DE1088580B - Leistungsschalter - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei Last- und Leistungsschaltern zur Unterstützung der Löschung des Lichtbogens die Wirkung von magnetischen Feldern auszunutzen. Daher schaltet man in die Strombahn ständig oder nur während des Abschaltvorganges Blasspulen ein. Ebenfalls ist es bekannt, zur Schonung der Schaltkontakte diese in Haupt- und Abbrennkontakte aufzuteilen. Man kann bei dieser Ausführung die Blasspulen zwischen die Haupt- und Abbrennkontakte schalten. Durch eine besondere Anordnung der Blasspulen kann man weiterhin in bekannter Weise den Lichtbogen, nicht nur zu einer Verlängerung zwingen, sondern kann ihm auch bei entsprechend geformten Schaltstücken eine Drehbewegung aufzwingen. So ist ein Leistungsschalter bekannt, bei dem entgegengesetzt ig gewickelte Spulen, die von dem abzuschaltenden Strom durchflossen werden, ringförmig ausgebildete Elektroden tragen, auf denen der Lichtbogen — gezwungen durch die Blaswirkung der Spulen — rotiert. Dadurch wird sowohl die Temperatur der Elektroden herab- so gesetzt, als auch eine Verbesserung der Entionisationsbedingungen erreicht. Bei dieser bekannten Schalterform sind die Spulen räumlich schraubenförmig gewickelt und dienen gleichzeitig als Dämpfungsfeder zum Auffangen der Schaltstöße. Durch diese räumliehe Anordnung werden einmal die Abmessungen des Schalters vergrößert, und zum anderen können Kommutierungsschwierigkeiten auftreten, da die von der Strombahn umschlossene Fläche ziemlich groß ist.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie bezieht sich auf einen Leistungsschalter mit Hauptkontaktstücken und ringförmigen Abbrennkontaktstücken, bei dem der zwischen den Abbrenn,-ringen gezogene Lichtbogen unter dem Einfluß der Magnetfelder zweier vom Lichtbogenstrom gegensinnig durchflossener Spulen innerhalb eines kühlenden Mediums rotiert. Die Erfindung besteht darin, daß jede Spule als bei geschlossenem Schalter ebene Spirale ausgebildet ist, wobei jeweils das Hauptkontaktstück im Zentrum und der Abbrennring am Umfang der Spirale angeordnet ist. Dadurch erhält man den wesentlichen Vorteil, daß die Kommutierung des Stromes von den zentralen Hauptkontaktstücken auf die Abbrennringe praktisch ohne Überwindung eines nennenswerten induktiven Widerstandes sehr schnell erfolgt, da die Fläche der Kommutierungsstromschleife bei der Trennung der Hauptkontaktstücke gleich Null ist. Bei geschlossenem Schalter sind infolge der Aufteilung der Schaltstücke in Hauptkontaktstücke und Abbrennkontaktstücke die Spulen So kurzgeschlossen.

Das Abbrennkontaktstück kann jeweils durch die äußerste Windung der Spule gebildet sein. Der Lichtbogenfußpunkt springt dann bei jedem Umlauf von Leistungss chalter

Anmelder:

Siemens-Sdiuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Walter Schimmmg, Berlin-Lichtenrade,
ist als Erfinder genannt worden

