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Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter zum
Unterbrechen eines elektrischen Stromes mit einem gasdichten Gehäuse, das
mit Löschgas
zum Löschen
eines Lichtbogens befüllt
ist und in dem wenigstens eine Hauptkontaktanordnung angeordnet ist,
wobei jede Hauptkontaktanordnung einen Festkontakt sowie ein drehbares
oder schwenkbares Schaltmesser aufweist, und wobei ein das Gehäuse durchgreifendes
Bewegungsübertragungsmittel
zum Einleiten einer außerhalb
des Gehäuses
erzeugten translatorischen Antriebsbewegung eingerichtet ist.
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Ein solcher Leistungsschalter ist
in der
DE 35 28 770
A1 bereits beschrieben. Der dort offenbarte Leistungsschalter
weist ein gasdichtes Gehäuse
auf, in dem eine Kontaktanordnung mit einem schwenkbaren Schaltmesser
und einem Festkontakt angeordnet ist. Ferner ist ein die Gehäusewandung
durchgreifendes Bewegungsübertragungsmittel
zum Einleiten einer translatorischen Antriebsbewegung vorgesehen.
Die aus Schwenkmesser und Festkontakt bestehende Kontaktanordnung
ist in Reihenschaltung zu einer Vakuumschaltröhre angeordnet, die sich mit
ihrem Festkontakt in das gasdichte Gehäuse hinein erstreckt. Der Bewegkontakt
der Vakuumschaltröhre
verbleibt jedoch außerhalb
des Gehäuses.
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Die
DE 41 23 710 A1 beschreibt eine gasisolierte
Schalteinrichtung mit einer Vakuumschaltröhre, die in einem gasdichten,
mit Schutzgas befüllten
Gehäuse
angeordnet ist. Zum Einleiten einer Antriebsbewegung in einen Bewegkontakt
der Vakuumschaltröhre
ist neben Schubstangen ein Schwenkhebel vorgesehen, der fest an
dem kapselnden Gehäuse angeordnet
sind.
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Die
DE 197 01 763 C1 beschreibt einen Leistungsschalter,
der mit einem Faltenbalg versehen ist, um die Beweglichkeit einer
axial durch die Gehäusewandung
geführten
Antriebsstange zu gewährleisten.
Dabei ist der gemäß einer
Ziehharmonika ein- und
ausziehbarer Faltenbalg sowohl an der Schaltstange als auch an dem
Gehäuse
gasdicht befestigt.
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Die
DE 37 36 165 C2 beschreibt einen Leistungsschalter
mit einer Hauptkontaktanordnung sowie einer Lichtbogenkontaktanordnung.
Beim Öffnen der
Hauptkontaktanordnung kommutiert der Strom durch Ausnutzung von
Federkräften
auf die Lichtbogenkontaktanordnung, die mit einer Spule ausgerüstet ist,
um den beim Öffnen
der Lichtbogenkontaktanordnung gezogenen Lichtbogen sorgsam zu löschen.
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In der
EP 0 768 692 B1 ist ein Leistungsschalter
offenbart, der ein gasdichtes mit Schwefelhexafluorid befülltes Gehäuse aufweist,
in dem eine Hauptkontaktanordnung sowie eine zu dieser parallel geschaltete
Lichtbogenkontaktanordnung angeordnet sind. Die Hauptkontaktanordnung
weist als Bewegkontakt ein schwenkbares Schaltmesser auf, das über zweckmäßige Verbindungsmittel
mit einer in das Gehäuse
eingreifenden Antriebswelle verbunden ist. Die Lichtbogenkontaktanordnung
weist einen linear geführten
beweglichen Lichtbogenkontakt auf, der ebenfalls von der Antriebswelle
angetrieben ist und mit seinem von der Antriebswelle abgewandten Ende
in eine Löschkammer
hineinragt, in der ein feststehender Lichtbogenkontakt angeordnet
ist. Die Löschkammer
weist weiterhin ein den feststehenden Lichtbogenkontakt umgebende
Löschspule
auf. Die Lichtbogenkontaktanordnung eilt der Hauptkontaktanordnung in
ihrer Schaltbewegung nach. Bei einer Stromunterbrechung öffnet zunächst der
Hauptkontakt. Der Stromfluss kommutiert anschließend auf einen die Löschspule
und die noch nicht unterbrechende Lichtbogenkontaktanordnung enthaltenden Löschzweig,
wobei die Löschspule
zum Löschen
des bei Trennung der Lichtbogenkontaktanordnung gezogenen Lichtbogens
vorgesehen ist. Die Löschspule wird
beim Löschen
von einer zweckmäßigen Ausgestaltung
der Löschkammer
unterstützt,
die eine durch die Wärmeentwicklung
des Lichtbogens entstehende Druckwelle des Isoliergases zum Lichtbogen
führt.
