DE2156400A1 - Elektrischer Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf in einem Flud untergetaucht arbeitende elektrische Leistungsschalter, die mit Einrichtungen zum Löschen der entstehenden Lichtbögen versehen sind.

Es sind Leistungsschalter bekannt, bei denen ein beweglicher Überbrückungskontakt mit zwei festen Kontakten zusammenarbeitet, um einen Stromkreis zwischen den festen Kontakten zu schließen bzw. zu unterbrechen. Hierbei ist der Überbrückungskontakt durch eine isolierende Tragkonstruktion unterstützt, und der Überbrückungskontakt ist für jeden der festen Kontakte mit einem Kontaktsatz versehen, der einen beweglichen Hauptkontakt und einen beweglichen Hilfs- bzw. Abreißkontakt umfaßt, der mit dem zugehörigen Hauptkontakt leitend verbunden ist, und die beiden Kontaktsätze sind miteinander elektrisch verbunden. Der bewegliche Hauptkontakt und der Hilfskontakt arbeiten mit einem Hauptkontakt bzw. einem Hilfs- oder Abreißkontakt zusammen, wobei die beiden zuletzt genannten Kontakte den festen Kontakt fcilden. Wenn alle Kontakte geschlossen sind, besteht eine Verbindung zwischen

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jedem Kontaktsatz und dem zugehörigen festen Kontakt über parallele Stromleitungswege, die über die Hauptkontakte und die Hilfs- oder Abreißkontakte verlaufen· Hierbei ist die Anordnung derart, daß die Abreißkontakte diese Verbindung später unterbrechen als die Hauptkontakte, und daß sie die Verbindung vor den Hauptkontakten wieder herstellen, so daß Lichtbögen nur an den Abreißkontakten entstehen können· Diese Abreißkontakte sind in einer Lichtbogenlöschkammer untergebracht, die mit einem zum Löschen der Lichtbogen geeigneten Flud gefüllt ist, bei dem es sich gewöhnlich um Öl handelt. Die Abreißkontakte beider Kontaktsätze sind in einer gemeinsamen Lichtbogenlöschkammer untergebracht, und die Anordnung ist gewöhnlich derart, daß die dem einen festen Kontakt zugeordneten Abreißkontakte veranlaßt werden, einen Lichtbogen zu ziehen, bevor an den dem anderen festen Kontakt zugeordneten Abreißkontakten ein Lichtbogen entsteht, so daß ein Gas erzeugt wird, dessen Druck bewirkt, daß sich ein Strom des Fludes quer zur Lichtbogenbahn des anderen festen Kontaktes zu einem gedrosselten Auslaß der Lichtbogenlöschkammer bewegt, um zum Löschen des Lichtbogens beizutragen.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen {Trennschalter der genannten Alt zu schaffen, der mit einer verbesserten Lichtbogenlöscheinrichtung versehen ist.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter, in ein IPlud eingetaucht arbeitender Leistungsschalter umfaßt zwei feste Kontakte, von denen jeder mit Haupt- und Abreißkontakten versehen ist, einen durch eine isolierende {Dragkonstruktion unterstützten beweglichen überbrückungskontakt mit zwei Sätzen von beweglichen Haupt- und Abreißkontakten, wobei die beweglichen Haupt- und Abreißkontakte jedes Satzes mit den Haupt- und Abreißkontakten des zugehörigen festen Kontaktes zusammenarbeiten können, und wobei die beweglichen Abreißkontakte in einer Lichtbogenlöschkammer angeordnet sind, die einen

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gedrosselten Auslaß aufweist, welcher so angeordnet ist, daß unter dem Einfluß des Druckgases, das "beim Entstehen eines Lichtbogens in der Kammer erzeugt wird, ein unter Druck stehender Fludstrom quer zu der Funkenstrecke zwischen mindestens einem Paar von festen und beweglichen Abreißkontakten geleitet wird, sowie einen oder mehrere Lichtbogen-Überschlagwege, die von mindestens einer Schleife aus ferromagnetischem Werkstoff umgeben sind.

