DE2812944A1

DE2812944A1 - Elektrischer stromkreisunterbrecher

Info

Publication number: DE2812944A1
Application number: DE19782812944
Authority: DE
Inventors: Masami Kii
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1978-09-28
Also published as: FR2385211B1; US4218597A; CH629332A5; FR2385211A1; CA1102379A

Description

Henkel, Kern, Feiler Cr Hä'nzel Patentanwälte

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha f?^S?S?-u _on

_ , . _ D-8000 München 80

Tokio, Japan

-—-—-—--—-———__ Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

23. März 1978

Elektrischer Stromkreisunterbrecher

Die Erfindung betrifft Stromkreisunterbrecher desjenigen Typs, bei welchem durch einen elektrischen Lichtbogen, der zwischen getrennten Kontakten entsteht, gebildetes Hochdruckgas für die Löschung des Lichtbogens verwendet wird.

Es ist bekannt, bei selbstlöschenden Stromkreisunterbrechern ein lichtbogenlöschendes Medium zu verwenden, wobei bei derartigen Stromkreisunterbrechern ein elektrischer Pfad von einer Stromversorgungsquelle unterbrochen wird, wenn ein Überstrom über diesen elektrischen Pfad zu fliessen beginnt.

Herkömmliche Stromkreisunterbrecher dieses Typs werden derart konstruiert, daß der Druck eines Mediums in einem geschlossenen Raum mit einem vorbestimmten Innenvolumen durch Ausnutzung der Druckanstiegsfunktion der Lichtbogenenergie erhöht wird, die von einem elektrischen Lichtbogen selbst in ein diesen umgebendes Lichtbogenlöschmedium abgegeben wird. Während der Abnahme des Lichtbogenstroms in Form einer Pulsation, d.h. einer plötzlichen Abnahme der Lichtbogen-

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energie, was mit einer Abnahme des Lichtbogendiarehmessers einbergeht;, wia*d durch die Drosselung oder das Abwürgen des Lichtbogens das Hochdrucikffiedium fiber eine Lichtbogenzone freigelassen, i»Ddureh das Lichtbogengas innerhalb der Lichtbogenzone gekühlt und zur Löschung des Bogens -verteilt wird»

Bei einem derartigen selbstlBschenden Stromkreisimterhreeher ist es kritisch iaad es läßt sick mich, niclht siEheisteH/en, daß das Ifedium auf liohen Druck gelangt, da dieser Typ eases IMfcerbttciißjrs liai^islenlLiGh die theimisclie Ftunktion des Lichtbogens znm Erzeiigen iund ÄiafaTechterlialten des ea^forderliclaen JDpoBlces versendet, woibei imveimeidijar ein Broclcanstieg Ύοη einem Tempeiaturanstieg !begleitet wäjrd, was zn einer ItmiBatsLon des BogenlSsclmeditnns ^ihrt, wodurcn die Dichte des elektrisch neutralen LichtbogenlSschroBdixans i?ermindert idjrd land die Isolationsgüte, die LichtbogendiJEfusion -und die KühliKöiigkeit -»erschleehtert werden, was amch eine schlechte BogenlSschwirtomg oder -qualitat zur Folge hat, Dieses Phänomen nimmt mit zunehmendem Lichtbogenstrom zu.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Stromkreisunterbrecher zn schaffen, der effelctiv die Lichtbogenenergie ausnutzt, die nach Trennung der Kontakte erzeugt wird, um dadurch die MchtbogenlSsehqualität bzw. -wirkung zu -verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgäbe schafft die Erfindung einen Stromkreisunterbrecher, bei welchem ein LichtbogenlSschmedium in einer Druckanstiegskammer durch Verwendung der Energie des elektrischen Lichtbogens unter Druck gesetzt wird. Die Temperaturerhöhung des Lichtbogenlöschmediums wird unterdrückt, während jedoch der erforderliche Druck effektiv erhalten wird» Das kalte Hochdruck-Lichtbogenlöschmedium wird mit großer Kraft im wesentlichen im rechten Winkel auf die Lichtbogensäule geblasen, wodurch ein schnelles und wirksames Auslöschen des Lichtbogens erzielt wird.

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Die Gestalt der Druckanstiegskammer und die Querschnittsfläche der Verbindungsöffnung für die strömungsmäßige Verbindung der Druckanstiegskammer mit der Lichtbogenzone sind ungeachtet einer zeitlichen Änderung konstant, d.h. sie sind auf eine Änderung in der Länge der Lichtbogensäule nicht bezogen und variieren mit der Zeit während des Kontaktöffnungsvorgangs. Daher wird auch das Lichtbogenlöschmedium immer im kühlen und ausreichend unter Druck gesetzten Zustand erhalten.

