DE19913236C2

DE19913236C2 - Current limiting method in low-voltage networks and associated arrangement

Info

Publication number: DE19913236C2
Application number: DE1999113236
Authority: DE
Inventors: Wilfried Haas; Werner Hartmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: DE19913236A1; EP1039495B1; DE50012798D1; EP1039495A3; EP1039495A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strombegren zung in Niederspannungsnetzen, bei dem im Betriebsfall bei den dabei auftretenden Betriebsströmen diffuse Bodenmoden ei nes Lichtbogens auftreten und bei dem im Kurzschlußfall der Lichtbogen in hintereinanderliegende Teillichtbögen auf gespalten wird.The invention relates to a method for limiting current in low-voltage networks, in the case of the resulting operating currents diffuse floor modes egg arcing occurs and in the event of a short circuit Arc in successive partial arcs is split.

In Niederspannungsnetzen müssen von Schaltgeräten und Vertei lungen neben den Betriebsströmen auch Kurzschlußströme von bis zu 200 kA_eff beherrscht werden. Das Schalten solcher Strö me mit Leistungsschaltern erfordert einen erheblichen techni schen Aufwand und ist bei selektiven Schaltern mit einer drastischen Reduzierung der Lebensdauer der Schaltanordnung verbunden. Beim Auftreten von Störlichtbögen können aufgrund der hohen Ströme große Schäden an Anlagen sowie eine starke Gefährdung von Personen die Folge sein. Erforderlich sind da her Leistungsschalter, die diese Ströme mit möglichst gerin gem Aufwand unterbrechen und/oder aber deutlich begrenzen. Für den gleichen Zweck geeignet wären auch Bauelemente, die eine solche Begrenzung unabhängig von einer Abschaltung leis ten können, um so das eigentliche Schaltelement zu entlasten.In low-voltage networks need of switching devices and distri payments in addition to the operating currents and short-circuit currents up to 200 kA _rms dominated by. Switching such currents with circuit breakers requires considerable technical effort and is associated with a drastic reduction in the service life of the switching arrangement in the case of selective switches. In the event of arcing faults, the high currents can result in major damage to systems and a serious risk to people. Circuit breakers are required to interrupt and / or limit these currents with as little effort as possible. Also suitable for the same purpose would be components that can achieve such a limitation regardless of a shutdown, in order to relieve the actual switching element.

Bei Verwendung herkömmlicher Luft-Leistungsschalter mit Löschblechkammern (DE 35 39 673 A1) können die bei Kurzschlußabschaltungen in Niederspannungsnetzen möglichen prospektiven Ströme durch den Spannungsaufbau von üblicherweise 300-400 V, der beim Ein laufen des Lichtbogens in die Löschblechkammer auftritt, er heblich reduziert werden. Dadurch werden zum einen die Schaltkammerarbeit und die damit verbundenen thermischen Be lastungen von Schalteinrichtungen erheblich reduziert. Zum anderen bleiben die Stromkräfte bzw. die dadurch verursachten mechanischen Beanspruchungen in den Stromverteilungen be trächtlich unter dem möglichen Höchstwert.When using conventional air circuit breakers with Extinguishing plate chambers (DE 35 39 673 A1) can be used for short-circuit shutdowns Low voltage networks possible prospective currents through the Voltage build-up of usually 300-400 V, which at the on running of the arc in the quenching plate chamber occurs be significantly reduced. As a result, the Switching chamber work and the associated thermal loading loads on switching devices significantly reduced. To the others remain the current forces or those caused by them mechanical stresses in the power distribution pregnant below the possible maximum.

Im Niederspannungsbereich sind weiterhin strombegrenzende Bauelemente bekannt, die auf der Basis kohlenstoffgefüllter, leitfähiger Polymere arbeiten, bei denen die Leitfähigkeit für hohe Stromdichten um mehrere Größenordnungen gegenüber dem Nennstrombereich abnimmt. Wegen der vergleichsweise nied rigen Leitfähigkeit der Polymere ist dieses Prinzip jedoch nur bis zu Nennströmen von maximal einigen 10 A anwendbar, da andernfalls die Durchlassverluste untragbar hoch werden.Current-limiting devices continue to be used in the low-voltage range Components known that are based on carbon-filled, conductive polymers work where the conductivity for high current densities by several orders of magnitude the nominal current range decreases. Because of the comparatively low The conductivity of the polymers is this principle only applicable up to nominal currents of a few 10 A, because otherwise the transmission losses become prohibitively high.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, neue Verfahren zur Strom begrenzung vorzuschlagen, und entsprechende Anordnungen zu schaffen sowie zugehörige Anwendungen anzugeben.The object of the invention is therefore to develop new methods of electricity propose limitation, and corresponding orders create and specify related applications.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Ver fahrensanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anordnung ist durch Patentanspruch 8 gekennzeichnet. Weiterbildungen des Verfahrens und der diesbezüglichen Anordnung sind in den ab hängigen Ansprüchen angegeben, wobei die Patentansprüche 22 und 23 die Ausbildung der Anordnung in gier speziellen Verwen dung als Sicherungselement beinhalten.The object is achieved by the measures of claim 1 claim Ver. An associated arrangement is characterized by claim 8. Developments of the method and the relevant arrangement are specified in the dependent claims, the claims 22 and 23 include the formation of the arrangement in greed special use as a securing element.

