DE1790089B2 - Lichtbogenloeschkammer in schmalbauform fuer niederspannungsschaltgeraete mit hohem schaltvermoegen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschkammer in Schmalbauform für Niederspannungsschaltgeräte mit hohem Schaltvermögen, bestehend aus einer am Sockel des Schaltgerätes befestigten keramischen Isolierkammer, welche von einem Mantel derart umgeben ist, daß an den Oberflächen der keramischen Kammer Kanäle gebildet werden, die zur Entionisierung des Lichtbogens bzw. Abkühlung der Schaltga.se dienen, wobei die Isolierkammer mit einer Schmalseite auf dem Sockel des Schaltgerätes oder einem beliebigen Träger aufgelegt und auf letzterem mittels eines die Form eines auf dem Sockel des Schaltgerätes umgekehrten U besitzenden metallischen Mantels derart befestigt ist, daß um die Oberfläche der Isolierkammer drei geschlossene Kanäle entstehen.

In modernen Installationen ist es die Aufgabe der sogenannten Selbstschalter, sehr hohe Kurzschlußströme bei deren Auftreten zu unterbrechen. Die Nennströme der Leitungsschutzschalter schwanken gewöhnlich zwischen 16 und 32 Ampere und erlauben es, dem beweglichen Kontakt die Form eines sehr leichten Messers zu geben, das in einer sehr engen Lichtbogenlöschkammer untergebracht ist und bei Kontaktöffnung leicht vom elektromagnetischen Relais beschleunigt werden kann. Es wäre kostspielig und gleichzeitig unzweckmäßig, die Selbstschalter für Kurzschlußströme zu bemessen, die sich tatsächlich am Fehlerort des Netzes und infolgedessen in der Löschkammer einstellen können, so daß man aus diesem Grund Selbstschalter für eine ultra-schnelle Auslösung entwickelt hat, die in der Lage sind, den auftretenden Kurzschlußstrom auf einen erheblichen niedrigeren Wert zu begrenzen und die von einem Strombegrenzungsschalter unterbrochen werden können, der eine gedrungene Form hat, dessen Preis seine Anwendung nicht ausschließt.

Es ist bekannt, daß die Geschwindigkeitssteigerung zur Trennung der beweglichen Kontakte von den festen Kontakten, die mittels elektromagnetischer oder elektrodynamischer Beschleuniger erreicht wird, allein nicht ausreichend ist, um den Effekt der Strombegrenzung zu erzielen, und daß es notwendig ist, gleichzeitig und sehr schnell den Spannungsgradienten des Lichtbogens zu vergröße-n, damit man das Löschen in einer Zeit erhält, die erheblich kleiner ist als 5 Millisekunden.

Aus der Schweizer-PS 35 20 23 ist ein Selbstschalter mit kleinem Ausschaltverzug und hoher Bogenspannung bekennt, der dadurch gekennzeichnet, ist, daß zwei Lichtbogenkammern sich über 2/3 des gesamten Schalterprofils erstrecken, zwischen denen der als Schlaganker ausgebildete magnetische Auslöser angeordnet ist, der nach Entklinkung des Schaltwerkes auf die bewegliche Kontaktbrücke aufschlägt, und daß in dem Raum über dem Auslöser und /wischen den beiden Lichtbogenkammern das Schaltwerk und vor dem Schaltwerk und dem magnetischen Auslöser ebenfalls zwischen den Lichtbogenkammern der praktisch die gesamte Schalterhöhe einnehmende thermische Auslöser angeordnet ist. Die Lichtbogenkammern können aus praktisch nicnt Gas abgebendem Material bestehen, jedoch können in der Umgebung unterhalb der Kontaktberührungsstellen die Kammern aus Gas abgegebendem Material bestehen. Hierdurch wird die durch die Anordnung der beweglichen Kontakte zu den Festkontakten entstehende Eigerblasung in Richtung zur Kammeröffnung durch die beim unmittelbaren öffnen der Kontakte entstehende Gasmenge unterstützt.

