DE1156474B - Elektrisches Schaltgeraet - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

W31724Vmd/21c

ANMELDETAG; 22. F E B R U AR 1962

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 31. OKTOBER 1963

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltgeräte, besonders solche, bei denen ein Schmelzleiter verwendet wird. Sie befaßt sich mit einem neuen gasabgebenden Stoff, der unter der Einwirkung eines Lichtbogens als Löschmittel wirkende Gase abgibt.

Ein allgemeines Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Schaltgerät zu schaffen, bei dem ein neuer gasabgebender Stoff als Löschmittel verwendet wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Schaltgerät zu schaffen, bei dem erfindungsgemäß festes Diazohexafluorphosphat als Löschmittel verwendet wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Verwendung von Phenyldiazohexafluorphosphat als gasabgebendes Material zur Löschung von Lichtbögen in Schaltgeräten, wie z. B. Leistungsschaltern, Sicherungen, Überspannungsableitern usw.

Als besonders gutes gasabgebendes Material hat sich Monochlorbenzoldiazohexafluorphosphat herausgestellt. Dieser Stoff hat die chemische Formel

Elektrisches Schaltgerät

= N-PF₆

Besonders vorteilhaft ist der Stoff, wenn das Chlor in Parastellung angeordnet ist.

Es ist festzuhalten, daß die Bezeichnung »Leistungsschalter« nicht nur die üblichen Anordnungen bezeichnen soll, bei denen relativ zueinander bewegliche Schaltstücke vorhanden sind, zwischen denen ein Lichtbogen gezogen werden kann. Die Bezeichnung wird im folgenden auch für Anordnungen verwendet, bei denen ein Schmelzleiter verdampft wird, so daß ein Lichtbogen entsteht, sowie auch für Überspannungsableiter, in denen ein Lichtbogen zu löschen ist.

Das neue Löschmaterial kann in an sich bekannter Weise in der Form von gepreßten Scheiben verwendet werden. Die Scheiben sind in bekannter Weise vorzugsweise zusammen fluchtend so angeordnet, daß eine Bohrung gebildet wird. In der Bohrung kann der Lichtbogen gezogen werden, der dann durch die Gase des genannten Materials beblasen wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen vereinfachten Leistungsschalter mit dem neuen Löschmaterial gemäß der Erfindung. Die Schaltstücke sind in einer Zwischenstellung bei der Ausschaltbewegung dargestellt;

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,
ίο Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. März 1961 (Nr. 99 421)

Daniel Berg, Pittsburgh, Pa.,

und Charles W. Lewis, Elkins Park, Pa. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt eine Unterbrechungseinrichtung mit einem Schmelzleiter und dem neuen Löschmittel gemäß der Erfindung. Der Schmelzleiter ist in dem Zustand vor der Verdampfung dargestellt;

Fig. 3 ist ein Schaubild, das einen Vergleich der Schaltleistung von Phosfluorgen-A mit Borsäure und Fiber zeigt.

In der Zeichnung, insbesondere in Fig. 1, ist mit 1 als Ganzes ein Leistungsschalter bezeichnet. Der Schalter umfaßt ein feststehendes Schaltstück 2 und ein bewegliches Schaltstück 3, das von dem feststehenden Schaltstück 2 getrennt werden kann, um einen Lichtbogen 4 zu ziehen. Das feststehende Schaltstück 2 wird in seiner Lage innerhalb eines äußeren Gehäuses 5 vorzugsweise mit Hilfe eines Isolierstoffstopfens 6 festgehalten. Durch geeignete, nicht dargestellte Mittel wird das bewegliche Schaltstück 3 zum Ausschalten in Fig. 1 nach rechts bewegt, wobei ein Lichtbogen entsteht.

Im Inneren des Isolierstoffgehäuses 5 ist ein Körper 7 vorgesehen, der aus dem neuen Lösch-Φ5 mittel gemäß der Erfindung besteht. Der Körper gibt bei der Einwirkung des Lichtbogens ein lichtbogenlöschendes Gas ab. Gemäß der Erfindung ist das gasabgebende Löschmittel ein Phenyldiazohexafluorphosphat, das im folgenden als »fluorierte 3a Verbindung« bezeichnet wird. Vorzugsweise wird ein halogeniertes Phenyldiazohexafluorphosphat verwendet, beispielsweise Monochlorbenzoldiazohexa-

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fluorphosphat. Dieser Stoff hat die folgende Strukturformel:

= N-PF₆

Er wird von der Ozark-Mahoning Company, USA., hergestellt und unter dem Handelsnamen »Phosfluorogen-A« vertrieben. Der Stoff ist fest und kann als Schicht aufgebracht oder als gepreßte Scheibe mit oder ohne Bindemittel, wie z. B. Harz, verwendet werden.