Im Rahmen der Erfindung werden also im Nieder- und Mittel spannungsbereich erfolgreich Vakuumschaltröhren für eine Strombegrenzung eingesetzt. Vakuumschalter sind in vielfacher Ausbildung vom Stand der Technik vorbekannt. Speziell für den Niederspannungsbereich werden beispielhaft die DE 198 09 828 C1, die DE 35 33 890 A1 und die EP 740 321 A2 angegeben. Bei diesen Druckschriften geht es insbesondere darum, die Verwendung von Vakuumschaltern für den Niederspannungsbereich dadurch zu optimieren, dass einer seits der Schaltvorgang in einem bestimmten Zeitfenster des Stromes erfolgt und dass andererseits die Anordnung und Geo metrie der Schaltkontakte optimiert wird. Eine Verwendung solcher Anordnungen zur Strombegrenzung ist weder in diesen Patentschriften noch in der weiteren Patent- oder Fachlitera tur angesprochen. Insbesondere sind auch in der Praxis keine Anordnungen von Vakuumschaltkontakten bekannt, die für obigen Zweck geeignet wären.In the context of the invention are thus in the low and medium voltage range successful vacuum interrupters for one Current limitation used. Vacuum switches are in multiple Training known from the prior art. Especially for the Low voltage range are the DE for example 198 09 828 C1, DE 35 33 890 A1 and EP 740 321 A2 specified. With these publications goes it is especially about the use of vacuum switches for to optimize the low voltage range by having one on the part of the switching process in a certain time window of the Current takes place and that on the other hand the arrangement and geo metry of the switch contacts is optimized. One use such arrangements for current limitation is neither in these Patent documents still in the further patent or specialist literature addressed. In particular, there are none in practice Arrangements of vacuum switch contacts known for the above Would be suitable.

Bei der Erfindung werden dagegen Vakuumschaltröhren mit sol chen Kontaktkonfigurationen verwendet, bei welchen ein in Richtung zum Strom im Lichtbogen transversales Eigenmagnet feld auftritt, wobei der Lichtbogen durch geeignete Teiler platten in Teillichtbögen aufgeteilt wird. Gegebenenfalls kann der Lichtbogen auch einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogenfadens als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden.In the invention, however, vacuum interrupters with sol Chen contact configurations used in which an in Direction to the current in the arc transverse magnet Field occurs, with the arc by suitable dividers plates is divided into partial arcs. Possibly the arc can also remain in one piece, in which If the divider plates outside the arc thread as Arc cooling plates are used.

Die im Rahmen der Erfindung benutzten Vakuumschaltröhren mit strombegrenzender Eigenschaft besteht somit aus mindestens zwei Kontakten mit Maßnahmen zur Erzeugung von radial gerich teten Magnetfeldern, von denen mindestens ein Kontakt in Richtung der Stromzuführung gegenüber dem anderen Kontakt be weglich ist, aus einer vakuumdichten Hülle, einem Isolator sowie einem elektrisch weitgehend isoliert aufgehängten, die Hauptkontakte umschließenden Blechpaket zur Lichtbogenauftei lung.The vacuum interrupters used in the invention with current-limiting property thus consists of at least two contacts with measures to generate radial dish Magnetic fields, of which at least one contact in Direction of power supply to the other contact is movable, from a vacuum-tight envelope, an insulator as well as a largely insulated electrically suspended Sheet metal package enclosing main contacts for arcing lung.

Vorteilhafterweise kann eine modifizierte Vakuumschaltröhre in Leistungsschaltern eingesetzt werden, die dadurch zusätz lich eine strombegrenzende Funktion erhalten und deshalb für größere Nennströme eingesetzt werden können als dies mit Va kuumschaltröhren herkömmlicher Bauweise möglich ist. Die Va kuumschaltröhren werden dabei in bekannter Weise im Betriebs zustand geschlossen gehalten und bei Eintreten einer Störung durch einen geeigneten Antriebsmechanismus aktiv geöffnet.A modified vacuum interrupter can advantageously be used be used in circuit breakers, which thereby additional received a current limiting function and therefore for larger nominal currents can be used than with Va vacuum interrupters of conventional design is possible. The Va vacuum interrupters are in operation in a known manner kept closed and when a fault occurs actively opened by a suitable drive mechanism.

Mit den erfindungsgemäßen Anordnungen ergibt sich die Mög lichkeit, Vakuumschaltröhren als Sicherungselemente einzuset zen. Kerngedanke ist, die Schaltröhre für Betriebsströme nur durch Federkraft geschlossen zu halten. Bei Eintreten eines Kurzschlusses wird durch die kurzzeitig auftretenden hohen Ströme zwischen den Kontakten eine so hohe kontaktabhebende Stromkraft erzeugt, daß sich die Kontakte voneinander lösen. Durch einen geeigneten Mechanismus lassen sich dann bei Über schreiten einer voreingestellten Auslösekraft die Federn ent klinken, so daß sich die Kontakte durch die Magnetkräfte so wie die im Lichtbogen wirkende Druckkraft vollständig vonein ander lösen. Dadurch kann die Kontaktanordnung den beschrie benen strombegrenzenden Effekt aufbauen und den im Verteiler netz fließenden Strom auf im Vergleich zum prospektiven Kurzschlußstrom niedrige Stromwer te begrenzen. Die in diesem Fall eher passiv arbeitende Vaku umschaltröhre hat somit eine sicherungsähnliche, strombegren zende Wirkung und kann entweder als einmal arbeitende Siche rung genutzt oder bei geeigneter Auslegung, ähnlich einem Si cherungsautomaten, auch mehrfach zurückgesetzt werden.With the arrangements according to the invention, the possibility arises possibility to use vacuum interrupters as safety elements Zen. The main idea is the switching tube for operating currents only to keep closed by spring force. When a Short circuit is caused by the briefly occurring high Currents between contacts such a high contact-lifting Electricity causes the contacts to separate. With a suitable mechanism, over the springs escape from a preset release force click, so that the contacts by the magnetic forces like the pressure force acting in the arc completely solve others. This allows the contact arrangement to be described build up current limiting effect and that in the distributor network flowing electricity compared to the prospective Short circuit current low current limit. In this case the vacuum works rather passively Switching tube thus has a fuse-like, current limit effect and can either be used as a one-off work tion used or with a suitable design, similar to an Si circuit breakers, can also be reset several times.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Un teransprüchen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention emerge from the following description of the figures of the embodiment play with the drawing in connection with other Un claims. Show it

