DE3303648C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungs­ schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die End­ platte der Kommutierungsplatte dient dazu, das Abwandern des am beweglichen Kontakt auftretenden Lichtbogens zu er­ zwingen.

Ein herkömmlicher Schalter dieser Art ist in Fig. 1 dar­ gestellt. Das Ende der Kommutierungsplatte 3 ist in Form einer nach oben offenen, U-förmigen Nut gebogen. Der Boden dieser Nut und die einem Gitter gegenüberstehende End­ platte 3 a weisen eine Öffnung auf, in der sich im geöffneten Zustand des Schalters ein an einem beweglichen Kontaktarm 5 befestigtes Kontaktstück 6 befindet.

Wenn an der Endplatte 3 a außermittig an einer Stelle P ein Lichtbogen gezogen wird, sind die von der Kommutierungsplatte 3 zum Lichtbogen fließenden Strom­ anteile i ₁ und i ₂ einander im wesentlichen gleich, und ihre Summe (i) ist der Lichtbogenstrom. Aus der Fig. 1 wird deutlich, daß an der Stelle Pl ₁<l ₂ gilt. Somit ist die den Lichtbogen beeinflussende Kraft F ₁, bedingt durch den Strom i ₁, größer als die vom Strom i ₂ her­ vorgerufene Kraft F ₂, so daß der Lichtbogen in Richtung der Kraft F ₁ gedrückt wird. Er wird also zum Bogenlösch­ kammergehäuse, das das Gitter umgibt, hin getrieben, das dadurch leicht beschädigt werden kann.

Eine ähnliche Konstruktion ist in der US-PS 42 37 355 beschrieben.

Ein elektrischer Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE-OS 21 34 543 bekannt.

Aus dem Buch "Grundlagen der Schaltgerätetechnik", Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1974, Seiten 106 bis 108, ist eine Flächenelektrode bekannt, bei der sich ein Schlitz vom oberen Ende der Flächenelektrode her über einen Teil dieser Flächenelektrode erstreckt. Dadurch soll der Lichtbogen zu dem Schlitz hin bewegt werden.

Aus der DE-OS 28 03 249 und der DE-OS 12 62 404 ist es ferner bereits bekannt, Schlitze in Blechen vorzusehen, um den Lichtbogen in eine bestimmte gewünschte Richtung zu führen.

Die bei vorbekannten Leistungsschaltern vorhandenen Schlitze dienen dazu, den Lichtbogen in das Lichtbogenlöschkammergehäuse zu treiben. Dadurch kann das Lichtbogenlöschkammergehäuse leicht beschädigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Kommutierungsplatte so ausge­ bildet ist, daß Beschädigungen des Lichtbogenlöschkammer­ gehäuses vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Leistungs­ schalter der eingangs erwähnten Art durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Die Wirkung der erfindungsgemäß ausgebildeten Kommutierungs­ platte ist die, daß der Lichtbogen in der Mitte der Oberfläche der Endplatte gehalten wird, so daß die Bogenlöschkammer gegen Beschädigungen geschützt ist.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen 3 bis 6 hervor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an­ hand der Fig. 2 bis 6 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 bewegliches Kontaktstück und dieses um­ gebende Kommutierungsplatte eines Leistungs­ schalters herkömmlicher Bauart in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 einen kompletten Leistungsschalter in einem zum Teil aufgeschnittenen Aufriß;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Leistungsschalters von Fig. 2, zur Hälfte vertikal geschnitten;

Fig. 4 bewegliches Kontaktstück und dieses umgebende Kommutierungsplatte eines Leistungsschalters gemäß einem Ausführungsbeispiel, in perspektivischer Dar­ stellung;

Fig. 5 und 6 abgewandelte Ausführungen der Kommutierungsplatte von Leistungsschaltern, ebenfalls in perspektivi­ scher Darstellung.