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Durch eine solche Lichtbogenkontaktanordnung
wird ein Abbrand der Kontakte der Hauptkontaktanordnung in Folge
eines Lichtbogens weitgehend vermieden. Im Normalbetrieb des Leistungsschalters,
in dem der Stromfluss nahezu ausschließlich über die Hauptkontaktanordnung
erfolgt, ist daher auch bei höheren
Lebensdauern des Leistungsschalters eine im Wesentlichen gleich
bleibend gute Kontaktierung gewährleistet.
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Dem vorbekannten Leistungsschalter
haftet jedoch der Nachteil an, dass eine außerhalb des Gehäuses erzeugte
Antriebsbewegung über
eine Antriebswelle in das Gehäuse
eingeleitet wird. Dabei ist die rotierende Antriebswelle durch zweckmäßige Dichtungen
gasfest abzudichten. Hierzu geeignete Dichtmittel sind jedoch störanfällig, so
dass Gasverluste auftreten können.
Darüber
hinaus ermöglichen Undichtigkeiten
das Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse des Leistungsschalters,
wodurch der Leistungsschalter langfristig unbrauchbar wird.
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Aus der
DE 199 63 256 C1 ist ein
Leistungsschalter bekannt, der ein mit Löschgas befülltes Gehäuse aufweist. In dem Gehäuse ist
eine aus einem Festkontakt sowie einem linear geführten Bewegkontakt
gebildete Kontaktanordnung vorgesehen.
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Eine außerhalb des Gehäuses durch
Antriebsmittel erzeugte Schubbewegung wird durch zweckmäßige Durchführungen
in das Gehäuse
des Leistungsschalters eingeleitet. Der dort offenbarte Leistungsschalter
ist jedoch aufgrund der linearen Bewegungseinleitung raumgreifend.
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Aus der
DE 198 15 538 A1 ist eine
Schaltanlage mit drei Vakuumleistungsschaltern bekannt, die in einem
gasdichten mit einem Isoliergas befüllten Behälter angeordnet sind. Die gekapselten
Vakuumleistungsschalter weisen linear geführte Bewegkontakte auf. Eine
außerhalb
des gasdichten Behälters erzeugte
Schubbewegung wird über
stangenförmige Bewegungsübertragungsmittel
auf die Bewegkontakte übertragen.
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Die dort offenbarte Schaltanlage
ist jedoch auf Grund der verwendeten gekapselten Vakuumleistungsschalter
kostenintensiv. Darüber
hinaus zwingt die lineare Führung
der Bewegkontakte zur raumgreifenden Auslegung der Schaltanlage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art bereit
zu stellen, bei dessen Hauptkontaktanordnung der Abbrand der Kontakte
durch Lichtbögen
verringert ist, und der neben einer langfristig zuverlässigen Dichtung
eine einfache Kinematik aufweist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass
jede Hauptkontaktanordnung zu einer dieser in ihrer Schaltbewegung
nacheilenden Lichtbogenkontaktanordnung elektrisch parallel geschaltet
ist, deren feststehender Lichtbogenkontakt in einer Löschkammer
zum Löschen
des Lichtbogens angeordnet ist, wobei ein linear geführten Schaltschlitten,
der sowohl mit dem Schaltmesser als auch mit einem beweglichen Lichtbogenkontakt
verbunden ist, und ein sich zwischen dem Schaltschlitten und dem
Schaltmesser erstreckender Anlenkhebel zur Steuerung der Schaltgeschwindigkeit
des Schaltmessers vorgesehen sind.