Fig. 1 eine erste Anordnung von in einer Vakuumschaltröhre befindlichen Kontakten mit zugeordneten Lichtbogen teilerplatten in seitlicher Schnittdarstellung, Fig. 1 shows a first arrangement of in a vacuum interrupter contacts with assigned arc splitter plates in sectional side view,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Anordnung gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of an arrangement according to FIG. 1,

Fig. 3 eine bevorzugte Anordnung mit Kontakten für Transver salmagnetfelder in seitlicher Schnittdarstellung, Fig. 3 shows a preferred arrangement of contacts for Transver salmagnetfelder in sectional side view,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3, Fig. 4 is a plan view of the arrangement according to FIG. 3,

Fig. 5 eine Anordnung mit Topfkontakten zur Generierung ei nes radialen Magnetfeldes und zugehörigen Teilerplat ten, Fig. 5 shows an arrangement with pot contacts for generating ei nes radial magnetic field and associated Teilerplat th,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 5, Fig. 6 is a plan view of the arrangement according to FIG. 5,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der Funk tion der Teilerplatten und Fig. 7 is a sectional view showing the func tion of the divider plates and

Fig. 8 unterschiedliche Beispiele für vom Stand der Technik vorbekannte Elektrodengeometrien. Fig. 8 different examples of previously known from the prior art electrode geometry.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei Kontaktbolzen gezeigt, über die Ströme zu Kontaktträgern 3 und 4 mit zugehörigen Kontakt auflagen 9 geführt werden. Es ist eine Löschanordnung 5 vor handen, wie sie im Prinzip aus Luftschaltern bekannt ist, die aus einzelnen Löschplatten 6a bis 6j besteht, wobei eine um randende Keramikbegrenzung 7 vorhanden ist. Letzteres wird aus der Draufsicht gemäß Fig. 2 deutlich.In Fig. 1 two contact bolts are shown with 1 and 2, over the currents to contact carriers 3 and 4 with associated contact pads 9 are performed. There is an extinguishing arrangement 5 before, as is known in principle from air switches, which consists of individual extinguishing plates 6 a to 6 j, with a ceramic border 7 around the edge. The latter is clear from the top view according to FIG. 2.

Die Fig. 1 und 2 zeigen also eine Anordnung, die sich an die in konventionellen Niederspannungs-Leistungsschalter ver wendeten Luftschaltkammern anlehnt, wobei geeignete Materia lien für eine angedeutete Vakuumschaltkammer VS verwendet werden. Diese Anordnung zeigt bei hohen Kurzschlußströmen ein gutes strombegrenzendes Verhalten. Ein im Bereich der Teller platten 6a bis 6j stationär brennender Lichtbogen mit mehre ren 10 kA kann jedoch gegebenenfalls die Teilerplatten und den äußeren, vom Lichtbogen belasteten Kontaktbereich zerstö ren und daher keine ausreichende Lebensdauer ermöglichen. Figs. 1 and 2 thus show an arrangement in inspired by the conventional low-voltage circuit breakers used ver air switching chambers, with suitable material lien be used for a vacuum interrupter chamber indicated VS. This arrangement shows good current-limiting behavior at high short-circuit currents. However, a stationary arc with several 10 kA in the area of the plate plates 6 a to 6 j can possibly destroy the divider plates and the outer contact area loaded by the arc and therefore do not allow a sufficient service life.

Aus lezterem Grund ist die Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 nicht zum eigentlichen betriebsmäßigen Schalten der im all gemeinen vorkommenden Betriebsströme, d. h. üblicherweise Strömen von einigen 100 A bis zu einigen kA, vorgesehen. Die hierbei auftretenden Lichtbögen entstehen zwischen den Kon taktauflagen der sich trennenden Schaltstücke zwar im inten siven Mode, gehen aber mit zunehmenden Kontaktabstand in den diffusen Mode über. Dabei dehnen sich die Ansätze auf den Elektroden größenflächig aus und können so auch in uner wünschten Schaltkammergebieten brennen. Solche Anordnungen sind daher nur als Sicherungselemente zu verwenden.For the latter reason, the arrangement according to FIGS . 1 and 2 is not intended for the actual operational switching of the generally occurring operating currents, ie usually currents from a few 100 A to a few kA. The arcing that occurs occurs between the contact pads of the separating contact pieces in intensive mode, but changes to diffuse mode with increasing contact distance. The lugs on the electrodes expand over a large area and can burn even in undesirable switchgear areas. Such arrangements are therefore only to be used as securing elements.

In den Fig. 3 und 4 bedeuten 11 und 12 zwei Kontaktbolzen zur Stromführung, von denen einer über einen nicht darge stellten Federbalg beweglich ausgebildet ist. Auch die ei gentliche Vakuumschaltröhre ist nicht im einzelnen darge stellt. Es sind Kontaktstücke 13 und 14 vorhanden, die je weils entsprechende Schlitze zur Generierung von radialen bzw. transversalen Magnetfeldern aufweisen. Zwischen den seitlich abgeschrägten Kontakten 13 und 14 ist eine Anordnung 15 vorhanden, die im einzelnen aus einzelnen Teilerplatten 16a bis 16h und zugehörigen Keramik- bzw. Metallteilen be steht. Insbesondere sind die Teilerplatten 16a bis 16k end seitig in eine Keramikhalterung 17 eingebracht und ist gemäß Fig. 4 wenigstens ein Radialschlitz 18 vorhanden.In FIGS. 3 and 4 mean 11 and 12, two contact pins for conducting current, one of which is movable via a non presented Darge bellows. The actual vacuum interrupter is also not shown in detail. There are contact pieces 13 and 14 which each have corresponding slots for generating radial or transverse magnetic fields. Between the laterally beveled contacts 13 and 14 , an arrangement 15 is present, which in detail consists of individual divider plates 16 a to 16 h and associated ceramic or metal parts. In particular, the divider plates 16 a to 16 k are introduced at the end into a ceramic holder 17 and, according to FIG. 4, there is at least one radial slot 18 .

