VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES SCHALTGERÄTES MIT EINEM ZUSCHALTBAREN STROMBEGRENZER UND ZUGEHÖRIGE ANORDNUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgerätes mit einem zuschaltbaren Strombegrenzer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Als Schaltgerät werden dabei insbesondere Leistungsschalter oder Schütze, ggf. auch Halbleiterschalter od. dgl., verstanden. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.

[0002] Schaltgeräte schützen elektrische Netze und Verbraucher im Kurzschlussfall durch den raschen Aufbau einer ausreichend hohen Schaltspannung, wodurch der Kurzschlussstrom begrenzt und nach kurzer Dauer abgeschaltet wird. Zur Steigerung der Strombegrenzung kann durch eine Reihenschaltung des Schaltgerätes mit einem separaten Strombegrenzer, einem sog. Limiter, die genutzte Schaltspannung erhöht werden. Nach dem Stand der Technik ist der Limiter hierzu in den Hauptstromkreis geschaltet, so dass er sowohl im Normalbetrieb wie bei einem Kurzschluss ständig vom Laststrom durchflossen ist.

[0003] Für Limiter gibt es unterschiedliche technische Lösungen. Neben konventionellen mechanischen Schaltern, welche Schaltlichtbögen erzeugen, werden PTC-Limiter zur Strombegrenzung eingesetzt, bei denen im Schaltfall der Spannungsaufbau durch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Limitermaterials und/oder durch eine Gasentladung mit hoher Brennspannung erzeugt wird.

[0004] PTC-Limiter haben gegenüber mechanischen Schaltern den Vorteil eines sehr schnellen Aufbaus der Schaltspannung. Nachteilig ist der größere elektrische Kaltwiderstand, wodurch im Nennbetrieb der Nennstrom begrenzt werden muss, um eine unzulässige Aufheizung des PTC-Materials, z.B. durch Motoranlaufströme, zu vermeiden und ein ungewolltes Ansprechen des Limiters zu verhindern. Bei einem bekannten Handelsprodukt (ABB PROLIM) werden speziell ein Leistungsschalter als Schaltgerät und ein PTC-Limiter im Hauptstromkreis elektrisch in Reihe geschaltet.

[0005] Eine mögliche Lösung der Nennstromproblematik ist in der EP 0 657 062 B1 beschrieben, bei welcher ein Limiter einem Leistungsschalter in einem Nebenstrompfad, welcher erst im Schaltfall kurzzeitig stromdurchflossen wird, zugeschaltet ist. Der Nebenstrompfad wird aus den Lichtbogenleitschienen und der Löschkammer gebildet und wird durch die Lichtbogenkommutierung von den Schaltkontakten auf die Leitschienen eingeschaltet. Daneben ist aus der EP 0 350 825 A2 ein elektrisches Schaltgerät mit Lichtbogenlöscheinrichtuhg und Strombegrenzungseinrichtung im Nebenstromkreis bekannt. Die Strombegrenzungseinrichtung ist dabei ein elektromechanischer Limiter, dessen Kontakte durch die Stromkräfte dynamisch öffnen.

[0006] Gegenüber der herkömmlichen Reihenschaltung eines Leistungsschalters und eines Limiters besteht allerdings beim Anschluss des Limiters im Nebenstrompfad die Gefahr des Schaltversagens bei einer eventuellen Rückkommutierung des Schaltlichtbogens. Bei einer derartigen Rückkommutierung verlagert sich der Schaltlichtbogen bzw. der Lichtbogenansatz vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn, z.B. auf die Schaltkontakte, wodurch der Limiter zwar stromlos wird aber im allgemeinen seinen momentanen Widerstandswert beibehält. Beim erneuten Versuch des Bogenkommutierens in die Löscheinrichtung muss dann zusätzlich die Limiter-Schaltspannung überwunden werden, wodurch der Kommutierungsvorgang unter Umständen so erschwert ist, dass er misslingen kann.

[0007] Weiterhin ist aus der DE 42 43 314 A ein strombegrenzender Leistungsschalter mit Lichtbogenlöscheinrichtung und einer Nebenstrombahn mit mindestens einem PTC-Widerstand und einem diesem zugeordneten Überspannungsableiter bekannt. Der PTC-Widerstand und der Überspannungsableiter sind zu der Lichtbogenlöscheinrichtung parallel geschaltet. Bei eingeschaltetem Nebenstrompfad teilt sich der Kurzschlussstrom zwischen der Lichtbogenlöscheinrichtung, dem PTC-Widerstand und dem Überspannungsleiter auf.

[0008] Weiterhin ist aus der US 5 777 286 A eine elektrische Schalteinrichtung mit separaten, mechanisch trennbaren Kontakten und einem diesen zugeordneten Lichtbogenschaltkontakt zugeordnet, wobei in den Nebenstromkreis ein PTC-Widerstand oder dergleichen eingeschaltet werden kann.

