<Desc/Clms Page number 1>
Lichtbogenlöschkammer
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenlöschkammer für elektrische Schaltgeräte mit quer zum Lichtbogen angeordneten elektrisch leitenden Löschblechen.
Löschkammern dieser Bauart werden besonders bei Niederspannungs-Schaltgeräten für Wechselstrom, wie z. B. Schützen und Leistungsschaltern verwendet. Der bei der Kontaktöffnung entstehende Schaltlicht- bogen wird in der Regel durch magnetische Beblasung gegen die Blechkanten der Löschbleche gedrückt und unterteilt sich schliesslich in zwischen den Blechen brennende kurze Teillichtbögen. Beim natürlichen
Nulldurchgang des Wechselstroms erlischt der Lichtbogen. Die hiebei auftretende Sofortverfestigung der
Bogenstrecke wächst proportional mit der Anzahl der Teillichtbögen, also mit der Anzahl der Löschbleche.
Die durch die Bleche ausserdem bewirkte Kühlung und Entionisierung der Lichtbogengase fördert die
Wiederverfestigung der Schaltstrecke nach dem Abschalten.
Derartige Löschkammern sind theoretisch umso wirksamer, je mehr Löschbleche sie enthalten und je geringer der Abstand zwischen den einzelnen Blechen ist.
Die Schwierigkeit bei der Anwendung der Löschblechkammern besteht aber darin, den Lichtbogen schnell und sicher in die Löschblechpaketanordnung hineinzutreiben. Je zahlreicher die Bleche und je enger der Blechabstand ist, desto schwieriger wird es, den Lichtbogen zwischen die Bleche zu treiben und ihn zu veranlassen, Fusspunkte auf den einzelnen Blechen zu bilden. Der Lichtbogen bleibt häufig lang vor dem Löschblechpaket stehen, so dass eine sichere Abschaltung nicht immer gewährleistet ist. Ausserdem verur- sacht sie in diesem Fall starken Abbrand an den Löschblechkanten, wodurch die Löschkammer vorzeitig unbrauchbar wird. Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil, der die Wirksamkeit einer Löschkammer unter Umständen erheblich beeinträchtigen kann.
Sie besteht darin, dass die den Lichtbogen weg vorschreibenden, insbesondere gleichartigen Aussparungen der Bleche ein vom Blech umschlossenes Muster sich stetig reduzierenden Öffnungsquerschnittes ergeben, dem an der kontaktseitigen Kante des Löschbleches ein über die ganze Breite des Löschbleches reichender Steg vorangeht. Dieser Steg erzwingt nicht nur den Einlauf und die Fusspunktbildung des Lichtbogens in Verbindung mit dem Muster, sondern wirkt auch zusätzlich entionisierend.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Lichtbogen einen Anoden- und Kathodenfusspunkt auf einem Löschblech nur dann bildet, wenn an der Strecke zwischen den zu bildenden Fusspunkten mindestens eine Spannung liegt, die der Summe von Anoden- und Kathodenfall entspricht. Bei üblichen rechteckigen Löschblechen muss sich der Lichtbogen so weit um die Kante des Löschbleches auf dem er Fusspunkte bilden soll, herumbiegen, bis er durch Längung die zur Fusspunktbildung notwendige Spannung aufgebracht hat. Bei engstehenden Blechen ist das ohne sehr kräftige magnetische Beblasung des Lichtbogens nicht möglich. Bei zu eng angeordneten Blechen kommt der Lichtbogen überhaupt nicht in das Löschblechpaket hinein.
Man hat versucht, diesen Übelstand dadurch zu beseitigen, dass man die Bleche mit einem keilförmigen Einschnitt versah. Bei dieser bekannten Form wird die zur Fusspunktbildung notwendige Spannung dadurch erzeugt, dass der Querschnitt des in den Schlitz hineinlaufenden Lichtbogens eingeengt wird.
Zusammen mit der intensiven Kühlung durch die Bleche ergibt die Querschnittsverengung, wenn der Bogen am Schlitzende angekommen ist, über den eingeengten Säulenteil hinweg, einen zur Fusspunktbildung
<Desc/Clms Page number 2>
ausreichenden Spannungsabfall. Bei den geschlitzten Blechen kommt es jedoch häufig zu Wiederzündungen in dem keilförmigen Einschnitt. Der Raum in dem vom Bogen gerade durchlaufenen Schlitzanfang ist noch so gut ionisiert, dass die Spannungserhöhung des am Schlitzende angelangten Bogens zu einem Wieder- zünden am breiten Schlitzanfang ausreicht, wodurch der bereits hineinlaufende Lichtbogen erlischt und die
Lichtbogenspannung zusammenbricht. Der Einlaufvorgang kann sich auf diese Art mehrmals wiederholen.
