DE19715116C2 - Lichtbogenkammersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtbogenkammersystem, das insbesondere bei Gleichstromschaltern Anwendung finden kann.

Im Gegensatz zu Wechselstromnetzen tritt bei Gleichstrom kein natürlicher Stromnulldurchgang ein. Lichtbogenkammern in Gleichstromschaltern erzeugen eine Lichtbogenspannung, die größer als die Arbeitsspannung ist, den Strom somit zu Null zwingt und die im Netz gespeicherte Energie vernichtet. Die Er­ findung basiert auf dem System der Löschblechkammern, in denen der Lichtbogen in viele Teillichtbögen unterteilt wird, die aufgrund der Summe vieler Anoden-, Kathoden- und Säulen­ spannungsabfälle entsteht. Die Lichtbogenspannung liegt dabei deutlich oberhalb der Arbeitsspannung. Bei einer Arbeits­ spannung von 500 V ist mit dem Auftreten einer Lichtbogen­ spannung von 800 V zu rechnen. Durch die vorhandene Isolations­ festigkeit des Netzes muß die Lichtbogenspannung allerdings auf einen maximalen Wert begrenzt werden. Für unterschiedliche Ar­ beitsspannungen werden somit unterschiedliche Lichtbogenkammern benötigt.

Bisher wurden bei Gleichstromschnellschaltern für unterschied­ liche Arbeitsspannungen und unterschiedliche Schaltvermögen baulich stark differierende Lichtbogenkammern verwendet. Dies bedingt einen hohen konstruktiven Aufwand sowie entsprechend hohe Herstellungskosten.

Das DE-GM 17 46 087 zeigt eine Funkenkammeranordnung für Leistungsschalter. In einem Halterahmen, der durch zwei flache Elemen­ te und zwei U-förmige Elemente gebildet wird, sind eine Mehrzahl von isolierenden Profilkörpern angeordnet, wobei in den Randberei­ chen jeweils U-förmige Profilkörper und dazwischen doppel-T- förmige Profilkörper angeordnet sind, so daß zwischen zwei be­ nachbarten Profilkörpern die aus der Figur ersichtlichen Hohl­ räume entstehen. An den Innenseiten dieser Hohlräume sind Rillen zur Aufnahme von Löschblechen vorgesehen. Somit läßt sich die dort gezeigte Anordnung ebenfalls als Lichtbogen­ kammersystem auffassen. Jedoch werden dort keine Lichtbogen­ kammermodule verwendet und es existiert auch kein Kammerkörper, da dort die Profilelemente lediglich mit einem Halterahmen zu­ sammengehalten werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Lichtbogenkammersystem zu schaffen, das sich auf einfache Art und Weise an eine gewünschte Schaltleistung und eine gewünschte Arbeitsspannung anpassen läßt.

Diese Aufgabe wird durch ein Lichtbogenkammersystem mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen auf besonders vor­ teilhafte Art und Weise gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Lichtbogenkammersystem umfaßt die Elemente Kammerkörper und Lichtbogenkammermodul. Dabei werden je nach der gewünsch­ ten Arbeitsspannung eine entsprechende Anzahl von Lichtbogen­ kammermodulen in einen Kammerkörper eingesetzt. Reicht dabei die Größe des Kammerkörpers für die zu berücksichtigende Ar­ beitsspannung des Netzes nicht aus, kann eine Mehrzahl von Kammerkörpern in Reihe geschaltet werden, so daß stets die erforderliche Anzahl von Lichtbogenkammermodulen eingesetzt werden kann.

Darüber hinaus findet eine Anpassung an die zu bewältigende Schaltleistung durch die Auswahl entsprechender Lichtbogen­ kammermodule statt. Die Kammerkörper sind derart ausgestal­ tet, daß sie sowohl schmale als auch breitere Lichtbogenkam­ mermodule aufnehmen können. Zu diesem Zweck ist in dem Kam­ merkörper an zwei gegenüberliegenden Innenseiten eine Mehr­ zahl von gleich beabstandeten Nuten vorgesehen, wobei die Lichtbogenkammermodule je nach zu bewältigender Schaltlei­ stung eine Breite aufweisen, die dem N-fachen zweier benach­ barter Nuten entspricht, wobei N eine ganze positive Zahl ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kammer­ körpers sowie zweier unterschiedlicher Lichtbogenkammermodu­ le.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen unterschiedliche Kombinationsmög­ lichkeiten für verschiedene Schaltleistungen und verschiedene Arbeitsspannungen.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Kammerkörper bezeichnet. Das Be­ zugszeichen 2 bezeichnet eine auf der Innenseite einer Wand des Kammerkörpers angeordnete Nut. Entlang zweier gegenüber­ liegender Innenseiten des Kammerkörpers ist eine Mehrzahl gleich beabstandeter Nuten vorgesehen, wobei die Nuten im Randbereich die halbe Nutenbreite der übrigen an den Innen­ seiten angebrachten Nuten aufweisen.

