DE69820542T2

DE69820542T2 - Verbindungssystem für den betätigungsmechanismus eines hochstromschalters

Info

Publication number: DE69820542T2
Application number: DE69820542T
Authority: DE
Inventors: I. James SMITH; N. Roger CASTONGUAY
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2018-02-06
Also published as: EP0894325B1; JP2000509196A; US5797483A; EP0894325A1; WO1998035370A1; DE69820542D1

Description

Hintergrund der Erfindung
US-Patent 4,001,742 mit dem Titel „"Circuit Breaker Having Improved Operating Mechanism" beschreibt einen Schalter, der einen Kreisstrom von mehreren tausend Ampere bei einer Spannung von mehreren hundert Volt schalten kann. Wie dort beschrieben ist, hat der Betätigungsmechanismus die Form von zwei kraftvollen Betätigungsfedern, die durch ein Verriegelungssystem daran gehindert sind, die Kontaktstücke des Schalters zu trennen. Wenn der Betätigungsmechanismus angesprochen hat, um die Kontaktstücke zu trennen, müssen die Betätigungsfedern wieder gespannt werden, um den bewegbaren Kontaktarmen, die die Kontaktstücke tragen, genügend Federkraft zuzuführen.
Eine Beschreibung von der Wechselwirkung des Betätigungsmechanismus, der Kurbel, der Verriegelung und des Kontaktarms ist in dem US-Patent 5,424,701 mit dem Titel „Operating Mechanism for High Ampere-Rated Circuit Breakers" zu finden. Bei den Anordnungen, die in den beiden vorgenannten US-Patenten beschrieben sind, müssen die Komponenten des Betätigungsmechanismus von der Lichtbogenrinne des Schalters getrennt werden, die beim Trennen der Schalterkontakte bei Überstrombedingungen elektrisch leitende Bogengase erzeugt. Durch die elektrisch nicht leitfähigen Komponenten in dem Innenraum des Schalters wird ein Spielraum über der Oberfläche ausgebildet. Ein direkter elektrischer Transport zwischen den Komponenten der Betätigungsmechanismen wird gegenwärtig dadurch erreicht , daß die Komponenten ein ausreichendes Stück getrennt werden, um einen Kontakt zwischen den Komponenten und den ionisierten Bogengasen verhindert wird, indem eine getrennte isoliernde Abschirmung eingesetzt wird. Dokument GB-A-2 042 263 zeigt ebenfalls einen derartigen Betätigungsmechanismus. Wenn die Komponenten des Betätigungsmechanismus des Schalters zusammengebaut und zur Kompensation von Fertigungstoleranzen eingestellt sind, wird die isolierende Abschirmung entfernt und später wieder eingebaut, was zu zusätzlichen Montagekosten führt. Es würde wirtschaftlich vorteilhaft sein, die Gesamtabmessungen von dem Betätigungsmechanismus des Schalters und auch den Abstand zwischen dem Betätigungsmechanismus und der Lichtbogenrinne zu verkleinern, ohne daß ein elektrischer Transport (Stromfluss) zwischen den Komponenten und den elektrisch-aktiven Bogengasen auftritt, ohne daß die Einfügung einer getrennten isolierenden Abschirmung benötigt wird.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Schalterbetätigungsmechanismus mit verminderten Abmessungen bereitzustellen, der beim Auftreten von Überstromzuständen den Kreisstrom unterbrechen kann, ohne daß ein elektrischer Transport (Stromfluss) zwischen den Komponenten des Betätigungsmechanismus und den zugeordneten Bogenentladungsgasen auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Betätigungsmechanismus des Schalters tritt mit dem bewegbaren Kontaktarm des Schalters durch eine elektrisch-isolierende Gestängeanordnung in Wechselwirkung. Toleranzeinstellungen werden innerhalb der Gestängeanordnung vorgenommen, ohne daß eine zusätzliche elektrisch-isolierende Abschirmung erforderlich ist. Der metallische Gabelkopf, der den bewegbaren Kontaktarm befestigt, ist mit einer elektrisch-isolierenden Hülse überdeckt. Ein elektrisch-isolierender Toroid innerhalb des Gestänges isoliert elektrisch den Gestängeverbinder des Betätigungsmechanismus.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Draufsicht auf einen Schalter, der die elektrisch isolierende Gestängeanordnung gemäß der Erfindung verwendet;