Die Abschaltung wird dadurch verzögert und der Abbrand der Löschblechkanten erhöht.
Durch die siebartige Lochung der Bleche in der erfindungsgemäss angegebenen Art werden auch die
Nachteile dieser Ausführungsform beseitigt. Der Lichtbogen brennt nach Erreichen der Löschbleche in parallelen Ästen durch mehrere Löcher hindurch. Der Übergang vom Zustand vor dem Blech in diesen
Zustand geht ohne Schwierigkeiten vonstatten. Mit dem weiteren Hineinwandern des Lichtbogens in die
Löschblechpaketanordnung vermindert sich die Anzahl bzw. der Querschnitt, der dem Lichtbogen zum
Hindurchtreten zur Verfügung stehenden Löcher. Die Spannung steigt infolge Kühlung und Querschnitts- verminderung an, bis schliesslich der Spannungsabfall der Lichtbogensäule längs der von der Bohrung er- zeugtenEngestelle die Summe von Kathoden- und Anodenfall erreicht und der Bogen auf dem Blech Fuss- punkte bildet.
Gleichzeitig werden aber die vom Bogen schon verlassenen Löcher durch das Metallgitter sehr gut entionisiert, wesentlich besser als bei einem geschlitzten Blech, so dass ein Wiederzünden des Bogens in dem bereits durchlaufenen Gebietnicht mehr vorkommt. Das Metallgitter kann im Grenzfall aus einem einzigen Metallsteg bestehen.
Es sind auch schon Schaltkammern für Schaltgeräte bekannt, in denen ein Stapel von Platten aus isolierendem Material angebracht ist. In diesen Platten ist eine Lochung derart vorgesehen, dass der Licht- bogen beim Eintreten in den Plattenstapel mehr und mehr einen Zickzackweg beschreibt, wodurch zwar eine Verlängerung des Lichtbogens bewirkt wird, nicht aber eine Aufteilung des Lichtbogens in Teillicht- bögen. Letzteres hat darin seinen Grund, dass eine Fusspunktbildung des Lichtbogens auf isolierenden Platten nicht möglich ist.
Durchdie Verbindung guter Einlaufeigenschaftenmit grosser Sicherheit gegen Wiederzündungen ist die erfindungsgemässe Lichtbogenlöschkammer den bisher bekannten Kammern überlegen, insbesondere bei Schaltgeräten, die keine zusätzliche Beblasung des Lichtbogens durch Blasspulen oder andere Hilfsmittel besitzen.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Fig. l zeigt ein Diagramm, in dem der vom Lichtbogen zurückgelegte Weg s, die Lichtbogenspannung UB und die Lichtbogenleistung P über der Zeit t aufgetragen sind. Das Diagramm gilt für eine Lichtbogenlöschkammer mit üblichen rechteckigen Löschblechen gemäss Fig. la ;
Fig. 2 zeigt den Verlauf der gleichen Grösse in Abhängigkeit von der Zeit für die gleiche Lichtbogenlöschkammer, aber mit den erfindungsgemäss gelochten Blechen nach Fig. 2a. Bei beiden Diagrammen ist konstanter Lichtbogenstrom angenommen worden.
Es ist folgendes zu erkennen. Fig. l : Der Lichtbogen läuft magnetisch getrieben auf das Löschblech- paket zu und erreicht die Löschblechkanten zum Zeitpunkt t. Er verharrt dort bis zum Zeitpunkt t. Die Wegzeitlinie s =f (t) verläuft daher waagrecht. Die Lichtbogenspannung UB steigt während dieser Zeit an, da sich der Lichtbogen durch Hineinbiegen in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Blechen verlängert und weil er Wärmeenergie an die Bleche abgibt. Im gleichen Masse wie die Spannung UB steigt auch die im Lichtbogen umgesetzte Leistung P. Die Fläche F12 ist während der Verharrzeit vor den Blechen im Lichtbogen umgesetzte Energie, die für den starken Abbrand an den Blechvorderkanten verantwortlich ist.
Zum Zeitpunkt t2 haben sich auf den Blechen Fusspunkte gebildet und die Teillichtbögen wandern weiter. Bei dem bei dieser Blechform häufigen Fall, dass es überhaupt nicht zu einer Aufteilung des Lichtbogens kommt, dauert der Zeitabschnitt t - t bis zum Nulldurchgang des Stromes, so dass die Fläche F12, d. h. die Energieabgabe an die Bleche und dadurch deren Abbrand noch grösser werden.
