DE608711C

DE608711C - Schalter oder Sicherung mit Lichtbogenloeschung durch Dampf

Info

Publication number: DE608711C
Application number: DES108902D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-04-15
Filing date: 1933-04-02
Publication date: 1935-01-30
Also published as: DE608712C; GB400838A; US2082028A; DE607516C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalter oder eine Sicherung mit Lichtbogenlöschung durch Gas, das unter Einwirkung des Lichtbogens aus einem festen Stoff entwickelt wird, insbesondere durch Dampf, der durch den Lichtbogen aus Borsäure, Ammonium-Alaun oder einem ähnlichen festen Stoff mit chemisch gebundenem Wasser nach Patent 607516 ausgeschieden wird. Bei der-

to artigen Sicherungen beruht die Löschwirkung auf der Entionisierung des Lichtbogenraumes durch die aus dem festen Stoff durch Einwirkung des Lichtbogens entwickelten Gase oder Dämpfe. Damit diese Löschwirkung bei dem Unterbrechen kleiner Ströme und damit bei schwachen Lichtbögen vorhanden ist, muß der Lichtbogen mit dem festen Stoff in enge Berührung.kommen. Dies geschieht bei dem Schalter oder der Sicherung nach dem

2Q Hauptpatent dadurch, daß ein Kanal in einem aus dem festen Stoff gebildeten Körpier, inden der Lichtbogen durch eine bewegliche Stabelektrode hineingezogen wird, so ausgebildet ist, daß seine Wandung die Elektrode eng umgibt. Bei größeren Strömen, die 'eine bedeutend stärkere Gas- oder Dampf entwicklung verursachen, besteht dann aber die Gefahr, daß der Schalter oder die Sicherung durch den hohen Druck, der in dem Kanal entsteht, zersprengt wird.

Um diese Gefahr zu vermeiden und einen Schalter oder eine Sicherung der genannten Art zum Unterbrechen kleiner und großer Ströme gleich gut geeignet zu machen, werden nach der Erfindung in dem aus dem festen Stoff gebildeten Körper zwei Lichtbogenkanäle von verschiedener Weite vorgesehen. In dem einen Kanal von großer Weite befindet sich die bewegliche Stabelektrode, die außerhalb des Kanals ein festes Gegenschaltstück berührt oder über einen Schmelzstreifen angeschlossen ist und bei Überstromauslösung oder Durchbrennen des Schmelzstreifens in den Kanal hineingezogen wird. Durch den anderen engen Kanal ist ein dünner parallel geschalteter Schmelzdraht hindurchgeführt.

Durch Ausbildung des Schalters oder der Sicherung nach der Erfindung wird erreicht, daß die Löschung starker Lichtbögen bei der Unterbrechung hoher Ströme in dem weiten Kanal stattfindet, während schwache Licht-

bögen bei der Unterbrechung kleiner Ströme in dem engen Kanal gelöscht werden. Auf diese Weise ist es mögüch, den Strombiereich, für den die Sicherung brauchbar ist, wesentlieh zu vergrößern.

Eine besonders zweckmäßige weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der enge Kanal des Schmelzdrahtes in eine trichterartige Erweiterung am Ende des weiten Kanals mündet und der Schmelzdraht an dieser Stelle durch eine Funkenstrecke von dem festen Anschlußstück getrennt ist. Dabei kann der Schmelzdraht an eine im Bereich der trichterartigen Erweiterung des weiten Kanals isoliert angeordnete Zwischenelektrode angeschlossen sein oder aus dem engen Kanal frei herausragen. Bei dieser Ausbildung der Sicherung wird der Schmelzdraht erst eingeschaltet, wenn durch Trennung der beweglichen Elektrode von der festen Gegenelektrode oder nach Durchbrennen des Schmelzstreifens, über den die bewegliche Elektrode angeschlossen ist, lein Lichtbogen in der trichterartigen Erweiterung des weiten Kanals entstanden ist. Dann wird durch Ionisierung der in diesem Tedl des weiten Kanals befindlichen Luft die Funkenstrecke, die den Schmelzdraht von dem festen Anschlußstück trennt, durchschlagen und der Schmelzdraht eingeschaltet. Das erst beim Ausschaltvorgang erfolgende Einschalten des Schmelz draht es hat den Vorteil, daß die Löschung von großen und kleinen Lichtbögen sicher in der angegebenen Weise erfolgt. In den Fig. 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt, und zwar handelt es sich um Sicherungen.