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

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung des Stromkreisunterbrechers mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des Stromkreis-Unterbrechers nach Fig. 1, wobei die Kontakte in offener Stellung gezeigt sind;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform des Stromkreisunterbrechers mit Merkmalen nach der Erfindung; und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 enthält ein Stromkreisunterbrecher mit Merkmalen nach der Erfindung ein nicht weiter dargestelltes Gehäuse, welches ein Lichtbogenlöschgas wie beispielsweise Schwefelhexafluorid- (SFg)-Gas. In dem Gehäuse ist eine Druckanstiegskammer 1, die ebenfalls SFg-Gas enthält, ausgebildet. In der Druckanstiegskammer 1 ist ein stationärer Kontakt 2 vorhanden, und ferner ist ein bewegbarer Kontakt 3 in Form eines Stabes vorgesehen, der mit dem stationären Kontakt 2 in Kon-

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takt gebracht und von diesem getrennt werden kann und der bewegbar durch einen Betätigungsmechanismus (nicht gezeigt) eins gut bekannten Typs gehaltert ist. Unmittelbar unterhalb der Druckanstiegs kammer 1 ist eine Bogenlöschkammer 4 vorgesehen, die von der Druckanstiegskammer 1 durch ein Isolierteil 5 getrennt ist. Die Bogenlöschkammer 4 umfaßt eine Belüftungskammer 41, die mit dem Innenraum des Gehäuses strömungsmäßig in Verbindung steht, und eine Verbindungskammer 42, welche mit der Druckanstiegs kammer 1 über eine Verbindungsöffnung 6 in Verbindung steht. Wenn die Kontakte 2 und 3 gemäß Fig. 1 geschlossen sind, sind die Verbindungskammer 42 und die Belüftungskammer 41 durch den bewegbaren Kontakt isoliert. Mit anderen Worten wird ein vorbestimmter Längenabschnitt des elektrischen Lichtbogens, der zwischen den getrennten Kontakten 2 und 3 entsteht, als Druckanstiegs-Lichtbogen verwendet, und der verbleibende Abschnitt des Lichtbogens wird durch die Druckanstiegskammer 1 und das Isolierteil 5 isoliert. Die Bogenlöschkammer 4, die unter der Druckanstiegskammer 1 angeordnet ist, steht strömungsmäßig mit der Druckanstiegskammer 1 in Verbindung, und das Hochdruckmedium in der Druckanstiegskammer 1 strömt über die Verbindungsöffnung 6, die zwischen der Druckanstiegskammer 1 und der Bogenlöschkammer 4 ausgebildet ist, und wird auf den Lichtbogenabschnitt 7 mit im wesentlichen rechtem Winkel gemäß Fig. 2 gerichtet, wodurch schlagartig und effektiv der Lichtbogen in der Lichtbogenzone zerstreut wird. Die Lichtbogenzone, in welcher der Anfangslichtbogen zwischen den Kontakten 2 und 3 entsteht, und die Druckanstiegskammer 1 sind strömungsmäßig über eine öffnung 8 miteinander in Verbindung, welch letztere auf der gegenüberliegenden Seite von der Verbindungsöffnung 6 gelegen ist, so daß das Hochdruckmedium mit hoher Temperatur im Gegenuhrzeigersinn in der Druckanstiegskammer 1 strömt, ohne daß/direkt in die Bogenlöschkammer 4 strömt. Wenn es gewünscht wird, kann auch

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IEfnrictofeoag für die Eegelung der Gasströmung in dem StrJSmungspfad vorgesehen werden. Bie ¥erbindungs]kammer 42 ist; auch auf der linken Seilte der Bogenlöschkammer 4 Cjgema© der Baipsi;ellimg in der Figur) und -von dem Kontakt 3 angeordnet, wobei diese Hammer einen laum mit einem vorbestimmten ¥©lumen für die Aufnahme des Mediums definiert,. Mit der S-tromnang des lunter hohem Brack stehenden und niedrige Temperatur ma£weisenden Mediiams aus der Bnackanstiegsikammer 1 3m die ¥erMindungskammer 42 der Bogenlösckkammer 4 iiber die ¥er-

6 wird eine starke Strömiang des Hoc3adTEick-

anedimms mit niedriger Temperatur auf den ILichtljogenaibscüanitt 7 gelenkt und wird über die gesamte Lange des Bogenabsclinitts 7 WbeT die Öffnung 9 aufrechterhalten, die einen im wesentlireciiteekigen Querseibnitt besitzt und in Eiciitnng der des ILicihtTaogens verlängert ist.