[0009] Bei obigen Einrichtungen ergibt sich die Umschaltung von dem Strombegrenzungsbetrieb in den Nichtstrombegremzungsbetrieb entsprechend dem Abklingen des Überstromes. Spezielle Maßnahmen zur Rückstellung sind nicht beschrieben.

[0010] PTC-Limiter zur Strombegrenzung sind weiterhin aus der EP 0717 876 B1 bekannt. Dieser Limiter ist ausschließlich als Zentrallimiter in elektrischen Verteilungen vorgesehen.

[0011] Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgerätes mit einem Strombegrenzer im Nebenstrompfad anzugeben, bei dem ein Schaltversagen durch Rückkommutierung ausgeschlossen werden kann. Weiterhin sollen zugehörige Anordnungen geschaffen werden.

[0012] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anordnung ist im Anspruch 6 angegeben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Anordnung.

[0013] Weiterhin sind in den Sachansprüchen vorteilhafte Ausbildungen des als Leistungsschalter ausgebildeten Schaltgerätes angegeben, womit Rückkommutierungen des Schaltlichtbogens von der Nebenstrombahn auf die Hauptstrombahn vermieden oder in ihrer Häufigkeit begrenzt werden. In weiteren Sachansprüchen sind vorteilhafte Ausbildungen des speziell als PTC-Limiter ausgebildeten Strombegrenzers angegeben, die eine schnelle Rückstellung des Limiterwiderstandes ergeben.

[0014] Mit der Erfindung wird insbesondere die funktionelle Sicherheit einer Kombination speziell aus Leistungsschalter und Limiter im Nebenstromkreis, in elektrischer Reihenschaltung zur Lichtbogenlöscheinrichtung, realisiert. Die Erfindung ist aber auch auf andere Schaltgeräte und Strombegrenzer anwendbar.

[0015] Weitere Einzelheiten und Vorteile der- Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen

Figur 1

die Kombination eines Leistungsschalters mit einem Strombegrenzer im Nebenstrompfad des Leistungsschalters,

Figur 2

einen als PTC-Limiter ausgebildeten Strombegrenzer,

Figur 3

das Profil der Elektroden und des Widerstandskörpers im PTC-Limiter gemäß Figur 2,

Figur 4

eine graphische Darstellung des Widerstandes in Abhängigkeit von der Zeit bei einer Anordnung gemäß Figur 2 und 3,

Figur 5

einen symmetrisch aufgebauten Leistungsschalter mit Schaltbrücke und Limiterzusatz,

Figur 6

einen Ausschnitt aus Figur 5 mit Schaltkammern des doppelunterbrechend ausgebildeten Leistungsschalters und

Figur 7

die Draufsicht auf die äußeren Leitschienen der Schaltkammern mit Durchbrüchen.

[0016] In den Figuren haben gleiche bzw. gleich wirkende Teile gleiche Bezugszeichen. Es werden im Wesentlichen zwei erfindungsgemäße Maßnahmen beschrieben, durch die einzeln oder in Kombination das Problem des Schaltversagens von PTC-Limitern im Nebenstrompfad von Leistungsschaltern vermieden werden kann.

[0017] Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung eines Limiters im Nebenstrompfad eines Leistungsschalters, wie sie beispielhaft in der EP 0 657 062 B1 gezeigt ist.

[0018] In Figur 1 enthält ein strombegrenzender Leistungsschalter 20 wenigstens zwei Kontakte 22 und 23, von denen mindestens einer beweglich ausgebildet ist und über ein Schaltschloss 24 geöffnet und geschlossen werden kann, das von einem thermischen und/oder magnetischen Auslöser 25 bzw. 26 auslösbar ist. Jedem Kontakt 22 und 23 ist eine Lichtbogenlaufschiene 27 und 27' zugeordnet, die einen Vorkammerbereich 28 umschließen und in eine Löschkammer 21 mit einer Vielzahl von Löschblechen 29 zur Lösung eines in Figur 1 nicht dargestellten Lichtbogens einmünden. Nach Zündung von Lichtbogenfußpunkten wandert der Lichtbogen auf den Laufschienen 27 bzw. 27' in eine Löschkammer 17 mit Löschblechen 29, wo eine zur Strombegrenzung und Bogenlöschung ausreichend hohe Bogenspannung aufgebaut wird.

[0019] Bei sehr hohen Kurzschlussströmen, z.B. I_K = 50 bis 100 KA, reicht der Bogenspannungsanstieg nicht mehr aus, um den Durchlassstrom des Schalters auf unkritische Werte zu begrenzen. Es kann dann zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Schaltgerätes kommen. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Folgen ist in Figur 1 dem Leistungsschalter 20 im Nebenstrompfad ein Limiter 1 vorgeschaltet.

