DE3686287T2

DE3686287T2 - Schutzschalter mit auslassvorrichtung fuer lichtbogenkammer.

Info

Publication number: DE3686287T2
Application number: DE8686104921T
Authority: DE
Inventors: Kurt Albert Grunert; David Anthony Leone; Charles Richard Paton; Roger Eugene Walker
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1985-05-01
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2006-04-11
Also published as: AU594052B2; ZA862669B; ES297001Y; PH22757A; IE58983B1; IN165026B; BR8602144A; KR860009452A; JPH0821307B2; ES297001U; AU5672286A; DE3686287D1; US4639564A; EP0201731A3; IE860941L; CA1276669C; MX162185A; EP0201731A2; JPS62110228A; EP0201731B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Schutzschalter und mehr im einzelnen auf einen Gußgehäuse-Schutzschalter mit Leitungsanschlußabschirmungen.
Es war stets ein gewisses Problem, die Entlüftung von Lichtbogengasen zu beherrschen, die bei einer unter Last bewirkten Kontakttrennung in einem Gußgehäuse-Schutzschalter erzeugt werden. Dies gilt insbesondere für Gußgehäuse-Schutzschalter verhältnismäßig geringer physikalischer Größe, jedoch hohen Abschaltleistungen, und bei denen die Leitungsanschlüsse in enger Nähe zu den Lichtbogengasöffnungen des Schalters angeordnet sind, so daß aus dem Entlüfteöffnungen aus tretende ionisierte Lichtbogengase einen Spannungsüberschlag zwischen den Anschlüssen des Schutzschalters und dem metallischem Gehäuse verursachen können, in welchem der Schalter gewöhnlich zum Gebrauch montiert ist. Ein Überschlag dieser Art kann sich zu einem Erdschluß entwickeln und bei ausreichender Stärke einen Phasen-Phasen-Kurzschluß außerhalb des Schalters verursachen.
Die US-A-2 225 791 beschreibt einen Schutzschalter mit einer geneigten Isolierplatte zur Abschirmung einer Anschlußschraube gegen eine Berührung mit ionisierten Lichtbogengasen und zur Unterstützung der Führung von nach oben durch eine Öffnung geblasenen Gasen. Bei diesem Schutzschalter sind Befestigungsschrauben zur Montage eines Schutzdeckelteils, die in den Entlüftebereich hineinragen, durch eine rohrförmige Hülse aus Isoliermaterial gegen die Lichtbogengase isoliert. Dadurch können die oben genannten Probleme jedoch nicht gelöst werden.
Die US-A-2 727 965 beschreibt einen Schutzschalter mit einer Schutzabdeckung für die Schalteranschlüsse zur Verhinderung einer zufälligen Berührung eines Leitungsanschlusses. Die Schutzabdeckung weist ein Rohrteil auf, welches den Anschluß umschließt. Jedoch sind die Funktion und die Form dieses Rohrteils ganz verschieden und können die oben erwähnten Probleme nicht lösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besseren Schutz gegen die Gefahr der Lichtbogenbildung zwischen benachbarten Anschlüssen aufgrund von diese überbrückenden ionisierten Lichtbogengasen zu schaffen.
Demgemäß besteht die Erfindung in einem Schutzschalter nach Anspruch 1.
