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Elektrischer Stromunterbrecher Die Erfindung bezieht sich auf einen
elektrischen Stromunterbrecher, bei welchem der Lichtbogen in einer Schaltkammer
gezogen wird, deren Wandungen aus einem Material bestehen, das unter der Einwirkung
des Lichtbogens Gas abgibt, das den Lichtbogen löschen hilft.
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Solche gasabgebenden Werkstoffe, die zur Löschung des Lichtbogens
beitragen, sind in großer Anzahl bekanntgeworden. Sämtliche Stoffe, u. a. Borsäure,
eignen sich gut zur Löschung von Lichtbögen, die bei der Abschaltung von großen
Strömen entstehen. Werden dagegen kleine Ströme mit relativ schwachen Lichtbögen
abgeschaltet, so sind die Stoffe nicht in der Lage, -die kleinen Lichtbögen rasch
zum Erlöschen zu -bringen. Die Gasausscheidung ist in diesem Falle zu gering.
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Es ist bekannt, um einen Schalter oder eine Sicherung zum Unterbrechen
kleiner und großer Ströme e c
i h gut geeignet zu machen, zwei Lichtbogen-Kanäle
von verschiedener Weite vorzusehen. Außerdem ist es bekannt, in einer Lichtbogenlöschkammer
zwei oder mehrere gasabgebende Stoffe mit verschiedener Wirkung vorzusehen, wobei
deren Oberflächen so bemessen sind, daß eine besonders günstige Gasmischung mit
hervorragenden Löscheigenschaften erhalten wird. Darüber hinaus kann die Oberfläche
dieser Stoffe an der Entstehungsstelle des Lichtbogens und an der Austrittsöffnung
derart unterschiedlich ausgeführt sein, daß sich die Gasabgabe nach der Austrittsöffnung
hin vergrößert, so daß für kleinere Ströme eine stärkere Gasentwicklung stattfindet.
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Die Erfindung hat nun ein Material zum Gegenstand, das die Fähigkeit
besitzt, Lichtbögen kleinerer Ströme hervorragend zu löschen. Es besteht somit die
Möglichkeit, dieses erfindungsgemäße Material mit einem solchen Werkstoff zu kombinieren,
der insbesondere für die Löschung großer Lichtbögen geeignet ist. Dadurch läßt sich
ein Schalter schaffen, der in der Lage ist, in einfacher Weise sowohl Lichtbögen
großer Ströme als auch Lichtbögen kleinerer Ströme schnell und sicher zu löschen.
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Nach der Erfindung besteht die Schaltkammerwandung mindestens zum
Teil aus einem Material auf der Basis von 2,4-Dichlor-benzoesäure und/oder 3,4-Dichlor-benzoesäure.
In vorteilhafter Weise finden für die Schaltkammerwandung jedoch zwei Materialien
Verwendung, von denen das eine, z. B. Borsäure, für die Löschung von Lichtbögen
hoher Ströme und das andere, nämlich 2,4-Dichlor-benzoesäure oder 3,4-Dichlor-benzoesäure
oder eine Mischung davon, für die Löschung von Lichtbögen relativ niedriger Ströme
geeignet ist. Der Löschraum besteht aus einem Gehäuse, in dem Mittel zum Ziehen
des Lichtbogens vorgesehen sind und das an der Unterbrechungsstelle zunächst aus
einem gasabgebenden Material zum Löschen von Lichtbögen hoher Ströme und anschließend
aus einem gasabgebenden Material zum Löschen von Lichtbögen niederer Ströme besteht.
Zweckmäßig besteht das der Unterbrechungsstelle am nächsten liegende Material aus
Borsäure und das dann anschließende Material aus 2,4-Dichlor-benzoesäure oder 3,4-Dichlor-benzoesäure.