Mit dieser Anordnung kann eine für eine Strombegrenzung er wünschte Aufspaltung des Lichtbogens in hintereinander lie gende Teillichtbögen im Kurzschlußfall bei gleichzeitiger Be herrschung des bei Betriebsströmen auftretenden diffusen Bo genmodes erreicht werden. Die Anordnung besteht im wesentli chen aus zwei Schaltstücken 13 und 14 sowie der Anordnung 15 mit den kreisringförmigen Lichtbogenteilerplatten 16a bis 16h.With this arrangement, for a current limitation he desired splitting of the arc into partial arcs lying one behind the other in the event of a short circuit while at the same time controlling the diffuse Bo gene modes occurring during operating currents can be achieved. The arrangement consists in wesentli chen two pieces 13 and 14 and the arrangement 15 with the annular arc splitter plates 16 a to 16 h.

Basis dieser Ausführungsform ist, daß die Funktionsweise von Vakuumschaltkontakten mit Radialmagnetfeld und umlaufenden Lichtbogen dahingehend modifiziert wird, daß der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld in einen Löschblechstapel ge lenkt und dadurch - unter Beibehaltung der Rotation - in eine Serie von hintereinandergeschalteten, rasch umlaufenden Ein zellichtbögen aufgespalten wird. Durch diese bisher nicht be kannte Maßnahme kann sowohl die thermische Belastung aller betroffenen Kontaktteile niedrig gehalten werden, als auch gleichzeitig ein so großer Betrag an Brennspannung aufgebaut werden, daß der prospektive Kurzschlußstrom auf in dieser Geometrie beherrschbare Amplituden begrenzt wird.The basis of this embodiment is that the functioning of Vacuum switch contacts with radial magnetic field and rotating Arc is modified so that the circumferential Arc through the magnetic field into a stack of fire-fighting sheets steers and thereby - while maintaining the rotation - into one Series of cascaded, fast rotating in arcing is split. Through this so far not be known measure can both the thermal load of all affected contact parts are kept low as well at the same time such a large amount of burning voltage is built up be that the prospective short circuit current on in this Geometry controllable amplitudes is limited.

Die Schaltstücke 13 und 14 weisen in ihrem Grundriß Ähnlich keiten mit den in der Vakuumschalttechnik verwendeten Spiral kontakten auf. In diesem Fall besitzt die auf den intensiven Lichtbogen, der zwischen den sich trennenden Kontaktauflagen entsteht, wirkende Magnetkraft Komponenten, die den Lichtbo gen in Richtung auf einen umlaufenden Laufring 19 treiben. Bei dieser Lichtbogenwanderung wird durch Abschrägung der Schalt stücke 13 und 14 eine Verlängerung des Lichtbogens erreicht. Während dieses Bewegungsvorganges wird der Lichtbogen in den diffusen Mode übergehen und sich dabei über die gesamte Schaltstückfläche ausdehnen, wenn ein vom Schaltstückdurch messer D abhängiger Grenzstrom von I_G ≈ 15-25 kA nicht über schritten wird. Bei Momentanströmen, die über diesem Grenz wert liegen, bleibt der Lichtbogen dagegen im kontrahierten Mode erhalten, wobei sein Spannungsbedarf beim Wandern infol ge der Verlängerung auf einige 100 V zunimmt und somit die Strombegrenzung wirksam wird. In der Nähe des Laufrings 19 wird der Spannungsbedarf eines langen Lichtbogens zumindest für die immer wieder auftretenden instabilen Bogenkonfigura tionen größer sein als die Summe des Spannungsbedarf von Teillichtbögen, die zwischen zwei einzelnen Tellerplatten 16a bis 16h bzw. zwischen dem Laufring 19 und einer der Teller platten 16a bis 16h brennen. Für solche Lichtbogenkonfigura tionen erfolgt innerhalb weniger µs die Kommutierung des lan gen Bogens in den Bereich der Tellerplatten und seine Auftei lung. Bei diesem Vorgang wird die Brennspannung und die damit verbundene Strombegrenzung nur unwesentlich reduziert. Erst wenn vor Stromnull der Momentanstrom den Grenzwert I_G unter schreitet, zieht sich der Lichtbogen aus dem Teilerplattenbe reich zurück und wechselt in den diffusen Mode. Er breitet sich dabei über die Schaltstückoberfläche aus, und die Bogen spannung sinkt mit abnehmendem Strom ebenfalls ab.The contact pieces 13 and 14 have similar layouts with the spiral contacts used in vacuum switching technology. In this case, the magnetic force acting on the intense arc that arises between the separating contact pads has components that drive the arc in the direction of a rotating race 19 . In this arc hike an extension of the arc is achieved by chamfering the switching pieces 13 and 14 . During this movement process, the arc will switch to diffuse mode and thereby extend over the entire contact surface if a limit current of I _G ≈ 15-25 kA, which is dependent on the contact diameter D, is not exceeded. In the case of instantaneous currents which are above this limit value, on the other hand, the arc remains in the contracted mode, its voltage requirement during hiking increasing as a result of the extension to a few 100 V and the current limitation thus taking effect. In the vicinity of the race 19 , the voltage requirement of a long arc will be greater than the sum of the voltage requirements of partial arcs, at least for the recurring unstable arc configurations, between two individual plate plates 16 a to 16 h or between the race 19 and one of the Burn plates from 16 a to 16 h. For such arcing configurations, the commutation of the long arc into the area of the plate plates and its division takes place within a few microseconds. In this process, the burning voltage and the associated current limitation are only insignificantly reduced. Only when the instantaneous current falls below the limit value I _G before the current zero does the arc withdraw from the divider plate area and switch to diffuse mode. It spreads over the contact surface, and the arc voltage also decreases with decreasing current.

