DE4041887A1 - Lichtbogenkammer fuer ein elektrisches schaltgeraet - Google Patents

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.