[0020] Der Limiter 1 ist ein strombegrenzendes Element, das entsprechend der EP 0 657 062 B1 nicht in den Hauptstrompfad geschaltet ist, sondern mit der Zuleitung zu einer Lichtbogenlaufschiene 27 einen Nebenstrompfad im Schaltgerät 20 bildet. Der Nebenstrompfad für einen Kommutierungsstrom I_kom ist in der Figur 1 als paralleler Stromzweig zu einer Hauptstrombahn für einen zuschaltenden Strom i definiert. Er ist dann stromdurchflossen, wenn der Lichtbogen durch Zünden eines Fußpunktes auf dieser Laufschiene ansetzt.

[0021] Der Limiter 1 gemäß Figur 1 ist vorteilhafterweise als PTC-Limiter ausgebildet. Ein derartiger PTC-Limiter 1 ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Er besteht aus zwei planaren Elektroden 10, zwischen denen ein Widerstandskörper 5 aus geeignetem Material unter Beaufschlagung durch eine Kraft K eingeklemmt ist. Der Widerstandskörper 5 hat Oberflächen 2 und 3 und die Elektroden 10 haben Oberflächen 11. Die Funktionsweise eines solchen PTC-Limiters zur Strombegrenzung ist in der EP 0 657 062 B1 im Einzelnen erläutert.

[0022] Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass die Flächenelektrode 10 anstatt einer glatten Oberfläche 11 eine Profilierung 15 hat, die beispielsweise eine Rechteckstruktur mit einer Stegbreite b und einer Steghöhe h aufweist. Die Stegbreite b kann zwischen 0,1 und 1 mm und die Steghöhe h ebenfalls zwischen 0,1 und 1 mm liegen. Insbesondere haben Stegbreite b und Steghöhe h die gleiche Größenordnung, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,6 mm. Der Widerstandskörper 5 hat an beiden Oberflächen 2 und 3 eine komplementäre Profilierung 7. Über die Profilierungen 7 und 15 sind der Widerstandskörper 5 und die Flächenelektroden 10 unlösbar miteinander verbunden.

[0023] In anderer Ausbildung als Figur 3 können die Profilierungen 7 bzw. 15 auch einen Neigungswinkel gegen die Oberfläche der Flächenelektrode haben. Die Ausbildung der Profilierung hat Einfluss auf die Funktionsweise des PTC-Limiters 1.

[0024] In der Figur 4 ist ein Schaltoszillogramm des PTC-Limiters 1 mit Profilierungen 15 an den Elektroden 10 und komplementärem Oberflächenprofil 7 des PTC-Widerstandskörpers 5 dargestellt, wie es im Einzelnen in der EP 0 717 876 B1 beschrieben ist. Der zeitliche Verlauf des Limiterwiderstandes R bei einer Kurzschlussabschaltung des PTC-Limiters 1 ergibt sich aus der Kurve 17. Der Limiterwiderstand beginnt mit dem Einsetzen des Kurzschlussstromes von seinem Anfangswert R0 ≈ 4 mΩ und steigt leicht an. Nach etwa 300 µs erreicht er einen ersten Plateauwert P von ca. 8 mΩ. Während der Kurzschlussstrom weiter ansteigt und 500 µs nach Kurzschlussbeginn den Wert von 5 kA erreicht, geht die Widerstandskurve zu diesem Zeitpunkt in einen steilen Anstieg über und bleibt etwa 300 µs lang auf Widerstandswerten, die wesentlich größer als 100 mΩ sind. Etwa 900 µs nach Kurzschlussbeginn sinkt der Limiterwiderstand wieder auf einen niederohmigen Wert von etwa 15 mΩ zurück und sinkt anschließend auf seinen Ausgangswert ab.

[0025] Durch die Kombination der Eigenschaften der Anordnung aus Leistungsschalter und Strombegrenzer gemäß Figur 1 und der Ausbildung des PTC-Limiters 1 als Strombegrenzer gemäß den Figuren 2 bis 4 gelingt es, bei einer Lichtbogenrückkommutierung vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn den Limiter 1 im Zeitbereich von wenigen Zehntel Millisekunden durch Stromentlastung vom hochohmigen, d.h. geschalteten, Zustand in den niederohmigen Zustand zurückzustellen. Der zusätzliche Spannungsbedarf beim erneuten Kommutieren des Schaltlichtbogens von der Hauptstrombahn auf den Nebenstrompfad ist quantitativ durch das Produkt aus Momentanstrom und dem Rückstellwiderstand des Limiters gegeben.

[0026] Im Beispiel der Figur 4 liegt der Rückstellwiderstand bei etwa dem 2- bis 4-fachen des Kaltwiderstandes. Um bei ca. 10 mΩ Rückstellwiderstand die zusätzliche Kommutierungsspannung von z.B. 50 V nicht zu überschreiten, darf der Durchlassstrom des Kurzschlusses daher 5 kA nicht überschreiten. Dies bedeutet, dass der Rückstellwiderstand des PTC-Limiters 1 muss also bezüglich der Höhe des Durchlassstromes und der maximalen Kommutierungsspannung ausgelegt sein.