Beim Entstehen eines Lichtbogens wird durch die Hitze des Lichtbogens 4 Gas aus der fluorierten Verbindung bei Temperaturen von ungefähr 15O⁰C abgegeben. Dabei ergibt sich folgende Reaktion:

Alle Diazohexafluorphosphate mit der allgemeinen Formel R-N = N-PF₆

in der R ein organisches Radikal, wie z. B. ein Phenyl oder substituierte Phenylradikale, bedeutet, zerfallen in R — F und N2 und PF5. Die chlorierten Benzoldiazohexafluorphosphate sind besonders geeignet. Die Eignung der einzelnen Stoffe für die Lichtbogenlöschung hängt von der Temperatur ab, bei der die Stoffe zerfallen, und von den endgültigen Zerfallprodukten.
Spezielle Beispiele sind:

1.

N = N-PF₆ (3-/V-Cl

= N-PF₆

CI

1,3,5 - Trichlor - 6 - azohexafluorphosphat - benzol mit der vorgenannten chemischen Formel zersetzt sich bei etwa 250⁰C.

(Gas) + N₂ (Gas) + PF₅ (Gas) 2.

N = N-PF₆

^C1

Alle dabei entstehenden gasförmigen Komponenten sind gute Löschmittel. Die Zersetzungsreaktion führt zu einem starken Anstieg des Gasdruckes, da aus einem festen Molekül 3 Gasmoleküle entstehen. Durch das Zusammenwirken des erhöhten Druckes und die Löscheigenschaften der Gase wird jeder Lichtbogen gelöscht.

Wie oben erwähnt, ist Phosphorpentafluoridgas (PF5) im Zusammenwirken mit Stickstoff (N2) und p-Chlorfluorbenzolgas

2,5 - Dichlor - 6 - azohexafluorphosphat - benzol mit der vorgenannten chemischen Formel und

N = N-PF₆

sehr wirksam bei der Lichtbogenlöschung.

Als Beispiel für geeignete Bindemittel für die fluorierte Verbindung sind flüssige oder plastische Acrylate und Methacrylate und deren Ester sowie niedrigmolekulare n-Butylmethacrylate zu nennen, die unter dem Handelsnamen »Lucite-44« von der Firma E. I. DuPont de Nemours & Company, USA., vertrieben werden. Bei der Verwendung solcher Bindemittel kann das Löschmittel nach der Erfindung zu Stücken verpreßt und in dieser Form weiterverwendet werden. Geeignete Stücke erhält man bei folgenden Gewichtsanteilen: 85 Gewichtsprozent der fluorierten Verbindung und 15 Gewichtsprozent n-Butylmethacrylat. Für das Verarbeiten in Formen können Mischungen mit bis zu 95 Gewichtsprozent der fluorierten Verbindung verwendet werden. Für Überzüge wird die fluorierte Verbindung in Anteilen von 20 bis 70 Gewichtsprozent verwendet.

Phosfluorogen-A oder Monochlorbenzoldiazohexafluorphosphat gehört zur Klasse der festen Diazohexafluorphosphate. Die Diazohexafluorphosphate zersetzen sich bei unterschiedlichen Temperaturen zu N2, PF5 und anderen Produkten, die <iavon abhängen, welches spezielle Diazohexafluorphosphat verwendet wird.

3,4 - Dichlor - 6 - azohexafluorphosphat - benzol mit der vorstehenden chemischen Formel zersetzen sich beide bei etwa 200° C.
Das Chlor kann auch durch andere Halogene,

z. B. durch Brom, substituiert sein. Ferner kann auch Phenyldiazohexafluorphosphat verwendet werden. In allen Fällen wird in gleicher Weise PF5 und N2 gebildet, wodurch die Lichtbogenlöschung unterstützt wird. Ferner können auch Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Stoffe verwendet werden.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß alle festen Diazohexafluorphosphate sich bei unterschiedlichen Temperaturen thermisch zersetzen.

