DE2029252C3 - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

schleife parallel zu den Blechen ausbilden kann. Bei hohen Strömen ist aber der Bogendurchmesser verhältnismäßig groß.

Aus der deutschen Patentschrift 1 U54 140 ist ein Schalter mit einer Löschbieche enthaltenden Löschkammer ohne Laufschienen bekannt. Am Ende der Löschkammer sind Expansionskammern für die heißen Gase vorgesehen. Die parallel zur Bewegungsebene des Lichtbogens angeordneten Kammerwände konvergieren mit zunehmender Entfernung von den Kontakten und bilden dadurch eine Düse, deren Mündung von parallel und in geringem Abstand zueinander angeordneten Teilen der Kammerwände gebildet wird. Der Lichtbogen wird unter der Wirkung des Magnetfeldes

Innern der Löschkammer dar?" ten sich verlängernden Lichtbogen aufgcheu.-n Gase werden in der Düse beschleunigt und r- »-.„er vor der Düsenmündung angeordneter. . . Jnvand umgelenkt, mit der eine Drucksteigt :ng erzeugt wird. Es wird somit die Geschwindigkeit .' ; Gase in Druck umgesetzt. In der Düsenmündung sind die Löschbleche angeordnet, die bis in den verjüngten Teil der Löschkammer hineinragen. Die Düse endet somit zwischen den Löschblechen, und der Lichtbogen ist gezwungen, sich noch innerhalb der Düz? aufzuteilen. Der Schalter ist somit für große Lichtbogenbewegungsgeschwindigkeiten nicht geeignet.

200 V cm und mehr erreichbar. Durch die Düse wird zugleich ein Rücklauf des Lichtbogens zu den Schalikontakten verhindert. Rückzündungen können somit nicht auftreten.

Bei dem Schalter nach der Erfindung wird auch die Kühlwirkung der Bleche durch ihren geringen Abstand bis zu weniger als I mm, die verminderte Länge der Teillichtbogen und durch die hohe Aufireffgeschwindigkeit des Lichtbogens auf die Bleche erhöht. Die Spannungserhöhung durch die Schleifenbildung wird bei dem Schalter nach der Erfindung kompensiert durch die zusätzlich zur Kühlung durch die Bleche wirkende intensive aerodynamische Kühlung. Die Zahl der Bleche und damit die Zahl der

ebreitet, und die im 15 Te;ilichtbogen kann bei gleicher Kammerbreite entsprechend erhöht werden. Damit erhält man auch eine entsprechend erhöhte Löschspannung. Durch die spiungartig erhöhte Lichtbogenspannung beim Einlaufen in die Löschbleche erhält man entsprechend verminderte Löschzeiten und somit geringe Sclialtzeiten des Schalters.

Zur Erläuterung dtr Gründung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, i" der ein Ausführungsbeispiel eines Schalters nach der Erfindung schematich veranschaulicht ist.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt eines Schalters mit einem Löschkanal in Bewegungsrichtung der Schaltkontakte und

F i g. 2 einen Schnitt durch den Löschkanal senk-

g
Löschkammer dargestellt.

In Fig. I sind die Schaltkontakte2 eines elektrischen Schalters, beispielsweise für einen Gleichstrom 0 i S

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be-

kannten Schalter mit Löschblechkammern und Lauf- 30 recht "zur Bewegungsrichtung der Schaltkontakte: in schienen hinsichtlich ihres Schaltvermögens zu ver- Fig. 3 ist eine besondere Ausführungsform der

bessern. Sie beruht auf der Überlegung, uaß mit einer senr hohen Lichtbogengeschwindigkeit auch ohne Schleifenbildung eine Aufteilung des Lichtbogens

und damit ein Einlaufen des Eogens in Löschbleche 35 von ei va 300 bis 3(300 A und einer Spannung von nv* einem geringen Abstand möglich ist, wenn er be- 320 V, mit 2, die den Löschkanal begrenzende Laufreits vor dem Auftreffen auf die Löschbleche zusatz- schiene für den Lichtbogen mit 4 und die Löschlich gekühlt wird. bleche mit 6 bezeichnet. Die Bewegungsrichtung der