[0027] In Figur 5 ist ein Leistungsschalter 20 mit einem PTC-Limiter 1 im Nebenstrompfad dargestellt, wie es in vergleichbarer Weise in Figur 1 gezeigt ist. Wesentlicher Unterschied ist die symmetrische Ausbildung des Schaltteils 30 des Leistungsschalters 20, mit einer Schaltbrücke 32 und einer Doppelkammer21, 28 bzw. 21',28' mit jeweiligen Leitschienen 36,36' und Löschblechen 29, 29', und der Anschluss des Limiters in dieser symmetrischen Schaltkammeranordnung. Die Bezeichnungen der Funktionsteile entsprechen im Wesentlichen Figur 1.

[0028] Wie in Figur 1 ist auch in Figur 5 durch die Anordnung des Strombegrenzers 1 im Nebenstrompfad des Leistungsschalters 20 der Limiter 1 nur im Schaltfall strombelastet. Als Nebenstrompfad dient der Schaltkammerstrompfad, der nach dem Öffnen der Schaltbrücke 32 durch Lichtbogenkommutierung von der Schaltbrücke 32 auf die benachbarten Leitschienen 29 bzw. 29' eingeschaltet wird.

[0029] In Figur 5 hat der Strombegrenzer ein eigenes Gehäuse 50, das auf das Gehäuse 30 des Leistungsschalters 20 aufgesetzt ist und eine Verlängerung 52 zur mechanischen Betätigung des Schaltschlosses 24 enthält.

[0030] Wenn der Limiter 1 nicht angeschlossen ist, so enthält der Leistungsschalter 20 stattdessen eine Leitschienenbrücke 39 zur Verbindung der beiden Leitschienen 36, 36'. Die Schaltbrücke 32 ist in der Figur 5 in Schließstellung mit durchgezogener Linie und in Öffnungsstellung mit gestrichelter Linie dargestellt. Von einem der Anschlüsse 47, 47'geht die Strombahn in den Antriebsteil 40 des Leistungsschalters 20 über, der wiederum entsprechend Figur 1 das Schaltschloss 24, den Überstromauslöser 25 und den Kurzschlussauslöser 26 beinhaltet. Dadurch kann im Kurzschlussfall der Kurzschlussauslöser 26 die Schaltbrücke 32 des Leistungsschalters 20 unverzögert öffnen.

[0031] Der Anschluss des Limiters 1 erfolgt an einer Verbindungsstelle der beiden Leitschienen 36 und 36', die der Schaltbrücke 32 zugeordnet sind und die als Lichtbogenlaufschienen dienen. Der Limiter 1 ist erst dann stromdurchflossen, wenn in beiden Schaltkammern der Lichtbogenansatz vom Brückenkontakt auf die benachbarte Leitschiene kommutiert ist. Durch die erforderliche, gleichzeitige Bogenkommutierung verteilt sich der zusätzliche Spannungsbedarf durch den Spannungsabfall am Limiter 1 auf beide Schaltstrecken. Dieser Aufteilungseffekt erleichtert auch nach einer Bogenrückkommutierung auf die Schaltbrücke das erneute Kommutieren von der Hauptstrombahn auf den Nebenstrompfad.

[0032] Als weiteren Effekt bewirkt die Doppelunterbrechung, dass eine Rückverlagerung des Schaltlichtbogens vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn nur dann möglich ist, wenn diese Rückverlagerung in beiden Schaltkammern erfolgt.

[0033] Als besondere Maßnahme gegen eine Bogenrückkommutierung wird durch die Gestaltung der Leitschienen 36, 36' ein von der jeweiligen Löschblechkammer 21 bzw. 21' und dem zugehörigen Vorkammerbereich 28 bzw. 28' weitgehend abgeschirmter Bereich 34, 34' geschaffen, welcher die Brückenkontakte 23, 23' in der Öffnungsstellung des Schaltgerätes 20 aufnimmt.

[0034] In Figur 6 ist in den der Öffnungsstellung der Schaltbrücke 32 zugeordneten Leitschienen 36, 36' ein Durchbruch 38 bzw. 38' eingebracht, was im Einzelnen aus der Draufsicht in Figur 7 deutlich wird. Durch den Durchbruch 38 bzw. 38' in den Leitschienen ist die Schaltbrücke 32 in der Öffnungsstellung von den Löschblechen 29, 29' und dem Vorkammerbereich 28, 28' so abgeschirmt, dass Bogenrückzündungen an der Schaltbrücke 32 vermieden werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Limiterfunktion bei Bogenrückzündungen im Vorkammerbereich 28,28' nicht aussetzt.

[0035] Wie erwähnt, zeigt Figur 6 die Schaltbrücke in Öffnungsstellung, bei welcher der Abstand zwischen Brückenkontakten 23, 23' und Festkontakten 22, 22' deutlich größer ist, als der Abstand der Leitschienen 36, 36' zu den Festkontakten. Dadurch wird eine die Bogenkommutierung unterstützende Spannungsdifferenz der Bogenbrennspannung erzeugt, die eine Rückkommutierung des Lichtbogens erschwert.

