DE1155507B

DE1155507B - Wechselstromschalter mit Loeschung des Lichtbogens in einem ruhenden Loeschmittel

Info

Publication number: DE1155507B
Application number: DES70159A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Kesselring; Adolf Leemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-08-31
Filing date: 1960-08-31
Publication date: 1963-10-10
Also published as: US3257534A; CH391050A

Description

Es sind Schalter bekannt, bei denen die Lichtbogenlöschung dadurch herbeigeführt wird, daß zwischen die Kontakte eine isolierende Trennwand geschoben wird. Um hierbei einen möglichst hohen Lichtbogenwiderstand zu erzielen, sind Konstruktionen angegeben worden, bei denen der Lichtbogen durch die sich verschiebende Trennwand in enge Spalte, gebildet aus festen, unter Umständen gasabgebenden Isoliermitteln, hineingezogen wird. Bei derartigen Anordnungen tritt jedoch ein starker Verschleiß der isolierenden Oberflächen auf; zudem werden die heißen Gase aus den schmalen Schlitzen auf die Kontakte zugetrieben und ergeben dort einen unzulässig hohen Abbrand. Entsprechendes gilt von einer weiteren bekannten Schalteinrichtung, bei der der Lichtbogen durch eine Isolierplatte, die zwischen die sich trennenden Kontakte geschwenkt wird, verlängert wird. Hierbei sind die auf den Lichtbogen wirkenden elektrodynamischen Kräfte so gerichtet, daß der Lichtbogen sich mindestens zum Teil an die Isolierplatte anschmiegt.

Andererseits ist es bei Schaltern bekannt, zur Verstärkung der Löschwirkung die magnetische Blaswirkung auzunutzen. Sofern man jedoch keine Steuerung vorsieht, derart, daß die Kontakttrennung erst bei fallendem Strom erfolgt, erweisen sich die bekannten Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung als unzweckmäßig. Beispielsweise ist es sinnlos, den Lichtbogen in der Umgebung seines Strommaximums durch ein dann besonders kräftiges Magnetfeld zu beeinflussen, da hierdurch lediglich die Schaltarbeit in unzulässiger Weise vergrößert und die anschließende Lichtbogenlöschung im Stromnulldurchgang erschwert wird. Feste, im Bereich des Lichtbogens liegende Isolierstoffe oder Metalle werden zudem durch die bei starker Blaswirkung besonders hohe Lichtbogentemperatur zerstört.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden. Sie bezieht sich auf einen Wechselstromschalter mit Löschung des Lichtbogens in einem ruhenden, flüssigen oder gasförmigen Löschmittel, bei dem zur Verlängerung des Ausschaltlichtbogens ein Isolierstück zwischen die Schaltkontakte bewegt wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Kontakttrennung nur bei fallendem Strom durch Einschieben des Isolierstückes zwischen die lediglich passiv beweglichen Schaltkontakte erfolgt und daß die Stromführung so gestaltet ist, daß der durch das Einschieben des Isolierstückes zunächst entstehende haarnadelförmige Lichtbogen durch die von ihm erzeugten elektrodynamischen Kräfte allseitig vom Isolierstück weg- und in das Löschmittel hineingetrieben wird.

Wechselstromschalter mit Löschung des Lichtbogens in einem ruhenden Löschmittel

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Fritz Kesselring, Küsnacht, Zürich,

und Adolf Leemann, Wallisellen, Zürich (Schweiz),

sind als Erfinder genannt worden

Der Lichtbogen kommt hierbei nur im ersten Moment der Kontakttrennung unmittelbar mit dem Isolierstück in Berührung; infolge der anfänglichen Haarnadelform des Lichtbogens sind die auf ihn wirkenden Kräfte hoch, so daß sich der Lichtbogen in kürzester Zeit von dem Isolierstück löst. Das Isolierstück bleibt daher völlig unversehrt. Gleichzeitig erhält der Lichtbogen eine hohe Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Löschmittel, so daß sich eine starke Volumenkühlung des Lichtbogens ergibt.

In der Zeichnung (Fig. 1 und 2) ist eine beispielsweise Ausführungsform eines derartigen Schalters als Ölschalter dargestellt. Darin bedeuten 1 und 2 die Anschlußbolzen, die an ihren Enden die beweglichen Schaltstücke 3 und 4 tragen, die über Federn 5 und 6 gegeneinandergepreßt werden. 7 ist eine Isolierplatte, die sich in dem isolierenden Führungsstück 8 bewegt, 9 ein den Anschlußbolzen 2 umschließendes Magnetsystem mit einer Drehspule 10, deren oberes Achsende ein Zahnradsegment 11 trägt, das in das kleinere Zahnrad 12 eingreift. Damit gekuppelt ist das Zahnrad 13, das im Eingriff mit der Zahnstange 14 steht. Das Führangsstück 8 weist eine zentrale Öffnung auf, durch die der Isolierbolzen 15 hindurchgeht; 16 ist ein Dichtungsring, 17 das Isoliergehäuse, das mit dem Hohlstützer 18 unmittelbar verbunden ist, 19 der obere Abschlußdeckel. Am unteren Ende des Isolierstiftes 15 ist eine Feder 20 befestigt, die mit dem Lenker 21 verbunden ist. Die Kurbel 22 sitzt auf der Auslösewelle 23, die über das Kegel-

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radpaar 24,25 und die Achse 26 mit dem Handrad 27 verbunden ist. Das geerdete Gehäuse 28 ist an der Bedienungswand 29 befestigt.