2 ist eine perspektivische Draufsicht auf die elektrisch isolierende Gestängeanordnung gemäß 1, wobei die Komponenten in isometrischer Projektion dargestellt sind;
3 ist ein vergrößerter Seitenschnitt von der elektrisch-isolierenden Gestängeanordnung gemäß 2;
4A ist eine Seitenansicht von einem Teil des Betätigungsmechanismus gemäß 1, wobei die Kontaktstücke des Schalters in dem OFFEN-Zustand sind; und
4B ist eine Seitenansicht von einem Teil des Betätigungsmechanismus gemäß 1, wobei die Schalterkontakte in dem GESCHLOSSEN-Zustand sind.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Der in 1 gezeigte, einen hohen Nennstrom aufweisende Schalter 10 ist in der Lage, einen Ruhestrom von mehreren tausend Ampere bei einer Spannung von mehreren hundert Volt ohne Überhitzung zu übertragen. Der Schalter besteht aus einem elektrisch isolierten Unterteil 11, an dem eine Zwischenabdeckung 13 aus einem ähnlichen Isoliermaterial befestigt ist, bevor die obere Abdeckung 15 befestigt wird, die ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Eine elektrische Verbindung mit den inneren stromführenden Komponenten wird durch Lastanschlußbänder 12, die von der einen Seite des Unterteils ausgehen, und Leitungsanschlußbändern (nicht gezeigt) hergestellt, die von der gegenüber liegenden Seite des Unterteils ausgehen. Die inneren Komponenten werden durch eine elektronische Auslöseeinheit 18 gesteuert, die in der oberen Abdeckung 15 enthalten ist. Obwohl es hier nicht gezeigt ist, ist die Auslöseeinheit ähnlich derjenigen, die in dem US-Patent 4,741,002 mit dem Titel „RMS Calculation Circuit" beschrieben ist, um für einen Schutzbereich und Steuerfunktionen zu sorgen. Der Betätigungsgriff 14, der in dem Griffschlitz 16 angeordnet ist, gestattet einen manuellen Betrieb des Betätigungsmechanismus 17 des Schalters, um die bewegbaren und feststehenden Kontaktstücke 24, 25 des Schalters zu trennen. Wie in dem vorgenannten US-Patent 5,424,701 beschrieben ist, ist die Antriebswelle 19 mit der öffnenden Verbindung 20 durch die Kurbel 21 verbunden. Gemäß der Erfindung ist ein Kontaktträger-Antriebsgestänge 26, nachfolgend „Gestänge" genannt, mit der Kurbel 21 durch einen Drehzapfen 27 und mit dem bewegbaren Kontaktarm 23 über den Drehzapfen 52 verbunden. Die Kontaktstücke und andere stromführenden Komponenten sind in dem Unterteil 11 des Schalters enthalten und von den Komponenten des Betätigungsmechanismus in der oberen Abdeckung 15 isoliert. Die elektrische Isolation zwischen dem Betätigungsmechanismus 17 und dem bewegbaren Kontaktarm 23 wird durch die Anordnung der Komponenten, die in dem Gestänge 26 enthalten sind, gewährleistet, wie es am besten ersichtlich wird, indem nun auf 2 Bezug genommen wird.
Der Gestängeverbinder 28 ist aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial gebildet, wie beispielsweise einem bei hohen Temperaturen beständiger, glasgefüllter Polyester, und ist so geformt, daß er einen Umfangsrand oder Kra gen 31 aufweist für eine zusätzliche elektrische Isolation gegenüber dem aus Stahl bestehenden Gewindeschaft 32, der von dem Unterteil ausgeht. Der Gewindeschaft 32 ist manuell in der Gewindeöffnung 43 in dem aus Stahl bestehenden Gabelkopf 41 befestigt. Die Öffnung 30 erstreckt sich durch das Oberteil von dem Gestängeverbinder 28 zur Aufnahme des Drehzapfens 27, der bereits in 1 gezeigt ist. Die Anordnung der Isolierhülse 37 über dem Gabelkopf 41 ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Die Isolierhülse ist aus einem bei hohen Temperaturen beständigen Material, wie beispielsweise