Aus der DT-AS 11 85 274 ist ein Selbstschalter, insbesondere Installationsselbstschalter, bekannt, bei dem sowohl die ortsfesten als auch die beweglichen Kontakte mit Lichtbogenablaufhörnern versehen sind und die festen Kontakte ihren Konturen angepaßte Hinterfütterungen besitzen. Der Selbstschalter besitzt eine Lichtbogenkammer, die zumindest teilweise aus Gas abgebendem Material besteht, wobei der Zv^eck verfolgt wird, die Expansionsarbeit des freigemachten Gases zum Antrieb des Lichtbogens mögichst schnell vonstatten gehen zu lassen.

Aus der DT-PS 8 98 024 ist ein elektrischer Gasschalter bekannt, bei welchem die Lichtbogenlöschung durch Gase und Dämpfe erfolgt, die beim Schaltvorgang durch den Unterbrechungslichtbogen aus den aus Hydrat-Zellulose bestehenden Wandungen eines vorzugsweise röhrenförmigen Schaltraumes entwickelt werden. Dabei soll der der Lichtbogeneinwirkung ausgesetzte Wandungsteil aus einer dünnen Schicht hygroskopischer Hydrat-Zellulose von etwa 2 bis 3 mm Wandstärke bestehen, welche in einem bei

Feuchtigkeit maßbeständigem Mantelkörper aus Isolierstoff, wie Hartpapier, wasserfest gemachte Hydrat-Zellulose, eingesetzt und mit diesem verbunden ist.

Um bei diesem bekannten elektrischen Gasschalter Formveränderungen innerhalb der Löschkammer zu s vermeiden bzw. soweit wie möglich ;ür den Löschvorgang des Lichtbogens unschädlich zu machen, ist es auch bekannt, den Schaltraum vorzugsweise röhrenförmig auszubilden und diesen noch zusätzlich zu versteifen, so daß man einen maßbeständigen Mantelkörper erhält, der beispielsweise aus Hartpapier und Hartgewebe unter Verwendung eines Kunstharzbindemittels besteht.

Aus der DT-AS 11 05 947 ist ein elektrischer Schalter, insbesondere Lasttrennschalter, bekannt, mit einer Löschkammer aus Gas abgebendem Material, vorzugsweise einer Schlitzkammer, bei welchem die Schaltleistung wesentlich verbessert werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Löschkammer ganz oder teilweise aus elektronegative Gase enthaltenden Ein-Schlußverbindungen besteht. Die Einschlußverbindung kann beispielsweise aus Schwefelhexafluorid enthaltendem Dianin bestehen. Die Einschlußverbindung ist mit einem Acrylat-Klebemittel in eine bestimmte Form gepreßt. Demnach wird gemäß diesem bekannten Vorschlag der Nichtformbeständigkeit der elektronegative Gase entwickelnden Materialien dadurch begegnet, daß man diese Materialien mit einer Verbindung kombiniert, um dadurch ihre Formbeständigkeit zu erhallen.

Aus der DT-AS 1113 741 sind Lichtbogen auslöschende Bauteile bekannt, die aus hochmolekularen Polyoxymethylenen bestehen. Aus diesen Materialien entstehen automatisch Lichtbogen auslöschende und begrenzende Gase, die durch den Lichtbogen selbst aus den Materialien freigesetzt werden.

Die der Ei findung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Lichtbogenlöschkammer der eingangs definierten Art derart zu verbessern, daß eine noch schnellere Löschung eines Lichtbogens stattfinden kann. Ausgehend von der Lichtbogenlöschkammer der eingangs definierten Art, die der Hauptpatentanmeldung P 17 65 663.2-34 entspricht, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Isolierkammer mit oinem Material, das in Kontakt mit dem elektrischen Lichtbogen elektronegative Gase erzeugt, und mit metallischen Wandplatten zur Abkühlung des elektrischen Lichbogens durch Konvektion ausgestattet ist.

Diese Kombination führt in zweierlei Hinsicht zu einer schnelleren Löschung des Lichtbogens. Erstens wird durch die Entstehung eines elektrcregativen Gases die Löschung des Lichtbogens beschleunigt und zweitens wird durch das Vorsehen der metallischen Wandplatten zusätzlich eine Abkühlung des elektrischen Lichtbogens durch Konvektion bewirkt, was ebenfalls zu einer Beschleunigung der Löschung des Lichtbogens beiträgt.