dem äußersten Spiralenende auf die nächstinnere Spiralenwittdung über. Man kann aber den Abbrennkontakt auch als in sich geschlossenen Ring ausbilden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen federnd ausgebildet derart, daß sie bei geöffnetem Schalter schwach gewölbte Flächen bilden, die mit ihren konkaven Seiten einander zugekehrt sind, daß sie jedoch bei geschlossenem Schalter infolge des Druckes, den sie aufeinander ausüben, eben sind. Dadurch wird auf einfache Weise erreicht, daß sich beim Öffnen des Schalters zunächst die Hauptkontakte und erst dann die Abbrennkontakte, die beispielsweise durch am Umfang der Spulen angeordnete Abbrennringe gebildet sind, voneinander trennen. In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens können zwischen den Rändern der beiden Spulen in der Stellung, die sie bei geöffnetem Schalter einnehmen, Leitflächen aus Isoliermaterial eingesetzt sein, die sich in der Bewegungsrichtung des Lichtbogens schräg nach außen erstrecken. Diese Leitflächen zwingen den umlaufenden Lichtbogen zusätzlich nach außen, sa daß durch die dabei eintretende Verlängerung des Lichtbogens seine Löschung erleichtert wird. Diese Wirkung kann dadurch verstärkt werden, daß die Leitflächen etwa Trapezform besitzen, wobei die größere Grundseite des Trapezes außen liegt. Ferner kann man mit Vorteil zwischen den Leitflächen und rechtwinklig zu diesen Platten aus Isoliermaterial einsetzen; der Lichtbogen wird dann gezwungen, in die von den Leitflächen und den eingesetzten Platten gebildeten Fächer einzudringen, so daß die Lichtbogenbahn weiter verlängert wird. Es ist ferner möglich, zwischen den Leitflächen und rechtwinklig zu ihnen metallische Platten einzusetzen. Der Lichtbogen bildet an den metallischen Platten zusätzliche Fußpunkte, so· daß die Lichtbogenspannung

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durch die Vervielfachung des Kathoden- und Anodenfalles vergrößert wird. Metallische und isolierende Zwischenplatten können auch in der Weise kombiniert sein, daß zwischen je zwei Platten aus Isoliermaterial eine metallische Platte eingesetzt ist; es tritt dann sowohl eine Verlängerung des Lichtbogens wie eine Spannungserhöhung infolge der Zersplitterung in Teillichtbögen· auf. Eine ähnliche Wirkung läßt sich dadurch erreichen, daß die Platten aus Isoliermaterial mit metallischen Einsätzen versehen werden, an denen der Lichtbogen zusätzliche Fußpunkte bildet.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Schaltstücke des Schalters in an sich bekannter Weise sich in einem Medium befinden/ dessen Isolationsvermögen besser ist als das der Luft. Der Abstand der beiden Spulen (bei geöffnetem Schalter) kann dann verringert werden. Da die Lichtbogengeschwindigkeit proportional J² W² · -τ ist, wobei / der Strom, W die Win-

Ur

dungszahl jeder der beiden Spulen und d der Abstand der Spulen bei geöffnetem Schalter ist, ergeben sich bei gleichem Strom höhere Lichtbogengeschwindigkeiten. Als Medium hohen Isolationsvermögens ist bekanntlich Schwefelhexafluorid besonders geeignet.

Es kann vorteilhaft sein., die Windungen der Spulen durch isolierende Zwischenlagen gegeneinander abzustützen. Dadurch wird verhindert, daß die Spulenwindungen bei Stromflüß infolge der dann auftretenden elektrodynamischen Kräfte gegeneinandergepreßt werden.

Die Fig. 1 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 stellen in schematischer Form einen Leistungs- oder Lastschalter in Querschnitten längs der Schaltbewegungsrichtung dar, und zwar Fig. 1 bei-geöffnetem, Fig. 2 bei geschlossenem Schalter. Mit 1 ist das feste Schaltstück, mit 2 das bewegliche Schaltstück bezeichnet. Jedes Schaltstück besitzt ein Hauptkontaktstück 3 bzw. 4 und ein Abbrennkontaktstück 5 bzw. 6, das im vorliegenden Fall als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist. Die Abbrennringe 5 bzw. 6 sind mit dem Hauptkontaktstück 3 bzw. 4 durch eine aus bandförmigem Leitermaterial spiralig gewickelte Spule 7 bzw. 8 mit vier Windungen verbunden. Die Spule 8 ist bei 10 mit dem Hauptkontaktstück 4, bei 12 mit dem Abbrennring 6 verbunden. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, haben die Spulen bei geöffnetem Schalter eine schwach gewölbte Form, wobei ihre konkaven Seiten einander zugekehrt sind. Werden die beiden Schaltstücke bis zur Berührung der beiden Hauptkontaktstücke 3 bzw. 4 einander angenähert (Fig. 2), so biegen sich die Spulen infolge der Eigenfederung ihres Materials derart durch, daß sie eine ebene Form annehmen. Aus den Fig. 1 und 2 ergibt sich, daß beim Öffnen des Schalters zunächst die Hauptkontakte 3 und 4 und erst zuletzt die Abbrennringe 5 und 6 voneinander getrennt werden. Eine Aufsicht auf das feste Schaltstück 1 in Richtung A ist in Fig. 3 dargestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist ein isolierendes Gehäuse 13 vorgesehen, das die Schaltstücke umschließt. Das Gehäuse 13 ist vorzugsweise mit Schwefelhexafluorid gefüllt. Falls als kühlendes Medium Luft vorgesehen ist, kann unter Umständen auf das Gehäuse 13 verzichtet werden.

