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Funkenkammer für Luft-Leistungsschalter Die Erfindung betrifft allgemein
Funkenkammern für elektrische Leistungsschalter und insbesondere solche, welche
eine Vielzahl von auf Abstand zueinander angeordneten Platten verwenden, um einen
Lichtbogen in kleinere Segmente während der Auslöschung zu unterteilen.
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Einige Leistungsschalter zur Wechselstroinunterbrechung verwenden
eine Funkenkammer, welche einen Stapel von auf Abstand zueinander angeordneten Metallplatten
verwenden, welche zwischen einem Paar von Bogenläufern und benachbart zu den Leistungsschalter-Kontakten
angeordnet sind, und zwar gewöhnlich darüber.
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Solche Platten teilen den langen Lichtbogen zwischen den Bogen läufern
in eine Vielzahl von seriengeschalteten kleineren Lichtbogen auf, während er sich
durch die Funkenkammer bewegt. Dabei
Es ist ein Ziel der Erfindung,
eine verbesserte Funkenkammer zu schaffen, welche eine Kombination von Metallplatten
und Iso-lierplatten verwendet, welche teilweise mit einem feuerfesten Isoliermaterial
beschichtet sind, um einen Bogenlöschung zu bewirken und um ein Überschlagen des
Bogens zu vermeiden.
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J'in weiteres Ziel besteht darin7 eine Funkenkammer der oben genannten
Art zu schaffen, welche einen verlängerten Weg füic den Lichtbogen aufweist und
ein überschlagen des Lichtbogens über die Oberseite des Stapels von Platten verhindert
Ein weiteres Ziel besteht darin, eine Funkenkammer zu schaffen, welche enge Passungstoleranzen
zwischen unähnlichen Teilen vermeidet, welche elemente darstellen, um eine wirksame
Bogelöschung zu bewirken.
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Ein weiteres Ziel besteht darin, eine Funkenkammer zu schaffen, welche
Platten verwendet, die von einheitlicher Größe und Form sind, die jedoch derart
beschichtet sind, daß eine Funkenkammer gebildet wird, welche die Vorteile von lletall-und
Isolir-ilatten in Kombination aufweist.
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Ein weiteres Ziel besteht darin, eine Funkenkammer der obengenannten
Art zu schaffen, welche in der Herstellung wirtschaftlich und im Betrieb zuverlässig
ist.
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Weitere Ziele und Vorteile gehen aus den nachfolgenden husführungen
hervor.
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Die Erfindung betrifft eine Funkenkammer, in welcher ein Stapel oder
eine Vielzahl von zueinander auf Abstand angeordneten Platten, die vorzugsweise
aus einem magnetisierbaren Material bestehen, zwischen einem Paar von Bogenläufern
angeordnet sind und bei welcher nach der Bewegung des Lichtbogens durch den Stapel
ein Überschlagen oder erneutes Ziinden des Lichtbogens über die Oberseite des Stapels
leicht auftreten kann. Gemäß der
besteht das Ziel, darin, die Wiederzündungsspannung
des Lichtbogens auf einen Pegel anzuheben, welcher permanent über seine Wiederkehrspannung
liegt. Die Auslöschung wird unterstützt durch die Kühlung der kleinen Lichtbogen
in Berührung mit den Metallplatten und durch die vorhandene Turbulenz, wenn sich
die Lichtbogen durch den Raum zwischen den Metallplatten hindurchbewegen.
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Um eine Wiederzündung des Lichtbogens nach Durchgang durch den Plattenstapel
zu vermeiden, ist es üblich gewesen, die aus massivem isoliermaterial hergestellten
Platten in koplanarer Kantenbeziehung mit der Oberkante von einigen oder allen der
Metallplatten anzuordnen. Um dies allein durchzuführen, muß jedoch eine enge Passungstoleranz-
zwischen den Kanten der Metallplatten und der Isolierplatten eingehalten sein. Es
sind Platten aus massivem Isoliermaterial auch zwischen Paare oder Gruppen von Hetallplatten
eingesetzt worden, um die Auslöschung des Lichtbogens zu unterstützen, indem ein
mühsamerer Weg für den Lichtbogen gebildet wird. Die US-Patentschrift 3 296 402
veranschaulicht die obige Vorgehensweise.