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Der erfindungsgemäße Leistungsschalter weist
zwei Kontaktanordnungen auf. Durch die eingestellte Kinematik kommutiert
nach dem Öffnen
der Hauptkontaktanordnung ein zu unterbrechender Strom auf die Lichtbogenkontaktanordnung,
so dass die Intensität
eines Lichtbogens beim Öffnen
der Hauptkontaktanordnung verringert ist. Der Lichtbogen wird vielmehr
im Wesentlichen zwischen dem feststehenden Lichtbogenkontakt und
dem beweglichen Lichtbogenkontakt in der Löschkammer gezogen, die eine
aufgrund der Wärmeentwicklung
des Lichtbogens explosionsartig entstehende Isoliergasdruckwelle
durch zweckmäßige Führungen
zum Lichtbogen leitet und diesen zum Erlöschen bringt. Ein über die
Lichtbogenkontaktanordnung fließender Strom
ist zeitlich begrenzt, so dass die Löschkammer entsprechend klein
auslegbar ist. Durch das im Wesentlichen lichtbogenfreie Trennen
der Hauptkontaktanordnung wird ein Abbrand der Hauptkontakte verringert,
so dass eine ausreichend gute Kontaktierung im Normalbetrieb des
Leistungsschalters langfristig gewährleistet ist. Durch die Auswahl
der Anlenkstelle des Anlenkhebels an dem Schaltmesser ist die Trenngeschwindigkeit
des Schaltmessers vom Festkontakt der Hauptkontaktanordnung einstellbar.
Auf diese Weise kann somit der Abstand bestimmt werden, den die
Kontakte der Hauptkontaktanordnung im Zeitpunkt des Öffnens der
Lichtbogenkontaktanordnung aufweisen.
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Weiterhin wird die Durchführung einer
sich drehenden Antriebswelle durch eine Wandung des Gehäuses vermieden,
obwohl der Leistungsschalter ein beim Schalten durch den Antrieb
zu drehendes Schaltmesser aufweist. Durch diese Kombination eines
von außen
translatorisch antreibbaren Bewegungs übertragungsmittels und einem
drehbaren Schaltmesser wird ein kompakter Leistungsschalter bereitgestellt,
der sicher abgedichtet werden kann und somit eine hohe Lebensdauer
aufweist. Das Bewegungsübertragungsmittel
ist zur Aufnahme einer äußeren translatorischen
Bewegung eingerichtet, wobei translatorische Bewegungen Hub- oder Schwenkbewegungen
und vor allem keine rotatorischen, zum Antrieb einer Welle geeigneten
Bewegungen sind. Die eingeleitete translatorische Bewegung wird
in dem Gehäuse über zweckmäßige innere Übertragungsmittel
zum schwenkbar oder drehbar gelagerten Schaltmesser hin übertragen.
Trotz der hohen Dichtigkeit und langen Lebensdauer des Leistungsschalters
sind daher raumgreifende und somit insbesondere bei mehrpoligen
Leistungsschaltern unvorteilhafte lineare Führungen von Bewegkontakten
vermieden.
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Vorteilhafterweise ist das Bewegungsübertragungsmittel
ein an dem Gehäuse
angelenkter Hebel. Durch den Hebel ist die translatorische, beispielsweise
lineare, Antriebsbewegung auf einfache Art und Weise in eine Dreh-
oder Schwenkbewegung für
das Schaltmesser übertragbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung
der Erfindung ist das Bewegungsübertragungsmittel
eine an das Gehäuse
angelenkte Schwinge mit einem bogenförmigen Winkelabschnitt. Durch
die bogenförmige
Ausgestaltung des Winkelabschnitts der Schwinge kann die Kompaktheit
des Leistungsschalters erhöht
werden, da die Schwinge eine besonders platzsparende Umleitung und Übertragung
der Antriebsbewegung ermöglicht.