Die Laufrichtung der zwischen je zwei der Tellerplatten 16a bis 16h entstehenden kontrahierten Lichtbögen ist durch das lokale Magnetfeld bestimmt, das von der Stromführung in den Schaltstücken bzw. Laufringen und den Teilerplatten abhängt. Die Richtungen einzelner Teillichtbögen können deshalb für die einzelnen Bögen, wie anhand der Fig. 7 für einen Aus schnitt der Teilerplatten und Laufringe gezeigt wird, unter schiedlich sein.The running direction of the contracted arcs between two of the plate plates 16 a to 16 h is determined by the local magnetic field, which depends on the current in the switching elements or races and the divider plates. The directions of individual partial arcs can therefore be different for the individual arcs, as shown in FIG. 7 for a section of the dividing plates and races.

Da die strombegrenzende Wirkung bei einer Abschaltung mög lichst schnell einsetzen soll und unmittelbar mit dem Licht bogenspannungsaufbau zusammenhängt, muß der Lichtbogen rasch von den Kontaktauflagen in Richtung der Teilerplatten wan dern. Außerdem muß die Kommutierung in den Bereich der Tel lerplatten zügig erfolgen, damit Neuzündungen im Rücken des Bogens und damit Bogenspannungseinbrüche vermieden werden.Because the current-limiting effect is possible with a shutdown should start as quickly as possible and immediately with the light arc voltage build-up, the arc must be rapid wan from the contact pads towards the divider plates other. In addition, the commutation in the field of tel ler plates are done quickly so that new ignitions in the back of the Arc and thus arc voltage drops can be avoided.

Diese Forderungen an das Lichtbogenverhalten lassen sich durch die konstruktive Auslegung der Schaltstücke und Teller platten erfüllen. Der Grundkörper der Schaltstücke sollte aus sauerstofffreiem Kupfer (Cu) oder auch dem Material der Kon taktauflagen wie z. B. Chrom-Kupfer (CrCu) oder Wolfram- Kupfer (Wcu) bestehen. Aus der Literatur sind zahlreiche Un tersuchungen bekannt, nach denen diese Werkstoffe hinsicht lich ihres Lauf- und Neuzündverhaltens für Vakuumschaltkon takte geeignet sind. Die Schaltstücke sind vorzugsweise als Spiralkontakte ausgebildet und besitzen 3-6, vorzugsweise 4 Schlitze, die entsprechend der Anlage 4 gestaltet sein können oder eine der in der Anmeldung 19624920.1 v. 21.06.1996 be schriebenen Formen besitzen. Die Abschrägung der Schaltstücke sollte durch einen Neigungswinkel ψ gegenüber der Kontakto berfläche von ψ = 15-45°, vorzugsweise ψ = 30° charakteri siert sein, da für dieses Winkelintervall das Laufverhalten des Bogens durch Neuzündungen nur gering beeinflußt wird. Der Laufbereich des Lichtbogens im äußeren Bereich der Spiralflü gel kann, wie in Anlage 2 beispielhaft gezeigt, auch durch einen zusätzlich aufgelegten Laufring aus einem abbrandfesten Kontaktwerkstoff wie Chrom-Kupfer (CrCu), Wolfram-Kupfer (WCu) oder Wolframkarbid-Kupfer (WCCu) gebildet werden. Ande re mögliche Kontaktgeometrien mit Radialmagnetfeldern, wie beispielsweise der sogenannte Topfkontakt (engl.: contrate contact) oder der sogenannte "Windmühlenflügel-Kontakt", sind bei entsprechender Modifikation ebenfalls geeignet.These demands on the arc behavior can be met by the design of the contact pieces and plate plates. The main body of the contact pieces should be made of oxygen-free copper (Cu) or the material of the contact pads such. B. chrome copper (CrCu) or tungsten copper (Wcu) exist. Numerous studies are known from the literature according to which these materials are suitable for vacuum switching contacts with regard to their running and re-ignition behavior. The switching pieces are preferably designed as spiral contacts and have 3-6, preferably 4 slots, which can be designed according to Appendix 4 or one of the in the application 19624920.1 v. 21.06.1996 have described forms. The bevelling of the contact pieces should be characterized by an angle of inclination ψ with respect to the contact surface of ψ = 15-45 °, preferably ψ = 30 °, since the running behavior of the arc is only slightly influenced by new ignitions for this angular interval. The running area of the arc in the outer area of the spiral wing can, as shown by way of example in Appendix 2 , also by an additional running ring made of a wear-resistant contact material such as chrome-copper (CrCu), tungsten-copper (WCu) or tungsten-carbide-copper (WCCu) be formed. Other possible contact geometries with radial magnetic fields, such as, for example, the so-called contrate contact or the so-called "windmill wing contact", are also suitable with appropriate modification.