[0036] Durch die abschirmende Geometrie der Leitschienen 36, 36' wird verhindert, dass Bogenplasma aus den Löschblechkammern 21, 21' oder den Vorkammerbereichen 28, 28' direkt auf die Schaltbrücke 32 strömen kann und Überschläge von der Schaltbrücke 32 zu den Leitschienen 36, 36' oder zu den Festkontakten 23, 23' auslöst.

[0037] Aus der Figur 7 wird deutlich, dass die Schaltbrücke 32 bei der Öffnungsbewegung durch den Durchbruch 38, 38' der Leitschienen 36, 36' hindurchgeführt wird. Durch die gewählte Geometrie wird bekannterweise ein Magnetfeld aufgebaut, durch welches der bzw. die Lichtbogen an die Ausschnittkante getrieben und aufgeteilt wird. Der Brückenträger 45 zur Bewegung der Schaltbrücke 32 dient gleichzeitig zur elektrischen Isolation zwischen beiden Schaltkammern des doppelunterbrechenden Leistungsschalters 20.

[0038] Speziell bei dem anhand der Figuren 5 bis 7 beschriebenen Beispiel ist der Leistungsschalter als Einzelschaltgerät mit Anschlussmöglichkeit eines Limiters konzipiert. Die Anschlussstelle des Limiters ist hierzu durch eine Leitschienenbrücke verbunden. Bei der Kombination von Leistungsschalter und Limiter ist bei Bedarf eine mechanische Verlängerung 52 zur Ein- Ausschaltbetätigung des Leistungsschalters vorgesehen.

[0039] Anstatt des Anbaus des Limiters an den Leistungsschalter, kann eine Hochstromversion des Leistungsschalters mit in das Schaltergehäuse integriertem Limiter vorgesehen sein.

[0040] Anhand der Beispiele wurde gezeigt, dass insbesondere ein Leistungsschalter für die erfindungsgemäße Kombination des Schaltgerätes mit einem geeigneten Strombegrenzer geeignet ist. In entsprechender Weise ist aber auch ein Schütz oder ein Halbleiterschalter als Schaltgerät verwendbar. Insbesondere beim lichtbogenfreien Schalten sind aber Lichtbogenschaltelemente erforderlich.

[0041] Für die praktische Realisierung der Erfindung können das Schaltgerät und der Strombegrenzer weiterhin in vorteilhafter Weise systemtechnische Mittel eingebunden werden. Beispielsweise kann die Stromkommutierung durch isolierende Medien, wie bewegliche Schieber, Abdeckung an der Hauptstrombahn/Kontaktstelle, verbessert werden. Die Anwendung bei einfach- und/oder doppelunterbrechenden Kontaktanordnungen wurde verdeutlicht. Dabei können die Schaltkontakte mit Linear- oder aber auch mit Drehöffnungsbewegung realisiert sein. In Ergänzung oder als Ersatz anhand der Figuren im Einzelnen beschriebenen Strombegrenzer kann auch ein Limiter mit Zusatzschaltkammer/Kontaktstelle oder aber ein Festkörperlimiter verwendet werden. Für die Kurzschlussfrüherkennung können spezielle Schnellauslöser, beispielsweise Piezoelement zur leistungsschwachen Umschaltung auf die Nebenstrombahn verwendet werden. Schließlich ist auch eine elektronische Auslösung möglich.

[0042] Bei den beschriebenen Anordnungen ist auch eine Kommunikation mit Überwachung von Schaltzuständen Und/oder der Lebensdauer der Kontakte bzw. Restlebensdaueranzeige sowie Anzeige der Limiter-Lebensdauer durch Aufsummierung der Kurzschlüsse möglich.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Schaltgerätes, beispielsweise Leistungsschalters oder Schütz, mit wenigstens einer Hauptstrombahn und zugeordnetem Nebenstrompfad, wobei das Schaltgerät eine Löscheinrichtung (21) für einen Lichtbogen aufweist und wobei mit einem zuschaltbaren Strombegrenzer (1) im Nebenstrompfad bei hoher Strombelastung vom Nichtstrombegrenzungsbetrieb in den Strombegrenzungsbetrieb geschaltet und eine Schaltspannung aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet dass

- der zuschaltbare Strombegrenzer (1) elektrisch in Reihe mit der Löscheinrichtung (21) geschaltet, wird und

- die Rückstellung des Strombegrenzers (1) bei einer Rückkommutierung des Lichtbogens vom Nebenstrompfad auf die Hauptstrombahn erfolgt, wobei der Übergang vom Strombegrenzungsbetrieb in den Nichtstrombegrenzungsbetrieb in einem Zeitraum derart erfolgt, dass beim Bogenkommutieren des Lichtbogens in die Löscheinrichtung (21) keine strombegrenzende Schaltspannung des Strombegrenzers (1) uberwünden werden muss.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen durch Kommutierung von der Hauptstrombahn auf den Nebenstrompfad gleichermaßen die Hauptstrombahn ausschaltet und der Nebenstrompfad einschaltet.