Sie geben alle N2 und PF5 ab, wodurch eine erwünschte Lichtbogenlöschwirkung erhalten wird. In Fig. 2 der Zeichnung ist eine mit einem Schmelzleiter arbeitende Unterbrechungseinrichtung als Ganzes mit 8 bezeichnet. Zur Unterbrechungseinrichtung gehört ein äußeres rohrförmiges Gehäuse 9, das aus einem geeigneten Isoliermaterial, beispielsweise Fiber, besteht. Im Inneren des Gehäuses 9 ist eine Metallstange 10 beweglich angeordnet, mit der ein Schmelzleiter 11 an einem Ende verbunden ist. Das andere Ende des Schmelzleiters 11 ist an einer äußeren Metallkappe 12 mit Hilfe einer Anschlußschraube 12a befestigt. An der Kappe 12 ist ein Anschlußstück 13 mit einem Bolzen 13 α angeschraubt.

Die Stange 10 wird vorzugsweise durch eine Druckfeder 14 nach links gedrückt. Die Druckfeder ist zwischen einem Stützblock 15 und einem scheibenähnlichen Federteller 16 angeordnet, der mit der Stange 10 in Verbindung steht und sich mit dieser

bewegen kann. Am äußeren Ende der Stange 10 kann ein Handgriff 17 angebracht sein, mit dessen Hilfe die Stange 10 zu gegebener Zeit entgegen der Wirkung der Druckfeder 14 nach rechts bewegt werden kann, damit der Schmelzleiter 11 erneuert werden kann.

Im Inneren des Gehäuses 9 sind ein metallisches Führungsrohr 18 sowie ein Gleitschaltstück 19 vorgesehen. An das Gleitschaltstück 19 grenzt auf der. rechten Seite des Rohres 9 eine Auskleidung 20, die aus einem geeigneten Isoliermaterial, beispielsweise aus Fiber, besteht. Im Inneren der Auskleidung 20 ist eine Anzahl gegeneinandergedrückter, mit Bohrungen versehener Blöcke 21 angeordnet. Die Blöcke bestehen aus Phosfluorogen-A und »Lucite-44« (n-Butylmethacrylat) mit den vorstehend angegebenen Gewichtsverhältnissen.

Wenn ein Überstrom zwischen dem Anschluß 16 und dem zugeordneten Anschluß 22 fließt, verdampft der Schmelzleiter 11, so daß ein Lichtbogen entsteht. Der Lichtbogen wird unter der Wirkung der Feder 14 verlängert. Die Hitze dieses Lichtbogens entwickelt aus dem Phosfluorogen-A Phosphorpentafluoridgas (PF5) und Stickstoffgas (N2) sowie Parachlorfluorbenzolgas ^

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wie bereits beschrieben wurde. Die Gase ergeben eine sehr schnelle Löschung des Lichtbogens durch die Blaswirkung beim Ausströmen aus der rechts liegenden Öffnung 23 des Schmelzleitergehäuses 8.

Das Schmelzleitergehäuse 8 nach Fig. 2 kann auch als Gerät zum Prüfen von Schmelzsicherungswerkstoffen verwendet werden. Zu diesem Zweck können die Phosfluorogen-A-Blöcke 21 durch solche aus Borsäure und Fiber ersetzt werden. Für eine Bohrung von 6,3 mm Durchmesser und 10 cm Länge sind die Schaltleistungen für die verschiedenen gasabgebenden Auskleidungen in Fig. 3 graphisch dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt einen Vergleich der Löscheigenschaften der gasabgebenden Stoffe Phosfluorogen-A, Borsäure und Fiber.

Wie sich daraus ergibt, ist die Wirksamkeit von Phosfluorogen-A über einen beträchtlichen Strombereich A außerordentlich groß. Sie unterscheidet sich im Bereich A deutlich von der der anderen Stoffe.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß ein neues gasabgebendes Löschmittel dargestellt und beschrieben wurde, das bei der Lichtbogenlöschung sehr wirksam ist. Das gasabgebende Löschmittel gemäß der Erfindung kann in an sich bekannter Weise zu Stücken verarbeitet werden. Die Stücke können in ebenfalls bekannter Weise gestapelt werden, so daß eine Lichtbogenkammer entsteht, die über eine beträchtliche Länge den Lichtbogen umgibt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Das neue Löschmittel kann aber auch in anderer Weise verarbeitet werden, wie dargelegt wurde.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrischer Schalter mit einem unter der Einwirkung des Unterbrechungslichtbogens gasabgebenden Material als Löschmittel, insbesondere Lasttrennschalter, dadurch gekennzeichnet, daß als gasabgebendes Material festes Diazohexafluorphosphat verwendet wird.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Phenyldiazohexafluorphosphats als gasabgebendes Material.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines halogenierten Phenyldiazohexafluorphosphats als gasabgebendes Material.

4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Monochlorbenzoldiazohexafluorphosphat als gasabgebendes Material.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 607 516, 608 711, 712.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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