In den Fig. 1 bis 3 ist 10 das aus Isoliermaterial bestehende Sicherungsrohr, auf dessen oberem Ende eine offene Metallkappe 11" sitzt. An dem unteren Ende des Sicherungsrohres 10 ist ein Metallrohr 12 angebracht. Die Metallkappe 11 und das Metallrohr 12 bilden die Anschlußstücke der Sicherung und werden zum Anschluß der Sicherung in fest angeordnete Kontaktfedern hineingeschoben. Das Metallrohr 12 ist in 'eine umlaufende Vertiefung 'eines mit dem Sicherungsrohr 10 fest verbundenen Metallringes 13 hineingedrückt. Auf dem Metallring 13 liegt eine metallene Ringscheibe 14 auf, die eine Säule trägt, die aus übereinandergeschichteten, aus Borsäure bestehenden Scheiben 1S gebildet ist. In der Säule befindet sich ein dem rechteckigen Querschnitt der beweglichen Elektrode 16 angepaßter mittlerer weiter Lichtbogenkanal 17. Ferner ist in der Säule ein enger Lichtbogenkanal 18 von rundem. Querschnitt vorgesehen. In dem Lichtbogenkanal 18, der an dem unteren Ende durch die Ringscheibe 14 abgeschlossen ist, befindet sich ein dünner Schmelzdraht 19, der z. B. aus Kupfer besteht. Der Schmelzdraht 19 ist unten an der Ringscheibe 14 angeschlossen. Bei der Sicherung nach Fig. 1 ist sein oberes Ende mit 'einem Schmelzstreifen 20 verbunden, der in der Mitte in einem Schlitz der beweglichen Elektrode 16 befestigt ist und dessen freie Enden auf der Metallkappe 11 z. B. festgeschweißt sind. Der Schmelzstreifen 20 hält die bewegliehe Elektrode 16 gegen eine gespannte Feder 21 fest, die zwischen einer an der beweglichen Elektrode befestigten Scheibe 2.2 und dem Metallring 13 angeordnet ist. 23 und 24 sind biegsame Strombänder, die die bewegliche Elektrode 16 mit dem das eine Anschlußstück der Sicherung bildenden Metallrohr 12 verbinden. Der unter dem Zug der Ausschaltfeder 21 V-förmig ausgespannte Schmelzstreifen 20 liegt in dem trichterartig erweiterten oberen Ende des weiten Kanals 17. In die trichterförmige Erweiterung dieses Kanals mündet der rage Kanal 18.

Bei 'der Sicherung nach Fig. 2 ist eine Zwischenelektrode 25 in Form einer Metallscheibe, die mit Öffnungen für den weiten Kanal 17 und den engen Kanal 18 versehen ist, in der obersten aus Borsäure bestehenden Scheibe 15 eingebettet. Mit dieser Scheibe ist der iSchmelzdraht 19 verbunden.

Bei der Sicherung nach Fig. 3 ragt das Ende des Schmelzdrahtes 19 frei aus dem engen Kanal 17 heraus.

Die Wirkungsweise der Sicherung nach Fig. ι ist folgende:

Sobald bei Überstrom der Schmelzstreifen 20 an den Stellen 26, an denen der Querschnitt des Schmelzstreifens geschwächt ist, durchbrennt, wird die bewegliche Elektrode 16 durch die gespannte Feder 21 abwärts bewegt und dabei zwischen den sich trennenden Teilen des Schmelzstreifens 20 Lichtbögen gezogen. Durch den dünnen Schmelzdraht 19 fließt dann ein Strom, der stark genug ist, um ihn zum Schmelzen zu bringen. Infolgedessen wird auch ein Lichtbogen in dem engen Kanal 18 gezogen.

