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Die
Erfindung betrifft einen Niederspannungs-Leistungsschalter, mit einer Hauptstromkontaktanordnung
und einer Lichtbogen-Löschkammer, wobei
zwischen Hauptstromkontaktanordnung und Lichtbogen-Löschkammer
ein Lichtbogen-Überführungselement
angeordnet ist.
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Es
ist bekannt, dass die Größe, insbesondere
die Breite, von Hauptstromkontakten von Niederspannungs-Leistungsschaltern
abhängig
ist von einem Nennstrom, für
den die Niederspannungs-Leistungsschalter ausgelegt sind. Je größer dieser
Nennstrom ist, umso breiter sind die entsprechenden Hauptstromkontakte
ausgebildet. Hierbei ist nachteilig, dass sich aufgrund von stärker ausgeprägten Stromverdrängungseffekten
bei breiteren Hauptstromkontakten ein kompliziertes Lichtbogen-Löschverhalten
einstellt, da der Lichtbogen überwiegend am
Rand der breiten Hauptstromkontakte entsteht und dementsprechend überwiegend
im Randbereich von dem der Hauptstromkontakte zugeordneten Lichtbogen-Löschkammer
verweilt. Somit wird die Kühlwirkung
der Lichtbogen-Löschkammer
nur sehr eingeschränkt
genutzt. Dies führt
dazu, dass der Lichtbogen relativ spät erlischt, und es besteht
die Gefahr, dass ionisierte Schaltgase aus der Lichtbogen-Löschkammer
austreten. Dieses Abbrennen der Lichtbögen im Randbereich tritt sowohl
bei Abschaltungen im Nennstrombereich als auch bei Kurzschlussstromabschaltungen
dieser Niederspannungs-Leistungsschalter
auf.
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Um
ein gezieltes Überführen von
Lichtbögen in
Lichtbogen-Löschkammern
zu ermöglichen,
ist aus
DE 35 39 673
A1 bekannt, einer Hauptstromkontaktanordnung ein Lichtbogen-Leitstück aus einem ferromagnetischen
Material zuzuordnen, mittels dem eine gezielte Überführung von Lichtbögen in die Lichtbogen-Löschkammer erfolgen soll. Bei
dieser Anordnung ist nachteilig, dass zusätzliche Bauelemente vorzusehen
sind, die unmittelbar mit den Hauptstromkontakten verbunden sind.
Hierdurch verkompliziert sich der Aufbau des Niederspannungs-Leistungsschalters,
insbesondere führen schon
geringfügige
Herstellungs- und/oder Montagetoleranzen zu Fehlverhalten beim Ableiten
der Lichtbögen.
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Aus
US 6,288,621 B1 ist
ein Niederspannungs-Leistungsschalter bekannt, bei dem zwischen Hauptstromkontaktanordnung
und Lichtbogenlöschkammer
ein Lichtbogen-Überführungselement
in Form eines Lichtbogenhorns angeordnet ist, das sich, ausgehend
von einem Abbrandkontakt, in Richtung auf die Oberseite der Lichtbogenlöschkammer erweitert
mit dem Ziel, den Lichtbogenfußpunkt
auf zwei Bereiche aufzuspalten, in denen Material vorhanden ist,
das durch die thermische Wirkung des Lichtbogens Gas emittiert.
Das heißt,
dass hier bewusst ein Lenken des Lichtbogens auf die Randbereiche
bewirkt wird. Die Lösung
setzt das Vorhandensein solchen gasemittierenden Materials und die Einhaltung
bestimmter Abmessungen zu den Außenwänden des Schalters voraus.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Niederspannungs-Leistungsschalter der
gattungsgemäßen Art
zu schaffen, bei dem in einfacher Weise Lichtbögen definiert in die Lichtbogen-Löschkammer überführbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Niederspannungs-Leistungsschalter mit den im
Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass ein Lichtbogen- Überführungselement zwischen Hauptstromkontaktanordnung
und Lichtbogen-Löschkammer
wenigstens ein Lichtbogen-Leitelement umfasst, das wenigstens eine,
sich unter einem Winkel zu einer gedachten Senkrechten des Lichtbogen-Überführungselementes von einem Randbereich
weg in Richtung eines Mittelbereiches, im Wesentlichen parallel
zum Lichtbogen-Überführungselement
verlaufende Laufkante aufweist, wird vorteilhaft erreicht, den Lichtbogen
sauber von den vor Abbrand zu schützenden Hauptstromkontakten wegzuführen und
eine Verkürzung
der Lichtbogen-Löschzeit
zu erreichen. Hierdurch kommt es zu einer Verringerung der Beanspruchung
sowohl einerseits der Hauptstromkontakte als auch andererseits der
Lichtbogen-Löschkammer,
da diese nunmehr durch im Wesentlichen definiertes Anlaufen durch den
Lichtbogen ihre Lichtbogen-Löschkapazität mit großem Wirkungsgrad
umsetzen kann. Es hat sich gezeigt, dass durch Vorsehen von einfachen
Lichtbogen-Leitelementen am Lichtbogen-Überführungselement das definierte
Führen
der Lichtbögen
möglich ist.
