DE1063681B - Elektrischer Leistungsschalter mit einer Lichtbogenloeschkammer und mit Mitteln zur Kuehlung der Lichtbogenabgasprodukte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft als Magnetfeldschalter ausgebildete elektrische Leistungsschalter, bei denen Mittel zur Kühlung der Lichtbogenabgasprodukte und zur Verminderung der aus der Löschkammer austretenden ionisierten Gasmengen während der Schaltung vorgesehen sind.

Es sind bei Magnetfeldschaltern bereits Vorrichtungen zur Entionisierung der Lichtbogenabgase bekanntgeworden, welche vorzugsweise in Bewegungsrichtung des Lichtbogens stehende Plattenstapel, die wechselweise aus Metall- und Isoliermaterialplatten lizw. nur aus Metall- oder Isoliermaterialplatten bestehen, als Entionisierungsmittel für die von der eigentlichen Lichtbogenlöscheinrichtung abströmenden Lichtbogenabgasprodukte verwenden.

Ebenfalls sind Vorrichtungen bekannt, welche eine Umleitung und Kühlung der Lichtbogenabgase in engen Kanälen vorsehen.

Die bekannten Vorrichtungen zur Entionisierung der Abgase besitzen den. wesentlichen Nachteil, daß sie die Abgasströmung behindern und die schnelle Ausbreitung des Lichtbogens in der Lichtbogenlöscheinrichtung, bremsen. Die Lichtbogenlöschfähigkeit der eigentlichen Löscheinrichtung (Plattenstapel), die beim ungehinderten Abzug der Lichtbogenabgasprodukte am größten ist, kann dadurch nicht voll ausgenutzt werden.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile im wesentlichen dadurch, daß die Kühlelemente zylindrisch sind und daß einige der Kühlelemente in verschiedenen Abständen von dem Eintrittsende des Lichtbogens in die Löschkammer angeordnet sind, wobei sich die Längsachse jedes Kühlelementes quer zur Längsachse der Löschkammer erstreckt, so daß sie quer zur Richtung des durch die Löschkammer fließenden Abgasstromes liegen.

Mit einer solchen Vorrichtung wird erreicht, daß dem Lichtbogenabgasstrom trotz intensiver Kühlung wegen der hintereinander angeordneten Kühlelemente ein sehr geringer Strömungswiderstand entgegengesetzt wird. Die Lichtbogenabgase kommen so zunächst nur mit wenigen Kühlelementen, später mit fortschreitender Abkühlung der Gase und entsprechender Verringerung des Gasvolumens in schnellerer Folge mit Kühlelementen in Berührung.

Die Kühlelemente gemäß der Erfindung sind zylin-■ drisch ausgebildet. Wird ein solches zylinderförmiges Kühlelement von dem Gas angeströmt, so wird das Gas wegen der hohen Wärmeübergangszahl an der angeströmten Zylinderfläche stark gekühlt.. Dabei ist der Strömungswiderstand des Zylinders sehr gering.

Die Gruppen der Kühlelemente werden vorzugsweise voneinander getrennt bzw. isoliert. Für eine solche Trennung kommen vorzugsweise zwischen den Elektrischer Leistungsschalter .
mit einer Lichtbogenlöschkammer _:

und mit Mitteln zur Kühlung
'■ der Lichtbogenabgasprodukte

Anmelder: ;

Allis-Chalmers
Manufacturing Company,
WestAllis, Wis. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore, Patentanwalt,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Februar 1957

Victor Adelbert Mortenson, Scituate, Mass.,
Donald Edward Weston, Chestnut Brookline, Mass.,
und Martin Joseph Reilly, South Weymouth, Mass.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Gruppen der Kühlelemente angeordnete Isolationsmittel in Betracht.

Die Gruppen der Kühlelemente sind in gewissen räumlichen Abständen von den Isolierstoffplatten der Lichtbogenlöschkammer und weiter nach oben in Richtung der Strömung der Lichtbogenabgasprodukte angeordnet. " ·

Weitere Merkmale der Erfindung, die in den beanspruchten Ansprüchen enthalten sind, werden im folgenden beschrieben.