Das rohrförmige Bauteil, das von einer Innenfläche des Gehäuses zum Leitungsanschluß hin und teleskopartig über den genannten Teil desselben verläuft, bewirkt eine Ablenkung des entlüfteten Lichtbogengases um den Leitungsanschlußteil herum, nämlich durch zwischen Oberflächenteilen der Gehäusestirnwand und dem rohrförmigen Bauteil beiderseits desselben gebildete Strömungskanäle. Infolgedessen strömt ionisiertes entlüftetes Lichtbogengas um den Leitungsanschlußteil herum, ohne ihn zu berühren, und tritt in zu den Netzleitern paralleler Richtung in die Umgebung aus, ohne in die den Schutzschalter beherbergende Kammer geblasen zu werden. Vorzugsweise steht das rohrförmige Bauteil direkt mit einer in der Gehäusewand gebildeten Öffnung in Verbindung und ist an seinem distalen Ende abgeschrägt oder konisch in stromabwärtiger Richtung mit Bezug auf den Lichtbogengasströmungsweg ausgebildet, so daß entlüftetes Lichtbogengas, das an dem abgeschrägten Ende des rohrförmigen Bauteils vorbeiströmt, einen Niederdruckbereich erzeugt, der ein Hineinziehen von Kühlluft aus der Umgebung und das Mischen desselben mit den ionisierten Lichtbogengas bewirkt, wodurch dieses gekühlt und in seiner Leitfähigkeit herabgesetzt wird. Das rohrförmige Bauteil ist vorzugsweise als integraler Teil des Deckels des Isoliergehäuses ausgebildet.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend lediglich beispielsweise unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Schalter,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilschnitt einer herkömmlichen Entlüfteanordnung,
Fig. 4 einen Teilschnitt der Entlüfteanordnung,
Fig. 5 und 6 einen Teilschnitt bzw. eine Ansicht der Entlüfteanordnung nach der Erfindung, und
Fig. 7 einen Vertikalschnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6.
Der in Fig. 1 dargestellte und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Gußgehäuse-Schutzschalter weist ein gegossenes elektrisch isolierendes Gehäuse mit einem Sockel 12 und einem Deckel 14 auf, der entlang einer Linie 16 am Sockel anliegt und daran mittels geeigneten Befestigungsmitteln wie beispielsweise (nicht dargestellten) Schrauben befestigt ist. Der Schutzschalter ist als dreipoliger Schalter dargestellt, der drei Poleinheiten aufweist, die jeweils einen Netzanschluß 18, einen Lastanschluß 20, zwei miteinander zusammenwirkende Kontakte 30 und 32, von denen einer über einen Leiter 19 mit dem Netzanschluß 18 verbunden ist und der andere an einen beweglichen Kontaktarm 28 angeordnet ist, eine Lichtbogenlöscheinrichtung bzw. einen Lichtbogenauslauf 72 zum Löschen gezogener elektrischer Lichtbogen, wie bei 70 angedeutet, zwischen den Kontakten 30 und 32 nach deren Trennung unter Last, und eine Auslöseeinrichtung 24 zum Auslösen der Schutzschalteröffnung in Abhängigkeit von vorgegebenen, in der zugeordneten Poleinheit auftretenden Überströmen auf. Der Kontaktarm 28 in jeder Poleinheit ist über einen flexiblen Leiter 36, ein Bimetallelement 38 (das Teil der Auslöseeinrichtung 24 der zugehörigen Poleinheit bildet), und einen Leiter 40 mit dem Lastanschluß 20 verbunden und, wie bei 42 dargestellt, auf einem Kontaktarmträgerteil 44 einer isolierenden Querstange 26 drehbar gelagert, die ihrerseits im Sockel 12 um ihre Längsachse drehbar gelagert ist. Der Schutzschalter 10 weist außerdem einen Betätigungsmechanismus 22 auf, der allen Poleinheiten gemeinsam