Veränderungen
an der Hauptstromkontaktanordnung selber brauchen nicht vorgenommen
zu werden, so dass sich die erfindungsgemäßen Modifizierungen einzig
allein auf das Lichtbogen-Überführungselement
beschränken.
Somit ist die erfindungsgemäße Lösung sehr
einfach und somit kostengünstig
auch in serienmäßig hergestellten
Niederspannungs-Leistungsschaltern realisierbar.
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Durch
die Gestaltung des Lichtbogen-Leitelements wird erreicht, dass der
Lichtbogen in etwa mittig in die Lichtbogen-Löschkammer
geführt
wird, so dass der gewünschte
Lichtbogen-Löscheffekt
mit großer
Sicherheit erreicht wird.
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Durch
die wenigstens eine Laufkante kann eine optimale Lichtbogen-Position
innerhalb der Lichtbogen-Löschkammer
definiert angesteuert werden. Die Laufkante kann von einem scharfkantigen Übergang
einer Stufe gebildet sein.
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Ferner
ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
das Lichtbogen-Leitelement mehrere, insbesondere unter unterschiedlichen Winkeln
zu der gedachten Senkrechten verlaufende Laufkanten aufweist. Durch
eine derartige strahlenförmige
Anordnung der Laufkanten an dem Lichtbogen-Überführungselement
wird unabhängig
von dem Entstehungsort des Lichtbogens eine sichere Führung des
Lichtbogens in den zentralen Bereich der Lichtbogen-Löschkammer
sichergestellt.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Lichtbogen-Leitelement mit dem Lichtbogen-Überführungselement kraftschlüssig verbunden
ist. Hierdurch ist die Ausgestaltung des Lichtbogen-Leitelementes
durch einfache Maßnahmen
möglich.
Hierzu ist lediglich eine konstruktive einfache Herstellung des
Lichtbogen-Leitelementes – beispielsweise
als kronenförmiges
Stanzteil – und
das Anbringen dieses Lichtbogen-Leitelementes an dem Lichtbogen-Überführungselement – beispielsweise
durch Schweißen – erforderlich.
So können
bei einer entsprechend gewählten
Anordnung zackenförmiger
Strahlen des kronenförmigen
Stanzteiles die Laufkanten für
den Lichtbogen in einfacher Weise festgelegt werden. Insbesondere
sind so Anpassungen an unterschiedliche Lichtbogen-Löschkammergrößen in einfacher Weise
möglich.
Die Strahlen besitzen vorzugsweise zwei winklig zueinander verlaufende
Laufkanten für den
Lichtbogen, die vom Randbereich des Lichtbogen-Überführungselementes in die Mitte
der Lichtbogen-Löschkammer
verlaufen. Hierdurch ist je nach Entstehungsort und Intensität des Lichtbogens
eine angepasste Führung
des Lichtbogens in die Lichtbogen-Löschkammer möglich.
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Das
kraftschlüssig
mit dem Lichtbogen-Überführungselement
verbundene Lichtbogen-Leitelement bietet ferner den Vorteil, dass
ein vergrößerter Kühlkörper im
Bereich des Lichtbogen-Überführungselementes
zur Verfügung
steht, der das Löschverhalten
der Lichtbogen-Löschkammer
günstig
beeinflusst.