Die Erfindung soll an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Magnetfeldschalters gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht der Lichtbogenlöschkammer des in Fig. 1 dargestellten Schalters;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Löschkammer nach Fig. 1 entlang der Linie IH-III gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der Fig. 1 sind die beiden Stromzuführungsbolzen, die die Verbindung des Leistungsschalters mit dem äußeren (nicht dargestellten) Stromkreis her^J stellen, mit 6 und 7 bezeichnet. Obwohl im allgemeinen

909 608/319

Leistungsschalter¹ der in der Fig. 1 dargestellten Bauart eine Mehrzahl von ähnlichen Schalterpolen, und zwar gewöhnlich einen für jede Phase eines mehrphasigen elektrischen Systems besitzen, wird nur ein solcher Schalterpol in den Zeichnungen dargestellt. Der Schalter wird ebenfalls so in seinen Einzelheiten beschrieben, als ob er in einer einphasigen Ausführung vorhanden wäre.

Der Leistungsschalter weist in erster Linie Mittel für die öffnung des Stromkreises zur Einleitung des Abschaltlichtbogens und eine Lichtbogenlöscheinrichtung auf. Im besonderen weisen die Mittel zur öffnung des Stromkreises einen feststehenden Hauptkontakt. 8, einen Zwischenkontakt 9, einen feststehenden Lichtbogenkontakt 10 und einen beweglichen Lichtbogenkontakt 11 auf. Der Lichtbogenkontakt 11 ist an dem Hebel 12, der drehbar im Punkte 13 an der Verlängerung 14 des Stromzuführungsbolzens 6 gelagert ist, befestigt. Der Kontaktarm 12 wird über eine wechselweise bewegliche Stange 15 betätigt. Die Betätigungsstange 15 ist in geeigneter Weise mit einem nicht dargestellten Betätigungsmechanismus, der den beweglichen Kontakt in die Einschalt- und Ausschaltstellung des Schalters bringt, verbunden. Die Fig. 1 zeigt den beweglichen Kontakt 11 in der Einschaltstellung. Die Lichtbogenkontakte sind elektrisch mit den unteren Enden der Stromzuführungsbolzen 6 und 7 verbunden. Wenn der Schalter in einem Stromkreis liegt, kann sich demgemäß bei der Kontakttrennung in dem zwischen den beiden Kontakten entstehenden Spalt ein Lichtbogen bilden.

Zur Abschaltung dieses Leistungslichtbogens ist eine die Löschkammer 16 enthaltende Lichtbogenlöscheinrichtung in bekannter Weise so aufgebaut^ daß sie den unter dem Einfluß eines magnetischen Blasfeldes stehenden Lichtbogen aufnimmt. Wenn das magnetische Blasfeld nach oben wirkt, wie hier dargestellt, dann wird die Lichtbogenlöschkammer direkt oberhalb und um die Lichtbogenkontakte herum angeordnet. Selbstverständlich kann sie in jeder anderen geeigneten Lage angeordnet werden, wenn das Blasfeld in einer anderen Richtung wirkt. Die Schalt- oder Lichtbogenkontakte und die magnetische Blaseinrichtung können irgendeine günstige Gestalt haben, so daß eine kurze Beschreibung der in Fig. 1 dargestellten Form ausreicht. Die magnetischen Blasmittel weisen einen Kern 17, Polschuhe 18 und eine Spule 19 auf. Die Spule 19 ist elektrisch mit dem Stromzuführungsbolzen 7 und einer metallischen Lichtbogenlaufschiene 20 verbunden, so daß der Lichtbogenstrom in der bekannten Art durch die Blasspule fließt, während der Lichtbogen entlang der Laufschiene läuft.

Normalerweise führt der gefederte Kontakt 8 im eingeschalteten Zustand des Schalters den Strom. Wenn der bewegliche Kontakt 11 in Richtung der Ausschaltstellüng geöffnet wird, so kommutiert der Strom zuerst von dem festen Kontakt 8 auf den festen Zwischehkontakt 9 und nachher auf den festen Licht-. bogenkontakt 10. Wenn durch den beweglichen Lichtbogenkontakt 11 ein Lichtbogen gezogen wird, so geht der Lichtbogenfußpunkt von dem Lichtbogenkontakt 10 auf die Laufschiene 20 über. Die Laufschiene 20 wird dabei gewöhnlich als verlängerter Arm des festen Lichtbogenkontaktes 10 ausgeführt. Wenn der bewegliche Lichtbogenkontakt 11 sich seiner Ausschaltstellung nähert bzw. sie erreicht, so geht der Lichtbogenfußpunkt von dem beweglichen Kontakt 11 auf eine Laufschiene 21 über, die den Lichtbogen in die Löschkammer 16 hineinführt. Der Lichtbogenkontakt 10 und die Lichtbogenlaufschiene 20 sind elektrisch mit der Blasspule 19 und dem Stromzuführungsbolzen 7 in Reihe geschaltet. Die Blasspule ist also schon bei der Entstehung des Lichtbogens erregt. Der Lichtbogen wird dadurch sofort in der bekannten Weise beeinflußt,, d. h., er wird in die Löschkammer 16 in einer größer werdenden Schleife hineingetrieben. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, daß man das Blasfeld in wirksamster Weise dadurch ausnutzen kann, daß man in der bekannten Art mit der Blasspule ίο zusammenwirkende, aus ferromagnetischem Material bestehende Polschuhe 18 außerhalb der Löschkammer anordnet.