Die Erfindung wendet zur Be^u.^nigung des Schaltkontakte 2, von denen iro allgemeinen einer Lichtbogens Maßnahmen an, die in der Gasdynamik 40 f_e=t und der andere beweglich sein kann, ist durch

einen Doppelpfeil angedeutet. Die Laufschienen 4

zur Beschleunigung von Gasen bekannt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Löschkanal zwischen den Schaltkontakten und den Löschblechen quer zur Bewegungsebene der Schaltkontakte und quer zur Bewegungsebene aes Lichtbogens eine düsenförmige Querschnittsverengung aufweist, die für eine aerodynamische Beschleunigung des Lichtbogens bemessen ist, der hinter der Düsenmündung zwischen die Löschbleche tritt.

In der Düse wiro der Druck in Geschwindigkeit umgesetzt und der Lichtbogen auf eine höht" Laufgeschwindigkeit beschleunigt. Für eine Strömungsgec_CWin.-;ioli_: it des Plasmas etwas unterhalb Mach 1

ppp g

liegen jeweils mit dem zugeordneten Schaltkontakt 2 auf gleichen Potential. Die Schaltkontakte sind jeweils an eine Gleichstromklemme angeschlossen, die mit P und N bezeichnet sind, Die Löschbleche 6 können jeweils aus 1 mm dickem Eisenblech bestehen und mit gleichem Abstand von etwa 0,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise etwa 0,7 bis 2 mm, insbesondere etwa 0,8 bis 1.2mm, über die Breitet des Löschkanals von beispielsweise etwa 30 mm verteilt sein. Die maximale Hohe h der Löschbieche kann etwa 35 mm betragen.

Eine günstige Wirkung auf das Einlaufen des Lichtbogens in die Löschbleche erhält man in bereicht eine Düse aus, die lediglich eine zur aerodyna- 55 kannier Weise dadurch, daß dat. umeic, J. h. Jen mischen Beschleunigung bemessene Querschnittsver- Schaltkontakten zugewandte Ende der Löschengung aufweist. Strömungsgeschwindigkeiten über
Mach 1 et. alt man mit einer Düse, deren Querschnitt
sich i/n Anschluß an die Verengung wieder erweitert.
Durch die aerodynamische Beschleunigung des So
Lichtbogens auf eine hohe Geschwindigkeit erhält
man eine zusätzliche aerodynamische Kühlung des
Bogens und damit eine entsprechend verbesserte
Löscliwirkung. Der Lichtbogen läuft nit hoher Geschwindigkeit auch in Bleche mit einem geringen Ab- 65 nals 5 zwischen den Schaltkontakten 2 und den stand ein und nimmt dort auch ohne Schleifenbil- Löschblechen5 wird nach Fig. 2 quer zur Bewegungsrichtung der Schaltkontakte 2 von Isolierstoff-Löschfeidstärken von platten 8 begrenzt. Die Düsenform im Löschkanal

bletheo ungleich gestaltet ist. Zu diesem Zweck kann beispielsweise jedes zweite Blech um einige Millimeter, vorzugsweise etwa 5 mm, zurückversetzt bein. Die seitlichen Laufschienen 4 können /weckmäßig aus Kupfer oder aus verkupferten Schienen bestehen.

Das Profil der Löschbleche 6 und die düsenförni'ge Gestaltung wenigstens eines Teil:, des Löschkah d Shlkk 2 d d

dung ein«" hohe Spannung auf.
Mit solchen Schaltein sind

wird durch Einsätze 10 aus elektrisch isolierendem geren Blechdicke, beispielsweise etwa 0,5 mm, kann

Material, vorzugsweise einer bearbeitbaren Keramik, der engste Düsendurchmesser einer Laval-Düse nach

oder Kunststoff gebildet. Die den Mittelpunkt des Fig. 2 zweckmäßig etwa 1 bis 2 mm, vorzugsweise

