DE3544650A1

DE3544650A1 - Hochgeschwindigkeits-kontakttreiber fuer einen elektrischen schalter

Info

Publication number: DE3544650A1
Application number: DE19853544650
Authority: DE
Inventors: Edward Keith Simsbury Conn. Howell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1986-06-26
Also published as: FR2575325A1; IT8523282A0; JPS61158642A; IT1186474B

Description

Hochgeschwindigkeits-Kontakttreiber für einen elektrischen

Schalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochgeschwindigkeits-Kontakttreiber zum schnellen Trennen von Brückenkontakten von einem Paar feststehender Kontaktstücke.

Die US-PS 3 215 796 beschreibt die Idee, einen Leitungsstrom zu verwenden/ um einen Strom in einer Stromschleife, die eng beabstandete parallele Leiter enthält, zu induzieren, um die Leiter auseinanderzudrücken und bewegbare Kontaktstücke von zugeordneten feststehenden Kontaktstücken zu trennen.

Die US-PS 3 168 626 beschreibt eine Sicherung unter Verwendung der Rückschlagkräfte, die durch Fehlerströme entwickelt werden, die in entgegengesetzten Richtungen durch eng beabstandete, parallele Sicherungsverbindungen fließen, um eine oder beide Verbindungen zu trennen und somit den fehlerbehafteten Stromkreis zu unterbrechen.

Die DS-PS 3 002 065 beschreibt die Verwendung von übermäßigen

Leitungsströmen, die in entgegengesetzter Richtung durch leitfähige Säulen fließen, uir; eine der Säulen abzustoßen und somit einen Shuntpfad zu bilden, um ein Messgerät zu schützen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hochgeschwindigkeits-Kontakttreiberanordnung zu schaffen, bei der ein Hochstromimpüls verwendet wird, um zwei Leiter elektrodynamisch abzustoßen, die als ein Kontaktträger für einen Brückenkontakt dienen, der über zwei Kontaktstücken innerhalb einer zu schützenden Schaltungsanordnung angeordnet sind, um für eine extrem schnelle Stromunterbrechung bei einem entsprechenden Befehl zu sorgen.

Erfindungsgemäß wird ein Hochgeschwindigkeits-Kontakttreiber geschaffen, bei dem ein Brückenkontakt federnd bzw. elastisch durch eine Auslegerfeder gehaltert und durch zwei eng beabstandete elektrische Leiter getragen ist. Der Brückenkontakt ist durch eine Kontaktfeder in einen elektrischen Kontakteingriff mit zwei stationären Kontaktstücken vorgespannt. Ein Stromimpuls, der den Leitern zugeführt wird, hat die elektrodynamische Abstoßung der Leiter und das Abheben des Brückenkontaktes von den feststehenden Kontaktstücken weg entgegen der Vorspannung der Kontaktfeder zur Folge.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine Teilschnittansicht von dem Hochgeschwindigkeits-Kontakttreiber gemäß der Erfindung.

Figuren 2A und 2B stellen Teilschnittansichten des Kontakttrsibers gemäß Figur 1 vor und nach einer Erregung dar.

Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Kontaktbrücken-Trennkraft relativ zu der Trennstrecke zwischen dem Brückenkontakt und den feststehenden Kontaktstücken.

Figur 4 ist eine Teilschnittansicht von einem anderen Ausfüh- '* rungsbeispiel des Hochgeschwindigkeits-Kontakttreibers f

gemäß Figur 1. |

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Hochgeschwindigkeits-Kontakttreibers 10 gemäß der Erfindung gezeigt, bei dem
zwei starre Leiter 11,12, die jeweils ein feststehendes Kontaktstück 13,14 tragen, durch einen Brückenkontakt 15 verbunden,
sind. Der Brückenkontakt wird von zwei Leitern 20,21 getragen, | die an dem einen Ende an dem Kontaktstück so befestigt sind, | daß der Brückenkontakt die zwei Leiter elektrisch parallel S

schaltet. Die entgegengesetzten Enden der zwei Leiter sind auf f? entsprechende Weise mit zwei Verbindungsanschlüssen 22,23 ρ

durch Anschlußschrauben 24,25 verbunden. Die elektrische Ver- a bindung wird mit den zwei Leitern dadurch hergestellt, daß ^

eine Stromquelle an die Anschlußschrauben angeschlossen wird. ψ Ein Block aus Isoliermaterial 16 einer vorbestimmten Masse M₁ I ist an dem einen Ende einer auskragenden bzw. Auslegerfeder k 18 durch eine Schraube 19 befestigt, und die Feder ist an ei- j ner Halterung 17 am entgegengesetzten Ende durch eine getrenn- f te Schraube. Die Masse M₂ des Brückenkontaktes ist