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Aus der Us-Patentanschrift 2 911 505 ist eine Anordnung bekannt, in
welcher alle Platten in der Funkenkammer aus massiven Scheiben von magnetisierbarem
Metall bestehen und vollständig mit zwei verschiedenen Typen von Isoliermaterial
beschichtet -sind. Jedenfalls haben diese beiden Vorschläge und die Verwendung von
isolierenden Platten in verschiedenen Anordnungen init Metallplatten, um die Lichtbogen-Auslöschung
zu unterstützen, wenn auch das erwünschte elektrische Ergebnis erzielt werden konnte,
sehr oft zu kostspieligeren, komplizierteren und empfindlicheren Funkenkammern geführt.
Es ist daher wünschenswert, neue und verbesserte Funkenkammern zu schaffen, in welchen
die Platten so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Fähigkeit der Löschung der
I"unkenkanmer verbessert wird, während gleichzeitig die Anzahl und die kosten der
Teile reduziert werden, welche andernfalls erforderlich sind und die ISerstellungsarbeitsgange
vereinfacht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung einen
Teil einer erfindungsgemäßen Leistungsschalter-Funkenkammer und Fig. 2 eine Ansicht
entlang der Linie II-II der Fig.1.
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Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 bezeichnen die Bezugszahlen
10 und 12 jeweils stationäre und bewegliche Kontakte eines elektrischen Leistungsschalters,
welche voneinander getrennt werden, um einen Bogen zu erzeugen.
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Eine Bogenkammer 14 ist den Kontakten 10 und 12 zugeordnet und umfaßt
ein k>aar auf Abstand voneinander angeordnete Seitenwände 16 und 18, welche aus
einem elektrisch isolierenden Material wie Keramik, isolierender Faser oder ähnlichem
bestehen. Die Seitenwände 16 und 18 sind gegenseitige Spiegelbilder und sind mit
entsprechenden Vorsprüngen und Ausnehmungen ausgestattet, um darin verschiedene
Bauteile afzunehmen, wenn die Seitenwände miteinander verbunden werden. Die Seitenwände
16 und 18 legen eine Bogenkammer 20 im unteren Teil der Funkenkammer 14 fest, in
-welcher der stationäre Kontakt 10 und der bewegliche Kontakt 12 angeordnet sind.
Der stationäre Kontakt 10 ist in bezug auf die Funkenkammer 14 an einem Ende der
Kammer 20 fest angeordnet. Der stationäre Kontakt 10 ist elektrisch mit einem ersten
stationären elektrisch leitenden Bogenläufer 22 verbunden, welcher ebenso an dem
obengenannten Ende der Kammer 20 der Funkenkammer 14 angeordnet- ist. Der bewegliche
Kontakt 12 ist für eine Drehung im Uhrzeigersinn (in bezug auf Fig. 1) innerhalb
der Kammer 20 der Funkenkammer 14 drehbar angeordnet, und zwar derart, daß er mit
dem statlonären Kontakt 10 jeweils in und außer Eingriff bringbar ist,
Erfindung
wird vorgeschlagen, einige der Metallplatten mit einem feuerfesten lichtbogenbeständigen
Isoliermaterial wie einem keramischen Material in ihren obersten Bereichen zu beschichten
und die beschichteten Platten zwischen den unbeschichteten Platten in neuen bevor
zu ten Anordnungen vorzusehen, um ein Überschlagen zu verhindern und um die Länge
des Lichtbogens in den heißeren Bereichen der Funkenkammer zu erhöhen, jedoch solche
beschichteten Platten in Verbindung mit den übrigen Platten im Stapel nur insofern
zu verwenden, wie es notwendig ist, so daß soviele Metallplatten im Stapel beibehalten
werden, wie es möglich ist, um den notwendigen Spannungsabfall zu liefern, um eine
höhere Lichtbogenspannung zu bewirken.
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Wenn der bewegliche Kontakt 12 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird,
kommt er in die Nähe eines zweiten stationären elektrisch leitenden Bogenläufers
24, welcher am anderen Ende der Kammer 20 der Funkenkammer 14 angeordnet ist und
vom Bogenläufer 22 entfernt angeordnet ist. Während der Unterbrechung eines Kreises
wird ein zwischen den Kontakten 10 und 12 aufgebauter Lichtbogen derart übertragen,
daß er zwischen den Bogenläufern 22 und 24 aufgebaut wird und auf denselben nach
oben wandert, wie es nachfolgend, erläutert wird.