Wenn bei einem solchen Leistungs- oder Trennschalter ein Lichtbogen entsteht, da sich die Abreißkontakte voneinander trennen, erzeugt der Lichtbogenstrom in der bzw. jeder Schleife aus ferromagnetischem Werkstoff Wirbelströme, so daß ein komplexes Magnetfeld entsteht, dessen Stärke zur Stärke des Lichtbogenstroins proportional ist. In diesem Feld sind Schleifen angeordnet, die den Überschlagweg in einem kleinen Abstand umschließen und jede dieser Schleißen bewirkt, daß der Lichtbogen gezwungen wird, längs der kürzesten möglichen Bahn zwischen den festen und den beweglichen Abreißkontakten zu verlaufen. Außerdem rufen die komplexen, in Wechselwirkung miteinander stehenden Felder, die durch die verschiedenen Schleifen während der Bewegung des überbrükkungskontaktes erzeugt werden, eine schnelle schwingende Störung des Lichtbogens längs des Überschlagwegs hervor, so daß sich das Öl und das Gas im Bereich des Überschlagwegs und in seiner Umgebung mit einer erheblichen Turbulenz bewegen. Diese Turbulenz trägt dazu bei, den Lichtbogen abzukühlen und die Stabilität des Lichtbogens zu verringern, so daß er für eine Entionisierung durch den sich quer zu dem Überschlagweg bewegenden Fludstrom empfindlicher wird. Infolgedessen kann der Lichtbogen leichter gelöscht werden als bei den . bekannten Leistungsschaltern. Daher kann man im Vergleich zu den bekannten Leistungsschaltern für einen gegebenen Lichtbogenstrom einen Leistungsschalter von kleineren Abmessungen vorsehen, oder ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter, dessen Abmessungen mit denen bekannter

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Leistungsschalter vergleichbar sind, kann im Vergleich zu bekannten Leistungsschaltern einen stärkeren Lichtbogenstrom bei der gleichen oder einer höheren Spannung verarbeiten·

Der Schalter ist vorzugsweise so ausgebildet, daß ein Lichtbogen zwischen einem ersten Paar von festen und beweglichen Abreißkontakten entsteht, bevor sich ein Lichtbogen ■ zwischen den festen und beweglichen Abreißkontakten des zweiten Paars ausbildet, und die Lichtbogenlöschkammer ist so geformt, daß das an den beiden ersten Abreißkontakten erzeugte Gas bewirkt, daß sich ein Öl strom quer zu dem Überschlagweg zwischen den Abreißkontakten des zweiten Paars bewegt} hierbei ist jedes Paar von Abreißkontakten von einer oder mehreren Schleifen aus ferromagnetischem Werkstoff umgeben.

Alternativ würde es möglich sein, den ferromagnetischen Werkstoff so anzuordnen, daß er nur das zweite Paar von Abreißkontakten umgibtk

Zwar könnte man für Jedes Paar von Abreißkontakten eine einzige sie umgebende Schleife vorsehen, doch ist es zweckmäßiger, zwei oder mehr solche Schleifen vorzusehen. Hierbei umfassen alle einem Paar von Abreißkontakten zugeordnete Schleifen vorzugsweise ein gemeinsames ferromagnetisches Bauteil, oder sie sind auf der Außenseite durch ferromagnetische Bauteile miteinander verbunden. Durch eine solche Anordnung wird die Komplexität des Magnetfeldes in der Umgebung des Lichtbogens gesteigert, und die Querschnittsfläche des Magnetfeldes wird vergrößert, so daß der Lichtbogen besser beeinflußt werden kann. Man kann die Komplexität des Magnetfeldes weiter dadurch steigern, daß man die Querschnittsfläche des äußeren Leitungswegs vergrößert; zu diesem Zweck kann man ein weiteres ferromagnetisches Bauteil vorsehen, das die den beiden durch einen Abstand getrennten Paaren von Abreißkontakten zugeordneten Schleifen miteinander verbindet.