3. Verfahren nach nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Leistungsschalter ein doppelunterbrechender Leistungsschalter (20) mit zwei Schaltkammern (34,34') pro Schaltpol verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Strombegrenzer ein PTC-Limiter (1) verwendet wird, dessen Rückstellwiderstand bei Rückstellung in den Nichtstrombegrenzungsbetrieb in Abhängigkeit vom Durchlassstrom und der maximalen Kommutierungsspannung gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Einbindung des Schaltgerätes (20) einschließlich des Strombegrenzers in eine Schaltanlage mit Mitteln zur Kommunikation von Schaltzuständen des Schaltgerätes und/oder Eigenschaften der Schaltkontakte.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, mit einem Schaltgerät (20), das Schaltkontakte (22, 23) und diesen zugeordnete Lichtbogenleitschienen (36, 36') sowie als Löscheinrichtung eine Löschkammer (21) umfasst, und mit einem Strombegrenzer (1) im Nebenstrompfad des Schaltgerätes (20), dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung eines Schaltversagens vom im Nebenstrompfad des Leistungsschalters (20) angeordneten Strombegrenzer (1) der Strombegrenzer ein PTC-Limiter (1) ist, der aus einem Widerstandskörper (5) aus elektrisch leitfähig gemachten Polymer zwischen zwei metallischen Elektroden (10) unter Druck besteht und profilierte Elektroden (10, 15) und komplementäre Oberflächenprofile (7) im Widerstandskörper (5) aufweist, und dass der Strombegrenzer (1) an einer Verbindungsstelle der beiden äußeren Leitschienen (36, 36') des Leistungsschalter (20) angeschlossen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Profiltiefe der Elektroden (10) zwischen 1/10 mm und 5/10 mm beträgt.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilflanken zur Elektrodenoberfläche (11) geneigt sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich gegenüberstehenden Profilflanken der Elektrode zur Elektrodenoberfläche konisch geneigt sind.

10. Anordnung nach Anspruch 6, wobei eine Schaltbrücke (32) mit Brückenkontakten (23 ,23') vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (1) dann stromdurchflossen ist, wenn in beiden Schaltkammern des Leistungsschalters (20) der Lichtbogenansatz vom Brückenkontakt (23, 23') auf die benachbarte Leitschiene (36, 36') kommutiert ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltbrücke (32) des Leistungsschalters (20) derart ausgebildet ist, dass in der Öffnungsstellung der Schaltbrücke (32) der Abstand zwischen Brückenkontakt (23, 23') und Festkontakt (22, 22') größer ist als der Abstand der Leitschiene (36, 36`) zum Festkontakt (22, 22').

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die abschirmende Geometrie der Leitschienen (36, 36') eine Anströmung von Bogenplasma aus der Löschblechkammer (21, 21') oder dem Vorkammerbereich (28, 28') auf die Schaltbrücke (32) verhindert wird.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung der Bogenrückkommutierung die Leitschienen (36, 36') die Brückenkontakte (23, 23') gegen die Löschblechkammern (21, 21') und die Vorkammerbereiche (28, 28') weitgehend abschirmen.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Brückenträger (45) zur Bewegung der Schaltbrücke (32) auch zur elektrischen Isolation zwischen den beiden Schaltkammern (21, 21') des Leistungsschalters (20) dient.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät als ein Einzelschaltgerät (20) mit Anschlussmöglichkeit für den Strombegrenzer (1) ausgebildet ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstelle des Strombegrenzers (1) am Schaltgerät (20) durch eine Leitschienenbrücke (39) verbunden ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anschluss des Strombegrenzers (1) im Nebenstrompfad die Leitschienenbrücke (39) durch den Strombegrenzer (1) ersetzt wird.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (1) in einem eigenen Gehäuse (50) angeordnet ist.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strombegrenzergehäuse (50) an das Schaltgerätegehäuse (20) anbaubar ist.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (50) des Strombegrenzers (1) eine mechanische Verlängerung (52) zur Ein/Ausschaltbetätigung des Schaltgerätes (20) vorgesehen ist.

Claims

1. Method for operation of a switching device, for example a circuit breaker or contactor, having at least one main current path and an associated auxiliary current path, with the switching device having a quenching device (21) for an arc, and with a switchable current limiter (1) in the auxiliary current path being used to switch from the non-current-limiting mode to the current-limiting mode and to form a switching voltage when there is a high current load,
characterized in that

- the switchable current limiter (1) is connected electrically in series with the quenching device (21), and

- the current limiter (1) is reset if the arc commutates back from the auxiliary current path on to the main current path, with the transition from the current limiting mode to the non-current-limiting mode taking place in a time period such that no current-limiting switching voltage of the current limiter (1) need be overcome when the arc commutates to the quenching device (21).

2. Method according to Claim 1, characterized in that the arc at the same time interrupts the main current path and connects the auxiliary current path by commutation from the main current path to the auxiliary current path.