Löschkanals zugewandte Oberfläche der Teile IO etwa 1,5 mm, betragen. Mit diesem Schalter erhält

kann für besonders hohe Laufgeschwindigkeiten, ins- 5 man eine Löschspanr.jng von wenigstens 300 V^: und

besondere über Mach 1, das Profil einer Laval-Düse damit eine Löschfcldstarke von über 150 V/cm. Dic-

haben. Da·: Einlaufen des Lichtbogens in die Lösch- ser Schalter löscht den Lichtbogen bei einem Strom

bleche 6 wird in bekannter Weise durch Ausschnitte von etwa 2000 bis 3000A in etwa 0,3 bis 0,5 msec.

12 begünstigt. Die Schaltzeit eines Schalters nach der Erfindung ist

Abweichend von der Ausführungsform nach io wegen der verminderten Löschzeit so gering, daß

Fig. 2 mit Einsätzen 10 zur Bildung des Düsenpro- man beim Schalten von Wechselstrom eine strombe-

fils können die Kammerwände 8 und die Einsätze 10 grenzende Wirkung erhält.

auch aus einem Stück hergestellt sein. Unter Umstän- In einer Ausführungsform eines Schalters mit we-

den kann es zweckmäßig sein, nicht den gesamten niger hohen Anforderungen an die Schaltzeit und so-

Kammerraum zwischen den Schaltstücken 2 und den 15 mit etwas iängerer Lichtbogei.dauer genügt eine

Löschblechen 6 als Düse zu gestalten. Endet die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit beim Eintreffen des

Düse 10 bereits in einem vorbestimmten Abstand un- Lichtbogens an den Löschblechen von wi'ger als

terhalb der Löschbleche 6, so ist zwischen dem Du- Mach 1. Für solche Betriebsfälle kann an Stelle der

senmund und den Löschblechen 6 immer noch die im Ausführungsbeispiel gewählten Laval-Düse auch

aerodynamische Beschleunigung des Lichtbogens 20 eine normale konvergierende Düse für die aerodyna-

durch die Düse 10 wirksam. Für den Effekt der Düse mische Beschleunigung des Lichtbogens ausreichen.

10 ist es auch nicht erforderlich, daß diese am obe- Eine besonders geringe Ausdehnung und kom-

ren Ende der Schaltstücke 2 beginnt. pakte Bauform der LöschkammerS erhält nan mit

Mit der düsenförmigen Gestaltung des Löschka- einer Düse, deren Mund in den Ausschnitt 12 hinein-,

nals nach der Erfindung erhält man geringe Schalt- 25 ragt. Ii diesem Falle können die Löschbleche 6 einen

zeiten. Die Schaltzeit wird wesentlich bestimmt durch in uer Fijur nicht dargestellten zusätzlichen seitli-

die Lichtbogendauer, das ist die Zeit vom Beginn des chen Ausschnitt erhalten, oder die Bleche können

Öffnens der Schaltstücke 2 bis zum Ende des Strom- auch jeweils in den oberen Teil der Düsrnkörper 10

flusses. Mit dem im Ausführungsbeispiel dargestetl- hineinragen. Ferner können auch die oberen Teile ten Gleichstromschalter für etwa 300 bis 3000A 30 der Düsenkörper mit einem entsprechenden seitli-

Nennstrom mit einer lichten Weite c der Kammer chen Ausschnitt für die Löschbleche versehen sein,

von beispielsweise etwa 10 mm und einem geringen wie in F i g. 3 veranschaulicht ist. In dieser Ausfüh-

Abstand der Löschbleche kann der Düsendjrchmes- rungsform sind die Kammerwände 14 zwischen den

ser an der engsten Stelle α der Düse 10 etwa 0,5 bis Löschblenden 6 und den Schaltstücken 2 selbst als 3 mm, vorzugsweise etwa 0,8 bis 2 mm, insbesondere 35 Düse gestaltet.

etwa 1 mm, betragen. Mit dieser Gestaltung der Die Löschspannung des Schalters wird im wesent-

Kammer enthält man eine Löschspannung von etwa liehen bestimmt durch die Blechdicke, den Blechab-

300 bis 400 V und eine Löschfeldstärke von etwa stand und deren Anzahl. Wird bei einer vorgegebe-

i00 bis 150 V/cm. Zur Lösung eines Gleichstromes nen Kammerbreite die Blechdicke und/oder deren von etwa 2000A benötigt dieser Schalter nur etwa 40 Abstand vermindert, so kann auch die Löschfeld -

0,5 msec. stärke noch entsprechend erhöht werden.

