sides by the molding.
  • the magnetic field acting on the arc of the current flowing in the arc run-off current, i. the so-called own blowing, is thereby reinforced.
  • such a molded part can be easily manufactured and attached to the arc running rail during the assembly process.
  • a blown loop is inserted into a current flow only during the shutdown of the circuit breaker and the two arc arc extinguishing circuit.
  • the latter is arranged in sections parallel to an arc track and is traversed by a current which points in the same direction as the turn-off in the adjacent arc guide.
  • the U-shaped magnetic jacket preferably also surrounds or surrounds this running-rail-parallel blow-loop section.
  • the blower loop is geometrically or materially equipped with current-limiting properties. Since the blown loop in nominal operation, i. When the switch contact is closed, no current is supplied, this does not affect the intrinsic impedance of the switch and, due to its low initial or cold resistance of a few m ⁇ , does not hinder the commutation of the arc to the corresponding arc runners. After the commutation of both arcs, the blown loop is also current-flowed, as a result of which its impedance increases and limits the cut-off current.
  • the blower loop is formed so that both arcs are favored to a similar extent, for example, by a respect to the extinguishing chamber partition symmetrical design of the blower loop or by two electrically connected in parallel, each associated with an arc blowing loops.
  • each arc or two atria associated with a separate magnetic sheath which also serves as a magnetic shield of the arc chamber with respect to the prevailing in the other arcing space magnetic fields.
  • the U-shaped magnetic jacket is separated from the actual arc chamber by a prechamber insulation of, for example Plexiglas. This prevents a flashover of the arc on the possibly metallic jacket.
  • the insulation may have outgassing properties, i. Remove arc-extinguishing gases.
  • the pre-chamber insulation preferably has a bulge projecting into the arc region for reducing the prechamber volume.
  • the reduced volume counteracts a pressure loss of the gases in the arc region and prevents the arc from broadening.
  • the foot points of the arc remain compact and thereby heat the arc guide rails, which is conducive to movement of the arc.
  • the bulge preferably has a V-shaped profile, which opens in the direction of the quenching chamber and approximately follows the contour of the guide rails. This ensures that the two arc-root points move at the same speed and that the arc expands before its entry into the quenching chamber over its maximum length determined by the distance between the arc guide rails. Thus, all quenching plates are equally involved in the division and extinction of the arc.
  • Fig.1 shows in oblique view a section of a single or multi-pole circuit breaker with two series-connected switching contacts per pole.
  • a first terminal 10 leads via the coil of a short-circuit current release 100 and a first connection conductor 11 to a first fixed contact 21. This is in the closed switch position (not shown) in electrical contact with a first bridge contact 31 of a movable fork-shaped contact bridge 3.
  • a second bridge contact 32 of Contact bridge 3 is in the closed switch position in contact with a second fixed contact 22, which leads via a second connecting conductor 12 on to an overcurrent release, not shown, and to a second terminal.
  • Both switching points formed by a fixed and bridge contact each have a first or second prechamber 41, 42 assigned to it.
  • FIG.2 In another perspective, a detail of the first pre-chamber 41 is shown, wherein the splitter stack has been omitted between the widened ends of the two first arc guide rails 51,61.
  • the inventive magnetic jacket 91 with U-shaped cross-section which consists of a magnetically active Material such as iron or steel is preferably prepared as a one-piece shielding plate, is arranged so that it closes the arc space, which is defined between the first arc guide rails 51,61, laterally.
  • a back 911 of the shell is located along the first bridge-side arc guide rail 61, while the side surfaces 912 of the shell extend toward the first connection-side arc guide rail 51.
  • the magnetic jacket 91 bundles the arc magnetic field and drives the arc in the direction of the extinguishing chambers.
  • each of the two prechambers 41, 42 is assigned a separate magnetic jacket 91, 92.
  • the arc region between the two arc guide rails 51, 61; 52.61 magnetic with respect to the outside space and in particular with respect to the other prechamber 42; 41 shielded.
  • a first blower loop 81 is provided between the first bridge-side running rail 61 and the second bridge-side running rail 62. In the event of tripping, the cut-off current flows from the first to the second arc through this first blower loop 81.