Im unteren Teil des Kammerkörpers 1 sind im Randbereich der Außenflächen zweier gegenüberliegender Wandteile Lichtbogen­ sonden 3 angeordnet, mittels derer der Lichtbogen an die Kam­ merkörper herangeführt wird. Auch die einzelnen Lichtbogen­ kammermodule sind über (nicht gezeigte) Lichtbogensonden mit­ einander verbunden.

Des weiteren sind in Fig. 1 ein kleines Lichtbogenkammermo­ dul 4 und ein großes Lichtbogenkammermodul 5 gezeigt. Beide Lichtbogenkammermodule 4, 5 weisen zwei Seitenteile 9 auf, zwischen denen eine Vielzahl von Löschblechen 8 und darüber angeordneten Isolierteilen 7 vorgesehen ist.

Der Kammerkörper 1, die Seitenteile 9, die Lichtbogenkammer­ module 4, 5 und die Isolierteile 7 bestehen aus elektrisch isolierendem thermisch stabilen Material, das eine hohe Wär­ mekapazität aufweise, um die Energie des Lichtbogens gut auf­ nehmen zu können und damit den Lichtbogen zu löschen.

Der Kammerkörper 1 kann eine Höhe von 40 cm, eine Breite von 20 cm, und eine Tiefe von 40 cm aufweisen. Bei diesen Größen­ verhältnissen sind beide Lichtbogenkammermodule 4, 5 für eine Arbeitsspannung von 500 V vorgesehen. Das große Lichtbogen­ kammermodul 5 ist für die doppelte Leistung wie das kleine Lichtbogenkammermodul 4 vorgesehen. Die bei dem Lichtbogen­ kammersystem gemäß der Erfindung auftretenden Ströme können im Bereich von 100 kA liegen.

Die Löschbleche 8 bzw. die Isolierteile 7 sind zwischen den Seitenteilen 9 derart angeordnet, daß die Seitenteile 9 am hinteren und vorderen Ende gegenüber den Löschblechen 8 bzw. den Isolierteilen 7 vorspringen. Die hierdurch entstehenden vorspringenden Elemente 6 bilden dabei Führungselemente, die in die entsprechenden Nuten 2 des Kammerkörpers 1 eingescho­ ben werden können, um die Lichtbogenkammermodule 4, 5 in dem Kammerkörper 1 zu fixieren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Nuten in dem Kammerkörper 1 und die Breite der Lichtbogenkammermodule 4, 5 derart gewählt, daß sich entweder vier kleine Lichtbo­ genkammermodule 4, zwei große Lichtbogenkammermodule 5 oder zwei kleine Lichtbogenkammermodule 4 und ein großes Lichtbo­ genkammermodul 5 in eine Lichtbogenkammer einschieben lassen. Die Erfindung ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt. Die Breite des Kammerkörpers 1 kann größer gewählt sein, so daß sich eine größere Anzahl von Nuten 2 in dem Kam­ merkörper anordnen läßt, oder die Lichtbogenkammermodule kön­ nen größer oder kleiner sein. Auch kann ein noch größeres Lichtbogenkammermodul 5 bereitgestellt werden, das sich nicht nur über drei Nuten, sondern über vier oder mehr Nuten er­ streckt und somit für eine größere Schaltleistung geeignet ist.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist ein Lichtbogenkammersystem mit einem einzigen Kammerkörper 1 gezeigt. Der Kammerkörper 1 ge­ mäß Fig. 2 ist dabei mit zwei großen Lichtbogenkammermodulen 5, und der in der Fig. 4 gezeigte Kammerkörper 1 ist mit vier kleinen Lichtbogenkammermodulen 4 bestückt. Der in der Fig. 3 gezeigte Kammerkörper 1 ist mit zwei kleinen Lichtbo­ genkammermodulen 4 und einem großen Lichtbogenkammermodul 5 bestückt.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Lichtbogenkammersysteme weisen zwei bzw. drei Kammerkörper 1 auf, die jeweils in Rei­ he geschaltet sind.

Dabei ist jeder der in Fig. 5 und 6 gezeigten Kammerkörper mit zwei großen Lichtbogenkammermodulen bestückt.

Wie oben ausgeführt, ist bei den angegebenen Abmessungen ein einzelnes Lichtbogenkammermodul für eine Arbeitsspannung von 500 V bzw. eine Lichtbogenspannung von 800 V vorgesehen. Das in der Fig. 2 gezeigte Lichtbogenkammersystem eignet sich somit für eine Arbeitsspannung von 1000 V, das in der Fig. 3 gezeigte Lichtbogenkammersystem für eine Arbeitsspannung von 1500 V, die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Lichtbogenkam­ mersysteme für eine Arbeitsspannung von 2000 V, und das in der Fig. 6 gezeigte Lichtbogenkammersystem für eine Arbeits­ spannung von 3000 V.

Das in der Fig. 4 gezeigte Lichtbogenkammersystem weist aus­ schließlich kleine Lichtbogenkammermodule auf und ist daher nur für eine kleinere Schaltleistung geeignet. Dagegen weisen die in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigten Lichtbogenkammersy­ steme ausschließlich große Lichtbogenkammermodule auf und sind somit für eine höhere Schaltleistung geeignet.