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Der Aufbau des Gehäuses für die Löschung des Lichtbogens kann für
einen besonderen Anwendungsfall in vorteilhafter Weise dadurch erfolgen, daß das
von der Unterbrechungsstelle entfernt liegende Material, also das zum Löschen kleinerer
Ströme geeignete Material, aus einem Stapel von ringförmigen Teilen aus 2,4-Dichlor-benzoesäure
oder 3,4-Dichlorbenzoesäure besteht, an dessen Enden in an sich bekannter Weise
je ein ringförmiges Teil aus Borsäure vorgesehen ist, wobei der Stapel durch eine
ihn umgebende klebfähige Umhüllung zusammengehalten wird. Zum Ziehen des Lichtbogens
in dem ringförmigen Gehäuse dient eine Kontaktstange, die sich zuerst durch die
Bohrung des Materials zum Abschalten großer Lichtbögen, das sich ebenfalls aus ringförmigen
Teilen zusammensetzt, und dann durch die Bohrung des Materials zum Abschalten kleiner
Lichtbögen bewegt.
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Der Stapel der an sich bekannten ringförmigen Teile ist in an sich
bekannter Weise in einem weiteren rohrförmigen Gehäuse untergebracht, wobei ein
zwischeu
dem Stapel der ringförmigen Teile und dem rohrförmigen
Gehäuse bestehender Zwischenraum in bereits vorgeschlagener Weise mit einem Klebemittel
ausgefüllt ist, das zweckmäßig aus Epoxydharz besteht, welches durch die vorgesehene
Umhüllung des Stapels von ringförmigen Teilen für die Löschung kleiner Lichtbögen
mit diesen Teilen nicht in Berührung kommt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigen F i g.1 a bis 1 c Vertikalschnitte eines Stromunterbrechers, bei dem der
erfindungsgemäße, unter dem Einfluß des Lichtbogens vergasende Stoff angewendet
ist, und zwar F i g. 1 c den unteren Teil des Schalters, F i g. 1 b den mittleren
Teil und F i g. 1 a den oberen Teil; F i g. 2 ist ein Schnitt im vergrößerten Maßstab;
F i g. 3 schließlich ist ein Schnitt nach Linie II-II in F i g. 1 b im vergrößerten
Maßstab.
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Mit 10 ist der Stromunterbrecher bezeichnet, der in bekannter
Weise wie eine Hochspannungssicherung in einem Trennschalter mit seinem unteren
Ende drehbar bzw. schwenkbar gelagert sein kann, während das obere Ende durch eine
Sperre gehalten wird. Der Stromunterbrecher 10 besteht in bekannter Weise
aus einem ringförmigen Gehäuse 11 aus wetterfestem Isoliermaterial, z. B. einem
Phenol-Kondensationsprodukt od. ä. Am oberen Ende ist das Gehäuse 11 mit einem ringförmigen
Kontaktteil 12 versehen, der teleskopartig in das Rohr 11 eingeschoben ist.
Am unteren Ende ist der Kontaktteil 13 vorgesehen.
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Das obere Ende 14 des Kontaktteiles 12 bildet einen nach innen gerichteten
Flansch, an dem eine Scheibe 15 mit einer Bohrung 16 anliegt, durch die ein Auslösestift
17 hindurchtreten kann, der z. B. zum Auslösen eines Mechanismus dient, der an der
Sicherung befestigt ist, so daß der Schalter öffnet.
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Der Auslösestift 17 ist von einem oberen schmaleren Teil der Kontaktstange
18 gebildet, die mit einer Muffe 19 fest verbunden ist, die eine Anschlagfläche
20 für die Feder 21 bildet. Das untere Ende der Feder 21 liegt gegen
einen Ansatz 22 an, der nahe dem Ende 23 des Kontaktteiles 12 sich befindet. Mittels
Nieten 24 ist am Teil 12 die Kontaktmuffe 25 befestigt, die aus nach aufwärts gerichteten
Kontaktfingern 26 besteht, die wiederum durch eine Ringfeder 27 in Berührung mit
einem Teil 28 der Kontaktstange 18 gehalten werden. Wenn die Kontaktstange
18 sich unter der Wirkung der Feder 21 nach oben bewegt, legen sich die Kontaktfinger
26 an den schmaleren Durchmesser der Kontaktstange 18 an, der unterhalb des Teiles
28 beginnt. Dies geschieht nur kurze Zeit, während welcher die Stange 18
sich zum Zwecke der Unterbrechung nach aufwärts bewegt.
