DE2730726A1 - Kontaktgliedpaar und kontaktbruecke fuer wechselstromschuetze mit doppelunterbrechung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Kontaktgliedpaare und Kontaktbrücken für
• Wechselstromschütze mit Doppelunterbrechung, insbesondere für Nennströme grösser als 30 Ampere, wobei diese Kontaktgliedpaare mit den entsprechenden Kontaktbrücken im geschlossenen Zustand in Verbindung stehen.
• Elektrische Schütze zum Schalten grosser Leistungen benötigen im allgemeinen grosse und damit teure Kontaktstücke aus Verbundwerkstoffen auf Silberbasis sowie aufwendige Lichtbogenlöschkammern.
• Durch Verwendung kleinerer Kontaktstücke und Einsatz von unedleren Metallen hat man zwar versucht, die teuren Edelmetalle einzusparen, musste dabei aber schlechteres Kontaktverhalten, höheren Materialverschleiss und damit kürzere Lebensdauer der Kontaktglieder in Kauf nehmen. Hauptursache für den hohen Materialverschleiss ist der beim Oeffnen der Kontaktstücke entstehende Lichtbogen, der an seinen Fusspukkten das Kontaktmaterial aufschmilzt und durch Verdampfen und Vorspritzen Werkstoffverluste verursacht.
• Es sind daher auch schon Hybridschütze und -schalter vorgeschlagen worden, die zur Reduzierung der Lichtbogendauer bzw. zur vollständigen Vermeidung einer Lichtbogenspannung mechanische Kontaktglieder und elektronische Schaltelemente nebeneiander enthalten. Diese Schalter haben jedoch den Nachteil, dass sie einen relativ komplizierten Aufbau besitzen und dadurch störanfällig sind. Ein weiterer Nachteil einiger bekannter Hybridschalter besteht darin, dass sie zwar mit einfachen Dioden auskommen, dafür aber synchroschaltende mechanische Schaltglieder erfordern, sonst aber steuerbare Thyristoren verwendet werden müssen.
• Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kontaktgliedpaare und Kontaktbrücken zur Verwendung in Wechselstromschützen mit Doppelunterbrechung, insbesondere für Nennströme über 30 Ampere zu finden, die einen einfachen, relativ störunanfälligen Aufbau gestatten, bei Vermeidung des Einsatzes grösserer Edelmetallmengen und eines hohen Naterialverschleisses.
• Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jedes Kontaktglied des Paares in zwei Einzelkontaktstücke aufgeteilt ist, von denen jeweils ein Einzelkontaktstück räumlich unmittelbar mit einem Gleichrichter verbunden ist, wobei die Polung der beiden Gleichrichter an den beiden Kontaktgliedern des Paares gleichsinnig ist, und durch entsprechend angeordnete und/oder gestaltete Anschläge und/oder mechanische Mitnehmer im Antrieb die Trennung der gleichrichterbestückten Einzelkontaktstücke beim Oeffnungsvorgang um das ein bis zweifache einer Stromhalbwelle gegenüber den gleichrichterlosen Einzelkontakten verzögert wird. Der ungesteuerte Gleichrichter bildet dabei mit dem betreffenden Kontaktstück konstruktiv eine Einheit.
• Anstatt des Kontaktgliedpaares kann auch die bewegliche Kontaktbrücke in eine gleichrichterlose Hauptstrombrücke und in eine mit Gleichrichtern bestückte Gleichrichterbrücke aufgeteilt sein, wobei auch hier die Polung gleichsinnig ist und die beiden Brücken nacheinander getrennt werden.
• Die Polung der Gleichrichter an den beiden Einzelkontaktstücken bzw. den Brückenkontakten ist so, dass beim Oeffnen der Kontaktglieder der Strom auf der einen Unterbrechungsstelle über den Lichtbogen fliesst, da der entsprechende Gleichrichter gegen die angenommene Stromrichtung gepolt ist, und auf der anderen Unterbrechungsstelle über den Gleichrichter.
• Abhängig von der Ausschaltgeschwindigkeit werden die Trennaugenblicke der jeweiligen Einzelkontaktstücke mit und ohne Gleichrichter bzw. der beiden Kontaktbrücken so bemessen, dass sie nacheinander innerhalb einer Zeit vom ein-bis zweifachen, vorzugsweise vom 1,5-fachen einer Stromhalbwelle öffnen, wobei die mit Gleichrichter versehenen Kontaktstücke später öffnen. Dies geschieht beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung der Mitnehmer am mechanischen Antrieb des Schützes.
• Die Gleichrichter werden so bemessen, dass sie thermisch eine Halbwelle der Strombelastung bei AC 4-Betrieb und spannungsmässig die Einschwingspannung mit Ueberschwingungen und eventuell die Spannungslöschspritzen aushalten.