Für normale Abschaltungen wird das Handrad 27 in Ausschaltrichtung gedreht. Dies führt dazu, daß die Feder 20 zunächst zusammengedrückt wird. Wenn der Federdruck einen bestimmten Wert erreicht hat, schnellt das Isolierstück 7 zwischen die Kontakte 3, 4 und nimmt dann die Stellung la ein. Es entsteht ein zunächst haarnadelförmiger Lichtbogen 30, der durch die elektrodynamischen Kräfte in die Form 30 α ausgeweitet wird. Infolge der hohen Relativgeschwindigkeit des Lichtbogens gegenüber dem Löschmittel 31 entsteht eine starke Volumenkühlung des Lichtbogens, was eine sichere Löschung des Lichtbogens im Stromnulldurchgang zur Folge hat. Der Abstand der Kontakte 3 und 4 ist zwar gering; die elektrische Festigkeit wird jedoch, wie Fig. 2 zeigt, im wesentlichen durch das Isolierstück 7 in der Stellung la gewährleistet.

Tritt ein Überstrom auf, so bewegt sich die Drehspule 10 derart, daß durch die Zahnradübersetzung 11,12,13,14 das Isolierstück 7 bei fallendem Strom mit großer Geschwindigkeit zwischen die Kontakte 3 und 4 geschoben wird; bei Erreichen des Stromnulldurchganges erfolgt die Lichtbogenlöschung.

Sollte während einer Handausschaltung bei bereits bestehendem Lichtbogen eine Umschlagstörung auftreten, so wird das Isolierstück 7 bei ansteigendem Kurzschlußstrom durch die Drehspule 10 sofort nach links gedrückt, und zwar entgegen der Kraft der Feder 20. Die Kontakte 3,4 kommen wieder in Berührung, und der Lichtbogen erlischt, bevor der Kurzschlußstrom einen gefährlichen Wert erreicht hat. Bei fallendem Strom wird das Isolierstück 7 in der bereits beschriebenen Weise wieder nach rechts bewegt, worauf die synchrone Abschaltung beim nächsten Stromnulldurchgang erfolgt.

An Stelle von Öl können auch gasförmige Löschmittel, zweckmäßig unter Überdruck, wie Schwefelhexafluorid (SF₆), Wasserstoff, Ammoniak (NH₃)* verwendet werden. Es ist auch möglich, ein festes, gasabgebendes Isolierstück einzubauen, das im Lichtbogenbereich einen horizontalen, vorn und hinten offenen Spalt aufweist, in den der Lichtbogen hineingetrieben wird.

Der Vorteil von Wechselstromschaltern nach der Erfindung besteht darin, daß durch die zunächst haarnadelförmige Lichtbogenschleife der Bogen augenblicklich von dem bewegten Isolierstück weg- und in das ruhende Löschmittel hineingetrieben wird. Da die Erhitzung in der unmittelbaren Umgebung des Lichtbogens mit fallendem Strom abnimmt, entsteht ein immer innigererKontaktzwischenLichtbogen und Löschmittel, wodurch die Kühlung und Entionisierung vorteilhaft beeinflußt werden. Die Schaltarbeit und auch die maximale Lichtbogenleistung

ίο sind klein, wodurch auch die Druckbeanspruchung niedrig bleibt. Hochleistungsschalter nach der Erfindung weisen bei großer Schaltleistung sehr geringe Abmessungen auf. Da die Blaswirkung bei kleinen Strömen stark abnimmt, ist auch die Gefahr der Über-Spannungsbildung kaum vorhanden. Wird von dem Prinzip der Wiedereinschaltung bei nicht erfolgreicher Unterbrechung im angesteuerten Nulldurchgang Gebrauch gemacht, so sind derartige Schalter umschlagsicher. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Eigenzeit des Schalters in der Größe einer Halbwelle liegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wechselstromschalter mit Löschung des Lichtbogens in einem ruhenden, flüssigen oder gasförmigen Löschmittel, bei dem zur Verlängerung des Ausschaltlichtbogens ein Isolierstück zwischen die Schaltkontakte bewegt wird, da durch gekennzeichnet, daß die Kontakttrennung nur bei fallendem Strom durch Einschieben des Isolierstückes zwischen die lediglich passiv beweglichen Schaltkontakte erfolgt und daß die Stromführung so gestaltet ist, daß der durch das Einschieben des Isolierstückes zunächst entstehende haarnadelförmige Lichtbogen durch die von ihm erzeugten elektrodynamischen Kräfte allseitig vom Isolierstück weg- und in das Löschmittel hineingetrieben wird.

2. Wechselstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Isolierstückes ein vom abzuschaltenden Strom erregtes Induktionssystem mit beweglicher Spule dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1020 079;
deutsche Patentschriften Nr. 959 660, 592265, 472 305, 391000.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen