DE1079717B - Elektrischer Leistungsschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen als Magnetfeldschalter . ausgebildeten elektrischen Leistungsschalter, in dessen Lichtbogenlöschkammer die Lichtbogenlaufschienen die Blasmittel wenigstens teilweise umfassen und seitlich von der eigentlichen Löscheinrichtung kaminartige Entlüftungsmittel vorgesehen sind.

Es ist bekannt, daß die Lichtbogenabgasprodukte die Abschalteigenschaften sowohl von Wechselstromals auch von Gleichstromschaltern wesentlich beeinflüssen und verschlechtern. So neigen Metalldämpfe in dem Lichtbogenkanal dazu, den Lichtbogen aufrechtzuerhalten und zu stabilisieren und dadurch seine Abschaltung zu behindern. Im Hinblick, darauf, daß der .Anteil von Metalldampf in den Lichtbogenabgasprodukten in erster Linie von den von den Laufschienen abströmenden Metalldämpfen und Metallteilchen abhängt, ist es. wichtig, daß die mit den Lichtbogenlaufschienen in Berührung stehenden Lichtbogenfußpunkte fortlaufend bewegt werden, um dadurch eine Wärmekonzentration und eine entsprechend hohe und intensive Metallverdampfung zu verhindern. Da die Lichtbögen die in der Löschkammer verwendeten Materialien teilweise verdampfen und die entstehenden Lichtbogenabgasprodukte Überschlage am Löschkammerende außerhalb der Löschkammer einleiten können, ist es wünschenswert, nicht nur die Menge der Metalldämpfe zu beherrschen und zu regeln, sondern auch die Bewegung der Metalldämpfe durch die Löschkammer zu steuern.

Es sind Ausführungen von elektrischen Leistungsschaltern bekannt, bei denen die Lichtbogenlaufschienen die Blasmittel teilweise oder völlig umfassen, wodurch eine sehr intensive Blaswirkung auf den Lichtbogen ausgeübt wird. Hierbei wird jedoch nicht für eine gesteuerte, Überschläge vermeidende Abführung der sich an den Lichtbogenfußpunkten bildenden gut leitenden, metallischen Lichtbogenabgasprodukte Rechnung getragen.

Die Erfindung hat die Schaffung eines verbesserten elektrischen Leistungsschalters zum Ziel, bei dem die von dem Lichtbogen auf die Lauf schienen des Schalters ausgeübte verdampfende Wirkung auf ein kontrollierbares Maß vermindert wird und sich bildende metallische, leitende Lichtbogenabgasprodukte abgeführt werden. ■ .

Nach der Erfindung sind die die Blasmittel wenigstens teilweise umfassenden Lichtbogenlaufschienen von den magnetischen Blasmitteln aus nach unten abgebogen und erstrecken sich bis in das untere Eintrittsende der Entlüftungsmittel oder wenigstens bis in die Nähe dieser Entlüftungsmittel.

Unter dem Einfluß ..des Blasfeldes und der sich in der Löschkammer ausbildenden Gasströmung werden Elektrischer Leistungsschalter

Anmelder:

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

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität;
V. St. v. Amerika Vom 9. April 1957

Eugene Wheelock Boehne, Wellesley Hüls, Mass.

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

die Lichtbogenfußpunkte bis zu den Enden der Laufschiene, d. h. bis zu den Eintrittsenden der ■Entlüftungskanäle, getrieben, so daß sich bildende metallische Dämpfe unmittelbar durch die Entlüftungskanäle abgeführt werden. Gleichzeitig wird der Lichtbogen durch die vorgeschlagene Formgebung der Lichtbogenlaufschienen veranlaßt, bis zu seinem endgültigen Verlöschen an anderer Stelle auf den Lichtbogenlaufschienen fortwährend neu zu zünden, so daß die Fußpunkte sich stets in Bewegung befinden und nur wenig Metall verdampft.

Andere Merkmale, die in der Erfindung enthalten sind, werden beschrieben. Auf sie wird bei den beanspruchten Ansprüchen Bezug genommen.

Die Erfindung soll schematisch an einem Beispiel erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Magnetfeldschalters mit der Ausbildung der Lichtbogenlaufschienen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte- Teilansicht eines Teiles einer Ausführung der Lichtbogenlöschkammer und der Blaseinrichtung einer in der Fig. 1. gezeigten Schaltertype, - - -

Fig. 3 eine Draufsicht auf den in der Fig. 2 dargestellten Teil der Anordnung.

Der in den Zeichnungen dargestellte elektrische Magnetfeldschalter besitzt eine Lichtbogenlöschkammer, in die der zwischen den trennbaren Kontakten entstehende Lichtbogen unter dem Einfluß des magnetischen Blasfeldes hineingetrieben und gelöscht wird. Die trennbaren Kontakte bilden einen Teil des abzu-

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schaltenden Stromkreises. Sie sind so angeordnet, daß die Kontakttrennung am unteren Eintrittsteil der Lichtbogenlöschkammer stattfindet.

Die trennbaren Kontakte weisen eine allgemeine mit

11 bezeichnete feststehende Kontaktanordnung und einen damit zusammenwirkenden, allgemein mit 12 bezeichneten beweglichen Kontaktmechanismus auf. Die feststehende Kontaktanordnung ist elektrisch mit der Anschluß-Stromschiene 13 verbunden, die den einen Anschluß des Leistungsschalters bildet. Der bewegliche Kontaktmechanismus 12 mit dem Lichtbogenkontakt am Ende des beweglichen Kontaktarmes ist elektrisch mit einer Anschluß-Stromschiene 15 verbunden, die den anderen Anschluß des Leistungsschalters bildet. Der bewegliche Kontaktmechanismus

12 wird über die Antriebsstange 16 in geeigneter Weise in die Einschalt- und Ausschaltstellung des Schalters geführt. Die Antriebsstange 16 ist über einen Hebel 17 mit den Kraftbetätigungsmitteln des Schalters, die mit 18 bezeichnet sind, verbunden.

Die Fig. 1 zeigt den beweglichen Kontaktmechanismus 12 in der Ausschaltstellung des Schalters. Der Mechanismus 12 enthält Haupt- und Lichtbogenkontakte 20 und 22, die in der Ausschaltstellung des Schalters von den entsprechenden Haupt- und Lichtbogenkontakten 23 und 25 der feststehenden Kontaktanordnung 11 getrennt sind. Ein Paar Ansätze 21, von denen in der Fig. 1 nur einer gezeichnet ist, sind fest mit dem Lichtbogenkontakt 22 verbunden. Sie erstrecken sich auf beiden Seiten eines stegförmig ausgebildeten Abschnittes des Lichtbogenkontaktes 22. Die Ansätze 21 bilden zusammen mit dem stegf örmigen Abschnitt des Lichtbogenkontaktes 22 eine Eingriffsfläche, die mit der Oberfläche eines auf dem festen Kontakt 11 aufgebauten Blockes 24 aus Isoliermaterial zusammenwirkt. Diese Anordnung verhindert eine über den Einschaltpunkt hinausgehende Bewegung des beweglichen Kontaktmechanismus 12 in Einschaltrichtung. In der Einschaltstellung des Schalters liegt der feste Hauptkontakt 23 elektrisch parallel zu dem Lichtbogenkontakt 25. Die öffnung des Schalters geschieht durch eine Drehung des beweglichen Kontaktmechanismus 12 im Uhrzeigersinn durch den Antriebsmechanismus. Dabei trennen zunächst die den Dauerstrom führenden Hauptkontakte 20 und 23 und anschließend die Lichtbogenkontakte 23 und 25. Der Lichtbogen wird so zwischen den Lichtbogenkontakten im Eingangsgebiet der allgemein mit 26 bezeichneten Lichtbogenlöschkammer gezogen.

