DE4041887A1 - Lichtbogenkammer fuer ein elektrisches schaltgeraet - Google Patents
Lichtbogenkammer fuer ein elektrisches schaltgeraetInfo
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- H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns
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Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenkammer für ein
elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des An
spruches 1.
Derartige Lichtbogenkammern befinden sich in elektri
schen Schaltgeräten, mit denen Kurzschlußströme strombe
grenzend abgeschaltet werden sollen. Sie besitzen norma
lerweise eine Kontaktstelle, die aus einem Festkontakt
stück und einem beweglichen Kontaktstück gebildet ist.
An dem Festkontaktstück schließt eine Lichtbogenleit
schiene an, der eine zweite Lichtbogenleitschiene gegen
überliegt, zwischen denen ein Lichtbogenlöschblechpaket
mit mehreren Lichtbogenlöschblechen angeordnet ist. Wenn
bei einer Schalthandlung die Kontaktstelle geöffnet
wird, wird zwischen den beiden Kontaktstücken ein Licht
bogen gezogen, dessen Fußpunkte entlang der Lichtbogen
leitschienen in das Lichtbogenlöschblechpaket wandern
bzw. geführt werden. In dem Lichtbogenlöschblechpaket
bilden sich mehrere Teillichtbögen aus. Überschreitet
die auf diese Art erzeugte Lichtbogenspannung die Net
zspannung, wird der Kurzschlußstrom begrenzt und
schließlich abgeschaltet, wodurch der Lichtbogen er
lischt.
Zur Verhinderung von Querzündungen zwischen den Teil
lichtbögen hinter dem Löschblechpaket (in Wandungsrich
tung gesehen) müssen die Enden der Löschbleche durch ge
eignete Maßnahmen isoliert werden.
Es ist z. B. bekannt, sog. Abluftmasken aus Filterpapier
oder aus Kunststoff hinter der Löschblechkammer (auch
Löschblechpaket genannt) anzubringen oder durch geeig
nete Formgebung des Gehäuses die Querzündungen zu ver
hindern. Durch diese teilweise Isolierung wird zwangs
läufig der Austrittsquerschnitt für die im der Lösch
blechkammer entstehenden Gase reduziert. Aufgrund der so
entstehenden Druckerhöhung neigt der Lichtbogen zu Rück
zündungen, d. h. er wandert aus der Löschblechkammer
heraus zurück in Richtung Kontaktstelle. Dadurch entste
hen Spannungseinbrüche, die zu partiellen Stromerhöhun
gen führen, wodurch sich das Joule′sche Integral
(Q = I2dt), das ein Maß für das Schaltvermögen des
Schalters ist, erhöht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lichtbogenanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Rückzün
dungsneigung des Lichtbogens in Richtung Kontaktstelle
reduziert sowie gleichzeitig die Spannungsfestigkeit der
Löschblechkammer nach einem Kurzschluß im Vergleich zu
bekannten Anordnungen erhöht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß also besteht wenigstens eine der Leit
schienen aus zwei Teilen, die durch einen Spalt vonein
ander getrennt sind, der sich in Lichtbogenlaufrichtung
gesehen vor der Löschblech- oder Deion-Kammer befindet.
Im Falle einer Schalthandlung wandert der Fußpunkt auf
der Lichtbogenleitschiene mit dem Spalt hin zur Deion-
Kammer, überspringt den Spalt und danach brennt zwischen
den Spaltkanten ein Lichtbogen, so daß zusätzlich zu den
Teillichtbögen zwischen den Lichtbogenleitschienen und
den Lichtbogenlöschblechen ein weiterer Teillichtbogen
außerhalb der Deion-Kammer gebildet wird.
Der gesamte Schaltlichtbogen wird durch den zusätzlichen
Teillichtbogen im Spalt zwischen den beiden Teilen der
Lichtbogenleitschiene daran gehindert, auf der Lichtbo
genleitschiene in Richtung zur Kontaktstelle hin zurück
zulaufen. Ausschlaggebend hierfür ist der durch den
Lichtbogen im erwähnten Spalt erzeugte Druck, der sich
senkrecht zur Wanderungsrichtung des Lichtbogens der
Deion-Kammer ausbreitet. Somit wird die Rückwanderung
des Lichtbogens aus der Deion-Kammer erschwert. Bei ei
nem Schaltversuch mit Spannungsmessungen ergäb sich eine
deutlich verringerte Anzahl von Spannungseinbrüchen, de
ren Zeitdauer sich so weit reduziert hat, daß praktisch
keine Auswirkungen mehr im Stromverlauf zu sehen sind.