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Die Funkenkammer 14 umfaßt einen Stapel von Platten 26, welche sich
zwischen den Seitenwänden 16 und 18 oberhalb der Kammer 20 erstrecken und auf Abstand
zueinander zwischen den Bogenläufern 22 und 24 angeordnet sind, Ein Ende des Stapels
der Platten 26 ist näher an den Kontakten als das andere Ende. Die Funkenkammer
14 ist mit einer Einrichtung ausgestattet, um die von der Oberseite des Stapels
der Plattev',26 abgegebenen Gase zu kühlen.
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Eine derartige Einrichtung weist die Form von hohlen-Ablenkflächenelementen
42 auf, welche durch die perforierten isolierenden Elemente 44 getragen werden.
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Alle Platten im Stapel 26 besitzen dieselbe Form und Größe und können
so ausgebildet sein, daß sie aus einem magnetisierbaren Material wie kupferplattiertem
Stahl b'estehen.-Die Platten im Stapel 26 sind in bezug aufeinander derart angeordnet,
daß die oberen Kanten von allen Platten (die von den Kontakten am weitesten entfernten
Kanten) in einer ersten gemeinsamen horizontalen Ebene enden. Die oberen Kanten
der Bogenläuf er 22 und 24 enden ebenfalls in oder unterhalb der obengenannten ersten
Ebene. Die unteren Kanten von allen Platten im Stapel 26 (die zu den Kontakten am
nächsten gelegenen Kanten) enden in einer zweiten gemeinsamen horizontalen Ebene
Die Platten im Stapel 26 werden durch eine entsprechende Einfassung in den in den
Seitenwanden -16 und 18 vorgesehenen Rillen 30 gehalten. Jede Platte im Stapel 26
ist mit einem dreieckigen Schlitz 28 an ihrer unteren Kante
ausgestattet,
um den Lichtbogen in den-Stapel der Platten während des Betriebs der Funkenkammer
zu führen.
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Gemäß der Erfindung sind die Platten, welche durch die Bezugszahlen
32, 34, 36, 38 und 40 bezeichnet sind, alle nahe ihren oberen Enden, d.h., den Bereichen
derselben, welche am weitesten von den Kontakten 10 und 12 entfernt sind, mi-t einer
Schicht v-on isolierendem keramischem Material versehen, welches durch Aufsprühen
oder Tauchen und, eine Wärmebehandlung aufgebracht ist. In der dargestellten Ausführungsform
sind zwei unbeschichtete Platten zwischen den Platten 32 und 34, zwischen den Platten
34 und 36, zwischen den Platten 36 und 38 und zwischen den Platten 38 und 40 eingesetzt.
Der Abstand zwischen jeder Platte und einer benachbarten Platte im Stapel ist regelmäßig,
und dieselbe Yeststellzung trifft zu für den Abstand zwischen den Bogenläufern 22
und 24 und, den dazu benachbarten Platten. Die unbeschichteten Platten im Stapel
sind nämlich in Gruppen angeordnet, welche voneinander durch eine beschichtete Platte
getrennt sind, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. In der dargestellten Äusführungsform
umfaßt jede Gruppe zwei unbeschichtete Platten, ausgenommen die letzte Gruppe, welche
dem Läufer 22 am nächsten ist, welche nur eine Platte aufweist.
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Ein Überschlag des Lichtbogens am oberen Ende des Stapels 26 ist wirksam
verhindert durch beschichtete Platten, welche gemäß der Darstellung angeordnet sind.
Die Anordnung der beschichteten Platten erfordert auch einen mühsameren Weg für
den Lichtbogen, wenn er die unteren Kanten der Beschichtung auf den Platten trifft
und beginnt, sich den Stapel emporzubewegen.