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Alle Schleifen aus ferromagnetischem Werkstoff oder bestimmte ausgewählte Schleifen können entweder geschlossen oder offen sein, d.h. der ferromagnetische Leitungsweg, der sich um den Lichtbogen herum erstreckt, kann lückenlos oder aber durch einen oder mehrere Spalte unterbrochen sein. Die erfindungsgemäße Wirkung wird erzielt, solange eine ausreichende Menge des ferromagnetische Werkstpffs vorhanden ist, der es dem Lichtbogenstrom ermöglicht, ein die Stabilität des Lichtbogens beeinträchtigendes Magnetfeld zu induzieren·

Die beweglichen Überbrückungskontaktbaugruppen, die auch als "Liehtbogenfallen¹¹ bezeichnet werden, umfassen bei Leistungs- oder Trennschaltern der Bauart, auf die sich die Erfindung bezieht, zwei bewegliche Kontaktsätze, von denen jeder in einer laminaren Konstruktion enthalten ist, die gewöhnlich leitfähige äußere Platten umfaßt, welche die beweglichen Hauptkontakte bilden, ferner isolierende Schichten auf den Innenflächen dieser Platten sowie Schichten aus einem Fasermaterial oder einem anderen dem Lichtbogen standhaltenden Werkstoff auf der Innenseite der isolierenden Schichten, und diese laminare Konstruktion begrenzt einen Baum zum Aufnehmen der festen Abreißkontakte. Die beweglichen Abreißkontakte sind zwischen den 1eitiahigen äußeren Platten angeordnet und mit ihnen leitend verbunden,

Eine solche Konstruktion hat von Natur aus keine hohe Festigkeit, und die Kurzschlußleistung des gesamten {Trennschalters wird in vielen Fällen durch die Widerstandsfähigkeit der beweglichen laminaren Baugruppe gegen einen Innendruck begrenzt. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt die der laminaren oder geschichteten Konstruktion der beweglichen Kontaktbaugruppe zugeordnete ferromagnetische Schleife auf der Außenseite der leitfähigen äußeren Platten angeordnete ferromagnetische Streifen, die durch ferromagnetische Schrauben oder Bolzen verbunden sind, welche sich in der Querrichtung durch die verschiedenen Schichten der Lichtbogenfalle erstrecken. Diese Bolzen können ziemlich

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kräftig ausgebildet sein, und es zeigt sich, daß sie zu einer erheblichen Steigerung der Berstfestigkeit der beweglichen Kontaktbaugruppe führen· Es ist es möglich, zwei solche Bolzen vorzusehen und sie einen Bolzen auf jeder Seite des ■Überschlagwegs so anzuordnen, daß sie eine den Überschlagweg umgebende geschlossene Schleife bilden, doch werden vorzugsweise zwei oder mehr Paare von Bolzen vorgesehen, die auf verschiedenen Niveaus durch die aus Schichten aufgebaute Konstruktion ragen. Hierdurch wird nicht nur die Querschnittsfläche des magnetischen Leitungswegs oder der Schleife vergrößert, sondern auch die Berstfestigkeit der Lichtbogenfalle wird erhöht·

Zwar hat es eich als zweckmäßig erwiesen, Streifen und Bolzen aus Stahl zu verwenden, doch kann man auch andere ferromagnetische Werkstoffe einsetzen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1 in einem Mittel schnitt den beweglichen Überbrückungskontakt eines Leistungs- oder Trennschalters;

Pig. 2 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie A-A κ in Fig. 1} und

Fig· 3 in einem Teilschnitt einen festen Kontakt des Schalters, wobei ein Teil des Überbrückungskontaktes in seiner Schließstellung angedeutet ist.

Der Schalter umfaßt einen insgesamt mit 1 bezeichneten beweglichen Überbrückungskontakt, der durch eine isolierende Tragkonstruktion 2 unterstützt ist und mit zwei festen Kontaktbaugruppen 5 und 4 zusammenarbeitet, um einen Stromkreis zu schließen bzw. zu öffnen. Jede der festen Kontaktbaugruppen 3 und 4 umfaßt einen Hauptkontakt mit Fingern 5 und

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sowie einen Hilfs- oder Abreißkontakt in Form einer länglichen Elektrode 7, die mit einer Spitze aus Wolfram-Kupfer versehen ist.