Nylon, hergestellt. Eine ebene Schulter 36 erstreckt sich über die Schulter 42 auf dem Gabelkopf, während die Seitenarme 39, 40 der Hülse die Seitenarme 44, 45 des Gabelkopfes überdecken und schützen. Der Hals 36A, der ebenfalls aus einem Isoliermaterial hergestellt ist, erstreckt sich von der Schulter 36 nach oben und nimmt den isolierenden Toroidkörper 33 auf, der eine Öffnung 34 hat. Beim Einführen des Gewindeschaftes 32 durch die Öffnungen 34, 38 und 43, wird der Toroidkörper 33 zusammengepreßt, wenn der Schaft gedreht wird, um Toleranzen zwischen dem Winkelhebel 21 und dem bewegbaren Kontaktarm 23 einzustellen, die bereits in 1 gezeigt sind. Dies verhindert, daß irgendwelche eingetretenen ionisierten Gase, die in der bereits beschriebenen Lichtbogenrinne des Schalters erzeugt werden, mit dem Gabelkopf 41 durch Kontakt mit dem Gewindeschaft 32 in Kontakt kommen. Die Isoliereigenschaften von dem Oberteil 29 des Gestängeverbinders 28 verhindern eine Übertragung von elektrischem Strom zwischen dem elektrisch geerdeten Winkelhebel 21 und dem Gewindeschaft 32, während die Hülse 35 und der Toroidkörper 33 dazu dienen, einen elektrischen Kontakt mit dem Gabelkopf 41 zu verhindern, wenn er an dem bewegbaren Kontaktarm 23 durch die Öffnungen 46, 47 befestigt ist.
Die elektrisch isolierenden Merkmale des Gestänges 26 werden am besten ersichtlich, indem nun auf 3 Bezug genommen wird. Der Gestängeverbinder 28 ist im Schnitt dargestellt, um den isolierenden Überhang zu zeigen, der von dem Kragen 31 zum Oberteil der Isolierhülse 35, dem dazwischen angeordneten Toroidkörper 33 und dem Gewindeschaft 32 gebildet ist. Die Anordnung des Toroidkörpers 33 zwischen dem Oberteil von dem Gabelkopf 41, wie er von dem Seitenarm 44 gesehen wird, stellt den Schutz des Gabelkopfes gegenüber irgendwelchen mobilen ionisierten Gasen sicher, die unter Überstrombedingungen in die Nähe von dem Ge stänge 26 kommen können.
Wie in den 4A und 4B gezeigt ist, ist für die Ausrichtung zwischen dem Drehzapfen 50, der den bewegbaren Kontaktarm 23 mit der Kontaktarmstütze 49 auf dem Boden des Unterteils 11 verbindet, mit dem Drehzapfen 52, der den bewegbaren Kontaktarm 23 mit dem Gestänge 26 verbindet, und dem Drehzapfen 27, der das Gestänge mit dem Winkelhebel 21 verbindet, gesorgt. Diese Anordnung der in einer Linie befindlichen Drehzapfen, wenn der bewegbare Kontaktarm 23 das bewegbare Kontaktstück 24 auf dem Kontaktarm von dem feststehenden Kontaktstück auf der Kontaktstütze 48 getrennt hat, leitet die Kräfte, die auf das Gestänge 26 ausgeübt sind, durch die Mitte von dem Drehzapfen 27, wie es durch den Richtungspfeil angegeben ist. In Anbetracht der exzellenten Widerstandsfähigkeit des gewählten Kunststoffmaterials gegenüber Druckkräften hält die Kraft, die zwischen dem bewegbaren Kontaktarm 23 und dem aus Kunststoff bestehenden Gestängeverbinder 28 durch die Mitte des Stiftes 27 erzeugt wird, jede Drehung von dem Gestängeverbinder 28 ab, um dadurch die Hülse 32 (wie in 3 gezeigt) gegenüber Biegekräften zu schützen, was ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist. Indem nun wieder auf 3 Bezug genommen wird, sei darauf hin gewiesen, daß sich der Hals 36A auf der Isolierhülse 35 nach oben in die Vertiefung 31A erstreckt, die in dem Gestängeverbinder 28 ausgebildet ist. Dies stellt sicher, daß der Schaft 32 vollständig gegenüber irgendwelchen ionisierten Gasen isoliert ist, die während heftiger Kurzschluß-Überstromzustände erzeugt werden.
Es wurde eine Verbindung von einem Schalter-Betätigungsmechanismus mit dem Kontaktarm des Schalters beschrieben, die ein hohes Stromführungsvermögen hat, ohne daß der Betätigungsmechanismus und der Kontaktarm während Überstrom-Unterbrechungsvorgängen ionisierten Gasen ausgesetzt wird.