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Als
Lichtbogen-Leitelement kann auch zumindest ein Abschnitt eines Drahtes,
insbesondere eines Stahldrahtes dienen.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass das wenigstens eine Lichtbogen-Leitelement als aus der Ebene des Lichtbogen-Überführungselementes herausgeprägtes Profilteil
ausgebildet ist. Hierdurch wird ebenfalls in einfacher Weise die
Herstellung eines Lichtbogen-Leitelemente aufweisenden Lichtbogen-Überführungselementes möglich.
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Mit
Vorteil kann als Lichtbogen-Überführungselement
zumindest ein Endblech eines Löschblechpaktes
dienen.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine teilweise Schnittansicht
durch einen Niederspannungs-Leistungsschalter;
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2 eine Draufsicht auf ein
Lichtbogen-Überführungselement;
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3 eine Schnittdarstellung
durch das Lichtbogen-Überführungselement;
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4 eine Detailvergrößerung des
Lichtbogen-Überführungselementes
und
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5 eine schematische Perspektivansicht eines
Lichtbogen-Überführungselementes.
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1 zeigt in einer teilweisen
Schnittdarstellung eine Lichtbogen-Löschkammer 10 eines
Niederspannungs-Leistungsschalters 12.
Der Niederspannungs-Leistungsschalter 12 ist für einen
relativ hohen Nennstrom, beispielsweise 1000 A, ausgelegt.
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Eine
Hauptstromkontaktanordnung 14 des Niederspannungs-Leistungsschalters 12 umfasst
einen ortsfesten Hauptkontakt 16 mit einer Schaltstückauflage 18 sowie
einen bewegbaren Hauptkontakt 20 mit einer Schaltstückauflage 22.
Diese Hauptkontakte 16 und 20 sind im Bedarfsfalle
mehrfach in paralleler Anordnung vorhanden. Je größer der Nennstrom,
umso breiter – gemäß Darstellung
in die Papierebene hinein – ist
die Hauptstromkontaktanordnung ausgebildet.
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Die
Hauptkontakte 16 und 20 dienen zur lichtbogenfreien
Führung
des Dauerstromes des Niederspannungs-Leistungsschalters 12 im
geschlossenen Zustand der Hauptkontakte 16 und 20.
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Die
Hauptstromkontaktanordnung 14 umfasst ferner einen ortsfesten
Abbrennkontakt 24 mit einer Schaltstückauflage 26 und einen
bewegbaren Abbrennkontakt 28 mit einer Schaltstückauflage 30. Den
Abbrennkontakten 24 und 28 sind Lichtbogen-Hörner 32 beziehungsweise 34 zugeordnet.
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Eine
Isolierkoppel 36 dient der Verbindung mit einer nicht dargestellten
Antriebsvorrichtung und Rückstelleinrichtung
zum Öffnen
und Schließen
der Hauptstromkontaktanordnung 14.
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Die
Lichtbogen-Löschkammer 10 umfasst ein
Gehäuse 38,
das einen einer Lichtbogen-Löschung
dienenden Innenraum 40 umschließt. In dem Innenraum 40 ist
in bekannter Weise ein aus Löschblechen 42, 43 bestehendes
Löschblechpaket 41 angeordnet.
Der Innenraum 40 wird an seiner festkontaktseitigen Seite
durch ein Lichtbogen-Überführungselement 44 begrenzt.
Das Lichtbogen-Überführungselement 44 ist
im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet
und trägt
auf seiner dem Innenraum 40 zugewandten Seite ein Lichtbogen-Leitelement 46, dessen
Aufbau anhand der nachfolgenden Figuren noch näher erläutert wird. Die im Laufe des
Löschvorganges
gebildeten Lichtbogen-Gase
(Schaltgase) verlassen die Lichtbogen-Löschkammer 10 durch eine
an der Oberseite vorgesehene, durch Stege 48 unterteilte
Austrittsöffnung 50 in
Richtung der Pfeile 52. An der Oberseite der Lichtbogen-Löschkammer 10 kann
zusätzlich
noch ein Schaltgasdämpfer
angeordnet sein.
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Das
Lichtbogen-Leitelement 46 ist im Bereich der Lichtbogen-Übergabepunkte vom Lichtbogen-Horn 32 auf
dem Lichtbogen-Führungselement 44 angeordnet.