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Vorteilhafterweise ist ein Faltenbalg
zur gasdichten Durchführung
des Bewegungsübertragungsmittels
durch das Gehäuse
vorgesehen. Der Faltenbalg kann bereits bei der Fertigung des gasdichten Gehäuses und
ohne die zusätzliche
Montage einer Antriebseinheit mit der Gehäusewandung einerseits sowie
dem Bewegungsübertragungsmittel
andererseits gasdicht verbunden werden.
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Vorzugsweise ist der Faltenbalg ein
Metallfaltenbalg, der durch Verschweißen mit dem Gehäuse und
mit dem Bewegungsübertragungsmitteln
verbunden ist. Fest verschweißte
Metallfaltenbälge
sind bereits im Zusammenhang mit raumgreifenden Hubantrieben bekannt
und stellen erfahrungsgemäß Dichtungen
mit einer hohen Lebensdauer bereit, so dass ein wartungsfreier Betrieb
des Leistungsschalters über
Jahre hinweg ermöglicht
ist.
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Vorteilhafterweise weist die Löschkammer eine
Löschspule
zum Löschen
des Lichtbogens auf. Dabei erzeugt die Löschspule beispielsweise ein
rotierendes Magnetfeld, das einen gezogenen Lichtbogen auf eine
Rotationsbahn zwingt, wodurch sein Erlöschen unterstützt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung
der Erfindung weist der Leistungsschalter drei Hauptkontaktanordnungen
auf. Diese drei Hauptkontaktanordnungen bilden dann jeweils einen
Pol zum Unterbrechen eines dreiphasigen Drehstromnetzes aus, das üblicherweise
zur Energieübertragung
eingesetzt wird.
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Vorteilhafterweise ist wenigstens
ein Erdungskontakt zum Erden des Leistungsschalters vorgesehen.
Durch die Erdung werden die Stromabgänge des Leistungsschalters
auf Erdpotential gelegt, so dass beispielsweise Wartungsarbeiten
gefahrlos durchführbar
sind.
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Gemäß einer diesbezüglichen
Weiterentwicklung ist das Bewegungsmittel durch einen Dreistellungsantrieb
antreibbar, wobei das Schaltmesser von einer Kontaktstellung, in
der ein Stromfluss über den
Leistungsschalter ermöglicht
ist, über
eine Trennstellung, in der der Stromfluss unterbrochen ist, in eine
Erdungsstellung überführbar ist,
in der das Schaltmesser in Kontakt mit dem Erdungskontakt ist. Gemäß dieser
Weiterentwicklung der Erfindung ist das Schaltmesser Teil eines
Dreistellungsschalters, der wegen seiner besonders hohen Kompaktheit
vorteilhaft sein kann.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile
der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen der
Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnungen, wobei sich
entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind
und
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters
in einer Seitenansicht,
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2 den
Leistungsschalter gemäß 1 in einer Querschnittsansicht
und
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3 eine
schematische Darstellung der Hauptkontaktanordnung zeigen.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Leistungsschalters 1 in
einer Seitenansicht, wobei Teile eines mit Schwefelhexafluorid oder
einem sonstigen Schutzgas gefüllten
Gehäuses 2 des
Leistungsschalters 1 entfernt wurden, um einen Blick auf
sonst im Verborgenen liegende Bauteile zu gewähren. Es ist erkennbar, dass
außerhalb
des Gehäuses
an dessen Frontwand 3 eine Antriebseinheit 4 angeord net
ist, die eine lineare also translatorische Antriebsbewegung erzeugt.
Die Antriebseinheit 4 ist mit einem als Schwinge 5 ausgebildeten
Bewegungsübertragungsmittel
verbunden, die das Gehäuse 2 durchgreift
und einen bogenförmigen
Winkelabschnitt 6 aufweist, der in seinem Mittenbereich
an dem Gehäuse 2 angelenkt
ist und mit einem Stangenabschnitt 7 das Gehäuse 2 durchgreift.