Die Lichtbogenlöschkammer 26 besitzt magnetische Blasmittel, die so angeordnete Blasspulen 28 und 29 aufweisen, daß der zwischen den Lichtbogenkontakten 22 und 25 der beweglichen und festen Kontaktanordnung eingeleitete Lichtbogen unter der Einwirkung des magnetischen Feldes in die Lichtbogenlöschkammer 26 getrieben wird. Das eine Anschlußende der Blasspule 28 ist mit einer elektrisch leitenden Lichtbogenlaufschiene 30 verbunden, während das andere Ende in unmittelbarer Nähe des Hauptkontaktes 23 angeschlossen ist. Ein Ende der Blasspule 29 ist mit einer Lichtbogenlauf schiene 31 verbunden. Das andere Ende ist über eine elektrisch leitende Schiene 27 mit der Verlängerung 32 der unteren Stromschiene verbunden.

Bei einer Abschaltung wird nach der Trennung der Lichtbogenkontakte 22 und 25 ein Fußpunkt des Lichtbogens von dem feststehenden Lichtbogenkontakt 25 auf die Lichtbogenlaufschiene 30 geführt. Dadurch wird die Blasspule 28 in den Lichtbogenstromkreis eingeschaltet. Der Strom fließt dann von dem Anschlußpunkt der Blasspule 28 an dem oberen Kontakt-' block unmittelbar neben dem Hauptkontakt 23 durch die Blasspule 28 zur Laufschiene 30 und durch den Lichtbogen zum beweglichen Kontakt 22. Der jetzt zwischen der Lichtbogenlaufschiene 30 und dem beweglichen Kontakt 22 brennende Lichtbogen wird durch die Drehung des beweglichen Kontaktmechanismus 12 wesentlich verlängert. Der Lichtbogen umhüllt dabei den unteren Teil der Lichtbogenlaufschiene 31, wobei der Fußpunkt des Lichtbogens von dem Lichtbogenkontakt 22 zur Laufschiene 31 übergeht. Die Blasspule 29 wird dadurch in den Lichtbogenstromkreis eingeschaltet. Der Lichtbogenstrom fließt jetzt über die Blasspule 29 und die Verbindungsschiene 27 zur Verlängerung 32 der unteren Anschluß-Stromschiene 15.

Obwohl im allgemeinen Leistungsschalter der in der Fig. 1 dargestellten Bauart eine Mehrzahl von ähnlichen festen und beweglichen Kontaktanordnungen, und zwar je eine für jede Phase eines mehrphasigen elektrischen Systems, besitzen, wird nur eine solche Kontaktanordnung und ein Antriebsmechanismus in den Zeichnungen dargestellt. Der Schalter wird außerdem so beschrieben, als ob er in einer einphasigen Ausführung vorhanden wäre.

Die feste Kontaktanordnung, der bewegliche Kontaktmechanismus und die Lichtbogenlöschkammer sind auf einem Tragrahmen mit einem fahrbaren Grundrahmen 45 befestigt. Auf dem Grundrahmen sind die allgemein mit 18 bezeichneten Kraftbetätigungsmittel des Leistungsschalters angebracht, die z. B., wie in Fig. 1, ein Einschaltmagnet, aber auch ein hydraulischer oder druckluftbetätigter Antriebsmechanismus sein können.

Durch die pneumatischen Mittel 48 kann ein unter Druck stehendes Medium über das röhrenförmige Glied 46., die Rohrverzweigung 49, das röhrenförmige Isolierstück 54, das Lager 36 und die Düse 58 in die Zone der Lichtbogenentstehung geleitet werden. Das unter Druck stehende Medium unterstützt bei stromschwachen und stromstarken Lichtbogen die Kühlung und Löschung des zwischen den Lichtbogenkontakten gezogenen Lichtbogens und treibt diesen in die Löschkammer. Gleichzeitig dient die in den pneumatischen Mitteln enthaltene Luftpumpe als Stoßdämpfer zur Abbremsung der Bewegung des beweglichen Kontaktmechanismus 12 am Ende des Ausschaltvorganges.