  • It comprises at least one Lorentz section located inside the jacket 91, which is arranged geometrically parallel to the first bridge-side arc runner 61 and in which the current flow direction is the same as in the adjacent arc runner 61 As a result, the electromagnetic Lorentz force on the first arc, which moves it in the direction of the first splitter stack 71, amplified.
  • the blower loop 81 is preferably equipped with turn-off current limiting properties.
  • a current-limiting behavior can be achieved, for example, by the selection of materials, all conductors with an electrical resistance in question, which increases with increasing current, and including in particular the known as PTC resistor or positive temperature coefficient (PTC) resistance metallic alloys based on Ni, Co, Fe, such as NiCr, NiMn, NiFe, NiCrMn, NiCo, NiCoFe, CoFe, CrAlFe, or ceramic materials.
  • PTC resistor or positive temperature coefficient (PTC) resistance metallic alloys based on Ni, Co, Fe, such as NiCr, NiMn, NiFe, NiCrMn, NiCo, NiCoFe, CoFe, CrAlFe, or ceramic materials.
  • PTC thermistor is based on a polymer composite whose polymer matrix is filled with a mixture of carbon, a metal such as Ni, and a boride, silicide, oxide or carbide such as TiC 2 , TiB 2 , MoSi 2 , V 2 O 3 . It is important that the initial or cold resistance is not too high and the commutation of the Arcs on the bridge-side rails 61,62 and the concomitant training of the arc extinguishing circuit is not hindered.
  • FIG 3 a section through the first pre-chamber 41 is shown, whereby from the first magnetic shell 91 only the sectional area of its back 911 is visible.
  • the arc running properties are highly dependent on the contour of the arc guide rails 51,61. Due to the apparent narrowing between the upper and lower guide rail over a large part of the antechamber, the arc is optimally accelerated. Since the magnetic suction effect by the quenching plates 71 of magnetic material is already effective in the widening of the guide rails 51,61, a persistence of the arc is prevented on the arc guide rails and allows instantaneous shrinkage of the same.
  • a pre-chamber insulation 411 which has substantially the same cross section as the jacket 91 and this isolated from the arc region.
  • a pre-chamber insulation as an injection molded part is suitably introduced into the jacket or placed over the guide rails prior to assembly of the jacket.
  • An indentation 412 within the prechamber insulation directs the ionized gases onto the guardrails, which are heated by the gases and thus allow the arc root to run.
  • the bulge 412 reduces the distance perpendicular to the cutting plane of the Figure 3 between the side surfaces of the insulation, ie the clear width of the arc chamber, by 30 to 50%.
  • the bulge according to Figure 3 has the shape of an elongated elevation, which opens in a V-like direction towards the splitter stack 71 out.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungsschalter für Niederspannungsverteilungsnetze. Sie betrifft eine Lichtbogenlöscheinrichtung für Schutzschalter mit Doppelunterbrechung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    • STAND DER TECHNIK
  • In Niederspannungsverteilnetzen dienen Installationseinbauschalter dem raschen und zuverlässigen Schutz von unter Niederspannung stehenden Leitungen, Motoren, Apparaten und Anlagen vor den Folgen von Überlast und Kurzschlussströmen. Sie weisen im Allgemeinen einen thermischen Auslöser mit einem Bimetall und einen elektromagnetischen Auslöser mit einer Spule und einem Schlaganker auf sowie vorzugsweise eine Kontaktanordnung mit Doppelunterbrechung.
  • Bei derartigen Schaltgeräten ist für die Lebensdauer und Schaltleistung von entscheidender Bedeutung, dass der beim Öffnen der Kontakte entstehende Lichtbogen nicht auf den Kontaktstücken verharrt, sondern möglichst schnell in einen Löschkammerbereich geführt wird, wo eine Kühlung und Löschung des Lichtbogens erfolgt. Jedes Verharren des Lichtbogens auf den Kontaktstücken, auch im Millisekundenbereich, führt zu erhöhtem Abbrand und Abnutzung der Kontaktstücke.