lienn der Betatigungsmeciianismus einen entspreclhenden Befenl erüaälifcs, ibewirlct dieser, daß der bewegbare Kontakt 3 naclh Tanten !bewegt wird· ÜNacJla Erreichen eines vorbestimmten Mhstands zwiscihen dem !bewegbaren Kontakt 3 und dem stationären Kontalct 2 werden diese voneinander getrennt, und es wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen diesen gezogen, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist· Durch den elektrischen Lichtbogen wird der Brück des Bogenlöschmediums innerhalb der Bruckanstiegskammer 1 über die Öffnung 8 erhöht. Eine weitere nach mnten verlaufende Bewegung des bewegbaren Kontaktes 3 hat zur Folge, daß sich der elektrische Lichtbogen durch das Isolierteil 5 ausdehnt. Der druckerhöhende Lichtbogenabschnitt 10 auf der oberen Seite des Isclierteils 5 erhöht den Brück in der Druckanstiegskammer 1, Jedoch ist das Medium mit !hoher Temperatur, welches durch den Lichtbogenabschnitt 10 temperaturmäßig erhöht wurde, in dem rechten Abschnitt der Bruckanstiegskammer 1 eingeschlossen, da die Temperaturdiffusionsgeschwindigkeit verglichen mit der Druckausbreitungsgeschwindigkeit sehr gering ist (Pfeile in der

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Figur zeigen die Strömung des Mediums an).

Mit fortschreitender, nach unten erfolgender Bewegung des bewegbaren Kontaktes 3 wird der Druck in der Druckanstiegskammer 1 in ausreichendem Maße erhöht, und ein Hochdruckmedium mit niedriger Temperatur füllt die Druckanstiegskammer 1 und die Verbindungskammer 42 der Bogenlöschkammer 4 aus. Der Lichtbogenabschnitt 7 erstreckt sich durch die Bogenlöschkammer 4 und wird durch die öffnung 9 in einem Ausmaß zusammengedrückt oder geklemmt, daß dieser den Druck des druckerhöhten Mediums in der Druckanstiegskammer 1 aufrechterhält, so daß die Druckanstiegskammer 1 nicht übermäßig unter Druck gesetzt wird und die Temperaturerhöhung des Hochdruckmediums mit niedriger Temperatur in der Druckanstiegskammer 1 und der Verbindungskammer 42 der Bogenlöschkammer 4 unterdrückt wird.

Wenn der Lichtbogenstrom anfängt, unter den zuvor geschilderten Umständen abzunehmen, wobei plötzlich die Lichtbogenabmaße reduziert werden, wird die Drosselung der öffnung 9 beendet, und es wird das Hochdruckmedium mit niedriger Temperatur in der Druckanstiegskammer 1 und in der Bogenlöschkammer 4 über die Belüftungskammer 41 zum Innenraum 11 des Gehäuses hin freigelassen. Da das freigelassene Medium im wesentlichen senkrecht zum Querschnitt der Öffnung 9 oder zur Längenausdehnung des Lichtbogens strömt und zerstreut wird, wodurch sichergestellt wird, daß ein Hochdruckmedium mit niederer Temperatur in die Lichtbogenzone eingeführt wird, erreicht man eine effektive Lichtbogenkühlung und Zerstreuwirkung. Da ferner vor der Lichtbogenlöschung ein geringer Effekt des Stromes in der Lichtbogenzone verbleibt, wird die Wirksamkeit der Lichtbogenlöschung auch dann nicht reduziert, wenn der Lichtbogenstrom hoch ist. Selbst nachdem die Lichtbogenlöschung vervollständigt wurde, wird frisches Hochdruckmedium

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in der Lichtbogenzone zugeführt, so daß man dabei ausgezeichnete Ergebnisse erhält, und zwar selbst bei einer Unterbrechung von schwerwiegenden Stromkreisbedingungen, bei welchen die Übergangserholspannung über den getrennten Kontakten eine hohe Zunahmegeschwindigkeit besitzt.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Isolierkammer 5 eine Verbindungsöffnung 51 besitzt, durch welche die Druckanstiegskammer 1 strömungsmäßig mit der Verbindungskammer 42 oder der Bogenlöschkammer 4 in Verbindung steht. Die Bogenlöschkammer 4 besitzt eine ebene Gestalt, wie sich dies der Fig. entnehmen läßt, wobei die Verbindungskammer 42 größer ist als die Belüftungskammer 41. Obwohl das gezeigte Ausführungsbeispiel nur eine einzige Belüftungskammer 41 besitzt, können mehrere Kammern in Längsrichtung der Bewegung des Kontaktes vorgesehen sein, wodurch der Bogenlöschvorgang aufgrund der Zwischenwände gefördert wird, die mehrere Belüftungsöffnungen 41 definieren.