• Die Abbildungen I bis IV zeigen schematisch beispielhafte Kontaktanordnungen gemäss der Erfindung, wobei Abbildung I eine Kontaktanordnung mit feststehenden Hybridkontaktgliedern im geöffneten Zustand zeigt, Abbildung II mit beweglichen Hybridkontaktgliedern bzw. Kontaktbrücke im geschlossenen und in Abbildung III in geöffnetem Zustand. Abbildung IV zeigt eine weitere Variante im geschlossenen Zustand.
• Abbildung I zeigt eine Kontaktanordnung, die aus einer Kontaktbrücke (1) besteht, die mit zwei Kontaktauflagen (2,3) bestückt ist und im geschlossenen Zustand mit zwei feststehenden Kontaktgliedern (4,5) in Verbindung steht. Diese feststehenden Kontaktglieder (4,5) sind unterteilt in die Hauptkontakte (23, 24) mit einer Kontaktauflage und in die sogenannten Gleichrichterkontakte (6,7) bestehend aus Blattfedern (8,9), Kontaktauflagen (10, 11) und den Gleichrichtern (17, 18). Diese Gleichrichterkontakte (6,7) sind mit zusätzlichen Kontaktdruckfedern (12, 13) versehen, die die Gleichrichterkontakte (6,7) im geöffneten Zustand gegen besondere Anschläge (15, 16) drücken. Die feststehenden Kontaktglieder (4,5) sind über Anschlüsse (19, 20) mit dem Schaltstromkreis verbunden. Die Kontaktbrücke (1) wird. über eine Druckfeder (14) und dem Antriebsteil (21) bewegt. Die Kraft der Brückenkontaktdruckfeder (14) muss dabei im geschlossenen Zustand grösser sein als die Summe der Kräfte der Blattfedern (8,9) und der Druckfedern (12, 13). Die Symbole (25, 26) geben die Durchlassrichtung der Gleichrichter an.
• Im geschlossenen Zustand ist der Hauptkontakt (23) und der Gleichrichterkontakt (6) mit der Kontaktauflage (12) der Kontaktbrücke (1) in Berührung. Gleiches gilt für den Hauptkontakt(24)und den Gleichrichterkontakt(7),der mit der anderen Kontaktauflage (3) der Kontaktbrücke (1) in Berührung steht. Beim Oeffnen bewegt sich das Antriebsteil (21) nach oben und nimmt die Kontaktbrücke (1) mit. Dadurch öffnet sich zunächst nur die Hauptstrombahn, bestehend aus den Hauptkontakten (23, 24) und der Kontaktbrücke (1). Es sei angenommen, dass im Oeffnungsaugenblick der Strom vom Anschluss (19) in Richtung auf knsculuss (20) fliesst. Da der Gleichrichter (17) in Sperrichtung gepolt ist, fliesst der Strom unmittelbar nach dem Oeffnen in Form eines Lichtbogens ausschliesslich vom Hauptkontakt (23) zum Brückenkontakt (2). An der anderen Unterbrechungsstelle fliesst der Strom nur über den noch geschlossenen Gleichrichterkontakt (7), das heisst, über die Kontaktauflagen (3), und (11) und den in Durchlassrichtung gepolten Gleichrichter (18). Bei Erreichen des ersten Stromnulldurchganges nach dem Oeffnen erlischt der Strom und damit der Lichtbogen.Nachdem die Gleichrichterkontakte (6) und (7) die Anschläge (15) und (16) erreicht haben, öffnen auch sie stromlos. Abbildung I zeigt diesen geöffneten Endzustand. Durch diese erfindungsgemässe Anordnung wird erreicht, dass je nach Pclarität im Oeffnungszeitpunkt der Hauptkontakte (23, 24) nur jeweils einer dieser Kontakte für maximal eine Stromhalbwelle (10 ms bei 50 Hz), im Mittel 1/2 Stromhalbwelle beansprucht wird. Durch entsprechende Auslegung der Geschwindigkeit des Antriebs (21) und der Lage der Anschläge (15, 16) kann erreicht werden, dass die Gleichrichterkontakte (6,7) frühestens eine Halbwelle (10 ms) nach dem Oeffnen der Hauptkontakte (23, 24) öffnen. Dadurch werden diese Kontakte sowie die ihnen gegenüberliegenden Teile der Brückenkontaktauflagen (23), nicht durch Lichtbögen beansprucht. Sie können deshalb mit geringem Volumen dimensioniert werden.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemässen Kontaktanordnung ist jede der beiden Brückenkontaktauflagen (2,3) in zwei Teilkontaktauflagen aufgeteilt, die unterschiedlicher grösse und aus unterschiedlichem Werkstoff sein können, wobei je eine Teilkontaktauflage einem Haupt- und Gleichrichterkontaktstück zugeordnet ist.
• Die Abbildungen II und III zeigen schematisch eine Hybridkontaktanordnung mit den Hybridkontaktgliedern in der beweglichen Kontaktbrücke im geschlossenen (Abbildung II) und im geöffneten Zustand (Abbildung III). Die Kontaktbrücke besteht dabei aus einer sogenannten Hauptstrombrücke (31) und einer sogenannten Gleichrichterbrücke (32) mit den Gleichrichtern (35, 36). Die Hauptstrombrücke (31) und ui e die Gleichrichterbrücke (32) sind über flexible Stromleiter (37) miteinander verbunden.