so gewählt, daß sie sehr klein in bezug auf die Masse M.. des
Isoliermaterials ist. Eine Kontaktfeder 26 ist an ihrem einen
Ende an dem Brückenkontakt befestigt, und das andere Ende ist
an einer Stütze 27 fest angebracht. Der durch die Kontaktfeder 26 ausgeübte Zug ist so eingestellt, daß der Brückenkontakt in eine gute elektrische Verbindung mit den feststehenden
Kontaktstücken entgegengesetzt zu der Kraft gehalten ist,
die durch die Auslegerfeder 18 auf den Brückenkontakt über die
heiter 20,21 ausgeübt wird. Wenn der Kontakttreiber innerhalb
eines Schalters verwendet wird, fließt der Kreisstrom I₉ zwischen den starren Leitern 11,12 in der angegebenen Richtung
durch die feststehenden Kontaktstücke 13,14 und den Brückenkontakt 15. Die Länge I^ der Leiter 20,21 und der Kontaktabstand d.. wird so eingestellt, daß ein vorbestiminter, gesteu- ] erter Stromimpuls I₁ in den angegebenen Richtungen eine *.

ausreichende elektrodynamische Abstoßung zwischen den zwei
Leitern erzeugt, um die Vorspannung zu überwinden, die durch

die Kontaktfeder 26 ausgeübt wird, und um den Brückenkontakt von den feststehenden Kontaktstücken schnell zu trennen innerhalb eines Zeitinkrementes von 10 - 100 Mikrosekunden vom Beginn des Stromimprilses I₁ .

Die Stromschleife, die zwischen der Anschlußschraube 24, dem Leiter 21, dem Brückenkontakt 15, dem Leiter 20 und der Anschlußschraube 25 gebildet ist, ist in Figur 2(a).gezeigt/^wobei kein Strom durch die Schleife fließt und ein permanentes Magnetfeld auf einen Mittelabschnitt der Leiter ausgeübt wird, wie es durch das gestrichelte Rechteck 30 angedeutet ist. Die wesentliche Vergrößerung in den elektrodynamischen Abstoßkräften, die auf die Leiter durch den Zusatz des Magnetfeldes ausgeübt werden, wird im folgenden anhand von Figur 3 näher erläutert.

Die Wirkung der elektrodynamischen Kräfte, die als F₁ und F₁' in den angegebenen Richtungen dargestellt sind, ist in Figur 2 (b) im Vergleich zur Figur 2 (a) gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Abstand d_ zwischen den Leitern bei einer elektrodynamischen Abstoßung wesentlicher größer ist als der anfängliche Abstand d- und daß sich der Brückenkontakt

15 von dem feststehenden Kontaktstück 13 um eine Inkrement djCLgetrennt hat. Die große Trennstrecke d_ ist die Wirkung der Abstößkräft F₁, die proportional dem Produkt des Stromes I₁ multipliziert mit der magnetischen Feldstärke ist, die durch das Magnetfeld 30 ausgeübt wird. Die Kraft auf den Brückenkontakt ist durch den Kraftvektor F₂ dargestellt, der in der angegebenen Richtung wirksam ist, wobei eine Kraft F ' gleicher Größe in der entgegengesetzten Richtung auf den Block

16 ausgeübt wird. Da die Masse M_n des Kontaktstückes 15 viel kleiner ist als die Masse M.. des Blockes 16, erzeugen gleiche Kräfte F2 und F₂' eine viel größere Beschleunigung des Kontaktstückes 15 als des Blockes ^6. Somit bleibt in dem zeitlichen Rahmen von 100 Mikrosekunden der Block 16 im wesentlichen stationär bzw. feststehend.