Wenn bei dem Stromkreisunterbrecher gemäß den Fig. 3 und 4 ein elektrischer Lichtbogen zwischen den Kontakten 2 und 3 gezogen ist, wird die linke Seite der Belüftungskammer 41 durch die Bogensäule gedrosselt, und zwar ungeachtet der Länge des Lichtbogens. Mit anderen Worten werden die Drosselzustände durch die Lichtbogensäule pro Längeneinheit derselben auf der linken Seite der Belüftungskammer 41 vorgesehen, die einen in Lichtbogenlängsrichtung langen Querschnitt besitzt. Selbst dann, wenn die Querschnittsfläche der Öffnung durch Erhöhung der Länge des Querschnitts vergrößert wird, wird der Drosselzustand verändert. Wenn der Lichtbogenstrom aufhört und die Lichtbogensäule zusammengezogen wird, um die Drosselung der Öffnung zu beenden, wird das Hochdruckmedium, welches in der Verbindungskammer 42 gespeichert ist, auf die Lichtbogensäule zu geblasen, und zwar über die gesamte

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Länge des Lichtbogens in rechten ¥inkeln zu dem Lichtbogen, wodurch die gesamte Zone der Lichtbogensäule asrstreut und ausgeblasen wird.

Die Bogenlöschkammer 4 kann so konstruiert werden, daß die Belüftungskammer 41 und die Verbindungskammer 42 ein vorbestimmtes Innenvolumen zur Durchführung der Funktion der Druckanstiegs kammer besitzen, wodurch man effektiv die zuvor erläuterten Funktionen erreicht, ohne daß die Verbindungs öffnung 51 erforderlich ist. Dies kann noch wirksamer gestaltet werden, wenn die zuvor erläuterten zwei Konstruktionen in Kombination realisiert werden.

Obwohl die vorangegangene Beschreibung spezielle Ausführungsbeispiele nach der Erfindung zum Gegenstand hat, ist der Stromkreisunterbrecher mit den Merkmalen nach der Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, und es sind eine Reihe von Abwandlungen und Änderungen für den Fachmann Möglich, ohne jedoch dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Zusammenfassend schafft die Erfindung somit einen Stromkreisunterbrecher vom Selbstauslöschtyp, bei welchem ein Hochdruckmedium, welches von einem elektrischen Lichtbogen zwischen trennbaren Kontakten unter Druck gesetzt wird, zur Löschung des Lichtbogens verwendet wird. Der Unterbrecher enthält trennbare Kontakte, eine Druckanstiegskammer, die ein Bogenlöschgas enthält, und enthält ferner eine Bogenlöschkammer, um das Hochdruckbogenlöschgas im wesentlichen unter einem rechten Winkel auf den elektrischen Lichtbogen zu richten oder zu puffen und dieses Gas freizulassen.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler & Han*»l Patentanwälte

Möhlstraße 37

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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha

m_{ftV4ft TaTia}. Te!.: 089/982085-87

Tokxo, Japan Telex: 0529802 hnkld

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23. März 1978

Patentansprüche

f 1.)Stromkreisunterbrecher, dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Einrichtungen und Merkmale aufweist: ein Paar von trennbaren Kontakten, eine Druckanstiegskammer für die Aufnahme eines Lichtbogenlöschmediums, welches durch einen zwischen den Kontakten entstehenden elektrischen Lichtbogen hinsichtlich des Druckes erhöht wird, und eine Lichtbogenlöschkammer, die mit der Druckanstiegskammer strömungsmäßig verbunden ist, um das druckerhöhte Medium im wesentlichen senkrecht in Richtung auf den Lichtbogen zuzuführen bzw. freizulassen, der zwischen dem Kontaktpaar besteht.
2. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlöschkammer eine Kammer enthält, in welche das druckerhöhte Medium über eine Verbindungsöffnung, die mit der Druckanstiegskammer in Verbindung steht, zugeführt wird, und eine Belüftungskammer enthält, die mit der genannten Kammer ströarangsmäßig verbunden ist.
3. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbogenlöschmedium aus Schwefelhexafluoridgas besteht.

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4. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer, welcher das druckerhöhte Medium zugeführt wird, ein größeres Volumen aufweist als die Belüftungs kammer.
5. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungskammer eine divergierende Gestalt in Richtung der Freigabe des druckerhöhten Mediums aufweist.
6. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanstiegskammer oberhalb der Lichtbogenlöschkammer angeordnet ist.
7. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungskammer mehrere Abschnitteaufweist, die entlang der Achse des elektrischen Lichtbogens angeordnet sind.
8. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanstiegskammer zylindrisch gestaltet ist, derart, daß das druckerhöhte Medium entlang einer schleifenförmig verlaufenden Bahn geführt wird.

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