Der überbrückungskontakt umfaßt zwei einander ähnelnde Kontaktsätze 1a und 1b, von denen im folgenden nur der Kontaktsatz 1a näher beschrieben ist· Der Kontaktsatz 1a umfaßt zwei leitfähige äußere Platten 8 und 9» die einen Hauptkontakt bilden, ferner leitfähige Platten 10 und 11, isolierende Platten 12 und 13 sowie aus einem Fasermaterial bestehende Lichtbogenfallenplatten 14 und 15» die so geformt sind, daß sie einen Raum 16 zum Aufnehmen der Elektrode 7 abgrenzen· Die Platten 14 und 15 sind außerdem so geformt, daß sie zwei Abreißkontakte 17 und 18 aufnehmen können, die durch Leiter 19 und 20 mit den äußeren Platten 8 und 9 elektrisch verbunden sind. Diese aus den genannten Schichten aufgebaute Konstruktion wird durch Stahlplatten 21 und 22 zusammengahlten, die an den Außenflächen der Kupferplatten 8 und 9 anliegen, sowie durch Schrauben 23 bis 27, die sich zwischen den Stahlplatten erstrecken, so daß die Stahlplatten und die Schrauben zusammen eine geschlossene Schleife aus ferromagnetische!!! Werkstoff bilden, welche die Abreißkontakte 17 und 18 umgibt·

Die Abreißkontakte 17 und 18 des Kontaktsatzes 1a liegen an einem Ende einer Lichtbogenlöschkammer 29, und die Abreißkontakte des anderen Kontaktsatzes 1b sind am anderen Ende der Löschkammer angeordnet· Die Löschkammer ist mit öl gefüllt und umfaßt Kanäle 30 bis 33» die von dem Öl durchströmt werden können. Die Kanäle 32 und 33 erstrecken sich quer zu einem Lichtbogen, der zwischen der Elektrode 7 des festen Kontaktes 4 und den Abreißkontakten 17 und 18 des Kontaktsatzes 1a entsteht.

Die Kontakte sind so angeordnet, daß dann, wenn der Stromkreis unterbrochen werden soll, die Hauptkontakte 5 und 6 der beiden festen Kontakte 3 und 4 von den Hauptkontakten

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8 und 9 der zugehörigen beweglichen Überbrüekungskontaktsätze abgehoben werden, bevor sich die Abreißkontakte der beweglichen und der festen Eontakte voneinander trennen· Die Abreißkontakte an dem festen Kontakt 3 werden früher getrennt als die Abreißkontakte an dem festen Kontakt 4, so daß der an dem festen Kontakt 3 entstehende Lichtbogen Gas erzeugt, das bewirkt, daß Gas und öl aus der Kammer 29 über die Kanäle $2 und 33 entweichen. Diese Bewegung des Öls tritt auf, während sich die Abreißkontakte an dem festen Kontakt 4 trennen, und das über diese Kontakte strömende Gas und Öl löscht den Lichtbogen, um den Str&nkreis zu unterbrechen. Wie erwähnt, bewirkt die Einschnürung des Lichtbogens durch das mit Hilfe k der ferromagnetischen seitlichen Platten und der Bolzen erzeugte magnetische Feld in Verbindung mit der dadurch verursachten TJnstabilität des Lichtbogens, daß der Lichtbogen durch den Gas- und ölstrom leichter gelöscht werden kann, als es möglich sein würde, wenn das Magnetfeld nicht vorhanden wäre.

Die Bolzen 23 bis 2? erhöhen die Berstfestigkeit der beweglichen Kontakte 1a und 1b, so daß der Srennschalter einem erheblichen Innendruck standhält.