Die Änderung in der Kraft F„ auf den Erückenkontakt als eine

·— m ·

Funktion des Abstandes zwischen dem überbrückenden und den feststehenden Kontaktstücken ohne ein permanentes Magnetfeld 30 ist bei 28 in Figur 3 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Kraft F₂ auf den Brückenkontakt am Anfang sehr hoch ist, in der Größenordnung von etwa 50 kp, um für eine starke Beschleunigung zu sorgen, wenn der Stromimpuls I₁ zu Beginn zugeführt wird, und dann rasch abfällt, wenn der Brückenkontakt 15 von den feststehenden Kontaktstücken 13,14 getrennt wird und der Abstand von Null auf einige tausendstel Millimeter . anwächst. Die Wirkung des permanenten Magnetfeldes 30 ist bei 29 gezeigt, um die Kraft zu vergrößern, die auf den Brückenkontakt bei größeren Kontaktabständen ausgeübt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochgeschwindigkeits-Kontakttreibers 10 ist in Figur 4 gezeigt. Die Stromschleife ist zwischen dem Leiter 20, dem Brückenkontakt 15 und dem Leiter 21 gebildet. TÜne Plattform 35 aus Isoliermaterial, die durch zwei Stützen 7, 31 ebenfalls aus Isoliermaterial gehalten ist, weist eine öffnung 36 für die Durchführung von zwei Leitern auf und dient dazu, eine Wendelfeder 33 zu haltern, die den Brückenkontakt gegen die Vorspannung der Kontaktfeder 26 in ähnlicher Weise wie die Auslegerfeder 18 vorspannt, wie vorstehend in Verbindung mit der Anordnung gemäß Figur 1 beschrieben ist. Die Plattform und die starren Leitern 11,12 sind an den Stützen 17, 31 durch Schrauben 19 befestigt, wie es in Figur 4 gezeigt ist. Die Leiter 20, 21 sind als eine eine Windung bildende Sekundärwicklung um einen toroidförmigen Kern 32 angeordnet, wobei eine viele Windungen aufweisende Primärwicklung 34 durch Anschlußleiter 22,23 und Anschlußschrauben 24,25 mit einer externen Schaltungsanordnung verbunden ist. Der toroidförmige Kern ist an dem Isolierblock 16 befestigt und vergrößert die Masse des Blockes 16 für die vorteilhafte Relation zwischen dieser Masse und der Masse, die den Brückenkontakt bildet, wie es vorstehend bereits erläutert wurde. Ein Stromimpuls, der den Anschlußleitern 22,23 zugeführt wird, wird durch die Transformatorwirkung durch den Kern verstärkt und wird in den Leitern 20,21 induziert, um

den vorbestimmten Strom I- zu bilden, der in den angegebenen Richtungen fließt, um die Leiter zu trennen.

Vorstehend wurde gezeigt, daß eine extrem schnelle Kontakttrennung erreicht werden kann entgegen einer großen Kontakthaltekraft, wie sie church die Kontaktfeder 26 auf eine kleine Kontaktmasse, wie beisp. alsweise M₁, relativ zu einer kleineren Kontakttrennkrafr ausgeübt wird, wie sie durch die Auslegerfeder 18 auf ei^i große Masse wie M^ ausgeübt wird. Wenn elektrodynamisch.*? Kräfte ausgebildet werden, um die Kontakttrennkraft zu vergrößern, bleibt die große Machtmasse praktisch feststehend, was eine große Beschleunigung während der anfänglichen Kontakttrennung zur Folge hat, was höchst erwünscht ist, um die Größe des Schaltstroms zu begrenzen. Es können auch größere Stromimpulse, wie sie durch I.. dargestellt sind, zusammen mit stärkeren Magnetfeldern verwendet werden, um die Trennkräfte weiter zu vergrößern und für eine noch schnellere Kontakttrennung zu sorgen.

Dor erfindungsgemäße Schalter kann in Verbindung mit einem Festkörperschalter parallel zu den Kontaktstücken verwendet werden, wobei der Strom unmittelbar nach der Kontakttrennung von den Kontajctstücken weg abgeleitet wird- um die Lxchtbogenenergie wesentlich zu vermindern und infolgedessen die nachteilige Lichtbogenwirkung auf die Kontaktstücke im wesentlichen zu eliminieren. Dadurch wiederum können die Kontaktstücke viel kleiner gemacht werden, wodurch sowohl ihre thermische Masse als auch ihre Trägheitsmasse verkleinert wird. Die Verkleinerung der Trägheitsmasse gestattet ihrerseits, daß die Kontaktstücke schneller getrennt werden können und somit die unterbrechung des Stromkreises während der frühen Stufen der Strontkurve erreicht wird. Die kleinere Trägheitsmasse der Kentaktstücke gestattet die Verwendung eines Brückenkontaktes zwischen zwei feststehenden Kontaktstücken, wie es in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P (Anwaltszeichen: 9741-41PS-6329) erläutert ist. Die

Brückenkontakt anordnung, sorgt für eine weitere Verkleinerung der Masse der Kontaktstücke, so daß eine noch schnellere Kontakttrennung erreicht werden kann und eine Stromuriterbrechung an den entsprechend früheren Stufen der Stromkurve erfolgt.