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2 zeigt das Lichtbogen-Führungselement 44 in
Draufsicht, wobei die Anordnung des Lichtbogen-Leitelementes 46 auf
dem Lichtbogen-Führungselement 44 deutlich
wird. Das Lichtbogen-Leitelement 46 ist als Zusatzteil
flächig
auf dem Lichtbogen-Führungselement 44 kraftschlüssig angeordnet,
beispielsweise durch Punktschweißen oder dergleichen. Nach
einer weiteren Ausführungsvariante
kann das Lichtbogen-Leitelement 46 aus der Ebene des Lichtbogen-Führungselementes 44 herausgeprägt sein.
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Das
Lichtbogen-Leitelement 46 umfasst Laufkanten 54,
die die seitliche Begrenzung von strahlenförmigen Zacken 56 bilden.
Die Laufkanten 54 verlaufen hierbei jeweils unter unterschiedlichen Winkeln
zu einer gedachten Senkrechten 58 durch das Lichtbogen-Führungselement 44.
Hierbei sind die Laufkanten 54 derart ausgerichtet, dass
sie von einem unteren Randbereich in Richtung eines oberen mittleren
Bereiches des Lichtbogen-Führungselementes 44 verlaufen.
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Wie
die Schnittdarstellung in 3 sowie
die vergrößerte Detailansicht
in 4 verdeutlichen, werden
die Laufkanten 46 von im Wesentlichen senkrecht zur Ebene
des Lichtbogen-Führungselementes 44 verlaufenden
Stufen 60 gebildet, so dass sich ein scharfkantiger Übergang 62 an
der Oberfläche
der Lichtbogen-Leitelemente 46 ergibt.
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5 verdeutlicht in einer
Perspektivansicht nochmals das plastische Hervorstehen des Lichtbogen-Leitelementes 46 über dem
Lichtbogen-Führungselement 44.
Hierdurch kommt es zur Ausbildung der Laufkanten 54 in
Form der scharfkantigen Übergänge 62 der
Stufen 60.
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Die
Anzahl der Lichtbogen-Leitelemente 46 sowie die Anzahl
der Laufkanten 54 kann an die konstruktive Gestaltung des
Niederspannungs-Leistungsschalters 12, insbesondere an
die Lichtbogen-Löschkammer 10,
angepasst sein.
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Die
strahlenförmig
von den Randbereichen der Lichtbogen-Löschkammer 10 in
den mittleren Bereich der Lichtbogen-Löschkammer 10 verlaufenden Laufkanten 54 führen dazu,
dass im Randbereich an der Hauptstromkontaktanordnung 14 entstehende Lichtbögen sicher
in den mittleren Bereich der Lichtbogen-Löschkammer 10 geführt werden,
wo diese besonders effektiv gelöscht
werden. Durch Anordnung des Lichtbogen-Leitelementes 46 im Übergabebereich
des Lichtbogen-Hornes 32 auf das Lichtbogen-Führungselement 44 wird
ein besonders gutes Hereinführen
der Lichtbogen in den mittleren Bereich der Lichtbogen-Löschkammer 10 unterstützt.
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Als
Lichtbogen-Überführungselement
kann auch jedes der beiden Endbleche 43 des Löschblechpaketes 41 verwendet
und dabei mit einem Lichtbogen-Leitelement versehen werden.
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Nach
weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann anstelle
des dargestellten, kronenförmig
beziehungsweise zackenförmig
ausgebildeten Lichtbogen-Leitelementes 46 auch vorgesehen
sein, dass die Laufkanten 54 von aufgeschweißten einzelnen
Elementen, beispielsweise Stahldraht oder dergleichen, gebildet
sind. Die Anordnung eines relativ großflächigen Zusatzteiles, das eine
Vielzahl der Laufkanten 54 ausbildet, führt jedoch gleichzeitig zur
Ausbildung einer Zusatzmasse, die eine Kühlwirkung auf den Lichtbogen
zu einem sehr frühen
Zeitpunkt während
des Abschaltvorganges des Niederspannungs-Leistungsschalters 12 ausübt, so dass eine
zusätzliche
Verbesserung des Löschverhaltens erreicht
ist.