zugeordnet und in der mittigen Poleinheit angeordnet und dort zwischen zwei Tragplatten 45 (nur eine dargestellt) gehaltert ist, die an dem Sockel 12 befestigt sind. Der Betätigungsmechanismus 22 weist ein freigebbares Bauteil bzw. einen Schwenkhebel 56, der an den Platten 45 mittels eines Stiftes 58 drehbar gehaltert ist, und ein Kniehebelpaar 52 und 54 auf, das mittels eines Kniegelenkstifts 60 gelenkig zu einem Kniehebelwerk verbunden ist, das wiederum bei 62 gelenkig mit dem Schwenkhebel 56 verbunden und bei 42 mit dem der mittigen Poleinheit zugeordneten Querstangenteil 44 gelenkig verbunden ist. Der Betätigungsmechanismus 22 weist außerdem einen Betätigungshebel 46 auf, der etwa eine kopfstehende U-Form mit zwei Schenkeln, die in in den betreffenden Tragplatten 45 gebildeten, etwa U-förmigen Einschnitten 48 drehbar gelagert sind, und mit einem U-Bogen hat, an welchem ein handbetätigbarer isolierter Griff 50 befestigt ist, der durch eine Öffnung im Deckel 14 hindurchragt. Sprungwerksfedern 64 sind unter Spannung zwischen dem U-Bogen des Betätigungshebels 46 und den Kniegelenkstück 60 des Kniehebelwerks 52, 54 eingehängt. Dem Schwenkhebel 56 ist eine Sperre 66 zugeordnet, die in Fig. 1 in unwirksamer Stellung dargestellt ist, die aber in sich bekannter Weise mit einer Sperrfläche 68 am Schwenkhebel 56 so in Eingriff kommen kann, daß der letztere lösbar in einer "Rückstell"-Stellung verriegelbar ist, in welcher die Kontakte 30, 32 durch Bewegung des Griffs 50 geschlossen werden können, wobei das Kniehebelwerk 52, 54 gestreckt wird und demzufolge eine Bewegung des Kontaktarms 28 aus seiner Kontaktoffenstellung in seine Kontaktschließstellung bewirkt, die in Fig. 1 bei 28a gestrichelt dargestellt ist. Beim Auftreten einer Überlast oder eines Fehlerstroms in einer der Poleinheiten spricht die zugehörige Auslöseeinrichtung 24 an und bewirkt über eine allen Poleinheiten gemeinsame Auslösestange 47 das Freigeben des Schwenkhebels 56 durch den Sperrhebel 66 und ermöglicht so das Einknicken des Kniehebelwerks 52, 54 unter der Wirkung der Sprungwerksfedern 64, wodurch eine Kontaktöffnungsbewegung der Querstange 26 herbeigeführt wird, wie allgemein bekannt ist (siehe beispielsweise US-Patentschriften Nr. 4 503 408 und 4 220 935). Aus Fig. 1 geht außerdem hervor, daß jeder Kontaktarm 28 auf der Querstange 44 in einer solchen Weise gelagert und angeordnet ist, daß er beim Auftreten eines Fehler- oder Kurzschlußstroms oberhalb eines vorgegebenen Werts unabhängig von der Querstange und mit strombegrenzender Geschwindigkeit elektrodynamisch in die Kontaktoffenposition getrieben werden kann, wie grundsätzlich in der EPC-Patentveröffentlichung Nr. 0 145 990 des Anmelders beschrieben ist.
Wie vorstehend erwähnt und allgemein bekannt, wird, wenn die Kontakte 30, 32 unter Last entweder manuell oder automatisch geöffnet werden, zwischen ihnen ein elektrischer Lichtbogen 70 gezogen und in den Lichtbogenauslauf 72 hineingetrieben, wo er weiter gedehnt, aufgebrochen und gelöscht wird. Die Bildung eines solchen Lichtbogens wird von der Erzeugung von Lichtbogenprodukten in Form ionisierter Gase begleitet, die in geeigneter Weise entlüftet werden müssen, um eine mechanische Beschädigung oder einen Bruch des Schutzschaltergehäuses aufgrund des sich ergebenden Druckanstiegs zu vermeiden. Zu diesem Zweck weist der Lichtbogenauslauf 72 Entlüfteöffnungen 76 auf, die