Claims

Patentansprüche

1. Hochgeschwindigkeits-Kontakttreiber für einen elektrischen Schalter, gekennzeichnet durch:

zwei elektrische Leiter (20,21), die Seite an Seite angeordnet sind und sich zwischen ersten und zweiten Federn (18,26) erstrecken,

einen Brückenkontakt (15), der von den elektrischen Leitern getragen und für eine elektrische Verbindung zwischen zwei feststehenden Kontaktstücken (13,14) angeordnet sind_/ und

Mittel zum Liefern eines vorbestimmten Stromimpulses zu den Leitern (20,21) für eine elektrodynamische Abstoßung der Leiter und Trennung des Brückenkontaktes (1 5) \^ron den feststehenden Kontaktstücken (13,14).

2. Kontakttreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die <=>r.c:-f-e Feder (18) den Brückenkontakt (15) von den feststehenden Kontaktstücken (13,14) weg vorspannt und daß die zweite Feder (26) den Brückenkontakt (15) in Richtung auf die feststehenden Kontaktstücke (13,14) vorspannt.

3. Kontakttreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierblock (16) zwi

fr· · r f · r e r a r

sehen der ersten Feder (18) und den zwei elektrischen Leitern (20,21) angeordnet ist zur Halterung der zwei elektrischen Leiter.

4. Kontakttreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei starre Leiter (11,12) vorgesehen sind, cL. » die feststehenden Kontaktstücke (13, 14) tragen, wobc=2 "eweils ein feststehendes Kontaktstück an dem Ende "'ο jedem starren Leiter angeordnet ist.

5. Kontakttreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Feder eine erste Kraft auf den Brückenkontakt ausübt und die zweite Feder eine zweite Kraft auf den Brtickenkontakt ausübt, wobei die erste Kraft kleiner als die zweite Kraft ist.

6. Kontakttreiber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolierblock (16) eine erste Masse und der Brückenkontakt (15) eine zweite Masse aufweist, wobei die zweite Masse kleiner als die erste Masse ist und die Geschwindigkeit der Trennung des Erükkenkontaktes von den feststehenden Kontaktstücken fördert.

7. Kontakttreiber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Feder in einer auskragenden Relation mit dem Isolierblock und einer festen Halterung angeordnet ist zum Bewegen des Isolierblockes, der Leiter und des Brückenkontaktes in einer ersten Eewegungsebene.

8. Kontakttreiber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß zwei elektrische Leiter in eine zweite Bewegungsebene auseinanderbewegt werden, die senkrecht zu der ersten Ebene ist.

9. Kontakttreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Feder eine Wendelfeder aufweist.

10. Kontakttreiber nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Liefe-

/ersten
rung von Stromimpulsen einen und einen zweiten Anschluß

aufweist, wobei der erste Anschluß mit dem einen Leiter
an dem einen Ende und der zweite Anschluß mit dem anderen
Leiter an dem einen Ende verbunden ist.

11. Kontakttreiber nach Anspruch 10/ dadurch ge- I

kennzeichnet , daß die elektrischen Leiter |

(20,21) an ihren Enden/ die den ersten und zweiten An- t

Schlüssen gegenüberliegen/ durch den Brückenkontakt (15) ;

miteinander verbunden sind. I

Crs I

12. Kontakttreiber nach Anspruch 1/ dadurch ge- I kennzeichnet, daß di^ zwei Leiter (20,21) ψ einen ersten und einen zweiten Draht vorbestimmter, | gleicher Länge aufweisen und derart angeordnet sind, daß | die Trennungsstrecke zwischen den Drähten kleiner als die | vorbestimmte Länge ist. !i

13. Kontakttreiber nach Anspruch 1, dadurch ge- I kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lieferung von Stromimpulsen einen toroidförmigen Kern (32) auf- Ϊ weist und die zwei elektrischen Leiter als wenigstens eine f

C > Sekundärwindung auf dem Kern angeordnet sind. *,

14. Kontakttreiber.nach Anspruch 12, dadurch ge- §

kennzeichnet , daß auf dem Kern (32) wenig- I

I stens eine Primärwindung angeordnet ist. I

15.. Kontakttreiber nach Anspruch 13, dadurch ge- f kennzeichnet, daß der toroidförmige Kern X

(32) in einem isolierenden Kernhalterungsblock mit Mitteln I

r zur elektrischen Verbindung mit den zwei Leitern (20,21) ]

fest angeordnet ist. |

16. Kontakttreiber nach Anspruch 1, dadurch ge- %

kennzeichnet, daß wenigstens eine Halte- |

rungäplatte (35) mit einer öffnung (36) für einen Durchtritt der zwei Leiter (20,21) vorgesehen ist.

17. Kontakttreiber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder eine wendeiförmige Feder (33) aufweist", die um die zwei Leiter und zwischen dem Kernhalterungsblock und der Halterungsplatte angeordnet ist.