  • Ein normaler Leitungsschutzschalter besitzt eine Kontaktstelle, die aus einem festen und einem bewegbaren Kontaktstück gebildet ist. Die Kontaktstelle befindet sich in einer sogenannten Vorkammer, an welche eine Löschkammer mit einem Lichtbogenlöschblechpaket anschliesst. Die Fusspunkte des Lichtbogens werden von dem festen Kontaktstück und dem beweglichen Kontaktstück über Lichtbogenleitschienen zu dem Lichtbogenlöschblechpaket geleitet. Der Lichtbogen weitet sich dabei unmittelbar nach der Kontaktöffnung auf, und die Einlaufgeschwindigkeit des Lichtbogens in das Lichtbogenlöschblechpaket ist abhängig von der sogenannten Eigenblasung, d.h. dem durch den Lichtbogen selbst erzeugten magnetischen Blasfeld, den Druckverhältnissen im Lichtbogen, der Formgebung der Leitschienen und der Wahl des Kontaktmaterials.
  • Aus der EP-A 649 155 ist ein gattungsgemässer Schutzschalter mit Doppelunterbrechung bekannt, bei welchem in den Lichtbogenlöschkreis eine zusätzliche elektromagnetische Blasschlaufe zur Beschleunigung des Lichtbogenlaufs vorgesehen ist. Diese nur beim Abschaltvorgang stromdurchflossene Blasschlaufe ist symmetrisch zu einer Trennwand, welche zwei Löschkammern trennt, und geometrisch parallel zu den Lichtbogenleitschienen ausgebildet. Durch eine parallele Stromführung in der Blasschlaufe und den benachbarten Leitschienen wird die elektromagnetische Kraft auf den Lichtbogen verstärkt und seine Bewegung beschleunigt, daraus resultiert letztendlich eine höhere Schaltleistung.
  • In der EP-A 0 212 661 ist ein Strombegrenzer für Mittel- oder Hochspannungsanwendungen beschrieben, bei welchem ein Lichtbogen zwischen zwei Lichtbogenleitschienen von einer Schaltstelle wegläuft. Durch die spezielle Ausgestaltung der niederinduktiven Leitschienen wird der Wiederstand im Löschkreis signifikant vergrössert, so dass durch einen in Serie geschalteten Trenner der Löschkreis problemlos unterbrochen werden kann. Zur Beschleunigung der Lichtbogenbewegung wird das durch den Abschaltstrom selbst erzeugte Magnetfeld verstärkt, indem ein magnetischer Kern um eine der Leitschienen angebracht ist.
  • In der " EP-A-255 016 " wird eine Lichtbogenlöscheinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 offenbart.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Schutzschalter mit Doppelunterbrechung die Beschleunigung der beiden durch eine Abschaltbewegung eines Schaltkontaktes erzeugten Lichtbogen gezielt zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch eine Lichtbogenlöscheinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Schutzschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
  • Kern der Erfindung ist es, durch einen geeigneten magnetischen Mantel die magnetischen Felder im Bereich des Lichtbogens und damit die auf den Lichtbogen wirkende und diesen in Richtung der Löschblechpakete treibende Lorentzkraft zu verstärken. Dadurch bewegt sich der Lichtbogen schneller, der Kontaktabbrand wird verringert und die Abschaltleistung ultimativ erhöht. Durch den erfindungsgemässen separaten magnetischen Mantel brauchen die Lichtbogenleitschienen selbst keine magnetischen Eigenschaften mehr aufzuweisen und können demzufolge aus nichtmagnetischem, die Lichtbogenbewegung begünstigendem Kupfer hergestellt werden.
  • Bevorzugt wird der beispielsweise aus Stahl gefertigte magnetische Mantel realisiert, indem ein einstückiges, einseitig offenes Formteil mit U-Profil so über eine brückenseitige Lichtbogenlaufschiene gestülpt wird, dass der Lichtbogenraum beziehungsweise die Vorkammer auf drei Seiten durch das Formteil abgeschlossen ist. Das auf den Lichtbogen wirkende Magnetfeld des in der Lichtbogenlaufschiene fliessenden Abschaltstroms, d.h. die sogenannte Eigenblasung, wird dadurch verstärkt. Zudem lässt sich ein derartiges Formteil einfach herstellen und beim Montageprozess auf die Lichtbogenlaufschiene aufstecken.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in einen nur während dem Abschaltvorgang des Schutzschalters stromdurchflossenen und die beiden Lichtbogen umfassenden Lichtbogenlöschkreis eine Blasschlaufe eingefügt. Letztere ist abschnittsweise parallel zu einer Lichtbogenlaufschiene angeordnet und wird von einem Strom durchflossen, welcher in dieselbe Richtung zeigt wie der Abschaltstrom in der benachbarten Lichtbogenleitschiene. Dadurch werden die magnetischen Blaswirkungen der beiden Ströme auf den Lichtbogen kumuliert. Der U-förmige magnetische Mantel umfasst beziehungsweise umgibt dabei bevorzugt auch diesen laufschienenparallelen Blasschlaufenabschnitt.