Die Löschkammer 26 enthält eine Mehrzahl von in Abständen voneinander angeordneten Hindernisplatten aus Isolierstoff. Die Hindernisplatten weisen eine erste Gruppe von mit Schlitzen versehenen Platten 62 auf, die sich quer zur Richtung des Lichtbogens an dem Lichtbogeneintrittsende der Löschkammer erstrecken. Außerdem enthält die Löschkammer Gruppen von Trennplatten 63 bzw. 64, die im wesentlichen längs der Richtung des Lichtbogens verlaufen. In der Löschkammer sind ein Paar kaminartiger öffnungen 65 und 66 angeordnet, die parallel zur Achse der Lichtbogenlöschkammer verlaufen. Sie werden von den Hindernisplatten auf der einen und einer Seitenwand der Löschkammer 26 auf der anderen Seite begrenzt.

Die kaminartigen öffnungen 65 und 66 sind oberhalb der Endgebiete der Lichtbogenlaufschiene 30 und 31 angeordnet. Sie führen die Lichtbogenabgasprodukte und Abgase, die bei der Bewegung der Lichtbogenfußpunkte entlang den Lichtbogenlaufschienen entstehen, aus der Lichtbogenlöschkammer in die Atmosphäre. Der Ionisierungsgrad des Gases und die Menge der Lichtbogenabgasprodukte, die bei der Einwirkung des Lichtbogens auf die Lichtbogenlaufschienen frei

wird, ändern sich proportional mit dem Abschaltstrom und mit den Spannungscharakteristiken des Leistungsschalters. Es ist bekannt, daß Lichtbogenabgasprodukte die Wirksamkeit des Hindernisplattenstapels behindern können. Dementsprechend sind die kaminartigen öffnungen 65 und 66 von dem Hindernisplattenstapel getrennt. Sie führen die Lichtbogengase und Lichtbogenabgasprodukte von den Lichtbogenlaüfschienen direkt in die Atmosphäre, ohne daß die Gase durch diese Hindernisplattenstapel geführt werden.

Weiterhin ist jede Laufschiene so angeordnet, daß sie zumindest einen Teil der zugehörigen magnetischen Blasspule 28 oder 29 umfaßt und sich von der zugehörigen Blasspule bis zu einem Punkt in oder in der Nähe des Lichtbogeneintrittsendes der zugehörigen kaminartigen öffnung 65 oder 66 nach unten gerichtet hin erstreckt. Falls es erwünscht ist, kann jede Lichtbogenlaufschiene direkt über der zugehörigen magnetischen Blasspule oder lediglich in der Nähe der Blasspule angeordnet werden und von da aus zur Grundfläche 70 jeder kaminartigen Öffnung in einen gleichmäßigen und sanften Bogen geführt werden. In den Fig. 1 und 2 ist jede Lichtbogenlaufschiene so dargestellt, daß sie sich von den Kontakten nach oben in Wanderungsrichtung des Lichtbogens bis zu einem gewissen Teil ihrer Länge erstreckt, bevor sie sich, um die Blasspule herumgeführt, nach unten gerichtet, über eine gewisse Strecke bis in die Nähe des Lichtbogeneintrittsendes der Gruppen der Trennplatten 63 und 64 erstreckt und so eine elektrisch leitende Verbindung entlang den Enden der Gruppen der Platten schafft. Die Anschlußenden jeder Lichtbogenlaufschiene verlaufen im wesentlichen horizontal und führen durch eine Öffnung 71 bzw. 72 in die entsprechenden kaminartigen öffnungen.