• Diese gontaktbriicke steht mit den Festkontakten (38, 39) in Verbindung und wird über einen Antrieb (40) bewegt, wobei getrennte Druckfedern (41) für die Hauptstrombrücke (31) und Druckfedern (42) für die Gleichrichterbrücke (32) vorhanden sind.
• In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die Gleichrichter-und Hauptkontakte im beweglichen Schaltglied untergebracht.
• In analoger Weise zu der Anordnung nach Abbildung I wird beim Ausschaltvorgang zunächst die Hauptstrombrücke (31) infolge Mitnahme durch das Antriebsteil (40) geöffnet. Die Oeffnung der Gleichrichterbrücke (32) erfolgt, nachdem diese durch die Hauptstrombrücke (31) oder einen weiteren geeignet angeordneten Anschlag des Antriebsteils (40) mitgenommen wird.
• Abbildung IV zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemässen Schaltgliederanordnung entsprechend den Abbildungen II und III, bei welcher die Gleichrichterkontaktauflagen (55, 56) eine unmittelbare Verbindung mit dem zugehörigen scheibenförmigen Gleichrichter (53, 54) aufweisen. Auch kann das metallische Gleichrichtergehäuse oder ein Teil davon gleichzeitig die Kontaktauflage bilden.
• Auch hier ist die bewegliche Kontaktbrücke in eine Hauptstrombrücke (51)und eine Gleichrichterstrombrücke (52), die im geschlossenen Zustand mit entsprechenden Pestkontakte (57, 58) in Verbindung stehen und miteinander durch flexible Stromleiter(59) verbunden sind.
• Die erfindungsgemässen Kontaktanordnungen haben den Vorteil, dass der Lichtbogen höchstens eine Halbwelle an einer Schaltstrecke brennt. Bei gleichen Kontaktstückabmessungen erhält man dadurch höhere Lebensdauern oder man kann bei gleichen Lebensdauern kleinere Schaltstücke einsetzen. Als Kontaktmaterialien haben sich die bekannten Werkstoffe bewährt, wie beispielsweise Silber/Kadmiumoxid und Silber/Graphit oder Wolfram/Silber und Wolfram/Kupfer. Trotz relativ kleiner ungesteuerter Gleichrichter, die nur eine Halbwelle lang Strom führen und dadurch nur kurzzeitig mit voller Spannung beansprucht werden kann auf besondere Löschkammern verzichtet werden.
• Gegenüber bekannten Hybridschaltern hat die erfindungsgemässe Hybridkontaktanordnung den grossen Vorteil, dass sie keine gesteuerten Gleichrichter mit besonderer Steuereinrichtung und keine synchronbetätigte Schaltglieder benötigt.

Claims (4)

1. Kontaktgliedpaar und Kontaktbrücke für Wechselstromsrhütze mit Doppelunterbrechung PATENTANSPRÜCHE gontaktgliedpaar und Kontaktbrücke für Wechselstromschütze mit Doppelunterbrechung, insbesondere für Nennströme über 30 Ampere dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kontaktglied (4,5) des Paares in zwei Einzelkontaktstücke (6,7 bzw. 23, 24) aufgeteilt ist, von denen jeweils ein Einzelkontaktstück (6,7) räumlich unmitteibar mit einem Gleichrichter (17, 18) verbunden ist, wobei die Polung der beiden Gleichrichter (17, 18) an den beiden Kontaktgliedern (4,5) des Paares gleichsinnig ist, und durch entsprechend angeordnete und/oder gestaltete Anschläge (15, 16) und/ oder mechanische Mitnehmer im Antrieb (2l).die Trennung der gleichrichterbestückten Einzelkontaktstucke (6,7) beim Oeffnungsvorgang um das ein-bis zweifache einer Stromhalbwelle gegenüber den gleichrichterlosen Einzelkontaktstücke (23, 24) verzögert wird.
2. 2. Kontaktgliedpaar ur,d Kontaktbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt des Kontaktgliedpaares die bewegliche Kontaktbrücke in eine Hauptstrombrücke (31, 51) und in eine mit Gleichrichtern (33, 34 bzw. 53, 54) bestückte Gleichrichterbrücke (32, 52) aufgeteilt ist.
3. 3. Kontaktgliedpaar und Kontaktbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Brückenkontaktauflagen (2,3) in zwei Teilkontaktauflagen aufgeteilt sind, wobei je eine Teilkontaktauflage einem gleichrichterbestücken Einzelkontaktstück t6,7) und einem glcichrichterlosen Einzelkontaktstück (23, 24) zugeordnet sind.
4. 4. Kontaktgliedpaar und Kontaktbrücke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktauflagen (55, 56) eine unmittelbare Verbindung mit den Gleichrichtern (53, 54) aufweisen.