in seiner Stirn- bzw. Rückwand 74 gebildet sind, die angrenzend an die Schutzschaltergehäusestirnwand gelegen ist, welche das Innere des Gehäuses von der den Netzanschluß 18 enthaltenden Endkammer trennt, und die genannte Gehäusestirnwand ist in jeder Poleinheit mit einer Entlüfteöffnung 78 versehen, die in einem Stirnwandteil gebildet ist, der Teil des Gehäusedeckels ist. In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 3 Bezug genommen, welche eine herkömmliche Lichtbogengasentlüfteanordnung darstellt; es ist daraus ersichtlich, daß Lichtbogengase, wie durch Pfeile 82 angedeutet, durch einen Hohlraum 94 entlüftet werden, der im Deckel 15 des herkömmlichen Schutzschaltergehäuses gebildet ist. In diesen Hohlraum 94 ragt die Netzanschlußschraube 92 der zugehörigen Poleinheit hinein, die für einen (nicht dargestellten) Schraubenzieher oder dergleichen zugänglich ist, der durch eine in einem Frontwandteil des Deckels 15 gebildete Öffnung hindurch einführbar ist. Bei dieser herkömmlichen Anordnung ist die Anschlußschraube 92 den entlüfteten ionisierten Gasen ausgesetzt, und ein Teil des ionisierten Gases wird durch die Schraubenziehereinführöffnung des Deckels 15 in das (nicht dargestellte) metallische Behältnis ausgeblasen, welches den Schutzschalter beherbergt. Infolgedessen kann ein Spannungsüberschlag zwischen dem Netzanschluß mit der Anschlußschraube 92 und den Netzanschlüssen benachbarter Pole und/oder durch in der Nähe befindliche Metallteile des Behältnisses auftreten.
Dieses Problem wird, grob gesagt, dadurch bewältigt, daß Mittel zur Abschirmung und Isolierung jeder Anschlußschraube vor direkter Berührung mit den entlüfteten ionisierten Lichtbogengasen vorgesehen sind. Mehr im einzelnen und unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 4 weist der Deckel 14 für jede Poleinheit ein rohrförmiges isolierendes Bauteil 86 auf, das vom Deckel zu der zugehörigen Anschluß schraube 92 hinabragt und teleskopartig mindestens denjenigen Teil der Schraube übergreift, der im Strömungsweg der aus der betreffenden Entlüftung 78 in dem Stirnwandteil 80 des Deckels 14 ausgehenden Lichtbogengasen liegt. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, bildet jedes rohrförmige Bauteil 86 in Verbindung mit angrenzenden Oberflächenteilen der Deckelstirnwand 90 zwei Strömungskanäle 84, die von der Entlüftung 78 beiderseits des rohrförmigen Bauteils 86 verlaufen und gemeinsam in einem Auslaß 88 endigen, der in der Deckelstirnwand gebildet ist und mit der Außenluft in Verbindung steht. Durch die betreffende Entlüftung 78 ausgeblasene Lichtbogengase werden also, wie durch Pfeile 82 wiederum angedeutet ist, durch die Kanäle 84 und den Auslaß 88 entlüftet, ohne daß sie mit der Anschlußschraube 92 in Berührung kommen, weil die letztere durch das ihr zugeordnete rohrförmige Bauteil 86 abgeschirmt und geschützt ist. Weil bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform jedes rohrförmige Bauteil 86 einstückig mit dem Deckel 14 ausgebildet, beispielsweise angegossen, ist und damit tatsächlich eine axiale Verlängerung einer darin gebildeten Schraubeneinführöffnung 87 bildet, ermöglicht dies außerdem den Zugang zur Anschlußschraube 92 mittels eines Schraubenziehers, aber bildet im wesentlichen keinen Strömungsweg, durch welchen ionisiertes Gas in das metallische Behältnis des Schutzschalters im Betrieb ausgeblasen werden kann.