Wenn der bewegliche Kontaktmechanismus 12 in die Ausschaltstellung geführt wird und zwischen den Lichtbogenkontakten ein Lichtbogen gezogen wird, so bewegen sich die Lichtbogenfußpunkte von den Lichtbogenkontakten 22 und 25 in etwa auf die mit 77 ge- kennzeichneten Punkte auf den Lichtbogenlaufschienen 30 und 31. Die Fußpunkte des Lichtbogens laufen jetzt entlang den Lichtbogenlaufschienen 30 und 31, bis sie die Entlüftungsöffnungen 71 und 72 in den kaminartigen öffnungen 65 und 66 etwa erreicht haben. Bis zu diesem Zeitpunkt während der Abschaltung läuft gewöhnlich die Lichtbogensäule den Fußpunkten voraus, d. h., die Kontaktpunkte des Lichtbogens auf den Laufschienen liegen unterhalb des Lichtbogens. Wenn die Lichtbogenfußpunkte durch die öffnungen 71 und 72 in die kaminartigen Öffnungen laufen, so werden die Fußpunkte die Lichtbogensäule entlang den Laufschienen nachziehen. Nachdem die Lichtbogenfuß punkte die Öffnungen 71 und 72 in den Wänden 73 der kaminartigen öffnungen passiert haben, werden sie sehr schnell weiter in den unteren Raum der kaminartigen Öffnungen hineinlaufen, denn es wirken nicht nur sehr große magnetische Kräfte, sondern auch der hohe Gasdruck innerhalb der Lichtbogenlöschkammer als Antriebskräfte. Zu diesem Zeitpunkt während der Abschaltung wird der Spannungsabfall an der verlängerten Lichtbogensäule zunehmen. Der Lichtbogen wird daher zwischen den Lichtbogenlaufschienen an Punkten, die näher- an den oberen Krümmungspunkten der Laufschienenkurve liegen, neu zünden. In der Fig. 1 sind diese Punkte angenähert eingezeichnet und mit 78 bezeichnet. Die Lichtbogenfußpunkte werden dann anschließend erneut entlang den Lichtbogenlaufschienen in der vorher erläuterten Art und Weise wandern. Dieser Vorgang einer Verlängerung der Lichtbogensäule und einer Wanderung der Lichtbogenfußpunkte entlang den Lichtbogenlaufschienen wird sich fortlaufend wiederholen, bis ein Stromnulldurchgang erzwungen wird oder auftritt, bei dem die Abschaltung des Lichtbogens erfolgt. Der Überdruck in dem Hauptteil der Lichtbogenlöschkammer trägt dazu bei, daß die Lichtbogengase und Lichtbogenabgasprodukte durch die kaminartigen Öffnungen 63 und 64 getrieben werden. Diese Gase und Lichtbogenabgasprodukte von den Lichtbogenfußpunkten werden getrennt von den Gasen und Abgasprodukten, die zwischen den Platten 62 von der Hauptlichtbogensäule abströmen, abgeführt und gekühlt.

Es ist anzuerkennen, daß der Schalter gemäß der Erfindung, der sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom angewendet werden kann, große Vorteile gegenüber bekannten Ausführungen besitzt. Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht eine Herabsetzung der Materialverdampfung durch den Lichtbogen auf den Laufschienen, wodurch nicht nur der Abbrand und der Verschleiß der Laufschienen wesentlich herabgesetzt wird, sondern auch die bei einer Lichtbogenlöschung erzeugte Menge von Metalldampf wesentlich herabgesetzt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Als Magnetfeldschalter ausgebildeter elektrischer Leistungsschalter, in dessen Lichtbogenlöschkammer die Lichtbogenlaufschienen die Blasmittel wenigstens teilweise umfassen und seitlich von der eigentlichen Löscheinrichtung kaminartige Entlüftungsmittel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlaufschienen von den magnetischen Blasmitteln aus nach unten abgebogen sind und sich bis in das untere Eintrittsende der Entlüftungsmittel oder wenigstens in die Nähe dieses Eintrittsendes erstrecken.

2. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Laufschiene oder jede Laufschiene mit einem Teil ihrer Länge nach oben, in Wanderungsrichtung des Lichtbogens gerichtet, erstreckt, bevor sie, um die magnetischen Blasmittel herumgeführt, nach unten verläuft.

3. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück der Laufschiene oder jeder Laufschiene innerhalb oder in der Nähe des kaminartigen Kanals im wesentlichen horizontal verläuft.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 330'268, 374 302, 416 461.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

,©. 909 770/328 4.60