  • Bevorzugt wird die Blasschlaufe geometrisch oder materialtechnisch mit strombegrenzenden Eigenschaften ausgestattet. Da die Blasschlaufe im Nennbetrieb, d.h. bei geschlossenem Schaltkontakt, keinen Strom führt, beeinflusst dies die Eigenimpedanz des Schalters nicht und behindert infolge ihres geringen Anfangs- oder Kaltwiderstandes von einigen mΩ auch die Kommutierung des Lichtbogens auf die entsprechenden Lichtbogenlaufschienen nicht. Nach erfolgter Kommutierung beider Lichtbögen ist auch die Blasschlaufe stromdurchflossen, in der Folge nimmt deren Impedanz zu und begrenzt den Abschaltstrom.
  • Bei Schaltern mit Doppelunterbrechung wird die Blasschlaufe so ausgebildet, dass beide Lichtbogen in ähnlichem Masse begünstigt werden, beispielsweise durch eine bezüglich der Löschkammertrennwand symmetrische Ausgestaltung der Blasschlaufe oder durch zwei elektrisch parallelgeschaltete, jeweils einem Lichtbogen zugeordnete Blasschlaufen. Auf jeden Fall ist jedem Lichtbogen beziehungsweise beiden Vorkammern ein eigener magnetischer Mantel zugeordnet, welcher gleichzeitig als magnetische Abschirmung des Lichtbogenraums gegenüber den im anderen Lichtbogenraum vorherrschenden Magnetfeldern dient.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der U-förmige magnetische Mantel durch eine Vorkammerisolation aus beispielsweise Plexiglas vom eigentlichen Lichtbogenraum getrennt. Dadurch wird ein Überschlagen des Lichtbogens auf den möglicherweise metallischen Mantel verhindert. Zudem kann die Isolation ausgasende Eigenschaften haben, d.h. lichtbogenlöschende Gase aussondern.
  • Bevorzugt verfügt die Vorkammerisolation über eine in den Lichtbogenbereich hineinragende Ausbuchtung zur Reduktion des Vorkammervolumens. Durch das verringerte Volumen wird einem Druckverlust der Gase im Lichtbogenbereich entgegengewirkt und der Lichtbogen an einer Verbreiterung gehindert. Insbesondere die Fusspunkte des Lichtbogens bleiben kompakt und erwärmen dadurch die Lichtbogenleitschienen, was einer Bewegung des Lichtbogens förderlich ist.
  • Die Ausbuchtung hat bevorzugt ein V-förmiges Profil, welches sich in Richtung der Löschkammer öffnet und ungefähr der Kontur der Leitschienen folgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die beiden Lichtbogenfusspunkte sich gleich schnell bewegen und der Lichtbogen sich vor dem Einlauf in die Löschkammer über seine maximale, durch den Abstand der Lichtbogenleitschienen vorgegebene Länge ausdehnt. Somit sind alle Löschbleche gleichermassen an der Aufteilung und Löschung des Lichtbogens beteiligt.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in perspektivischer Darstellung
    • Fig. 1 eine Lichtbogenlöscheinrichtung umfassend zwei Vorkammern mit je einem magnetischen Mantel und je einer Blasschlaufe,
    • Fig.2 eine Detailansicht einer ersten Vorkammer, und
    • Fig.3 einen Schnitt durch eine erste Vorkammer mit einer Vorkammerisolation.
  • Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst. Grundsätzlich sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Fig.1 zeigt in Schräguntersicht ein Ausschnitt aus einem ein- oder mehrpoligen Schutzschalter mit zwei in Serie geschalteten Schaltkontakten je Pol. Eine erste Anschlussklemme 10 führt über die Spule eines Kurzschlussstromauslösers 100 und einen ersten Verbindungsleiter 11 zu einem ersten Festkontakt 21. Dieser ist in geschlossener Schalterstellung (nicht gezeigt) in elektrischem Kontakt mit einem ersten Brückenkontakt 31 einer beweglichen gabelförmigen Kontaktbrücke 3. Ein zweiter Brückenkontakt 32 der Kontaktbrücke 3 ist in geschlossener Schalterstellung in Kontakt mit einem zweiten Festkontakt 22, welcher über einen zweiten Verbindungsleiter 12 weiter zu einem nicht dargestellten Überstromauslöser und zu einer zweiten Anschlussklemme führt. Beiden durch je einen Fest- und Brückenkontakt gebildeten Schaltstellen ist jeweils eine erste beziehungsweise zweite Vorkammer 41,42 zugeordnet.
  • Wird im Kurzschluss- oder Überstromfall durch den Kurzschlussstromauslöser 10 oder den Überstromauslöser die Kontaktbrücke 3 von den Festkontakten 21,22 wegbewegt, bilden sich zwischen den Festkontakten 21,22 und den Brückenkontakten 31,32 zwei gegensinnig vom Abschaltstrom durchflossene Lichtbogen aus, deren brückenseitige Fusspunkte in der Folge von den Brückenkontakten 31,32 auf brückenseitige Lichtbogenlaufschienen 61,62 kommutieren oder "springen". Durch die Form der (in der Anordnung nach Fig.2 "unteren ") brückenseitigen Lichtbogenlaufschienen 61,62 sowie der mit den Festkontakten 21,22 verbundenen (in der Anordnung nach Fig.1 "oberen") anschlussseitigen Lichtbogenlaufschienen 51,52 begünstigt, wandert ein erster Lichtbogen zwischen der ersten anschlussseitigen Lichtbogenlaufschiene 51 und der ersten brückenseitigen Lichtbogenlaufschiene 61 in Richtung eines ersten Lichtbogenlöschblechpaketes 71, während sich ein zweiter Lichtbogen zwischen der zweiten anschlussseitigen Lichtbogenlaufschiene 52 und der zweiten brückenseitigen Lichtbogenlaufschiene 62 zu einem zweiten Lichtbogenlöschblechpaket 72 hinbewegt. Beim Ausschalten werden somit die Lichtbögen durch die selbst erzeugten Magnetfelder entlang den Lichtbogenlaufschienen in Löschkammern gedrängt, an den Löschblechen gekühlt, in Teillichtbögen aufgeteilt und gelöscht.
  • In Fig.2 ist in einer anderen Perspektive ein Detail der ersten Vorkammer 41 dargestellt, wobei der Löschblechstapel zwischen den verbreiterten Enden der beiden ersten Lichtbogenleitschienen 51,61 weggelassen wurde. Der erfindungsgemässe magnetische Mantel 91 mit U-förmigem Querschnitt, welcher aus einem magnetisch wirksamen Material wie beispielsweise Eisen oder Stahl bevorzugt als einstückiges Schirmblech hergestellt wird, ist so angeordnet, dass er den Lichtbogenraum, welcher zwischen den ersten Lichtbogenleitschienen 51,61 definiert ist, seitlich abschliesst. Ein Rücken 911 des Mantels befindet sich entlang der ersten brückenseitigen Lichtbogenleitschiene 61, während die Seitenflächen 912 des Mantels sich in Richtung der ersten anschlussseitigen Lichtbogenleitschiene 51 erstrecken. Der magnetische Mantel 91 bündelt das Lichtbogenmagnetfeld und treibt den Lichtbogen zusätzlich in Richtung der Löschkammern.