Die Schwinge 5 ist mit ihrem Stangenabschnitt 7 zur
Aufnahme der Bewegungsenergie außerhalb des Gehäuses 2 mit
der Antriebseinheit 4 und mit ihrem von der Antriebseinheit 4 abgewandten
Ende mit einem Koppelstück 8 verbunden,
das wiederum an einer Koppelstange 9 befestigt ist.
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Die gezeigte Schaltanlage 1 ist
für den
Einsatz in einem Drehstromnetz ausgerüstet und weist für jede der
drei zu schaltenden Phasen des Drehstromnetzes einen Schalterpol
auf.
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Zwei der gezeigten Schalterpole sind
direkt mittels der jeweiligen Koppelstange 9 an die Schwinge 5 angebunden.
An dem vom Koppelstück 8 beziehungsweise
der Schwinge 5 abgewandten Ende jeder Koppelstange 9 ist
jeweils ein Schaltschlitten 10 erkennbar, der fest mit
der zugeordneten Koppelstange 9 verbunden ist. Die sich
quer zu den Koppelstange 9 erstreckenden Schaltschlitten 10 sind
jeweils über
einen Anlenkhebel 11 mit einem zugeordneten Schaltmesser 12 verbunden,
das an einem Ende an einer ortsfesten Sammelschiene 13 angelenkt
ist, wobei die Sammelschiene 13 elektrisch an eine Kabelanschlussdurchführung 14 angeschlossen ist,
die die Frontwand 3 des Gehäuses 2 isolierend durchgreift
und zum Anschluss figürlich
nicht dargestellter Kabel vorgesehen ist.
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Eine von der Antriebseinheit 4 erzeugte
Antriebsbewegung wird von der Schwinge 5 auf das Koppelstück 8 und/oder
die Koppelstangen 9 übertragen,
die eine Hubbewegung durchführen,
wel che auf die Schaltschlitten 10 übertragen wird, an denen die
Anlenkhebel 11 einseitig befestigt sind. Mit ihrem vom
Schaltschlitten 10 abgewandten Ende sind die Anlenkhebel 11 an
einem einseitig angelenkten und somit schwenkbar gelagerten Schaltmesser 12 verbunden,
das durch die Hubbewegung des Schaltschlittens 10 nach
Durchlaufen einer Teilkreisbahn einen ortsfesten Festkontakt 15 kontaktiert,
der mit einer stromführenden
Sammelschiene 16 verbunden ist. Das Schaltmesser 12 und
der Festkontakt 15 eines Schalterpols bilden eine Hauptkontaktanordnung aus.
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Jeder Schaltschlitten 10 ist
weiterhin mit jeweils einem in 1 nicht
dargestellten Bewegkontakt einer Lichtbogenkontaktanordnung verbunden, deren
feststehender Lichtbogenkontakt in einer Löschkammer 17 angeordnet
ist.
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Der gezeigte Leistungsschalter 1 verfügt ferner über Erdungskontakte 18,
die U-förmig
ausgebildet und an einer Erdungsschiene 19 angeordnet sind,
die mit dem Gehäuse 2 über einen
Erdkontaktführer 20 elektrisch
verbunden ist. Dabei ist der Antrieb 4 als Dreistellungsantrieb
ausgebildet, mit dem das Schaltmesser 12 zwischen einer
Trennstellung, in der es in Kontakt mit dem Festkontakt 15 ist,
einer in 1 gezeigten
Trennstellung, in der das Schaltmesser 12 kontaktfrei ist,
und einer Erdungsstellung schwenkbar ist, in der es in den jeweils
zugeordneten Erdungskontakt 18 einschlägt.
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2 zeigt
den Leistungsschalter gemäß 1 in einer Querschnittsansicht,
in der nur ein Schalterpol dargestellt ist. In dieser Darstellung
ist erkennbar, dass der in vertikaler Richtung und somit linear
geführte
Schaltschlitten 10 sowohl mit dem Schaltmesser 12 als
auch mit einem beweglichen Lichtbogenkontakt 21 verbunden
ist. Oberhalb des beweglichen Lichtbogenkontaktes 21 und
in der Löschkammer 17 ist
ein ortsfester und feststehender Lichtbogenkontakt 22 erkennbar,
der zusammen mit dem beweglichen Lichtbogenkontakt 21 eine
Lichtbogenkontaktanordnung ausbildet.