Die Wirkungsweise des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Schalters sei an Hand der Fig. 4 erläutert, die die beiden Schaltstücke in perspektivischer Darstellung zeigt. Die Hinweiszeichen sind in dieser Figur die gleichen wie in den vorigen Figuren; die Stromrichtung ist durch mit i bezeichnete Pfeile angegeben. Die gestrichelte Kurve 14 bezeichnet die Lage des Lichtbogens in einem bestimmten Zeitpunkt. Infolge der Magnetfelder der beiden Spulen, deren Spulenebene senkrecht zur Schaltbewegungsrichtung liegt und deren Wicklungssinn derart ist, daß sie nach Trennung der Hauptkontaktstücke von dem zu unterbrechenden Strom gegensinnig durchflossen werden, werden auf die Ladungsträger des Lichtbogens Kräfte

ίο ausgeübt, die im Sinne des Pfeiles V nach rechts vorn gerichtet sind. Es ist jeweils eine Feldlinie 15 der Magnetfelder mit Richtungsbezeichnung angegeben. Auf Grund dieser auf ihn ausgeübten Kräfte führt der Lichtbogen in Richtung A, von oben her gesehen, eine

Drehung aus, derart, daß beide Fußpunkte des Lichtbogens am äußeren Umfang der Spule in gleichem Sinne umlaufen. Gleichzeitig wird der Lichtbogen nach außen getrieben, da die durch den Lichtbogen und die Spulenradien gebildete Stromschleife bestrebt

ao ist, ihre Fläche zu vergrößern. Der Lichtbogen beschreibt daher eine etwa tonnenförmige Fläche.

Eine zusätzliche Verlängerung des Lichtbogens kann durch Leitflächen erreicht werden, die am Umfang der beiden Spulen angeordnet sind. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung zeigen die Fig. 5 und 6, und zwar Fig. 5 in einem Querschnitt entsprechend Fig. 1, Fig. 6 in der Ansicht von oben (Richtung A). An Mantellinien des Zylinders, den das bewegliche Schaltstück 2 bei der Schaltbewegung beschreibt, sind schaufeiförmige Leitflächen 20 aus Isoliermaterial angeordnet, die, wie aus Fig. 5 hervorgeht, die Form von Trapezen besitzen, deren größere Grundseite außen liegt. In Fig. 6 ist die Lage des Lichtbogens 14 und seines oberen Fußpunktes 14 a für einen bestimmten Zeitpunkt angedeutet. Da der Lichtbogen die Leitfläche 20 nicht durchschreiten kann, wird er bei seiner Linksdrehung durch die Leitfläche gezwungen, nach außen zu laufen und sich dadurch zu verlängern. Sofern der Lichtbogen nicht bereits erlischt, bevor er die äußeren Kanten der Leitflächen 20 erreicht, springt er auf die nächste Leitfläche über, wo sich der gleiche Vorgang wiederholt. Die Bewegung des Lichtbogens nach außen wird zusätzlich dadurch gefördert, daß der Lichtbogen in dem düsenförmig

⁴S ausgebildeten Raum zwischen zwei Leitflächen eine nach außen gerichtete Gasströmung erzeugt.