Die Benutzung von elektronegative Gase entwickelnden Materialien in relativ großen Kammern hat es gestattet, die Abschaltleistung der Schalter erheblich <5o zu vergrößern. Man hat insbesondere festgestellt, daß man das Abschaltvermögen an einer LichtbogenlöschT kammer, die in üblicher Weise dimensioniert und mit Deion-Blechen ausgerüstet ist, dadurch auf das Zwei- bis Dreifache vergrößern kann, indem man als elektronega- 6; tive Gase entwickelndes Material ein Polyoxymethylen benutzt. Es ist bekannt, daß Polyoxymethylen in Berührung mit dem elektrischen Lichtbogen sehr schnell beträchtliche Mengen gasförmigen Wasserstoffes freisetzt. Aber dieses Material ist thermoplastisch und infolgedessen für die Erstellung einer ganzen Löschkammer ungeeignet außer in dem Fall, daß sich eine Abschaltung in einer außerordentlich kurzen Zeit der Größenordnung von 2 bis 3 Tausendstel Sekunden vollzieht. Wenn die Dauer der Einwirkung des Lichtbogens länger ist, wird das thermoplastische Material von ihm ziemlich schnell aufgezehrt. Außerdem hat man einige Rückzündungen des Lichtbogens bei den ersten zwei Kurzschlüssen festgestellt.

Die Lichtbogenlöschkammer nach der vorliegenden Ertindung, die insbesondere für strombegrenzende Selbstschalter geeignet ist und eine gedrängte Bauform hat, kombiniert nun in neuer Weise die Vorteile der Anwendung relativ großer und dünner Platten aus Eisen zur Abkühlung des Lichtbogens durch Konvektion und die der insbesondere thermoplastischen Materialien, die elektronegative Gase entwickeln.

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

F1 g. 1 den Querschnitt einer Löschkammer nach der Linie ! 1 — 11 der F i g. 2 wieder,

F i g. 2 einen Längsschnitt der Löschkammer nach der Linie I-I der Fig. 1;

F i g. 3 stellt eine andere Ausführungsform in einem Längsschnitt dar, und

Fig.4 einen Querschnitt nach der Linie II —II der F ig. 3;

F i g. 5 und 6 geben andere Formen metallischer Platten wieder.

Wie aus den F i g. 1,2 zu sehen, setzt sich die Kammer aus einem Kasten 1 von der Form eines umgekehrten U zusammen, das in Zungen la endet, die in entsprechende Schlitze des Gerätesockels 8 eingreifen. Der Kasten 1 oder sein unteres Teil ist aus einem Material erstellt, das elektronegative Gase (Löschgase) entwickelt, und ist im Inneren mit mehreren parallelen Vorsprüngen 2a, 2b, 2c und 3a, 3b, 3c versehen.

In der F i g. 1 sind Vorsprünge dargestellt, deren Enden 2a, 2b, 2c den Enden 3a, 3b, 3cder rechten Hälfte der Kammer gegenüberstehen. Indessen können, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen, die Enden der Vorsprünge 2a, 2b auch gegen die Enden der Vorsprünge 3a, 36, sei es in der Höhe oder in der Tiefe, gegeneinander versetzt sein. Die Anzahl der Vorsprünge kann ebenfalls größer oder kleiner als 2 Paare sein, die in den F i g. 1 und 2 des Beispiels dargestellt sind.

Zwischen den beschriebenen parallelen Vorsprüngen sind die flachen Streifen 17a, t7b, 17c zweier metallischer Platten 2, 3 eingeschoben, die etwa die Form eines Kammes haben, und zwar in der Art, daß die Enden der Vorsprünge 2a, 2b, 2c und 3a, 3b, 3c aus den vorgenannten Platten hervortreten, die dem Lichtbogen 2, der sich in der Kammer ausbildet, ausgesetzt sind. Daher kommt der von den parallelen metallischen Platten 2, 3 eingeschnürte elektrische Lichtbogen, der infolgedessen eine ovale Form hat, teilweise mit diesen und auch mit den Vorsprüngen 2a, 2b, 2c und 3a, 3b, 3c in Berührung und entwickelt schell Löschgase. Die metallischen Platten 2, 3, die vornehmlich aus einem relativ dünnen Eisen erstellt sind (z. B. 2—3 mm), tragen sowohl wirksam zur Verteilung der Temperatur im Inneren der Kammer als auch zur Abkühlung des

plastischen Materials bei, das zur Entwicklung der elektronegativen Gase dient.