  • Wie aus Fig.1 weiter ersichtlich, ist jeder der beiden Vorkammern 41,42 ein separater magnetischer Mantel 91,92 zugeordnet. Dadurch wird der Lichtbogenbereich zwischen den beiden Lichtbogenleitschienen 51,61; 52,61 magnetisch gegenüber dem Aussenraum und insbesondere gegenüber der anderen Vorkammer 42; 41 abgeschirmt. Weiter ist in Fig.1 zwischen der ersten brückenseitigen Laufschiene 61 und der zweiten brückenseitigen Laufschiene 62 eine erste Blasschlaufe 81 vorgesehen. Im Auslösefall fliesst der Abschaltstrom vom ersten zum zweiten Lichtbogen durch diese erste Blasschlaufe 81. Sie umfasst zumindest einen innerhalb des Mantels 91 liegenden Lorentzabschnitt, welcher geometrisch parallel zur ersten brückenseitigen Lichtbogenlaufschiene 61 angeordnet ist und in welchem die Stromflussrichtung dieselbe ist wie in der benachbarten Lichtbogenlaufschiene 61. Dadurch wird die elektromagnetische Lorentzkraft auf den ersten Lichtbogen, welche diesen in Richtung des ersten Löschblechpakets 71 bewegt, verstärkt.
  • Die Blasschlaufe 81 ist bevorzugt mit abschaltstrombegrenzenden Eigenschaften ausgestattet. Ein strombegrenzendes Verhalten kann beispielsweise durch die Materialauswahl erreicht werden, dazu kommen sämtliche Leiter mit einem elektrischen Widerstand in Frage, welcher mit zunehmender Stromstärke ansteigt, und darunter insbesondere die als Kaltleiter oder PTC-Widerstand (positiv temperature coefficient) bekannten metallischen Legierungen auf der Basis von Ni, Co, Fe, wie NiCr, NiMn, NiFe, NiCrMn, NiCo, NiCoFe, CoFe, CrAlFe, oder keramischen Werkstoffe. Ein weiterer derartiger Kaltleiter beruht auf einem Polymerkomposit, dessen Polymermatrix gefüllt ist mit einem Gemisch aus Kohlenstoff, einem Metall wie beispielsweise Ni, sowie einem Borid, Silizid, Oxid oder Karbid wie beispielsweise TiC2, TiB2, MoSi2, V2O3. Wichtig ist dabei, dass der Anfangs- oder Kaltwiderstand nicht zu hoch ist und die Kommutierung der Lichtbögen auf die brückenseitigen Laufschienen 61,62 und die damit einhergehende Ausbildung des Lichtbogenlöschkreises nicht behindert wird.
  • In Fig.3 ist ein Schnitt durch die erste Vorkammer 41 gezeigt, wodurch vom ersten magnetischen Mantel 91 nur die Schnittfläche seines Rückens 911 sichtbar ist. Allgemein sind die Lichtbogenlaufeigenschaften stark von der Kontur der Lichtbogenleitschienen 51,61 abhängig. Durch die ersichtliche Verengung zwischen der oberen und unteren Leitschiene über einen grossen Teil der Vorkammer wird der Lichtbogen optimal beschleunigt. Da bei der Aufweitung der Leitschienen 51,61 die magnetische Sogwirkung durch die Löschbleche 71 aus magnetischem Material bereits wirksam ist, wird ein Verharren des Lichtbogens auf den Lichtbogenleitschienen verhindert und ein unverzögertes Einlaufen desselben ermöglicht.