Claims

Industrie-Schalter für einen Schutz gegen hohe Überströme, enthaltend: ein Isolier-Unterteil (11), zwei trennbare Kontaktstücke (24, 25), wobei eines der Kontakststücke (24) an einem bewegbaren Kontaktarm (23) befestigt ist, ein Kontaktarm-Antriebsgestänge (26), das ein elektrisch isolierendes Oberteil (28) mit einem Gewindeschaft (32), der von einem unteren Teil des Oberteils (28) ausgeht, einen U-förmigen Gabelkopf (41), der auf den Gewindeschaft (32) geschraubt ist, und eine elektrisch isolierende Hülse (35) aufweist, die über dem Gabelkopf (41) angeordnet ist zum Verhindern eines elektrischen Transports (Stromfluss) zum Gabelkopf (41) beim Auftreten des Überstromzustandes, wobei das Antriebsgestänge (26) mit einer Kontaktarmkurbel (21) und einem Betätigungsmechanismus an ihrem Oberteil und mit dem bewegbaren Kontaktarm (23) an ihrem Unterteil verbunden ist, wodurch das Kontaktarm-Antriebsgestänge (26) den Kontaktarm (23) dreht, um die Kontaktstücke (24, 25) beim Auftreten eines Überstromzustandes in einer geschützten Schaltungsanordnung zu drehen, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Oberteil (28) eine Öffnung (31A) aufweist, die auf seinem Unterteil ausgebildet ist und einen Hals bzw. Kragen (36A) aufnimmt für eine zusätzliche elektrische Isolierung zum Schaft (32).
Industrie-Schalter nach Anspruch 1, wobei das Oberteil (28) ferner eine Öffnung (30), die durch ihn hindurchführt zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (27), das von der Kurbel (21) ausgeht, und ferner einen Umfangsrand (31) aufweist, der sich zwischen der Öffnung (30) und dem Gewindeschaft (32) erstreckt, wobei der Umfangsrand (31) beim Auftreten des Überstromzustandes den Gewindeschaft (32) vor einem elektrischen Transport zum Gewindeschaft (32) schützt.
Industrie-Schalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Antriebs-Gabelkopf (41) U-förmig ist und eine mit einer Öffnung versehene obere Schulter (42) aufweist zur Aufnahme eines Teils des Gewindeschaftes (32).
Industrie-Schalter nach Anspruch 3, wobei zwei mit einer Öffnung versehene Gabel-Seitenarme (44, 45) vorgesehen sind, die von der oberen Schulter (42) ausgehen und zur Aufnahme von Mitteln (52) zum Verbinden mit dem bewegbaren Kontaktarm (23) angeordnet sind.
Industrie-Schalter nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Hülse (35) eine Hülsenschulter (36) aufweist, die zum Überdecken der Gabelschulter (42) angeordnet ist, und wobei die Hülse (35) ferner zwei Hülsen-Seitenarme (39, 40) aufweist, die zum Überdecken der Gabel-Seitenarme (44, 45) angeordnet sind.
Industrie-Schalter nach Anspruch 5, wobei ferner ein mit einer Öffnung versehener Hals bzw. Kragen (36A), der von der Hülsenschulter (36) ausgeht und zur Aufnahme des Gewindeschaftes (32) angeordnet ist, und ein elektrisch isolierender Toroid (33) vorgesehen sind, der in den Hals bzw. Kragen (36A) eingesetzt ist zum Ausbilden einer zusätzlichen elektrischen Abschirmung für den Gewindeschaft (32).
Industrie-Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Verbindungsmittel einen ersten Drehzapfen (27) aufweist.
Industrie-Schalter nach Anspruch 4, wobei das Mittel zum Verbinden mit dem bewegbaren Kontaktarm (23) einen zweiten Drehzapfen (50) aufweist.
Industrie-Schalter nach Anspruch 6, wobei der Hals bzw. Kragen (36A) einstückig mit der Hülse (35) ausgebildet ist.
Industrie-Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Umfangsrand (31) einstückig mit dem Oberteil (28) ausgebildet ist.