Eine erste Ausführungsform des elektrischen Leistungs­ schalters hat einen Aufbau, wie er in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben ist. In einer Lichtbogen­ löschkammer 1 aus wärmewiderstandsfähigem Material sind Kommutierungsplatten 3 und Bogenlöschgitter 2 aus magneti­ schem Material entsprechend der Anzahl der zu schaltenden Phasen fest angeordnet. Die weiteren Bauteile sind ein Querbalken 4, ein beweglicher Kontaktarm 5, Kontaktstücke 6 an beiden Enden des Arms, eine Halterung 7 für den beweglichen Kontakt, eine Halterungsfederabstützung 8, eine Kontaktbrückenfeder 9 und ein Anschlag 10.

Die Kontaktbrückenfeder 9 ist unter Spannung zwischen dem unteren Teil des Anschlags 10 und dem unteren Teil der Halterungsfederabstützung 8 eingesetzt. Der obere Ab­ schnitt der Halterungsfederabstützung 8 stützt sich an der oberseitigen Fläche der Halterung 7 für den beweglichen Kontakt ab, während die oberseitige Fläche des beweglichen Kontaktarms 5 gegen die unterseitige Fläche der Halterung 8 anliegt, wenn alles zusammengebaut ist. Der Anschlag 10 ist in ein Loch im Querbalken 4 eingesetzt.

Des weiteren sind in den Fig. 2 und 3 ein Basisteil 11 mit offenem Boden und einer Seitenöffnung zum Herausnehmen eines elektromagnetischen Antriebsmechanismus dargestellt sowie mittels Schrauben mit dem oberen Ende des Basisteils 11 verbundene Anschlußklemmen 12, ein feststehender Kon­ taktträger 13, der mit Schrauben auf der Oberseite der An­ schlußklemme 12 befestigt ist, ein feststehendes Kontakt­ stück 14 auf der Oberseite des feststehenden Kontakt­ trägers 13, ein mit dem feststehenden Kontaktträger 13 fest verbundenes Lichtbogenführungsstück 15 und eine aus Isoliermaterial bestehende Trennplatte 16 zwischen den Klemmen 12. Die Befestigung der Isoliertrennplatten geschieht durch Einsetzen in vorgeformte Nuten im Lösch­ kammergehäuse 1 und im Basisteil 11. Mit 17 ist ein beweg­ liches Gummikissen, mit 18 ein Eisenanker, der fest mit dem unteren Abschnitt des Querbalkens 4 durch Stifte 22 verbunden ist, mit 19 ein feststehender Eisenkern, der einen bestimmten Abschnitt vom Eisenanker 18 hat, und mit 20 eine von den Schenkeln des feststehenden Eisenkerns 19 durchdrungene elektromagnetische Antriebssteuervorrichtung bezeichnet.

Bei Zuführen einer Spannung zur Steuervorrichtung 20 wird ein magnetischer Fluß erzeugt, der zwischen dem beweg­ lichen Eisenanker 18 und dem feststehenden Eisenkern 19 eine Anziehungskraft hervorruft. Dadurch wird der mit dem Magnetanker 18 verbundene Querbalken gegen die Kraft seiner Feder 31 nach unten gezogen, so daß die beweglichen Kontaktstücke 6 und die feststehenden Kontaktstücke 14 aufeinander kommen. Der Abstand zwischen ihnen ist geringer als zwischen dem Magnetanker 18 und dem Magnet­ kern 19. Der Querbalken 14 bewegt sich also nach der Berührung der Kontaktstücke noch weiter abwärts, so daß die Feder 9 zusammengedrückt wird. Die Federkraft der Feder wird in diesem Betriebszustand über die Stütze 8 und die Halterung 7 auf den Kontaktträgerarm 5 übertragen, so daß die Klemmen 12, die einen Teil des Strompfades bilden, unter einem bestimmten Kontaktdruck miteinander verbunden sind.

Bei Abschalten der an der Antriebssteuervorrichtung 20 liegenden Spannung endet die Kraft zwischen Anker 18 und Kern 19, so daß die zusammengedrückte Feder 31 den Quer­ balken 4 nach oben bewegt und die Kontaktstücke sich von­ einander entfernen. Dadurch entsteht ein Lichtbogen zwischen dem beweglichen Kontaktstück 6 und dem fest­ stehenden Kontaktstück 14. Die Bogenendpunkte gehen vom beweglichen Kontaktstück 6 auf die Kommutierungsplatte 3 und vom feststehenden Kontaktstück 14 auf das Bogen­ führungsstück 15 über, so daß der Lichtbogen durch die elektromagnetischen Kräfte des fließenden Stroms in das Löschgitter 2 hineingetrieben wird. Dadurch wird er gekühlt, aufgeteilt und schließlich gelöscht. Die Strom­ verbindung zwischen den Klemmen 12 kann also durch Ein- und Ausschalten der Steuerspannung an der Antriebssteuervorrichtung 20 gesteuert werden.

Beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 4 weist die dem Löschgitter gegenüberstehende Endplatte 3 a der Kommutierungsplatte 3 einen vertikalen Schlitz S auf, durch den die Platte in zwei Teile aufgeteilt wird. Dadurch wird, betrachtet man zusätzlich die Fig. 5, die Kraft F ₁, die auf den Strom i ₁ zurückzuführen ist, an dem im Punkt P der Fig. 4 auftretenden Lichtbogen beseitigt, und auf den Lichtbogen wirkt nur noch die von i ₂ hervorgerufene Kraft F ₂. Mit anderen Worten, der Lichtbogen, der vom verschiebbaren Kontaktstück 6 auf die Endplatte 3 a übergeht, wird immer zur Mitte der Endplatte hin gedrückt. Damit kommt der Lichtbogen nie unmittelbar mit der Lichtbogenlöschkammer in Berührung, so daß diese nicht beschädigt wird und ihre Lebensdauer steigt.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 gelten folgende Bezugszeichen: beweglicher Kontaktarm 105, beweg­ liches Kontaktstück 106, Kommutierungsplatte 103 mit einem Schenkelpaar 117, dem Löschgitter gegenüberstehende End­ platte 118 und Schlitz 116, der in die untere Hälfte der Endplatte eingeschnitten ist.

Beim Auseinandergehen der Schalterkontaktstücke entsteht ein Lichtbogen, der mit einem Ende auf die Schenkel 117 der Kommutierungsplatte und mit dem anderen Ende auf das Lichtbogenführungsstück (nicht gezeigt) übergeht. Dabei überspannt der Lichtbogen den Abstand zwischen Endplatte 118 und gegenüberstehendem Lichtbogenführungsstück, wie durch C dargestellt. Ein Endpunkt des Lichtbogens befindet sich auf der Endplatte im Punkt P, der zweite auf dem Lichtbogenführungsstück. Der Lichtbogenstrom i fließt in Richtung des Pfeils, und es gilt i = i ₁ + i ₂.

Eine aufgrund des Stroms i ₁ am Lichtbogen angreifende Kraft F ₁ wirkt quer zur Endplatte, während die vom Strom i ₂ hervorgerufene Kraft F ₂ nach unten wirkt, wie in Fig. 7 gezeigt. Die resultierende Kraft F ist auf die Wand der Löschkammer hin (senkrecht zur Kommutierungsplatte benachbart der Seitenfläche) in einer die Endplatte ent­ haltenden Ebene hin gerichtet, so daß der Bogenendpunkt P sich zum Punkt Q hin bewegt. Gleiches gilt für einen Bogenendpunkt R auf der Endplatte, der in Richtung auf den Punkt S verschoben wird.

Daraus ergibt sich, daß der Fußpunkt des Lichtbogens nie von der Endplatte abspringen kann, sondern immer in Richtung auf den Schlitz 116 getrieben wird, wodurch keine Schwierigkeiten mehr durch Berühren und Beschädigen der Lichtbogenkammerwand durch den Lichtbogen auftreten. Die rechteckige Ausbildung des Schlitzes 116 ist nicht zwingend.

Das in Fig. 6 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen V-förmigen Ausschnitt 216 in der Endplatte 203 auf. Bei dieser Gestaltung wird ebenfalls der Lichtbogenfußpunkt aufgrund der durch die Ströme i ₂ und i ₁ hervorgerufenen Kräfte F ₂ bzw. F ₁ von den Seitenwänden der Lichtbogenlöschkammer weggetrieben, so daß der Lichtbogen C sich immer zur Mitte der Endplatte 203 hin orientiert. Zugleich wird durch den Lichtbogen­ strom ein magnetischer Fluß Φ gemäß Fig. 6 hervorgerufen, der eine Kraft F _Φ zur Folge hat, durch die der Lichtbogen zum tiefsten Einschnittpunkt S des V-förmigen Einschnitts getrieben wird. F ₀ bezeichnet die Resultierende aus den Kräften F ₁, F ₂ und F _Φ .