Bei einer Ausführungsform des Schalters nach der Mit der düsenförmigen Gestaltung des Löschka-Erfindung für einen Kurzschluß-Wechselstrom bis zu nalquerschnittes wird nicht nur die Anstiegszeit der etwa 20 000 A mit einer Netzspannung von 220 V, Spannung verkürzt, sondern auch deren Streubreite einer Frequenz von 50Hz, einem geringen Blechab- 45 verringert. Dadurch wird ebenfalls eine Vermindestand von beispielsweise etwa 1 mm und eine." gerin- rung der Schaltzeit erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

2 02Q 252 ι gememc Aufgabe, die durch Verlängerung oder Patentansprüche: durch Kühlung des Lichtbogens erhöhte Lichtbogen spannung übi1!· die treibende Spannung hinaus zu

1. Elektrischer Schalter, insbesondere für vergrößern. Durch Luftbeblasung oder auch durch Niederspannungskreise, mit einer Löschkammer, ά magnetische Beblasung mit sogenannten Blasspuien die relativ zueinander bewegliche Schaltkontakte wird der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten enthält, zwischen denen ein Lichtbogen gezogen weggeblasen und dadurch verlängert. Mit dner bewird, und die quer zur Bewegungsebene der sonderen Gestaltung des Schalters kann der Lichtbo-Schaltkontakte durch Isolierstoffkörper abge- gen auch durch sein Eigenmagnetfeld zwischen den schlossen ist, und die Löschbleche enthält, gegen io Kontakten weggeblasen werden.

die der Lichtbogen über leitende Teile der Kam- Aus der deutschen Patentschrift 1 006 928 ist ein merwand bewegt wird, dadurch gekenn- Schalter mit einer Löschkammer für den Öffnungszeichnet, daß der Löschkanal (S) zwischen lichtbogen bekannt, deren Seitenwand zum Teil aus den Schaltkontakten (2) und den Löschbiechen elektrischen Widerständen besieht, die durch den (6) quer zur Bewegungsebene der Schaltkontakte 15 wandernden Lichtbogen in den Stromkreis einge-(2) und quer zur Bewegungsebene des Lichtbo- schaltet werden. Die Widerstände sind hörnerartig gens eine düsenförmige Querschnittsverengung gebogen und erleichtern durch ihre Form das Abaufweist, die für eine aerodynamische Beschleu- W2ndern des Lichtbogens von den Schaltkantakten nigung des Lichtbogens berr :ssen ist, der hinter Unmittelbar über den Schaltko.'itakten oder etwas der Di'Senmündung zwisch 1 die Löschbleche (6) ao zurückversetzt sind zwischen den Widerständen Iatritt. mellenartige Löschbleche in ähnlicher Form wie die

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- an der Kammerwand liegenden Widerstände anzeichnet, daß der Löschkanal (5) in der Bewe- geordnet. Dieser Gestaltung der Löschkammer liegt gungsrichtung des Lichtbogens nach der Quer- die Aufgabe zugrunde, die Blasluftströmung einzuschnittsverengung eine Erweiterung aufweist. 35 halten und die Kühlung und Entionisierung des

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Kammerraumes zu begünstigen. Die Zwischenwände zeichnet, daß der Querschnitt des Löschkanals oder Stege in solchen Schaltern können auch keilför-(5) die Form einer Lavai-Düse hat. inig in die Löschkammer ragen und aus Keramik be-