Wenn der durch die Sicherung zu unterbrechende Strom nur so groß ist, daß er gerade ausreicht, um das Schmelzien des Schmelzstreifens 20 zu bewirkien, dann schmilzt der feine Schmelzdraht 19 nicht sofort. Die durch den Schmelzdraht 19 hergestellte Verbindung zwischen der Metallkappe 11 und der Ringscheibe 14 bleibt also bestehen, bis die bewegliche Elektrode 16 'ein beträchtliches Stück abwärts bewegt ist. Da die Verbindung von Metallkappe 11 und Ringscheibe 14 über den Schmelzdraht 19 einen !deinen Widerstand hat, werden die Lichtbögen zwischen den Teilen des Schmelzstreifens 20 ausgelöscht, wenn nicht über-

Claims

haupt "von vornherein eine Lichtbogenbildung ganz verhütet wird. "Wenn der Strom durch Null geht, bevor der' Schmelz draht 19 schmilzt, verhütet das Vorhandensein des Schmelzdrahtes 19 eine Wiederzündung der Lichtbogen zwischen den Teilen des geschmolzenen 'Schmelzstreifens 20.

Wenn dann der feine Schmelz draht 19 schmilzt, entsteht ein Lichtbogen, der sich von

ίο der Mündung des engen Kanals i8 aus in den Kanal hinein erstreckt. Da der Strom klein ist, ist die Spannung des Lichtbogens im Kanal 18 nicht ausreichend, um eine Wiederzündung des Lichtbogens zu veranlassen, der zwischen der Metallkappe 11 und der Spitze der beweglichen Elektrode 16 besteht und dann schon eine beträchtliche Länge erreicht hat.

Der schwache Lichtbogen kommt in dem engen Kanal 18 mit der Wandung des Kanals in enge Berührung, so daß genügend Wasserdampf aus der Wandung abgegeben wird, um den Lichtbogen zu löschen. Da der Kanal 18 an seinem unteren Ende durch die Ringscheibe 14 abgeschlossen ist, strömt der im Kanal entwickelte Dampf oben aus der Mündung des Kanals aus. Dabei durchwirbelt der nicht ionisierte Frischdampf den Lichtbogenraum und entionisiert ihn, so daß der Lichtbogen gelöscht wird. Da der im Kanal

18 gezogene Lichtbogen schwach ist, ist die Dampf ent wicklung in dem engen Kanal nicht so heftig, daß ein zu hoher Druck entsteht und die Sicherung zersprengt wird. Versuche haben ergeben, daß die oben beschriebene Wirkung eintritt, solange der beim Ansprechen der Sicherung durch den Schmelzdraht 19 fließende. Strom so klein ist, daß der Schmelzdraht erst nach mehr als eineinhalb Halbwellen schmilzt.

Wenn der Schmelzstreifen 20 infolge eines größeren Stromes, z. B. im Kurzschlußfall, durchbrennt, schmilzt der feine Schmelzdraht

19 sofort auf seiner ganzen Länge, so daß +S in dem engen Kanal 18 ein Lichtbogen entsteht, der sich über die ganze Länge des Kanales erstreckt. Dieser Lichtbogen hat im Vergleich zu den Lichtbogen zwischen den Teilen des durchgeschmolzenen Schmelz-Streifens 20 einen hohen Widerstand. Diese Lichtbogen sind nämlich noch sehr kurz, da gerade die Abwärtsbewegung der beweglichen Elektrode 16 beginnt. Bei dem raschen Schmelzen des Schmelzdrahtes 19 werden die Lichtbogen zwischen den Teilen des geschmolzenen Schmelzstreifens 20 nicht gelöscht.

Der Spannungsabfall über diese starken Lichtbogen ist zu klein, um den Lichtbogen in dem engen Kanal 18 aufrechtzuerhalten, und der Lichtbogen erlischt, sobald eine für seine Löschung ,ausreichende Menge Dampf in dem engen Kanal 18 entwickelt ist.