Kurzzeitige Stromerhöhungen, wie sie bei bekannten
Lichtbogenkammern gemessen werden können, sind bei der
erfindungsgemäßen Lichtbogenkammer nicht mehr zu ver
zeichnen. Demzufolge ist das Joule′sche Wärmeintegral
geringer.
Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß die Spannungs
festigkeit insgesamt erhöht wird. Man kann feststellen,
daß die Deion-Kammer nach Kurzschlußabschaltungen zum
Teil mit geschmolzenem Eisen und/oder Kupfermaterial zu
gesetzt ist. Aufgrund des im Schalter beim Kurzschluß
herrschenden Druckes lagern sich diese Teile im hinteren
Bereich - gasströmungsabwärts - der Deion-Kammer ab, und
der Spalt zwischen den Teilen der Lichtbogenleitschiene
bleibt frei. Hierdurch wird die Spannungsfestigkeit er
höht, nicht zuletzt aber auch durch die zusätzlich durch
den Spalt gebildete Trennstrecke.
Der Spalt kann auf die unterschiedlichste Weise gebildet
werden, entweder durch Abkantungen an den Spaltkanten
oder durch eine Überlappung der Spaltkanten gemäß den
kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 4 und 5; durch
Hinterlegung mit gasabgebendem Kunststoff nach Anspruch
3 kann die Löschung des Lichtbogens ebenfalls beeinflußt
werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Merkma
len des Anspruches 2 zu entnehmen. Danach können beide
Leitschienen im Bereich vor dem Lichtbogenlöschblechpa
ket je durch eine Trennstelle unterteilt sein. Dadurch
werden zwei zusätzliche Teillichtbogen gebildet. Eine
solche Anordnung erzeugt eine nochmalige Verbesserung
für die Lichtbogenspannungsstabilität gegenüber der Aus
gestaltung mit einem Spalt lediglich in einer Lichtbo
genleitschiene. Darüberhinaus wird die Spannungsfestig
keit nach Kurzschlußschaltungen ebenfalls verbessert,
nicht zuletzt auch hier durch den zusätzlichen Spalt.
Man kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung den dem
Lichtbogenlöschblechpaket benachbarten und den dieses
begrenzenden Teil der Lichtbogenleitschiene oder der
beiden Lichtbogenleitschienen zu Bestandteilen des
Lichtbogenlöschblechpaketes machen, so daß praktisch der
abgetrennte Teil der Lichtbogenleitschiene jeweils ein
erstes Blech im Lichtbogenlöschblechpaket darstellt, wo
durch die Montage zusätzlich erleichtert wird.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung so
wie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse
rungen der Erfindung und weitere Vorteile näher erläu
tert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Lichtbogenkammer gemäß Stand der
Technik,
Fig. 2 einen Strom-Spannungsverlauf einer derar
tigen bekannten Lichtbogenkammer bei ei
ner Abschalthandlung,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer erfin
dungsgemäßen Lichtbogenkammer,
Fig. 4 eine Strom-Spannungskurve ähnlich der der
Fig. 2,
Fig. 5 und 6 zwei Ausführungsformen der Erfindung ge
mäß Fig. 4 und
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfin
dung.
Eine konventionelle, bei einem bekannten Leitungsschutz
schalter benutzte und eingesetzte Lichtbogenkammer be
sitzt eine Kontaktstelle 10 mit einem Festkontaktstück
11 und einem beweglichen Kontaktstück 12, welches am
freiem Ende eines drehbar aufgelagerten Kontakthebels 13
angeordnet ist. Das Festkontaktstück 11 sitzt an einem
Horn 14, welches in eine obere Lichtbogenleitschiene 15
übergeht. An die Lichtbogenleitschiene 15 schließt sich
ein Lichtbogenlöschblechpaket 16 oder auch Deion-Kammer
16 an, die aus mehreren Lichtbogenlöschblechen 17 in an
sich bekannter Weise zusammengesetzt ist. Parallel zu
der Lichtbogenleitschiene 15 ist eine weitere Lichtbo
genleitschiene 18 vorgesehen, die im Bereich des Fest
kontaktstückes 11 einen parallel zu diesem verlaufenden
ersten Abschnitt 19, einen unter einem Winkel von etwa
45° verlaufenden Abschnitt 20 und einen Abschnitt 21
aufweist, der parallel zu den Lichtbogenlöschblechen 17
verläuft. Man erkennt, daß der Stromfluß I im einge
schalteten Zustand, herkommend von dem Kontakthebel 13
über die Kontaktstelle 10 in das Festkontaktstück 11 und
das Horn 14, von wo aus der Strom über eine nicht näher
dargestellte Leitung gemäß Pfeilrichtung P zu einem
elektromagnetischen Auslöser fließt, eine U-Form bildet,
die senkrecht zu den Lichtbogenlöschblechen verläuft und
die bei der Öffnung der Kontaktstelle eine Aufweitung
des Lichtbogens in Richtung zum Lichtbogenlöschblechpa
ket bewirkt.
Wenn die Kontaktstelle 10 geöffnet wird, dann schwenkt
der Kontakthebel 13 in die Stellung 13a, wodurch zwi
schen dem beweglichen Kontaktstück 12 und dem festen
Kontaktstück 11 ein Lichtbogen 22 gezogen wird, der in
Pfeilrichtung P1 aufgeweitet wird. Der am Festkontakt
stück 11 entstehende Lichtbogenpußpunkt 23 wandert das
Horn 14 entlang hin zu dem Abschnitt 15, und der am be
weglichen Kontaktstück entstehende Lichtbogenpußpunkt 24
springt, nachdem das bewegliche Kontaktstück 12 in die
Nähe des Abschnittes 19 gelangt ist, auf diesen Ab
schnitt und wandert die Lichtbogenleitschiene 18 ent
lang. Im Lichtbogenlöschblechpaket teilt sich der Licht
bogen 22 in mehrere Teillichtbögen 25 auf, die zur Lö
schung des Lichtbogens und zur Strombegrenzung beitra
gen.
Die Fig. 2 zeigt ein Strom I-Spannungs U-Zeitdiagramm.
Auf der nach oben verlaufenden Ordinate ist die Spannung
und auf der nach unten verlaufenden Ordinate der Strom
aufgetragen; und auf der Abszisse die Zeit t. Aufgrund
von Rückzündungen, die deshalb entstehen können, weil
die Teillichtbögen nach vorne hin zur Kontaktstelle zu
rücklaufen, entstehen Spannungseinbrüche 30, in Fig. 2
sind vier Spannungseinbrüche 30 dargestellt, deren Dauer
t1 im Durchschnitt betragen soll. Diesen Spannungsein
brüchen 30 stehen Stromerhöhungen 31 gegenüber, die die
Erhöhung des Strom-Integrals beitragen.
Erfindungsgemäß befindet sich nun in der Lichtbogenleit
schiene 18 in dem parallel zu den Lichtbogenlöschblechen
des Lichtbogenlöschblechpaketes verlaufendem Bereich un
mittelbar davor eine Trennstelle oder ein Spalt 32, so
daß die Lichtbogenleitschiene 18 in zwei Teilabschnitte
33 und 34 unterteilt ist. Wenn ein Lichtbogen im Licht
bogenlöschblechpaket brennt, wie durch die strichlierte
Linie 35 dargestellt, brennt auch im Spalte 32 ein Teil
lichtbogen 36. Aufgrund dieses Teillichtbogens erhält
man, siehe Fig. 4, im Spannungszeitdiagramm U-t zwar
auch Spannungseinbrüche 37, aber weniger als ohne Trenn
stelle 32; die kurze Zeitdauer t2 der Spannungseinbrüche
bewirkt praktisch keine oder nur unmerkbare Spannungser
höhungen im I-t Diagramm, wodurch ersichtlich ist, daß
das Stromintegral zumindest durch Spannungserhöhungen
wie die Spannungserhöhungen 31 nicht beeinflußt bzw.
vergrößert wird.