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Die Stange 18 wird in bekannter Weise durch das Sicherungselement
31 in ihrer Lage gehalten. Dieses Element 31 ist mit einer Kontaktstange
32, die fest am unteren Ende der Muffe 37 montiert ist, fest verbunden. Das
Element 31 enthält vorzugsweise einen Sicherungsdraht 33, der aus Silber besteht,
und ferner einen Haltedraht 34, der aus einer Nickel-Chrom-Legierung hergestellt
sein kann. Beide Drähte 33 und 34 sind in geeigneter Weise an den Enden der
Stangen 18 und 32 befestigt. Die Stange 32 ist in einer Brücke 35 durch Muttern
36 verankert. Die Brücke 35 ist an einer Metallmuffe 37 befestigt, die sich vom
unteren Ende des Gehäuses nach aufwärts erstreckt. Ihr unteres Ende 38 ist mittels
Nieten 39 am Kontaktteil 13 befestigt. Das untere Auslaßende des Gehäuses 11 ist
durch eine Scheibe 40 aus geeignetem Isoliermaterial verschlossen, die leicht infolge
eines überdruckes im Inneren der Metallmuffe zerbrechen kann, der durch das Unterbrechen
des Elementes 31 auftritt.
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Die Kontaktstange 18 geht durch eine Scheibe 43 hindurch und ferner
durch die Bohrung 44, die von den Bohrungen der zu einem Stapel aufgeschichteten
ringförmigen Teile aus gasabgebendem Material gebildet ist.
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Das obere Ende der Bohrung 44 wird von einem ringförmigen Teil 46
aus Borsäure gebildet. Unter diesem ringförmigen Teif46 aus Borsäure befindet sich
ein Stapel von ringförmigen Teilen 47, aus 2,4-Dichlor-benzoesäure oder 3,4-Dichlor-benzoesäure
oder aus einer Mischung mit gleichen Teilen von diesen Stoffen. Die Löschfähigkeit
der von den Teilen 47 gebildeten Bohrung 44 eignet sich für die Unterbrechung von
Lichtbögen kleiner Ströme. Für die Löschung von stromstarken Lichtbögen sind jedoch
die Teile 47 nicht so wirksam wie Borsäure, da bei Benzoesäure nach der Löschung
des Lichtbogens an der Oberfläche Kohlenstoffrückstände vorhanden sind.
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Am unteren Ende des Stapels von ringförmigen Teilen 47 ist ein Teil
48 aus Borsäure vorgesehen. Das Teil 48 und das obere ringförmige Teil 46 ergeben
die Endteile der Anordnung 45 mit den ringförmigen Teilen 47 aus 2,4-Dichlor-benzoesäure
oder 3,4-Dichlor-benzoesäure oder einer Mischung von gleichen Teilen davon. Die
Bohrung44 dient zur Aufnahme der Kontaktstange 18. Auf den ringförmigen Teilen ist
eine klebfähige Umhüllung 49 vorgesehen. Sie kann aus einem geeigneten druckempfindlichen
Isoliermaterial bestehen und hält nicht nur die Teile 46, 47 und 48 zu einem Stapel
zusammen, sondern verhütet auch das Berühren des später beschriebenen selbstabbindenden
Klebemittels mit der äußeren Oberfläche der Teile 47, was für eine geeignete Abbindung
des Klebemittels nicht dienlich wäre. Wie in F i g. 1 b und 1 c gezeigt, führ die
Bohrung 44 außerdem durch einen Stapel von ringförmigen Teilen 50, die aus
Borsäure bestehen und unterhalb der Anordnung 45 angeordnet sind. Das unterste ringförmige
Teil 50 ist mit einem konischen Hals 51 versehen, in den der Lichtbogen nach dem
Abschmelzen des Sicherungselementes 31 zuerst hineingezogen wird. Unter diesem Ring
50 ist eine Fibermuffe 52 vorgesehen, die eine Lichtbogenkammer 53 bildet, in welcher
der Hauptteil des Sicherungselementes liegt und in welcher der Anfangslichtbogen
gezogen wird.