  • Zwischen den Leitschienen 51,61 und dem magnetischen Mantel 91 befindet sich eine Vorkammerisolation 411, welche im Wesentlichen denselben Querschnitt wie der Mantel 91 aufweist und diesen vom Lichtbogenbereich isoliert. Eine Vorkammerisolation als Spritzgussteil wird geeigneterweise vor der Montage des Mantels in diesen eingeführt oder über die Leitschienen gestülpt. Eine Ausbuchtung 412 innerhalb der Vorkammerisolation leitet die ionisierten Gase auf die Leitschienen, welche durch die Gase erwärmt werden und damit den Lichtbogenfusspunkt laufen lassen. Die Ausbuchtung 412 reduziert den Abstand senkrecht zur Schnittebene der Fig.3 zwischen den Seitenflächen der Isolation, d.h. die lichte Weite des Lichtbogenraumes, um 30 bis 50%. Die Ausbuchtung gemäss Fig.3 hat die Form einer länglichen Erhebung, welche sich V-artig in Richtung auf die Löschblechpakete 71 hin öffnet.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Erste Anschlussklemme
    100
    Kurzschlussstromauslöser
    11
    Erster Verbindungsleiter
    12
    Zweiter Verbindungsleiter
    21
    Erster Festkontakt
    22
    Zweiter Festkontakt
    3
    Kontaktbrücke
    31
    Erster Brückenkontakt
    32
    Zweiter Brückenkontakt
    41
    Erste Vorkammer
    411
    Vorkammerisolation
    412
    Ausbuchtung
    42
    Zweite Vorkammer
    51
    Erste anschlussseitige Lichtbogenlaufschiene
    52
    Zweite anschlussseitige Lichtbogenlaufschiene
    61
    Erste brückenseitige Lichtbogenlaufschiene
    62
    Zweite brückenseitige Lichtbogenlaufschiene
    71, 72
    Lichtbogenlöschblechpakete
    81
    Erste Blasschlaufe
    82
    Zweite Blasschlaufe
    91
    Erster magnetischer Mantel
    911
    Rücken
    912
    Seitenfläche
    92
    Zweiter magnetischer Mantel

Claims (10)

  1. Lichtbogenlöscheinrichtung für Schutzschalter mit Doppelunterbrechung, umfassend
    - zwei Festkontakte (21,22), welche mit Anschlussklemmen des Schutzschalters verbindbar und durch zwei Brückenkontakte (31,32) einer beweglichen Kontaktbrücke (3) kontaktierbar sind,
    - zwei durch eine Trennwand getrennte Vorkammern (41,42) mit je zwei Lichtbogenlaufschienen (51,61; 52,62), wovon eine anschlussseitige Lichtbogenlaufschiene (51,52) mit einem Festkontakt (21,22) verbunden ist und eine brückenseitige Lichtbogenlaufschiene (61,62) zur Übernahme eines Lichtbogens von der Kontaktbrücke (3) ausgebildet ist, und
    - zwei an die Vorkammern anschliessende Löschkammern mit je einem Lichtbogenlöschblechpaket (71,72), welches mit den jeweiligen Lichtbogenlaufschienen (51,61; 52,62) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Mantel (91) zur Verstärkung der auf einen ersten, zwischen der ersten brückenseitigen und der ersten anschlussseitigen Lichtbogenleitschiene (51,61) ausgebildeten, Lichtbogen wirkenden magnetischen Kräfte vorgesehen ist, und dass dieser magnetische Mantel (91) ein Formteil mit einem Rücken (911) und zwei parallelen Seitenflächen (912) ist, welche ein U-förmiges Profil bilden, wobei der Rücken (911) neben die erste brückenseitige Lichtbogenlaufschiene (61) zu liegen kommt und die Seitenflächen (912) zur anschlussseitigen Lichtbogenlaufschiene (51) zeigen.
  2. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil einstückig ist.
  3. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit den beiden brückenseitigen Lichtbogenlaufschienen (61,62) verbundene erste Blasschlaufe (81) zur Erzeugung einer in Richtung des ersten Löschblechpakets (71) gerichteten Lorentzkraft auf den ersten Lichtbogen vorgesehen ist.
  4. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Mantel (91) die erste brückenseitige Lichtbogenlaufschiene (61) und einen dazu geometrisch parallel angeordneten Lorentzabschnitt der Blasschlaufe (81) umfasst.
  5. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blasschlaufe (81) strombegrenzende Eigenschaften aufweist.
  6. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Vorkammern (41,42) durch jeweils eine zugeordneten magnetischen Mantel (91,92) gegeneinander abgeschirmt sind.
  7. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorkammerisolation (411) aus einem elektrisch nichtleitenden Material den Lichtbogenbereich umgibt und den Lichtbogen gegenüber dem magnetischen Mantel (91) isoliert.
  8. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer der dem Lichtbogenbereich zugewandten Innenwände der Vorkammerisolation (411) eine Ausbuchtung (412) vorgesehen ist.
  9. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbuchtung (412) der Vorkammerisolation eine sich zu den Löschkammern hin öffnende, V-förmige Struktur hat.
  10. Schutzschalter mit Doppelunterbrechung, umfassend zwei Anschlussklemmen (11), einen auf eine Kontaktbrücke (3) wirkenden Kurzschlussstromauslöser (100) und eine Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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