Als Material für die Teilerplatten bieten sich sowohl sauer stofffreies Kupfer (Cu) oder Chrom-Kupfer (CrCu), die auf grund ihres Kommutierungsverhaltens ein einwandfreies Eintre ten und Laufen des Lichtbogens garantieren, als auch Edel stähle an. Bei Verwendung von magnetischen Edelstählen kann durch Verstärkung der Magnetfeldkomponente, die den Lichtbo gen in die Teilerplatten treibt, die Aufteilung des Bogens erleichtert werden. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten bei Nenn- und Betriebstromstärken sollten die Teilerplatten mit mindestens einem Schlitz in radialer Richtung versehen sein. Die Breite b der Teilerplatten sollte bei etwa b ≈ 0.1 -0.3 . D liegen, wobei D der Außendurchmesser der Kontakte ist. Die Breite a der Laufringe ist sinnvollerweise nicht größer als die der Teilerplatten; sie muß aber breiter als der größtmögliche Fußpunktdurchmesser sein. Sie wird deshalb zu a ≈ 0.5-1.0 . b gewählt.The material for the divider plates is both acidic substance-free copper (Cu) or chrome-copper (CrCu), which on perfect entry due to their commutation behavior Guaranteed and running of the arc, as well as noble steel. When using magnetic stainless steels by amplifying the magnetic field component that the Lichtbo drives into the divider plates, the division of the arch be relieved. To avoid eddy current losses at nominal and operating currents, the divider plates should provided with at least one slot in the radial direction his. The width b of the divider plates should be around b ≈ 0.1 -0.3. D are, where D is the outside diameter of the contacts is. The width a of the races is usefully not larger than that of the divider plates; but it must be wider than be the largest base diameter. It will therefore to a ≈ 0.5-1.0. b chosen.

In einer Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 werden aus der Vakuumschalttechnik bekannte Topfkontakte verwendet. Bei diesen Topfkontakten wird durch entsprechende Schlitzung im Trägerteil des Topfes das radiale Magnetfeld generiert. Seitlich muß hier ebenfalls eine Abschrägung erfolgen, so daß entsprechende Teilerplatten eingefügt werden können.In a modification of the arrangement according to FIGS. 3 and 4, well contacts known from vacuum switching technology are used. With these pot contacts, the radial magnetic field is generated by appropriate slitting in the support part of the pot. A bevel must also be made on the side so that appropriate divider plates can be inserted.

In den Fig. 5 und 6 bedeuten 21 und 22 zwei Kontaktbolzen zur Stromführung, von denen einer über einen nicht darge stellten Federbalg beweglich ausgebildet ist. Die eigentliche Vakuumschaltröhre VS ist wiederum nur angedeutet. Es sind Topfkontaktstücke 23 und 24 vorhanden, wie sie vom Stand der Technik vorbekannt sind. Durch derartige geschlitzte Topfkon takte läßt sich, sofern zwei symmetrisch gegenüberstehende Topfkontaktstücke 23 und 24 gegeneinander geneigte Schlitze aufweisen, ein in bezug auf die Stromrichtung im Lichtbogen transversales Magnetfeld erzeugen, so daß derartige Kontakt stücke auch als Radialfeldkontakte bezeichnet werden. Auf den eigentlichen Topfkontakten 23 und 24 sind zur eigentlichen Kontaktgabe Ringe 29 aus Kontaktmaterial aufgebracht. Die Ringe 29 haben entsprechend der Anordnung gemäß Fig. 3 eine spezifische Ausformung. Speziell wird vom inneren im gschlos senen Zustand des Schalters kontaktgebenden Teil über Ab schrägungen mit vorgegebenem Winkel ψ erreicht, daß im äuße ren Bereich ein größerer Freiraum besteht. In diesen Freiraum greifen von außen entsprechend Fig. 2 Teilerplatten 26a bis 26h ein, die außen durch ein Keramikteil 27 gehaltert werden.In FIGS. 5 and 6, 21 and 22, two contact pins mean for conducting current, one of which is movable via a non presented Darge bellows. The actual vacuum interrupter VS is again only hinted at. There are pot contact pieces 23 and 24 , as are known from the prior art. Through such slotted Topfkon clocks can, provided that two symmetrically opposing pot contact pieces 23 and 24 have inclined slots against each other, generate a transverse magnetic field with respect to the current direction in the arc, so that such contact pieces are also referred to as radial field contacts. On the actual pot contacts 23 and 24 rings 29 made of contact material are applied for the actual contact. The rings 29 have a specific shape corresponding to the arrangement according to FIG. 3. Specifically, the contacting part in the gschlos nen state of the switch via bevels from a predetermined angle ψ is achieved in such a way that there is greater freedom in the outer region. In this free space access from the outside as shown in FIG. 2 splitter plates 26 a to 26 h, which are outwardly supported by a ceramic part 27 a.

Bei den in Fig. 5 und 6 dargestellten Topfkontakten 23 und 24 besteht jedes einzelne Kontaktstück insbesondere aus einem Kontaktkörper 30, in das gerade Schlitze 31 unter vorgegebe ner Steigung eingebracht sind. In the case of the pot contacts 23 and 24 shown in FIGS . 5 and 6, each individual contact piece consists in particular of a contact body 30 , into which straight slots 31 are introduced under a predetermined slope.

Anhand Fig. 7 wird verdeutlicht, wie insbesondere zwischen den einzelnen Teilerplatten 6a bis 6j aus Fig. 1 bzw. 16a bis 16h aus Fig. 3 bzw. 26a bis 26h aus Fig. 5 die Auftei lung des Lichtbogens erfolgen kann. Somit wird die erwünschte Wirkung der Strombegrenzung im Vakuum erreicht.Based on Fig. 7 illustrates how, in particular between the individual divider panels 6 a to 6 j in Fig. 1 and 16a to 16h of Fig. 3 and 26a to 26h of Fig. 5, the Auftei development can be carried out of the arc. The desired effect of current limitation in a vacuum is thus achieved.

Die Fig. 8 zeigt anhand von vier Beispielen I bis IV mögli che Geometrien der eigentlichen Kontaktplatte, wie sie auch vom Stand der Technik vorbekannt sind. Dabei geht es im we sentlichen im Beispiel I um die sogenannten Spiralkontakte, bei denen in einer Kontaktplatte 100 spiralförmige Schlitze 101 bis 104 vorhanden sind und in der Mitte eine kreisförmige Eindrehung 105 in der Kontaktplatte 100 vorhanden ist. Eine solche Kontaktgeometrie gewährleistet ein radiales Umlaufen des Lichtbogens. FIG. 8 shows four examples I to IV Moegli surface geometries of the actual contact plate, as they are already known from the prior art. This involves in we sentlichen in Example I, the so-called spiral contacts, in which 101 are provided in a contact plate 100 of spiral slits to 104 and is present in the center of a circular recess 105 in the contact plate 100th Such a contact geometry ensures a radial circulation of the arc.

Zur vereinfachten Herstellung sind im Beispiel II in einer Kontaktplatte 200 mit kreisförmiger Eindrehung 205 drei tan gentiale gerade Schlitze 201 bis 203 eingebracht. Hier ergibt sich im wesentlichen die gleiche Wirkung.For simplified production, three tan gential straight slots 201 to 203 are introduced in a contact plate 200 with a circular recess 205 in Example II. This essentially has the same effect.

In den Beispielen III und IV sind in den Kontaktplatten 300 bzw. 400 mit konzentrischen Eindrehungen 305 bzw. 405 eben falls gerade Schlitze 301 bis 304 bzw. 401 bis 404 vorhanden, die im Beispiel III rechtwinkelig abgebogen sind und im Bei spiel IV mit kreisförmigen Eindrehung 205 versehen sind. Sol che Schlitze können ebenfalls vergleichsweise einfach in vor handene Kontaktplatten eingebracht werden.In Examples III and IV are in the contact plates 300 and 400 with concentric recesses 305 and 405 even if just slots 301 to 304 or 401 to 404 are present, which are bent at right angles in Example III and in example IV with a circular recess 205 are provided. Such che slots can also be made comparatively easily in existing contact plates.

Während die Anordnung gemäß den Fig. 3/4 und 5/6 im we sentlichen zum betriebsmäßigen Schalten von hohen Strömen mit Strombegrenzung vorgesehen ist, ist die Anordnung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 im wesentlichen nur als Stromgegrenzungs- bzw. Überwachungselement vorhanden, mit dem also kein reversibles Arbeiten möglich ist. While the arrangement shown in FIGS. Sentlichen in WE is provided for operational switching of high currents with current limiting 3/4 and 5/6, the arrangement is shown in FIG. 1 and FIG. 2 is substantially present only as Stromgegrenzungs- or monitoring element, with which no reversible work is possible.

Zur Verwendung als strombegrenzende Sicherungselemente können bei den Anordnungen gemäß den beschriebenen Figuren die Kon taktstücke in der Schaltröhre für die Betriebsströme durch Federkraft geschlossen sein, wobei bei Eintreten eines Kurz schlusses eine kontaktabhebende Stromkraft erzeugt wird, wel che die Kontaktstücke voneinander trennen. Es ist für einen solchen Fall auch möglich, bei Eintreten eines Kurzschlusses durch die Stromkraft einen Verklinkungsmechanismus zu lösen und die Kontaktstücke durch Federkraft, pneumatisch oder hy draulisch voneinander zu trennen.Can be used as current limiting fuse elements in the arrangements according to the figures described the Kon clock pieces in the switching tube for the operating currents Spring force must be closed, when a short occurs finally a contact-withdrawing current force is generated, wel separate the contact pieces. It is for one in such a case also possible if a short circuit occurs to release a latching mechanism by means of the current and the contact pieces by spring force, pneumatic or hy to separate them drastically.

Insbesondere bei den Anordnungen gemäß Fig. 3/4 und Fig. 5/6 sind rotationssymmetrische Radialfeldkontakte vorhanden, bei denen der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch die Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Rota tion in eine Serie von hintereinandergeschalteten, rasch um laufenden Einzellichtbogen aufgespalten wird. In einer be stimmten Modifikation kann der Lichtbogen auch einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten lediglich als Lichtbogenkühlplatten dienen. Gemäß Fig. 1/2 ist es möglich, bei Verwendung einer Vakuumschaltröhre mit transversalem Ma gnetfeld und einer nichtrotationssymmetrischen Kontaktanord nung einen geradlinig laufenden Lichtbogen zu realisieren, wobei der Lichtbogen durch das Magnetfeld und durch minde stens eine Lichtbogenteilerplatte unter Beibehaltung der Be wegung in eine Serie von hintereinandergeschalteten Ein zellichtbögen aufgespalten wird. In einer spezifischen Modi fikation kann bei einer solchen nichtrotationssymmetrischen Kontaktanordnung der geradlinig laufende Lichtbogen ebenfalls einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten au ßerhalb des Lichtbogenspfades wieder als Lichtbogenkühlplat ten dienen.In particular, in the arrangements shown in Fig. 3/4 and Fig. 5/6 rotationally symmetrical radial field contacts are present, in which the circumferential arc tion by the magnetic field and the arc divider plate while retaining the Rota in a series of series-connected, is cleaved rapidly to current single arc . In a certain modification, the arc can also remain in one piece, in which case the divider plates serve only as arc cooling plates. According to Fig. 1/2, it is possible to use a vacuum interrupter with a transverse magnetic field and a non-rotationally symmetrical contact arrangement to realize a rectilinear arc, the arc through the magnetic field and by at least one arc splitter plate while maintaining the movement in a series a series of individual arcs is split. In a specific modification, the rectilinear arc can also remain in one piece with such a non-rotationally symmetrical contact arrangement, in which case the divider plates outside the arc path again serve as arc cooling plates.