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Die in den F i g. 1 a, 1 b und 1 c gezeigte Anordnung wird zunächst
ohne den Kontaktteil 13 hergestellt. Die Anordnung ist so, daß ein kleiner
Zwischenraum zwischen den einzelnen Teilen und der inneren Fläche des rohrförmigen
Gehäuses 11 besteht. Dieser Zwischenraum wird mit einem selbstabbindenden Klebemittel,
das in F i g. 3 mit 54 bezeichnet ist, ausgefüllt. Vorzugsweise besteht das
Klebemittel in bereits vorgeschlagener Weise aus einem Epoxydharz. Nachdem das Harz
54 entsprechend abgebunden ist, wird die Anordnung mit den verschiedenen
Teilen zu dem Schalter 10 zusammengebaut.
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Durch das Abschmelzen des Sicherungselementes 31 als Folge eines Kurzschlusses
oder überstromes wird die Kontaktstange 18 ausgelöst. Sie bewegt sich
unter
der Wirkung der Feder 21 nach oben. Der Lichtbogen wird zwischen dem oberen Ende
der Stange 32 und der sich nach oben bewegenden Stange 18 gezogen, und zwar zuerst
in die Lichtbogenkammer 53, von wo er dann in das untere Ende der Bohrung 44 der
Teile 50 aus Borsäure gelangt. Hier wird der Lichtbogen großer Ströme wirksam gelöscht,
und zwar infolge der Ausscheidung des lichtbogenlöschenden gasförmigen Mediums aus
der Oberfläche der Bohrung 44. Lichtbögen von großen Strömen werden gelöscht, bevor
das untere Ende der Stange 18 sich an dem obersten Teil 50 vorbeibewegt hat.
Die Konstruktion ist jedoch so, daß das untere Ende der Kontaktstange 18 sich bis
in die Endlage bewegen kann, die durch die unterbrochene Linie 55 angedeutet ist.
Diese Endlage 55 liegt in Höhe des oberen ringförmigen Teiles 46 aus Borsäure.
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Falls der Stromfluß durch das Sicherungselement sehr klein ist und
nur gerade ausreicht, das Sicherungselement abzuschmelzen, bleibt der Lichtbogen
während der Bewegung des unteren Endes der Stange 18 durch die Bohrung 44 der Teile
50 stehen. Nach Eintritt des unteren Endes in die Bohrung 44 der Teile 47 wird hierbei
der relativ kleine Lichtbogen gelöscht.
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Wie bereits weiter oben bemerkt, eignet sich der Unterbrecher 10,
der die Baugruppe 45 enthält, zum Unterbrechen von sowohl niedrigen als auch hohen
Überströmen. Es wurden Versuche durchgeführt mit Teilen aus Borsäure, wie dies die
Teile 50 sind, und zwar in einer Anzahl, die einer Länge von 47,5 cm entspricht.
Während diese Ausführung sich eignet, hohe Ströme zu unterbrechen, ist sie nicht
geeignet, niedrige Ströme von 130 A abzuschalten. Vergleichsweise wurde eine Anordnung
hergestellt, in welcher die Baugruppe 45 die Teile 46 und 48 aus Borsäure enthält,
und zwar jedes Teil mit einer Länge von 2,5 cm, und zwar angeordnet am Ende der
Teile 47,
die aus 2,4-Dichlor-benzoesäure bestehen und eine Länge von 12,5
cm aufweisen. In Verbindung mit den ringförmigen Teilen 50 aus Borsäure, die eine
Länge von 30 cm aufweisen, ergibt sich eine Gesamtlänge von 47,5 cm. Der Stromunterbrecher
10, der eine solche Anordnung von lichtbogenlöschendem Material enthält, schaltet
bereits Fehlerströme ab, die unter dem minimalen Abschmelzstrom von 10 A liegen.
Zusätzlich ist die Anordnung aber auch fähig, Ströme aller hohen Werte abzuschalten,
die allein durch eine Konstruktion aus Borsäure unterbrochen werden können. Es sei
bemerkt, daß die eben beschriebenen Prüfungen unter den gleichen Bedingungen erfolgten
hinsichtlich der wiederkehrenden Spannung und ihrer Anstiegsgeschwindigkeit.