EMI2.1
sind die Spannung UB und der Leistungsumsatz P noch niedrig. Der Energieumsatz vor dem Blechpaket dargestellt durch die Fläche F12 bleibt daher sehr klein. Es tritt kein Abbrand der Blechkanten mehr auf.
Von t-t brennt der Lichtbogen durch die Löcher hindurch, wobei er stetig in kleinere Lochquerschnitte weiterwandert.
Durch die Querschnittsverminderung des Bogens steigen Spannung und Leistung an, bis der Bogen zum Zeitpunkt t auf den Blechen Fusspunkte bildet und weiterläuft.
<Desc/Clms Page number 3>
Der Energieumsatz während des Wanderns über die Lochreihen wird dargestellt durch FZ8. Dieser
Energieumsatz führt jedoch nicht zu einer Blechbeschädigung, weil der Bogen dabei ständig weiterläuft und immer neue Blechstellen überstreicht.
Fig. 3 - 7 zeigen mögliche Ausführungsformen der Erfindung. Die z. B. aus Eisen bestehenden Lösch- bleche 1 sind an ihrer dem einlaufenden Lichtbogen zugekehrten Seite 2 mit einer siebartigen Lochung versehen, durch deren Löcher 3 der Lichtbogen in parallelen Ästen hindurchbrennen kann. Die Löcher 3 sind dabei nach Anzahl und bzw. oder Lochquerschnitt so verteilt, dass dem Lichtbogen bei seiner Wan- derung in Pfeilrichtung zum Hindurchtreten durch die Löcher ein sich stufenweise vermindernder Lochquer- schnitt zur Verfügung steht. Die Lochung kann im Grenzfall aus einem einzigen Loch in Form eines Drei- eckes bestehen (Fig. 7).
Das zwischen den Löchern stehengebliebene Blechmaterial bewirkt eine gute Entionisierung des hinter dem eigentlichen Lichtbogen zurückbleibenden ionisierten Gasschweifes, so dass Rückzündungen in dem vom Lichtbogen bereits durchwanderten Raum nicht mehr auftreten.
Bei den üblichen relativ dünnen Löschblechen ist es zweckmässig, die Querschnittsfläche der Löcher etwa gleich der Fläche des zwischen den Löchern stehengebliebenen Löschblechmaterials zu machen.
Fig. 8 schliesslich zeigt schematisch im Schnitt ein Ausführungsbeispiel mit einer vorzugsweise ver- wendeten Löschblechpaketanordnung. Der Übersichtlichkeit halber sind nur einige Löschbleche einge- zeichnet worden. Die Löschbleche 4 besitzen die erfindungsgemässe Lochung. Die Löcher sind mit 3 be- zeichnet. Die dem Lichtbogen abgewendeten Enden 5 aller Löschbleche sind um etwa 180 umgebogen.
Die Stege 6 zwischen den beiden parallelen Schenkeln der Löschbleche sind mit Abzugsöffnungen 7 ver- sehen. Diese Ausführungsform der Löschbleche ist ausserordentlich zweckmässig. Durch die Lochung wird ein sicheres und schnelles Eintreten des Lichtbogens in die Löschblechpaketanordnung erreicht. Sowie der
Lichtbogen auf die kurzen Schenkel 5 der Löschbleche trifft, wird seine rasche Wanderung durch elektrodynamische Gegenbeblasung gebremst und das Herausschlagen des Lichtbogens aus der Löschkammer verhindert. Die Abzugsöffnungen 7 und die engen Spalte 8 zwischen den Enden der Bleche sorgen für eine rasche Wiederverfestigung des Kammerraumes und verhindern eine Wiederzündung des Lichtbogens nach seinem natürlichen Verlöschen im Nulldurchgang.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lichtbogenlöschkammer für elektrische Schaltgeräte mit quer zum Lichtbogen angeordneten, elektrisch leitenden Löschblechen, die zur Erleichterung von Lichtbogeneinlauf und Fusspunktbildung ausgespart sind, dadurch gekennzeichnet, dass die den Lichtbogenweg vorschreibenden, insbesondere gleichartigen Aussparungen der Bleche ein vom Blech umschlossenes Muster sich stetig reduzierenden Öffnungsquerschnittes ergeben, dem an der kontaktseitigen Kante des Löschbleches ein über die ganze Breite des Löschbleches reichender Steg vorangeht.