Claims

1. A method for limiting current in low-voltage networks, in which diffuse arc modes of an arc occur in the operating case during the operation that occurs and in the event of a short circuit, the arc is split into successive partial arcs, characterized by the use of vacuum switching tubes .

2. The method according to claim 1, characterized in that at least one vacuum interrupter is used with at least one radial field contact, in which the switching contacts generate a magnetic field perpendicular to the current direction in the arc and a rotating arc is effected, the circulating arc by the magnetic field and is split by at least one arc splitter plate while maintaining the rotation in a series of series-connected, rapidly rotating individual arcs ( Fig. 3/4, Fig. 5/6).

3. The method according to claim 1, characterized records that a radial field contact on the one hand and a bevelled plate contact on the other hand who uses the.

4. The method according to claim 2, characterized in that at least one vacuum interrupter is used with at least one radial field contact, in which the switching contacts generate a magnetic field perpendicular to the current direction in the arc and a rotating arc is caused, the arc remains in one piece and the divider plates outside the arc path are used as arc cooling plates ( Fig. 3/4, Fig. 5/6).

5. The method according to claim 1, characterized in that at least one vacuum interrupter with a transverse magnetic field is used and that a linearly running arc is used in a non-rotationally symmetrical contact arrangement, the arc by the magnetic field and by at least one arc splitter plate while maintaining the Movement is split into a series of single arcs connected in series ( Fig. 1/2).

6. The method according to claim 5, characterized in that at least one vacuum interrupter with a transverse magnetic field is used and that a linear arc running in a non-rotationally symmetrical contact arrangement is used, the arc remaining in one piece and the splitter plates used outside the arc as arc cooling plates ( Fig. 1/2).

7. The method according to claim 1, characterized records that for the contact arrangement and the Arc splitter plate suitable, especially oxygen free, vacuum switch materials are used.

8. Arrangement for current limitation in low-voltage networks using the method according to claim 1 or one of claims 2 to 7, characterized by we at least one vacuum interrupter (VS) with two switching elements ( 13 , 14 ; 23 , 24 ) and by circular arc splitter plates ( 16 a- 16 K, 26 a- 26 k), which are arranged at least partially between the switching pieces ( 13 , 14 ; 23 , 24 ).

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the switching pieces ( 13 , 14 ) have the shape of spiral contacts ( 100 ) in their plan.

10. The arrangement according to claim 8, characterized in that the spiral contacts ( 100 ) have three to six, preferably four slots ( 101-104 ).

11. The arrangement according to claim 8, characterized in that the switching pieces ( 13 , 14 ; 23 , 24 ) are chamfered in the zones which follow the actual contacting area in the radial direction to the outside.

12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the bevel of the switching pieces ( 13 , 14 ; 23 , 24 ) has an angle of inclination (ψ) relative to the contact surface of 15 ° <ψ ≦ 45 °, preferably ψ = 30 ° .

13. Arrangement according to claim 8, characterized in that at least the contact surface of the switching pieces ( 13 , 14 ; 23 , 24 ) made of a erosion-resistant contact material, preferably chrome-copper (CrCu), tungsten-copper (Wcu) or tungsten-carbide Copper (WCCu).

14. Arrangement according to claim 8, characterized in that the divider plates ( 16 a to 16 k, 26 a to 26 k) consist of oxygen-free copper (Cu) or chromium-copper (CrCu).

15. The arrangement according to claim 8, characterized in that the divider plates ( 16 a to 16 k, 26 a to 26 k) made of stainless steel, in particular magnetic stainless steel.

16. The arrangement according to claim 14 or claim 15, characterized in that the divider plates ( 16 a to 16 k, 26 a to 26 k) have at least one slot ( 17 , 27 ) in the radial direction.

17. The arrangement according to claim 14 or claim 15, characterized in that the width (b) of the divider plates ( 16 a- 16 k, 26 a- 26 k) has a dimensioning 0.1 D ≧ b ≦ 0.3 D. , where D is the outside diameter of the contacts ( 13 , 14 ; 23 , 24 ).

18. Arrangement according to claim 8, characterized in that through the contact surface contact pieces ( 13 , 14 ; 23 , 24 ) races ( 19 , 29 ) is formed, the width (a) smaller than the width (b) of the part ler plates ( 16 a- 16 k, 26 a- 26 k).

19. The arrangement according to claim 18, characterized in that the width (a) of the races ( 19 , 29 ) corresponds to the dimensioning 0.5 b ≦ a ≦ 1.0 b.

20. The arrangement according to claim 18, characterized in that the running ring ( 9 , 19 , 29 ) made of a different material as the contact body ( 3 , 4 ; 13 , 14 ; 23 , 24 ).

21. The arrangement according to claim 17, characterized in that the switching pieces ( 3 , 4 ; 13 , 14 , 23 , 24 ) consist of oxygen-free copper (Cu) or copper-chromium (CuCr).

22. Arrangement according to one of claims 8 to 21, characterized in that for use as a current-limiting fuse element, the contact pieces ( 3 , 4 , 13 , 14 ; 23 , 24 ) in the switching tube (VS) for operating currents are closed by spring force and when a short circuit occurs, a contact-lifting current force is generated, as a result of which the contact pieces ( 13 , 14 ; 23 , 24 ) are separated from one another.

23. Arrangement according to one of claims 8 to 21, characterized in that for use as a current-limiting fuse element, the contact pieces ( 3 , 4 , 13 , 14 ; 23 , 24 ) in the switching tube (VS) for operating currents are closed by spring force and at If a short circuit occurs due to current, a latching mechanism is released, whereby the contact pieces ( 13 , 14 ; 23 , 24 ) are separated from one another by spring force, pneumatically or hydraulically.