3. Method according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that a double-interrupting circuit breaker (20) with two switching chambers (34, 34') per switching pole is used as the circuit breaker.

4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a PTC limiter (1) is used as the current limiter, whose resetting resistance for resetting to the non-current-limiting mode is chosen as a function of the forward current and the maximum commutation voltage.

5. Method according to one of the preceding claims, characterized by the inclusion of the switching device (20), including the current limiter, in a switchgear assembly having means for communication of switching states of the switching device and/or characteristics of the switching contacts.

6. Arrangement for carrying out the method according to Claim 1 or one of Claims 2 to 5, having a switching device (20) which has switching contacts (22, 23), arc guide rails (36, 36') associated with these switching contacts, as well as a quenching chamber (21) as a quenching device, and having a current limiter (1) in the auxiliary current path of the switching device (20), characterized in that the current limiter is a PTC limiter (1) in order to prevent switching failure of the current limiter (1) which is arranged in the auxiliary current path of the circuit breaker (20), which PTC limiter (1) comprises a resistance body (5) composed of polymer, which is made to be electrically conductive, between two metallic electrodes (10) under pressure, and has profiled electrodes (10, 15) and complementary surface profiles (7) in the resistance body (5), and in that the current limiter (1) is connected to a connection point of the two outer guide rails (36, 36') of the circuit breaker (20).

7. Arrangement according to Claim 6, characterized in that the profile depth of the electrode (10) is between 1/10 mm and 5/10 mm.

8. Arrangement according to Claim 6, characterized in that the profile edges are inclined with respect to the electrode surface (11).

9. Arrangement according to Claim 8, characterized in that opposite profile edges of the electrode are inclined conically with respect to the electrode surface.

10. Arrangement according to Claim 6, wherein a switching link (32) with link contacts (23, 23') is present, characterized in that current flows through the current limiter (1) when the arc attachment is commutated from the link contact (23, 23') to the adjacent guide rail (36, 36') in both switching chambers of the circuit breaker (20).

11. Arrangement according to Claim 10, characterized in that the switching link (32) of the circuit breaker (20) is designed such that the distance between the link contact (23, 23') and the stationary contact (22, 22') when the switching link (32) is in the open position is greater than the distance between the guide rail (36, 36') and the stationary contact (22, 22').

12. Arrangement according to Claim 11, characterized in that the screening geometry of the guide rails (36, 36') prevents arc plasma from flowing from the arc splitter chamber (21, 21') or from the initial chamber area (28, 28') to the switching link (32).

13. Arrangement according to Claim 12, characterized in that for preventing arcs from commutating back, the guide rails (36, 36') substantially screen the link contacts (23, 23') from the arc splitter chambers (21, 21') and from the initial chamber areas (28, 28').

14. Arrangement according to one of Claims 10 to 13, characterized in that the link mount (45) for movement of the switching link (32) is also used for electrical isolation between the two switching chambers (21, 21') of the circuit breaker (20).

15. Arrangement according to one of Claims 6 to 9, characterized in that the switching device is in the form of a single switching device (20) with the capability for the current limiter (1) to be connected.

16. Arrangement according to Claim 15, characterized in that the connecting point of the current limiter (1) to the switching device (20) is connected by means of a guide rail link (39).

17. Arrangement according to Claim 16, characterized in that, when the current limiter (1) is connected in the auxiliary current path, the guide rail link (39) is replaced by the current limiter (1).

18. Arrangement according to Claim 17, characterized in that the current limiter (1) is arranged in its own enclosure (50).

19. Arrangement according to Claim 18, characterized in that the current limiter enclosure (50) can be fitted to the switching device enclosure (20).

20. Arrangement according to Claim 19, characterized in that a mechanical extension (52) for switching the switching device (20) on and off is provided in the enclosure (50) of the current limiter (1).

Revendications

1. Procédé pour faire fonctionner un appareil électrique de commutation, par exemple un disjoncteur ou contacteur, comprenant au moins un trajet de courant principal et un chemin de courant auxiliaire associé, l'appareil de commutation ayant un dispositif d'extinction (21) d'un arc électrique, et le procédé étant tel qu'à l'aide d'un limiteur de courant (1) pouvant être mis en circuit dans le chemin de courant auxiliaire, en cas de grande charge de courant, il se produit une commutation du mode de fonctionnement de non limitation du courant dans le mode de fonctionnement de limitation du courant et il s'établit une tension de commutation, caractérisé

- en ce que le limiteur de courant (1) pouvant être mis en circuit est mis électriquement en série avec le dispositif d'extinction (21), et