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, kann eine Deformation der Kommutierungselektrode aufgrund der thermischen Bean­ spruchung durch den Lichtbogen verhindert werden, und der Lichtbogen wird stets zur Mitte der erfindungsgemäßen End­ platte hin getrieben. Auch bei großer Schalthäufigkeit des Schützes tritt deshalb keine Beschädigung der Lichtbogen­ löschkammer auf.

Der V-förmige Ausschnitt im dritten Ausführungsbeispiel kann auch durch einen U-förmigen ersetzt werden; es ist lediglich nötig, daß die Ausschnittgestaltung die Aus­ bildung eines Magnetflusses zur Folge hat, aus dem sich eine magnetische Antriebskraft F _{Φ ergibt.}

Claims (6)

1. Elektrischer Leistungsschalter mit einem fest­ stehenden Kontakt (14), einem beweglichen Kontakt (6), der dem feststehenden Kontakt (14) gegenüber­ steht und mit diesem in Berührung gebracht und von ihm gelöst werden kann, einem Lichtbogenführungsstück (15) in der Nähe des beweglichen Kontaktes (6), das leitend mit dem feststehenden Kontakt (14) in Ver­ bindung ist und eine Bahn zur Ableitung des einen Endes des Lichtbogens bildet, der beim Öffnen der Kontakte entsteht, und einer Kommutierungsplatte (3) mit einer Endplatte (3 a) zur Führung des anderen Endes des Lichtbogens im Bereich der Verschiebungs­ bahn des beweglichen Kontaktes (6), die für das andere Ende des Lichtbogens eine Bahn darstellt, auf die es vom beweglichen Kontakt (6) übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsplatte (3) ein Schenkelpaar (117) beiderseits der Bewegungsbahn des beweglichen Kontaktes (6) hat, die in die Endplatte (3 a) über­ gehen, und daß die Endplatte (3 a) mittels eines Schlitzes (S) in zwei Hälften unterteilt ist, wodurch das andere Ende des Lichtbogens stets zur Mitte der Endplatte (3 a) hin gedrückt wird.

2. Elektrischer Leistungsschalter mit einem fest­ stehenden Kontakt (14), einem beweglichen Kontakt (106), der dem feststehenden Kontakt (14) gegenüber­ steht und mit diesem in Berührung gebracht und von ihm gelöst werden kann, einem Lichtbogenführungsstück (15) in der Nähe des beweglichen Kontaktes (106), das leitend mit dem feststehenden Kontakt (14) in Ver­ bindung ist und eine Bahn zur Ableitung des einen Endes des Lichtbogens bildet, der beim Öffnen der Kontakte entsteht, und einer Kommutierungsplatte (103) mit einer Endplatte (118, 203) zur Führung des anderen Endes des Lichtbogens im Bereich der Verschiebungsbahn des beweglichen Kontaktes (106), die für das andere Ende des Lichtbogens eine Bahn darstellt, auf die es vom beweglichen Kontakt (106) übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß die End­ platte (118, 203) einen nach unten offenen Ausschnitt (116, 216) in ihrem Mittelbereich aufweist, wodurch das andere Ende des Lichtbogens zur Mitte der End­ platte (118, 203) und zum Ausschnitt (116, 216) hin gedrückt wird.

3. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsplatte (103) ein Schenkelpaar (117) beiderseits der Bewegungsbahn des beweglichen Kontaktes (106) besitzt, die in die Endplatte (118, 203) übergehen.

4. Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ schnitt (116, 203) als Schlitz (S) ausgebildet ist.

5. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der An­ sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ schnitt (116, 216) U-förmig oder V-förmig ist.

6. Elektrischer Leistungsschalter nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lichtbogenführungsstück (15) und der Endplatte (3 a, 118, 203) ein Bogenlöschgitter (2) angeordnet ist, dem die Endplatte (3 a, 118, 203) gegenübersteht.