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Die Bunkenkxmmer 14 arbeitet folgendermaßen:
Es sei
angenommen, daß die Kontakte 10 und 12 des Leistungsschalters geschlossen sind unddaß
Strom über diese Kontakte fließt. Wenn der-Lontakt 12 gegen den Uhrzeigersinn bewegt
wird (in bezug auf Fig. 1), und zwar von der geschlossenen in die geöffnete Stellung,
tritt zwischen-den Kontakten 10 und 12 ein Lichtbogen auf. Aufgrund der vorhandenen
elektromagnetischen Kräfte wird der Endpunkt des Bogens auf dem Kontakt 10 auf den
Bogenläufer 22 übertragen, und der Endpunkt des Bogens auf dem Kontakt 12 bewegt
sich auf das äußerste Ende des Kontaktes 12. Der Bogen weist eine invertierte U-Form
auf, wobei der-höchste Punkt des Eintritts innerhalb der Schlitze 28 im Stapel der
Platten,26 am Ende des Stapels liegt, welcher dem Bogenläufer 22 am nähesten ist.
Wenn sich der bewegliche Kontakt 12 näher an. den Bogenläufer 24 bewegt, wird das
Bogenende auf dem ersteren auf den letzteren übertragen und ein verlängerter Bogen
wird zwischen den Bogenläufern.22 und 24 aufgebaut. Wenn sich der Bogen nach oben
durch die Schlitze 28 hindurch und an diesen vorbei im Stapel 26 bewegt, wird er
in eine Vielzahl von kleinen Bogen aufgeteilt, welche zueinander in einer Serienbeziehung
stehen.
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Die kleinen Bogen besitzen die Tendenz, sich durch den Stapel mit
einer verhältnismäßig gleichförmigen Rate nach oben zu bewegen. In der dargestellten
Ausführungsform sind die Bogenkräfte und die Bogen-Nebenprodukte an demjenigen Ende
der Funkenkammer am zahlreichsten, welches den stationären Kont,aktkräften am nächsten
liegt, und am oberen Ende des Stapels sind die Nebenprodukte -weniger wirksam. Jedoch
sind diese Faktoren in bestimmtem Umfange verschoben, bzw. versetzt, weil während
der Unterbrechung eines Lichtbogens die heißen Gase vom Lichtbogen durch die Funkenkammer
in einer AuSwärtsrichtung abgeführt werden.
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Da kühle Luft oder kuhles Gas vom Boden her eintritt, besteht ein
Temperaturgradient entlang dem vertikalen Weg der Funkenkammer. Das heißere Gas
in der oberen Zone besitzt eine geringere Durchschlagspannung als das kühlere Gas
in der unteren Zone. Wenn sich die Lichtbogen weiter durch den Stapel
bewegen,
wird dennoch ein Überschlag über die oberen Kanten der Platten im Stapel durch die
Beschichtung des Isoliermaterials auf den Platten 32, 34, 36, 38 und 40 aus verschiedenen
Gründen vermieden. Zunächst wird dann, wenn der kleine Lichtbogen zwischen jeder
unbeschichteten Platte und ihrer benachbarten beschichteten Platte die Kante der
Beschichtung trifft, seine AuSwärtsbewegung verlangsamt. Diese Verlangsamung des
Lichtbogens an verschiedenen Punkten hat die Wirkung, den Lichtbogen zu verlängern
und seine Spannung weiter zu erhöhen. Weiterhin tendieren die beschichteten Platten
dazu, die Wahrscheinlichkeit des Überschlages über die Oberseite der Metallplatten
zu vermindern, weil diese die Entfernung des Lichtbogens vergrößern, welche er zurücklegen
muß. Somit wird der Durchschlagweg wirksam vergrößert, und der Überschlag wird durch
eine erfindungsgemäße Funkenkammer verhindert.
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Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist es wünschenswert, möglichst
viele Metallplatten im Stapel zu haben, um die Lichtbogenspannung zu erhöhen. Die
Verwendung von beschichteten Metallplatten ermöglicht dies. Die Abgasprodukte von
dem Lichtbogen werden mittels der Ablenkflächen 42 gekühlt und kondensiert, bevor
sie aus der Funkenkammer ausgestoßen werden.
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Die Funkenkammer eines elektrischen Niederspannungs-Lutt-Leistungsschalters
des magnetischen Typs umfaßt einen Stapel von auf Abstand zueinander. angeordneten
Stahlplatten.
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Einige der Platten sind mit einem keramischen isolierenden Material
auf ihren obersten Bereichen beschichtet und sind zwischen Gruppen min unbeschichteten
Platten angeordnet, um den elektrischen-Durchschlagweg zu vergrößern und einen Überschlag
am oberen Ende der Funkenkammer zu verhindern, wo die Abgase am heißesten sind.
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- Patentansprüche -