Die Trennstelle 32 kann dadurch bewirkt werden, daß an
den Enden der Abschnitte 33 bzw. 34, die gegeneinander
gerichtet sind, Abkantungen 37 und 38 vorgesehen sind,
zwischen denen ein Lichtbogen brennen kann, wobei dafür
zu sorgen wäre, daß dort lichtbogenabbrandfestes Materi
al vorgesehen ist.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführung der Trennstel
le 32. Die Lichtbogenleitschiene 33 überlappt eine Ab
kröpfung 39 des Lichtbogenleitschienenabschnittes 34, so
daß durch die Überlappung einem Bereich B die Trennstel
le 32 gebildet wird.
Die Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Er
findung. Hier ist nicht nur die untere Lichtbogenleit
schiene 18 durch die Trennstelle 32 in einen Teilbereich
33 bzw. 34 unterteilt, sondern auch die Lichtbogenleit
schiene 35 durch eine Trennstelle 40. Dadurch bildet
sich in der Trennstelle ein weiterer Lichtbogen 41 aus,
so daß im Falle einer Schalthandlung zusätzlich zu den
Teillichtbögen 35 im Lichtbogenlöschblechpaket 16 ein
Lichtbogen 36 und ein Lichtbogen 41 erzeugt wird.
Es ist auch klar, daß dadurch die Spannungsfestigkeit
des Schalters erhöht wird, wegen der zusätzlichen Trenn
stellen 32 und 40 im Stromfluß. Außerdem wird die Strom
begrenzung durch die zusätzlichen Teillichtbögen 36 bzw.
41 erhöht.
Zur Erhöhung des durch die Teillichtbögen 36 und/oder 41
erzeugten Druckes besteht die Möglichkeit hinter den
Spalten 32 bzw. 40 Plättchen 43 anzubringen, die bei
Lichtbogeneinwirkung besonders viel Gas absondern, was
z. B. bei einigen Kunststoffen der Fall ist.
Claims (6)
1. Lichtbogenkammer für ein elektrisches Schaltge
rät, mit wenigstens einer ein festes und ein bewegliches
Kontaktstück aufweisenden Kontaktstelle, an die ein zwi
schen zwei Lichtbogenleitschienen befindliches Lichtbo
genlöschblechpaket anschließt, dergestalt, daß die Fuß
punkte eines beim Öffnen der Kontaktstelle entstehenden
Schaltlichtbogens auf den Lichtbogenleitschienen ent
langlaufen, wobei der Lichtbogen in das Löschblechpaket
wandert darin gelöscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eine der Lichtbogenleitschienen (15, 18) im
Bereich vor dem Lichtbogenlöschblechpaket (16) eine
Trennstelle (40, 32) aufweist, über die der Lichtbogen
fußpunkt springt und in der danach ein Teillichtbogen
(41, 36) bis zum Abschalten brennt.
2. Lichtbogenkammer nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß beide Leitschienen (15, 18) im Bereich
vor dem Lichtbogenlöschblechpaket (16) jeweils durch ei
ne Trennstelle (40, 32) unterteilt sind.
3. Lichtbogenkammer nach einem der vorherigen An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstellen
(32, 40) mit gasendem Material (43) hinterlegt sind.
4. Lichtbogenkammer nach einem der vorherigen An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstelle
durch aus dem Lichtbogenkammerbereich herausgebogenen
Abkröpfungen (37, 38) gebildet ist.
5. Lichtbogenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Trennstelle
(32) gebildeten Teilabschnitte (33, 34) im Bereich der
Trennstelle sich überlappend ausgebildet sind, wobei
zwischen beiden ein die Trennstelle bildender Spalt vor
gesehen ist.
6. Lichtbogenkammer nach einem der vorherigen An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Teile
der Leitschienen (15, 18), die an das Lichtbogenlösch
blechpaket (16) angrenzen und durch einen Spalt (40, 32)
abgetrennt sind, jeweils ein erstes Blech des Lichtbo
genlöschblechpaketes bilden.
Priority Applications (2)
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