Die Lichtbogenlöschkammer 16 besitzt eine Mehrzahl von geschlitzten, in Abständen angeordneten Isolierstoff-Hindernisplatten 22, die längs der Achse der Lichtbogenlöschkammer angeordnet sind. Falls es erwünscht ist, können diese Hindernisplatten in Gruppen angeordnet werden,. wobei jede Gruppe eine Mehrzahl von verschiedenen Typen von Begrenzungsplatten aufweist, die verschiedene geometrische Abmessungen besitzen. Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, sind die Schlitze 23 der Hindernisplatten 22 an ihrem unteren Ende an der Einführungszone des Lichtbogens so ausgerichtet, daß sie einen Lichtbogenpfad bilden. In bekannter Weise können die Schlitze 23 an ihren oberen Enden wechselseitig versetzt angeordnet werden. Diese wechselseitige oder versetzte Anordnung der Schlitze 23 führt zu einer zickzackförmigen Form des Lichtbogenweges. Die Hindernisplatten 22 besitzen, ausgehend von den oberen Enden der Schlitze 23, zum Auspuffende der Lichtbogenlöschkammer hin eine Mehrzahl von öffnungen 24, wie sie in der Fig. 3 dargestellt sind. Die öffnungen 24 der Hindernisplatten 22 sind nicht von überragender Bedeutung. Falls es wünschenswert ist, kann auf sie verzichtet werden.

Gemäß der Erfindung ist eine Mehrzahl von in Abständen angeordneten Kühlelementen, ■ die als Rohre 25 dargestellt sind, an dem Auspuffende der Löschkammer 16 innerhalb eines Durchgangs 26 angeordnet. Der Durchgang 26 erstreckt sich im wesentlichen ganz über die Löschkammer 16 oberhalb der Hindernisplatten 22. Obwohl die Kühlelemente als Rohre gezeichnet sind, ist es offensichtlich, daß sie jede andere zylindrische Form oder Gestalt haben können.

Die Kühlrohre 25 sind in getrennten Gruppen angeordnet, die sich quer zur Längsachse der Löschkammer 16 und zur Bewegungsrichtung des Lichtbogens und der Lichtbogenabgase über die Löschkammer 16 erstrecken. Jede Gruppe ist von der benachbarten Gruppe durch ein Isoliermaterialstück 27, das der Wärmebeanspruchung durch die Lichtbogenabgasprodukte gewachsen ist, abgeteilt oder getrennt. Die Kühlrohre 25 können aus metallischem oder nichtmetallischem Material bestehen. Vorzugsweise können einige oder alle Rohre aus Isoliermaterial bestehen.

Die Größe und die Anzahl der Fächer in einer bestimmten Löschkammer wird durch den Lichtbogenspannungsgradienten in der Lichtbogenlöschkammer bestimmt. Jede Gruppe der Kühlrohre wird nur einem Teil der an den Lichtbogenkontakten oder Laufschienen anliegenden Lichtbogenspannung ausgesetzt. Sie wird nur von diesem Spannungsanteil beeinflußt. Die Aufteilung der Lichtbogenlöschkammer gibt die Gewähr dafür, daß jede Gruppe der Kühlrohre oder Kühlelemente durch die Kühlung nur eines bestimmten Teiles der insgesamt erzeugten Lichtbogenabgasprodukte voll zur Wirkung kommt. Die Anzahl der benötigten Rohre und ihre geometrische Anordnung innerhalb des Löschkammergehäuses wird durch