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Der feststehende Lichtbogenkontakt 22 umfasst
Kontaktlamellen 23, die federnd gelagert sind. Hierbei
dient eine Hülsenfeder 24 zur
Erzeugung der notwendigen Andruckkraft. Die Hülsenfeder 24 ist in ihrem
Mittenbereich durch eine Klemmfeder 25 fest an einem Kontaktträger 26 gehalten.
Die Kontaktlamellen 23 sind konzentrisch von einer Löschspule 27 umgeben,
die zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes eingerichtet ist.
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Zum hermetisch dichten Verschließen des Gehäuses 2 ist
ein in 1 nur schematisch
angedeuteter Metallfaltenbalg 28 vorgesehen, der einerseits
mit der Frontwand 3 sowie andererseits mit der Schwinge 5 gasdicht
verschweißt
ist. Die Lichtbogenkontaktanordnung eilt in ihrem Schaltverhalten
der Hauptkontaktanordnung nach. Dies bedeutet, dass beim Übergang
von der Kontaktstellung, in der alle beweglichen Kontaktstücke ihre
feststehenden Gegenkontakte kontaktieren, in eine Trennstellung,
in der die beweglichen Kontakte von den Gegenkontakten beabstandet
sind, zunächst
das Schaltmesser 12 vom Festkontakt 15 getrennt wird. Der
Festkontakt 13 ist mit dem feststehenden Lichtbogenkontakt 22 elektrisch
verbunden. Dies gilt auch für
das Schaltmesser 12 sowie den beweglichen Lichtbogenkontakt 21.
Hauptkontaktanordnung und Lichtbogenkontaktanordnung sind somit
parallel zueinander geschaltet. Nach dem Trennen des Schaltmessers 12 vom
Festkontakt 15 kommutiert der zu unterbrechende Strom daher
auf einen die Lichtbogenkontaktanordnung und die Löschspule 23 enthaltenden
Löschzweig,
so dass die Entstehung eines Lichtbogens zwischen dem Schaltmesser 12 und
dem Festkontakt 15 erschwert wird.
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Erst nach einer gewissen Übergangszeit,
deren Dauer – wie
nachfolgend beschrieben wird – einstellbar
ist, kommt es zum Abreißen
des Kontaktes der Lichtbogenanordnung, wobei ein Lichtbogen gezogen
wird. Aufgrund der plötzlichen
Wärmeentwicklung
durch den Lichtbogen entsteht eine Druckwelle aus Schwefelhexafluorid,
die von der Löschkammer 17 zum
Lichtbogen geführt
wird und somit zum Löschen
des Lichtbogens beiträgt.
Darüber
hinaus dient die Löschkammer 17 dem
Schutz der übrigen Bauteile
vor sonstigen schädlichen
Lichtbogeneinflüssen.
Durch die Kommutierung des Stromes in den Löschzweig wird darüber hinaus
durch die Löschspule 27 ein
rotierendes Magnetfeld erzeugt, das ebenfalls zur Löschung des
Lichtbogens beiträgt.
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3 verdeutlicht,
wie die Geschwindigkeit des Schaltmessers
12 beim Trennvorgang
der Hauptkontaktanordnung beeinflusst werden kann und zeigt die
aus Schaltmesser
12 sowie Festkontakt
15 bestehende
Hauptkontaktanordnung sowie den fest mit dem Schaltmesser
12 verbundenen
Anlenkhebel
11 in schematischer Darstellung. Zum Unterbrechen
der Hauptkontaktanordnung wird der Anlenkhebel
11 in vertikaler
Richtung mit der Geschwindigkeit v
1 nach
unten bewegt. Für
die Geschwindigkeit v
2 ergibt sich in erster
Näherung
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Die Trenngeschwindigkeit v2 der Hauptkontaktanordnung ist daher in
jedem Falle größer als
die Hubgeschwindigkeit des Schaltschlittens 10 und somit
größer als
die Trenngeschwindigkeit der Lichtbogenkontaktanordnung.