Die Fig.5 zeigt Platten 2, 3, in denen Löcher 18 eingestanzt sind, die auf Pflöcken aufgesteckt sind, die auf den Platten aus dem das elektronegative Gas entwickelnden Material aufgepreßt sind.

Die Fig.6 zeigt Platten 2, 3, bei denen eine einzige Ausnehmung 19 vorgesehen ist, die sich in Richtung der Zone der Ausbildung des elektrischen Lichtbogens zwischen den Kontakten 4,5 verengt. Diese Verengung ist entweder mit elektronegative Gase entwickelndem Material ausgefüllt oder von einer entsprechenden Erhebung 20 überdeckt, die in die Platte 21 aus dem gennnten Material eingepreßt ist und hinter der Platte 2 oder 3 liegt. Die eingeengte Form der das elektronegative Gas erzeugenden Oberfläche ermöglicht es, den Abstand zwischen den Kontakten und den metallischen Platten 2,3 zu vermindern, da allein der feste Kontakt den Platten benachbart ist, während der bewegliche Kontakt von ihnen durch den isolierenden Überzug des das elektronegative Gas entwickelnden Materials 20 isoliert ist. Das Innere der Löschkammer ist damit in zwei Zonen A, B aufgeteilt. In der Zone A erzeugt der Lichtbogen die elektronegativen Gase, die sein Auslöschen begünstigen, und er wird dann in die metallische S Zone B getrieben, in der er durch die Abkühlung, die durch die Konvektion entsteht/unterbrochen wird.

Man kann auch einen vollkommen geschlossenen Kasten Il mit z. B. einem rechtwinkligen oder einem Kreis-Profil herstellen und ihn zwischen die Pole eines

ίο Elektromagneten einsetzen, der zwischen den Platten 2, 3 ein magnetisches Feld erzeugt, was schematisch in F i g. 4 gezeigt ist. Diese Ausführung ist mehr für Geräte hoher Schaltleistung und für Nennströme oberhalb 32 Ampere bestimmt.

Die F i g. 3,4 zeigen eine Änderung des Aufbaues der Kammer gemäß den Fig. 1, 2. Entsprechend dieser Änderung sind die Vorsprünge 3a, Zb auf den zwei vertikalen Wänden der Kammer von umgekehrter U-Form ebenso wie die Platten 2, 3 auf dem Sockel 8 angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Λ- 4 Patentansprüche:

1. Lichtbogenlöschkammer in Schmalbauform für Niederspannungsschaltgeräte mit hohem Schaltvermögen, bestehend aus einer am Sockel des Schaltgerätes befestigten keramischen Isolierkammer, welche von einem Mantel derart umgeben ist, daß an den Oberflächen der keramischen Kammer Kanäle gebildet werden, die zur Entionisierung des |₀ Lichtbogens bzw. Abkühlung der Schaltgase dienen, wobei die Isolierkammer mit einer Schmalseite auf dem Sockel des Schaltgerätes oder einem beliebigen Träger aufgelegt und auf letzterem mittels eines die Form eines auf dem Sockel des Schaltgerätes umgekehrten U besitzenden metallischen Mantels derart befestigt ist, daß um die Oberfläche der Isolierkammer drei geschlossene Kanäle entstehen, nach Hauptpatentanmeldung P 17 65 663.2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkammer mit einem Material, das in Kontakt mit dem elektrischen Lichtbogen elektronegative Gase erzeugt, und mit metallischen Wandplatten zur Abkühlung des elektrischen Lichtbogens durch Konvektion ausgestattet ist.

2. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wandungen der Isolierkammer senkrecht oder parallel zur Längsrichtung der Kammer Nuten vorgesehen sind und daß in diese Nuten parallele Zweige der metallischen Platten (2,3) eingeschoben sind.

3. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Platten (2,3) die Form eines Kammes haben.

4. Lichtbogenlöschkammer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Platten gelocht sind und daß die entstandenen öffnungen (18) mit einem elektronegative Gase entwickelnden Material angefüllt sind.

5. Lichtbogenlöschkammer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschkammer den Querschnitt eines umgekehrt auf dem Sockel (8) angeordneten U besitzt, dessen parallele Seitenenden mit Zungen (ia) ausgestattet sind, die in Schlitze des Sockels (8) eingreifen.