den erforderlichen Umfang der Kühlung und durch die jeweilige Lage und die Menge der von dem Hindernisplattenstapel abströmenden Lichtbogenabgasprodukte bestimmt. Die Kühlrohre 25 jeder Gruppe sind so gegeneinander versetzt angeordnet, daß der Raum zwischen ihnen einen genügenden Gasausfluß der Lichtbogenabgasprodukte aus der Löschkammer 16 gestattet und daß zugleich die von dem Hindernisplattenstapel abströmenden Lichtbogenabgasprodukte an den Kühlelementen 25 vorbeiströmen müssen, bevor sie in die Atmosphäre hinausstoßen. Auf diese Weise wird eine Kühlung erreicht, ohne daß die normale Strömung des Gases oder der Lichtbogenprodukte behindert wird.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, besitzen die Gruppen der Kühlelemente an jeder Seite der Lichtbogenkammer 16 oberhalb der Laufschienen 20 und 21 eine größere Anzahl von Kühlelementen als die anderen Gruppen, die zwischen den Endkammern der Löschkammer angeordnet sind. Außerdem reichen die Kühlelemente in diesen Kammern weiter nach oben, als es die anderen Elemente in den anderen Gruppen tun. Diese Anordnung sorgt für eine größere Anzahl von Kühlelementen unmittelbar über den Zonen, wo die größte Menge der Lichtbogenabgasprodukte und der Lichtbogenabgase erzeugt wird, nämlich oberhalb der Gebiete an den Enden der Löschkammer und in der Nähe der Zonen der Lichtbogenlaufschienen.

Die Gruppen der Kühlelemente 25 können in abnehmbaren oder auswechselbaren Bauteilen ausgeführt sein, die zeitweilig in einer bestimmten Lage in der Löschkammer angeordnet sein können und später in eine wirksame Lage gebracht werden können. Die Rohre jeder Teilkammer sind in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet, wobei jedes Kühlelement jeder Reihe gegenüber dem Element der benachbarten Reihe versetzt angeordnet ist.

Die Kühlelemente oder die Gruppen bzw. Bauteile von Kühlelementen sind als Nachkühler in dem Auspuffende der Lichtbogenlöschkammer angeordnet. Sie befinden sich in einem vorbestimmten Abstand von den weiter unten liegenden Hindernisplatten 22. Diese Elemente oder Rohre kühlen die Lichtbogenprodukte oder Lichtbogenabgase, ohne ihnen einen wesentlichen Strömungswiderstand in ihrer Bewegung entgegenzusetzen. Mit anderen Worten: die Eigenschaften und die Wirksamkeit des Hindernisplattenstapels werden nicht durch eine strömungsmäßige Blockierung beeinflußt. Dadurch kann die volle Lichtbogenlöschfähigkeit des Hindernisplattenstapels ausgenutzt werden und zur Wirkung kommen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Leistungsschalter mit Mitteln zur Erzeugung eines Lichtbogens zwischen trennbaren Kontakten und Mitteln zur Löschung des Lichtbogens, die eine Lichtbogenlöschkammer zur Aufnahme des Lichtbogens an einer Seite und zur Abgabe der Lichtbogenabgasprodukte an der anderen Seite aufweisen, wobei die Löschkammer eine Mehrzahl von in Abständen angeordneten Isolierstoffplatten, die längs der Achse der Löschkammer von dem Eintrittsende des Lichtbogens aus verlaufen, enthält, und die weiterhin eine Mehrzahl von in Abständen voneinander angeordnete Kühlelemente am Auslaßende der Löschkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente zylindrisch sind und daß einige der Kühlelemente in verschiedenen Abständen von dem Eintrittsende des Lichtbogens in die Löschkammer angeordnet sind, wobei sich die Längsachse jedes Kühlelementes quer zur Längsachse der Löschkammer erstreckt, so daß sie quer zur Richtung des durch die Löschkammer fließenden Abgasstromes liegen.

2. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Kühlelemente in Gruppen angeordnet sind.

3. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Kühlelemente voneinander getrennt und isoliert sind.

4. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung oder Isolation durch zwischen den Gruppen der Kühlelemente angeordnete Isolationsmittel geschaffen wird.

5. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Kühlelemente nach oben in Strömungsrichtung der Lichtbogenabgas-. produkte in bestimmten räumlichen Abständen von den Isolierstoffplatten der Löschkammer angeordnet sind.

6. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einige oder alle Kühlelemente aus Isoliermaterial bestehen.

7. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente jeder Gruppe sich quer zur Längsachse der Löschkammer erstrecken.

8. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente jeder einzelnen Gruppe gegeneinander. versetzt angeordnet sind.

9. Elektrischer Leistungsschalter rtach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Kühlelemente an den Seiten der Löschkammer eine größere Anzahl von Kühlelementen enthalten als die anderen Gruppen.

10. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gruppen der Kühlelemente an den Seiten der Löschkammer weiter nach oben in Strömungsrichtung der Lichtbogenabgasprodukte erstrecken als irgendeine der anderen Gruppen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 288 308, 555 778, 646, 760 936, 767 738;

britische Patentschriften Nr. 687 886, 687 897, 121,763 510.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 608/319 8.