- en ce que la remise à l'état initial du limiteur de courant (1) s'effectue lors d'une commutation de retour de l'arc électrique du chemin de courant auxiliaire au trajet de courant principal, la transition du mode de fonctionnement de limitation du courant au mode de fonctionnement de non limitation du courant s'effectuant dans un intervalle de temps, de manière telle que lors de la commutation d'arc de l'arc électrique dans le dispositif d'extinction (21), une tension de commutation limitant le courant, du limiteur de courant (1), n'ait pas à être surmontée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arc électrique, par commutation du trajet de courant principal au chemin de courant auxiliaire, pareillement interrompt le trajet de courant principal et met en service le chemin de courant auxiliaire.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise en guise de disjoncteur ou contacteur un disjoncteur à sectionnement double (20) comprenant deux chambres de commutation (34, 34') par pôle de commutation.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise en guise de limiteur de courant un limiteur PTC (à coefficient positif de température), dont la résistance de remise à l'état initial lors du retour dans le mode de fonctionnement de non limitation du courant, est choisie en fonction du courant de passage et de la tension de commutation maximale.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par l'intégration de l'appareil de commutation (20) y compris le limiteur de courant, dans une installation de commutation avec des moyens pour la communication d'états de commutation de l'appareil de commutation et/ou de propriétés des contacts de commutation.

6. Agencement pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou l'une des revendications 2 à 5, comprenant un appareil électrique de commutation (20) qui englobe des contacts de commutation (22, 23) et des barrettes de propagation d'arc électrique (36, 36') associées, ainsi qu'une chambre d'extinction (21) en guise de dispositif d'extinction, et comprenant également un limiteur de courant (1) dans le chemin de courant auxiliaire de l'appareil de commutation (20), caractérisé en ce que pour empêcher une défaillance de commutation du limiteur de courant (1) disposé dans le chemin de courant auxiliaire du disjoncteur (20), le limiteur de courant est un limiteur PTC (1) qui est réalisé par un corps de résistance (5) en un polymère rendu électriquement conducteur, sous pression entre deux électrodes (10) métalliques, et comprend des électrodes profilées (10, 15) et des profils de surface (7) complémentaires dans le corps de résistance (5), et en ce que le limiteur de courant (1) est raccordé à un point de liaison ou de connexion mutuelle des deux barrettes de propagation (36, 36') extérieures du disjoncteur (20).

7. Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce que la profondeur de profil des électrodes (10) se situe entre 1/10 mm et 5/10 mm.

8. Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les flancs de profil sont inclinés relativement à la surface d'électrode.

9. Agencement selon la revendication 8, caractérisé en ce que des flancs de profil mutuellement opposés de l'électrode, sont inclinés de manière conique relativement à la surface d'électrode.

10. Agencement selon la revendication 6, comprenant un pontet de commutation (32) avec des contacts de pontet (23, 23'), caractérisé en ce que le limiteur de courant (1) est traversé par le courant lorsque dans les deux chambres de commutation du disjoncteur (20) la naissance de l'arc électrique est commutée par le contact de pontet (23, 23') sur la barrette de propagation (36, 36') voisine.

11. Agencement selon la revendication 10, caractérisé en ce que le pontet de commutation (32) du disjoncteur (20) est conçu de façon telle que dans la position d'ouverture du pontet de commutation (32), la distance entre contact de pontet (23, 23') et contact fixe (22, 22') soit supérieure à la distance de la barrette de propagation (36, 36') au contact fixe (22, 22').

12. Agencement selon la revendication 11, caractérisé en ce que la géométrie formant masque des barrettes de propagation (36, 36'), empêche un écoulement de plasma d'arc en provenance de la chambre de tôles d'extinction (21, 21') ou de la zone de préchambre (28, 28'), sur le pontet de commutation (32).

13. Agencement selon la revendication 12, caractérisé en ce que pour empêcher la commutation en retour de l'arc, les barrettes de propagation (36, 36') masquent dans une large mesure les contacts de pontet (23, 23') par rapport aux chambres de tôles d'extinction (21, 21') et les zones de préchambre (28, 28').

14. Agencement selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le support de pontet (45) pour le déplacement du pontet de commutation (32), sert également à l'isolation électrique entre les deux chambres de commutation (21, 21').

15. Agencement selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'appareil de commutation est réalisé en tant qu'appareil de commutation individuel avec possibilité de raccordement pour le limiteur de courant (1).

16. Agencement selon la revendication 15, caractérisé en ce que le point de raccordement du limiteur de courant (1) à l'appareil de commutation (20) est relié ou comblé par un pontet de barrettes de propagation (39).

17. Agencement selon la revendication 16, caractérisé en ce que dans le cas du raccordement du limiteur de courant (1) dans le chemin de courant auxiliaire, le pontet de barrettes de propagation (39) est remplacé par le limiteur de courant (1).

18. Agencement selon la revendication 17, caractérisé en ce que le limiteur de courant (1) est placé dans un boitier (50) qui lui est propre.

19. Agencement selon la revendication 18, caractérisé en ce que le boitier (50) du limiteur de courant peut être monté sur le boitier de l'appareil de commutation (20).

20. Agencement selon la revendication 19, caractérisé en ce que dans le boitier (50) du limiteur de courant (1) est prévu un prolongement mécanique (52) pour un actionnement de marche/arrêt de l'appareil de commutation (20).

Zeichnung