Man kann die durch die Leitflächen 20 erzwungene Verlängerung des Lichtbogens in ihrer Wirkung noch dadurch verstärken, daß man im Sinne von Fig. 7 zwischen je zwei Leitflächen 20 Zwischenplatten 21 aus Isoliermaterial anordnet. Der Lichtbogen, dessen Bahn auch in Fig. 7 durch eine gestrichelte Spur 14 angedeutet ist, wird dann in die einzelnen Fächer der-Anordnung hineingetrieben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist zwischen je zwei Platten 21 aus Isoliermaterial eine matallische Platte 22 angeordnet. Die isolierenden Platten 21 haben die gleiche Wirkung wie bei der Anordnung nach Fig. 7; durch die metallischen Platten 22 wird erreicht, daß der Lichtbogen an ihnen zusätzliche Fußpunkte bildet, so daß seine Brennspannung infolge der zusätzlich auftretenden Kathoden- und Anodenfälle erhöht und dadurch seine Löschung erleichtert wird. Eine ähnliche Wirkung kann man auch dadurch

§5 erreichen, daß man bei der Anordnung nach Fig. 7 an geeigneten Stellen der Isolierplatten 21 metallische Einsätze vorsieht; besonders vorteilhaft ist es, die innere Kante 21 α der Platten 21 aus Metall auszubilden, so daß der Lichtbogen, ohne an Länge zu ver-Heren, an diesen Stellen zusätzliche Fußpunkte bildet.

Es kann vorteilhaft sein, eine zusätzliche Einrichtung vorzusehen, durch die ein kühlendes Medium durch die Windungsschlitze einer oder beider Spulen gepreßt werden kann, welches dann im Bereich zwischen den Spulen radial nach außen strömt. Da die magnetisch erzeugte Lichtbogenbewegung bezüglich ihrer Geschwindigkeit stromabhängig ist, kann eine solche zusätzliche Beblasung des Lichtbogens vor allem bei der Löschung solcher Ströme von Bedeutung sein, die gegen die normalerweise zu be- ίο herrschenden Ströme klein sind.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Leistungsschalter mit Hauptkontaktstücken und ringförmigen Abbrennkontaktstücken, bei dem der zwischen den Abbrennringen, gezogene Lichtbogen unter dem Einfluß der Magnetfelder zweier von dem Lichtbogenstrom gegensinnig durchflossener Spulen innerhalb eines kühlenden Mediums rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule als bei geschlossenem Schalter ebene Spirale ausgebildet ist, wobei jeweils das Hauptkontaktstück im Zentrum und der Abbrennring am Umfang der Spirale angeordnet ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine federnde Ausbildung der Spulen derart, daß sie bei geöffnetem Schalter schwach gewölbte Flächen bilden, die mit ihren konkaven Seiten einander zugekehrt sind, daß sie jedoch bei geschlossenem Schalter infolge des Druckes, den sie aufeinander ausüben, eben sind.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rändern der beiden Spulen in der Stellung, die sie bei geöffnetem Schalter einnehmen, Leitflächen aus Isoliermaterial eingesetzt sind, die sich in der Bewegungsrichtung des Lichtbogens schräg nach außen erstrecken.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen etwa Trapezform besitzen, wobei die größere Grundseite des Trapezes außen liegt.

5. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitflächen und rechtwinklig zu ihnen Platten aus Isoliermaterial eingesetzt sind.

6. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitflächen und rechtwinklig 'zu ihnen metallische Platten eingesetzt sind.

7. Schalter nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei Platten aus Isoliermaterial eine metallische Platte eingesetzt ist.

8. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus Isoliermaterial metallische Einsätze aufweisen.

9. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich seine Schaltstücke in einem Medium befinden, dessen Isolationsvermögen besser ist als das der Luft.

10. Schalter nach Anpruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium hohen Isolationsvermögens Schwefelhexafluorid verwendet ist.

11. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spulen durch isolierende Zwischenlagen gegeneinander abgestützt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 312134, 553 639,
335.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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