Das in der Fig. 3 gezeigte Lichtbogenkammersystem weist so­ wohl kleine als auch große Lichtbogenkammermodule 4, 5 auf, und ist somit für eine Schaltleistung geeignet, die über der niedrigen Schaltleistung liegt.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungs­ beispiele beschränkt. Gemeinsam ist allen gezeigten Lichtbo­ genkammersystemen aber das Vorsehen eines einheitlichen Kam­ merkörpers, der mit unterschiedlichen Bestückungssätzen ver­ sehen werden kann, wobei sich durch die Reihenschaltung meh­ rerer Lichtbogenkammern das Lichtbogenkammersystem an die Ar­ beitsspannung und die erforderliche Schaltleistung anpassen läßt. Jede Lichtbogenkammer kann dabei unabhängig von der Di­ mensionierung des Kammerkörpers und der Löschblechbreiten mit einer unterschiedlichen Anzahl von Lichtbogenkammermodulen bestückt werden, wobei sich durch die Addition mehrerer Lichtbogenkammern die Arbeitsspannung entsprechend erhöhen läßt.

Da das Schaltvermögen unter anderem durch das Energieaufnah­ mevermögen des gesamten Lichtbogenkammersystems und damit der Wärmekapazität der gesamten Kammermasse des Lichtbogenkammer­ systems bestimmt wird, läßt sich das Lichtbogenkammersystem auch bezüglich seiner Schaltleistung modifizieren. Dabei läßt sich eine Arbeitsspannung von beispielsweise 2000 V sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 als auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 erzielen, wobei jedoch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 die Schaltleistung nied­ riger als bei crem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist. Das gezeigte Lichtbogenkammersystem läßt sich somit an eine Viel­ zahl von unterschiedlichen Arbeitsspannungen und eine Viel­ zahl von unterschiedlichen Schaltleistungen anpassen.

Darüber hinaus ist das gezeigte Lichtbogenkammersystem kei­ neswegs auf die Anwendung bei einem Gleichstromschalter be­ schränkt, sondern kann auch bei einem Wechselstromschalter in vergleichbarer Form Anwendung finden.

Claims (11)

1. Lichtbogenkammersystem mit
einem Kammerkörper (1), bei dem an den Innenseiten zweier gegenüberliegender Seitenwände (10) eine Vielzahl von Nuten (2) angeordnet sind, und
einer Mehrzahl von Lichtbogenkammermodulen (4, 5), die jeweils zwei gegenüberliegende Seitenteile (9) aufweisen, zwischen denen jeweils eine Vielzahl von Löschblechen (8) angeordnet sind,
wobei der Abstand zwischen zwei Seitenteilen der Lichtbogenkammermodule dem Abstand zwischen zwei oder mehreren Nuten an den Innenseiten des Kammerkörpers entspricht und
wobei die Lichtbogenkammermodule mit den Seitenteilen in die entsprechenden Nuten der Seitenwände eingesetzt werden.

2. Lichtbogenkammersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten parallel und gleich beabstandet sind.

3. Lichtbogenkammersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nuten in den Randbereichen der Wände halb so groß wie die Breite der von den Randbereichen der Wände weiter beabstandeten Nuten ist.

4. Lichtbogenkammersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich zweier gegenüberliegender Seiten eines Kammerkörpers jeweils eine Lichtbogensonde (3) vorgesehen ist.

5. Lichtbogenkammersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lichtbogenkammermodul eine Mehrzahl von Löschblechen (8) umfaßt, die zwischen zwei isolierenden Seitenteilen (9) parallel zueinander angeordnet sind.

6. Lichtbogenkammersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lichtbogenkammermodul eine Mehrzahl von Isolierteilen (7) umfaßt, die zwischen den zwei isolierenden Seitenteilen und benachbart zu den Löschblechen angeordnet sind.

7. Lichtbogenkammersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile der Lichtbogenkammermodule derart bemessen sind, daß sie über die Löschbleche und Isolierteile in Form eines Führungselements (6) vorstehen, wobei die Stärke der Seitenteile der Breite der Nuten in den Randbereichen bzw. der halben Breite der von den Randbereichen weiter beabstandeten Nuten entspricht.

8. Lichtbogenkammersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile der Lichtbogenkammermodule und die Seitenwände des Kammerkörpers aus elektrisch isolierendem thermisch stabilen Material bestehen, das eine hohe Wärmekapazität aufweist.

9. Lichtbogenkammersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Seitenteilen dem N-fachen Abstand zwischen zwei benachbarten Nuten entspricht, wobei N eine ganze positive Zahl ist.

10. Lichtbogenkammersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Seitenteilen und damit die Breiten der Löschbleche und Isolierteile entsprechend der gewünschten Schaltleistung gewählt wird.

11. Lichtbogenkammersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Lichtbogenkammermodule entsprechend der zu erwartenden Arbeitsspannung gewählt wird.