Nunmehr wird auf die Fig. 5, 6 und 7 Bezug genommen, wonach jedes rohrförmige Bauteil 86 ein abgeschrägtes distales (d. h. freies) Ende aufweist, so daß das rohrförmige Bauteil mit einer geneigten bzw. schrägen Endfläche 98 (Fig. 5) bzw. 102 (Fig. 6 und 7) versehen ist, die mit Bezug auf den Gasströmungsweg stromabwärts weist, d. h. von der zugehörigen Entlüftung 78 weg. Infolgedessen schirmt das rohrförmige Bauteil 86 die Anschlußschraube 92 immer noch gegen eine Berührung mit ionisiertem Lichtbogengas ab, das aus der Entlüftung 78 austritt, aber gleichzeitig ermöglicht es außerdem, daß der an seinem abgeschrägtem Ende vorbeiströmende Gasstrom einen Unterdruckbereich erzeugt, der ein Einsaugen kühler Umgebungsluft durch das rohrförmige Bauteil 86 ermöglicht, wie durch Pfeile 100 in den Fig. 5 und 7 angedeutet ist, der sich mit dem austretenden ionisierten Lichtbogengas vermischt, wodurch das letztere abgekühlt und demzufolge weniger leitfähig gemacht wird.

Claims

1. Schalter (10) mit einem Isoliergehäuse und mindestens einer darin gehalterten Poleinheit mit einem Netzanschluß (18), einem Lastanschluß (20), und einem Paar miteinander zusammenwirkender Kontakte (30, 32), die elektrisch in Reihe zwischen dem Netzanschluß und dem Lastanschluß geschaltet sind und in einer Lichtbogenkammer (72) angeordnet sind, und mit einem Betätigungsmechanismus (22) zum Öffnen und Schließen der Kontakte, wobei das Gehäuse eine Stirnwand mit einem Wandteil (80) aufweist, der die Lichtbogenkammer vom Netzanschluß trennt und eine darin nahe einem Teil (92) des Netzanschlusses gebildete Lichtbogengas-Entlüfte-Öffnung (78) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Netzanschluß (18) ein rohrförmiges Bauteil (86) zugeordnet ist, das den genannten Teil (92) des Netzanschlusses umschließt und ihn so gegen eine Berührung mit Lichtbogengasen abschirmt, die aus der Entlüfteöffnung (78) austreten, und daß das rohrförmige Bauteil (86) mit einer in der Gehäusewand gebildeten Öffnung (87) in Verbindung steht und in den Strömungsweg des von der Entlüfteöffnung (78) ausgehenden Lichtbogengases hineinragt sowie ein abgeschrägtes Ende (98 bzw. 102) aufweist, das mit Bezug auf den Strömungsweg stromabwärts weist, so daß, wenn dieser von Lichtbogengas durchströmt wird, ein Einsaugen von Umgebungsluft durch die genannte Öffnung (87) und ein Vermischen derselben mit dem Lichtbogengas bewirkt wird.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Bauteil (86) von einer Gehäuseinnenwandfläche zu dem Lastanschluß (18) hinverläuft und sich teleskopartig über dessen genannten Teil (92) erstreckt.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Teil (92) des Netzanschlusses (18) eine Anschlußschraube (92) ist, und die genannte Öffnung (87) und das rohrförmige Bauteil (86) mit der Anschlußschraube axial fluchten, so daß diese für ein durch die Öffnung (87) und das rohrförmige Bauteil (86) hindurch einzuführendes Werkzeug zugänglich ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Bauteil (86) einteilig mit dem Isoliergehäuse ausgebildet ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliergehäuse einen Deckel (14) aufweist, an welchem die genannte Gehäuseinnenfläche gebildet ist, von welchem aus das rohrförmige Bauteil (86) verläuft, und daß das rohrförmige Bauteil (86) einteilig mit dem Deckel (14) ausgebildet ist.

6. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Bauteil (86) zusammen mit den angrenzenden Oberflächenteilen der genannten Stirnwand (90) zwei Gasströmungskanäle (84) bilden, weiche von der Entlüfte-Öffnung (78) beiderseits des rohrförmigen Bauteils um dieses herum zu einem Auslaß (88) verlaufen, der in der genannten Stirnwand gebildet ist und mit der Umgebungsluft in Verbindung steht.