Eine Platte 34 aus ferromagnetischem Werkstoff dient dazu, die den Kontaktsätzen 1a und 1b zugeordneten ferromagnetischen Schleifen miteinander zu verbinden·

Patentansprüche ι

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Claims (9)

PIIENIANSPRÜCHE

1.J In ein Flud eingetaucht arbeitender elektrischer Leistungs- bzw· Trennschalter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei feste Kontakte (3, 4) vorgesehen sind, von denen ^eder Hauptkontakte (5, 6) und einen Abreißkontakt (7) umfaßt, daß ein beweglicher Überbrückungskontakt (1) vorgesehen ist, der durch eine isolierende QJragkonstruktion (2) unterstützt ist und zwei Sätze von beweglichen Hauptkontakten (8, 9) und Abreißkontakten (17» 18) umfaßt, daß die beweglichen Haupt- und Abreißkontakte jedes Satzes in Berührung mit den Hauptkontakten bzw. den Abreißkontakten des betreffenden festen Kontaktes bringbar sind, daß die beweglichen Abreißkontakte in einer Lichtbogenlöschkammer (29) angeordnet sind, die einen engen Auslaß (32, 33) aufweist, welcher so angeordnet ist, daß ein in der Lichtbogenlöschkammer entstehender Lichtbogen ein unter Druck stehendes Gas erzeugt, das bewirkt, daß sich ein unter Druck stehender Fludstrom quer zu dem Überschlagweg zwischen mindestens einem Paar fester und beweglicher Abreißkontakte bewegt, und daß ein oder mehrere Überschlagwege von mindestens einer Schleife aus ferromagnetischem Werkstoff umgeben sind·

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Leistungsschalter so ausgebildet ist, daß ein Lichtbogen zwischen einem ersten Paar fester und beweglicher Abreißkontakte (7, 17» 18) auftritt, bevor ein Lichtbogen zwischen dem zweiten Paar von festen und beweglichen Abreißkontakten entsteht, daß die Lichtbogen-

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löschkammer (29) so geformt ist, daß das an dem ersten Paar von Abreißkontakten erzeugte Gas bewirkt, daß sich ein Öl_ strom quer zu dem Überschlagweg zwischen dem zweiten Paar von Abreißkontakten bewegt, und daß jedes Paar von Abreißkontakten von einer oder mehreren geschlossenen Schleifen aus ferromagnetischem Werkstoff umgeben ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Paar von Abreißkontakten von zwei oder mehr geschlossenen Schleifen aus ferromagnetischem Werkstoff umgeben ist.

4· !leistungsschalter nach Anspruch 3 t dadurch g e kennzeichnet, daß alle einem Paar von Abreißkontakten zugeordneten Schleifen ein gemeinsames Bauteil aus ferromagnetischem Werkstoff umfassen oder auf der Außenseite durch Bauteile aus ferromagnetischem Werkstoff verbunden sind.

5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein weiteres Bauteil (34) aus ferromagnetischem Werkstoff die den beiden durch einen Abstand getrennten Paaren von Abreißkontakten zugeordneten Schleifen verbindet.

6. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» η dadurch gekennzeichnet , daß alle oder bestimmte Schleifen aus ferromagnetischem Werkstoff geschlossen sind.

7. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder bestimmte Schleifen aus ferromagnetischem Werkstoff offen sind.

8. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß jeder Satz von beweglichen Hauptkontakten (8, 9) und von beweglichen Abreißkontakten (17» 18) in einer aus Schichten aufgebauten Lichtbogenfallenkonstruktion angeordnet ist, die leitfähige

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äußere Platten (8, 9) umfaßt, welche die beweglichen Hauptkontakte bilden, ferner isolierende Schichten (12, 13) auf den Innenflächen dieser Platten sowie auf den Innenflächen der isolierenden Schichten angeordnete Schichten (14, 15) aus einem gegen Lichtbogen widerstandsfähigem Werkstoff, und daß die den Abreißkontakten jedes Satzes zugeordnete ferromagnetische Schleife auf der Außenseite der leitfähigen äußeren Platten angeordnete ferromagnetische Streifen (21, 22) und ferromagnetische Bolzen (23 bis 27) umfaßt, welche die Streifen verbinden und in der Querrichtung durch die aus Schichten aufgebaute Konstruktion ragen.

9. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Paare von f erromagnetischen Bolzen (23 bis 27) vorgesehen sind, die sich auf verschiedenen Niveaus durch die aus Schichten aufgebaute Konstruktion erstrecken·

10· Leistungsschalter nach Anspruch 8 oder 9* dadurch gekennzeichnet , daß die f erromagnetischen Streifen (21, 22) und Bolzen (23 bis 27) aus Stahl bestehen.

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