4 Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 stehen. In diesen sogenannten Keilkammern erreicht für einen Gleichstrom von etwa 300 bis 3000A 30 man eine Löschfeldstärke von etwa 5 bis 10 V/cm,
mit einer Kammerbreite von etwa 30 mm, da- Eine bessere Wirkung auf den Lichtbogen erhält

durch gekennzeichnet, daß der geringste Düsen- man durch die Anordnung von Löschblechen aus durchmesser etwa 0,3 bis 2 mm, insbesondere elektrisch leitendem Material am Ende der Kammer, etwa 1 mm beträgt. die beispielsweise aus der britischen Patentschrift

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 35 714 979 bekannt ist. Die Lichtbogenfußpunkte ruhen für einen Kurzschlußwechselstrom bis zu etwa an den Enden der Schaltkontakte, und die Lichtbo-20 000 A bei einer Spannung von etwa 220 V und genspannung wird durch die Ausdehnung des Lichteiner Frequenz von 50Hz mit einer Kammer- bogens, sogenannte BIe enbildung, erhöht. Der so breite von etwa 20 mm, dadurch gekennzeichnet, verlängerte Lichtbogen tritt zwischen die Löschdaß der geringste Düsendurchmesser 1 bis 2 mm, 4° bleche, die dessen Spannungsabfall zusätzlich durch insbesondere etwa 1,5 mm, beträgt. den Spannungsverlust der Bogenfußpunkte an den

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 einzelnen Blechen erhöhen, die als Zwischenelektromit Löschblechen, deren unterer Rand mit einer den wirken.

Ausnehmung versehen ist, dadurch gekennzeich- Eine Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit des net, daß der Düsenmund in die Ausnehmung hin- 45 Lichtbogens erhält man mit einer aus der deutschen einragt. Offep.iegungsschrift 1 905 588 bekannten AusführungsforTti einer Löschkammer. Die in der Bewegungsebene der Kontakte liegenden Kammerwände

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen sind mit elektrisch leitenden Teilen, sogenannten Schalter, insbesondere für Niederspannungskreise, 50 Laufblechen oder Laufschienen, versehen, an denen mit einer Löschkammer, die relativ zueinander be- die Fußpunkte des Lichtbogens wandern. Der Lichtwegliche Schaltkontakte enthält, zwischen denen ein bogen wird in der Kammer beschleunigt und trifft Lichtbogen gezogen wird, und die quer zm Bcwe- n-.ii großer Geschwindigkeit ?»>f die Stirnkanten der gungsebene der Schaltkontakte durch Isolierstoffkör- in der Bewegungsrichtung des Bogens angeordneten per abgeschlossen ist, und die Löschbleche enthält, 55 Bleche. Mit einer möglichst großen Durchbiegung gegen die der Lichtbogen über leitende Teile der des Lichtbogens, die zu einer Schleifenbildung zwi-Kammerwand bewegt wird. sehen den einzelnen Löschblechen führt, wird jeder

Hochspannungsschalter für Wechselstrom schalten Teillichtbogen und damit auch der gesamte Lichtbo-

im allgemeinen im Stromnulldurchgang. Ihre Lösch- gen entsprechend verlängert. Die Schleifenbildung ist

kammern sind so gestaltet, daß eine Rückzündung 60 aber nur möglich mit einem gewissen Mindestab-

des Lichtbogens nach dem Stromnulldurchgang ver- stand der einzelnen Löschbleche.

hindert wird. Solche Schalter sollen im allgemeinen Aus »Elektrie«, 1962, Heft 8, S. 270 bis 276, ist

nicht besonders schneii schalten wegen der dadurch zwar bekannt, daß eine Aufteilung des Lichtbogens

möglichen Spannungsspitzen und deren Netzrückwir- auch mii Löschblechen möglicht ist, die nur in einem

kung. . 65 geringen Abstand voneinander angeordnet sind; der

Niederspannungsschalter sind dagegen so gestaltet, Blechabstand soll jedoch nicht kleiner sein als der

daß sie den Schaltlichtbogen in möglichst kurzer Zeit Durchmesser des vor der Einwanderung stehenden

löschen können. Diese Schalter lösen deshalb die all- Lichtbogens, damit sich noch jeweils eine Bogen-