Bei der Abwärtsbewegung der beweglichen Elektrode 16 durch die Federal vereinigen sich die zu Anfang vorhandenen beiden Lichtbögen zu einem Lichtbogen, der mit der Elektrode 16 in den weiten Kanal 17 hineingezogen wird. Da der Kanal 17 für die stärksten Lichtbögen bemessen ist, erreicht der Druck des aus der Wandung des Kanals unter Einwirkung des Lichtbogens abgegebenen Dampfes keine solche Höhe, daß ein Zersprengtwerden der Sicherung zu befürchten ist. Bei sehr starken Lichtbogen wird während der ersten Halbwelle nach Durchschmelzen des Schmelzstreifens 20 genügend Dampf entwickelt, um eine Wiederzündung des Lichtbogens nach dem Stromnulldurchgang zu verhindern. Der Lichtbogen bleibt dann erloschen. Wenn der Lichtbogen nicht stark genug ist, um in einer HaIbwelle die für seine Löschung !erforderliche Dampfmenge zu entwickeln, so bleibt der Lichtbogen mehrere Halbwellen bestehen. In dieser Zeit hat aber die Feder 21 die bewegliche Elektrode weit genug abwärts bewegt, um eine Wiederzündung des Lichtbogens nach dem Stromnulldurchgang zu verhindern.

Die Wirkungsweise der Sicherung nach Fig. 2 und 3 ist die gleiche wie die der Sicherung nach Fig. 1. Es wird hier aber der dünne Schmelzdraht 19 erst leingeschaltet, wenn nach Durchbrennen des Schmelzstreifens 20 an den geschwächten Stellen 26 sich Lichtbogen gebildet und die in der trichterförmig erweiterten Öffnung des Kanals 17 befindliche Luft ionisiert haben, 90 daß ein Überschlag von der Metallkappe 11 zu der Zwischenelektrode 25 oder zu dem aus dem Kanal 18 herausragenden freien Ende des Schmelzdrahtes 19 stattfindet.

Um Sicherungen nach den Fig. 1 bis 3 in Schalter umzuwandeln, erfolgt der Anschluß der beweglichen Elektrode 16 nicht über einen Schmelzstreifen 20, sondern das obere Ende der Elektrode 16 ist in eine feste Gegenelektrode eingeschoben, die an der Kappe 11 befestigt ist. Die bewegliche Elektrode 16 wird dann durch eine Verklinkung, die z. B. durch einen Überstromauslöser betätigt wird, gegen die Feder 21 in der Einschaltstellung festgehalten.

Patentansprüche: _ιχ

ι. Schalter oder Sicherung mit Lichtbogenlöschung- durch Dampf, der unter der Einwirkung des Lichtbogens aus einem festen Stoff mit chemisch gebundenem Wasser, insbesondere Borsäure und Ammonium-Alaun, entwickelt wird, nach Patent 607 516, dadurch gekennzeichnet,

■daß in dem aus dem festen Stofi gebildeten Körper zwei Lichtbogenkanäle von verschiedener Weite vorgesehen sind, wobei sich in dem Kanal von großer Weite die bewegliche Stabelektrode befindet, die außerhalb des Kanals eine feste Gegenelektrode berührt oder über einen Schmelzstreifen angeschlossen ist und bei Überstromauslösung oder Durchbrennen des Schmelzstreifens in den Kanal hineingezogen wird, während durch den engen Kanal ein dünner parallel geschalteter Schmelzdraht hindurchgeführt ist.
2. Schalter oder Sicherung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Kanal des Schmelzdrahtes in eine trichterartige Erweiterung am Ende des weiten Kanals mündet und daß der Schmelzdraht an dieser Stelle durch, eine Funkenstrecke von dem festen Anschlußstück getrennt ist.
3. Schalter oder Sicherung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzdraht an eine im Bereich der trichterartigen Erweiterung des weiten Kanals isoliert angeordnete Zwischenelektrode angeschlossen ist.
4. Schalter oder Sicherung nach. Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzdraht aus dem engen Kanal frei herausragt.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, jedoch für einen Schalter oder eine Sicherung, bei welchen ein Stoff verwendet wird, der unter der Einwirkung des Lichtbogens Gas 'entwickelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen