DE7341793U - Lichtbogenlöscheinrichtung für strombegrenzende elektrische Schalter - Google Patents

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Baden (Schweiz)

Lichtbogenlöscheinrichtung für strombegrenzende elektrische Schalter.

Die Erfindung betrifft eine Lichfcbogenlöscheinrichtung für strombegrenzende elektrische Schalter.

Als strcmbegrenzende Schalter werden allgemein solche bezeichnet, die den Stromkreis, in dem sie eingeschaltet sind, beim Schalten durch Eigenschaften, die dem Schalter eigentümlich sind, beeinflussen, insbesondere haben derartige Sehalter die Fähigkeit, die Grosse und den zeitlichen Verlauf des vom Netz her möglichen Stromes (unbeeinflusster) zu reduzieren, in dem sie (Spannungen) bzw. Impedanzen aufbauen, die beim Ausschalten des Stromes wirksam werden.

Eine bekannte Massnahme besteht (vgl. DT-AS 1 095 916) -z.B. darin, die Brennspannung des Lichtbogens dadurch zu erhöhen, dass der Lichtbogen in einer allseitig geschlossenen Schalterkammer konstanten Volumens brennt, in welcher Schalterflüssig-

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kei* zum Verdampfen gebracht wird, wodurch in der Schaltkammer ein sehr hoher Druck entsteht. Ein derartiger Schalter mit vollkommen geschlossener Schaltkammer ist jedoch z.B. im Hinblick auf die Druckkapselung una Dichtung sowie einer Bewältigung einer grossen Anzahl von Abschaltungen gleichbleibenden Schaltvermögens mit einer erheblichen Unsicherheit behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zu Grunde, eine einfache und robuste Lichtbogenlöscheinrichtung für einen strombegrenzenden Schalter zur oftmaligen Verwendung anzugeben, bei welcher eine hermetische Kapselung nicht erforderlich ist und wobei der Druckaufbau durch den Lichtbogen auf ein gewünschtes Mass beschränkt ist.

Erfindungsgemäss wird dies erreichbar durch a) eine druckstossfeste, die Schaltstücke enthaltende Isolierkammer, welche einer unter Lichtbogeneinwirkung stattfindenden Druckerzeugung dient, b) ein willkürlich betätigbares Schaltstück zum Einleiten eines Ausschaltlichtbogens, c) mindestens ein kolbenförmiges bewegliches Schaltstück, das vom Druck in der Kammer betätigbar ist und das so angeordnet ist, dass es nach einem vorgebbaren Hub die Freigabe mindestens einer Oeffnung in der Kammerwand bewirkt.

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Die Zeichnung «3,·-. '.gt Ausführungsbeispieie der Erfindung. Im einzelnen zeigen

Fig. la, Ib die Lichtbogenlöscheinrichtung in zwei charakteristischen Stellungen der Schalt stücke, Fig. 2a, 2b im vergrösscrten Massstab eine Variante eines

Details entsprechend Fig.la, Ib, Fig. 3a, 3b eine weitere Variante zu Fig.l, bei welcher ein

Schaltstück als Stufenkolben ausgebildet ist, Fig. *la', 4b eine weitere Variante zu Fig. 2a, 2b, bei welcher

beide Schaltstücke zusätzliche Elektroden besitzen. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugsliinweisen versehen. In Fig. Ia₉ Ib ist 1 eine druckstossfeste Kammer, welche aus einem gasabgebenden Isolierstoff, z.B. Polyoxymethylen (Handelsname "Delrin") besteht. Es kann aber zweckmässig sein, die Kammer so auszubilden, dass sie aus druckfestem Material besteht und wenigstens an ihrer Innenfläche mit Einsätzen aus unter der Lichtbogeneinwirkung gasabgebenden Teilen ausgekleidet ist. Am oberen Ende ist die Kammer 1 mit einem z.B. metallernen Gehäuse 2 verbunden. Unten ragt das von einem Antrieb ¹I konventioneller Bauart willkürlich angetriebene Schaltstück 3 in die Kammer 1 hinein. Die Ingangsetzung des Antriebs 4 erfolgt in an sich bekannter Weise durch Hand- und Schutzauslösung und ist nicht näher ausgeführt, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist. Die Bohrung la der Kammer 1 ist bei Ruhestellung

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des kolbenförmigen Schaltstückes 5 (Fig. la) verschlossen. Das Schaltstück 5 besitzt eine bundförmige Erweiterung 5a_s durch die in der ooeren und unteren Grenzstellung jeweils eine Hubbegrenzung stattfindet. In der unteren Lage liegt der Bund 5a auf der Oberseite der Kammer 1, während die obere

Grenzlage durch Anschlag des Bundes 5a am Bund 2a des Gehäu-

ι ses 2 gegeben ist. Zur Rückführung des Schaltstückes 5 dient

• die Feder 6. Je nach Verwendungsart der Lichtbogenlöscheinrich-

• tung kann nach erfolgtem Abschaltvorgang das Schaltstück 5

entweder durch die Feder 6 wieder in die untere Stellung gemäss

f Fig. la zurückgebracht werden, oder aber in der oberen Stellung

] gemäss Fig. Ib durch eine nichtf näher dargestellte Verklin-

) kungsvorrichtung bis zum Einschalten festgehalten werden. In

] letzterem Falle würde der Antrieb 4 zugleich mit der Einschalt-

bewegung für Schaltstück 3 ein Lösen der Verklinkungsvorrichtung für Schaltstück 5 vornehmen. Die äusseren Stromanscblüsse sind mit 7, 8 bezeichnet. Von Anschluss 7 wird de^ Strom üter die Blasspule 11 und dem Gleitkontakt 9 dem Schaltstück 3 zugeführt. ^vom Schaltstück 5 wird"der Strom über den Gleitkontakt 10 abgenommen. Das Gehäuse 2 besitzt zur Entlüftung re:.: re Oeffnungen 2b, die am Umfang verteilt angeordnet sind.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:

Wird ausgehend vom eingeschalteten Zustand (Fig. la) da^ : stück 3 durch den Antrieb *» mit einem relativ kurzen H -

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unten bewegt, so wird zwischen den Schaltstücken 3,5 ein Schaltlichtbogen in dem relativ kleinen Brennraum la eingeleitet. Infolge des geringen zunächst abgeschlossenen Volumens entsteht dabei ein hoher Innendruck, der das kolbenförmige Schaltstück 5 nach oben bewegt. Nach einem Teilhub des Schaltstückes 5 wird die obere Kammeröffnung freigegeben, so dass, wie durch Pfeile in Pig. Ib angedeutet, das Innere der Kammer 1 eine Druckentlastung erfährt. Es ist dies ein wesentlicher Vorteil der neuen Anordnung, da Explosionen bei zu hohen Drücken automatisch vermieden sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Antriebseinrichtung 4 nur für geringe Antriebskräfte ausgelegt zusein braucht, da der wesentliche Schaltstückhub für die nötige Trenndistanz der Schaltstücke durch die Lichtbogenenergie bewerkstelligt wird. Der die Strombegrenzung bewirkende hohe Druckaufbau in der Kammer 1 geht sehr rasch vor sich, so dass bezüglich der Dichtungseigenschaften des kolbenförmigen Schaltstückes 5 keine hohen Anforderungen gestellt sind. Die Blasspule 11 unterstützt die Einwirkung des Lichtbogens auf die gasabgebenden Kammerwände, indem sie den Bogen instabil macht und in der Kammer herumwirbelt. Ausserdem wird hierdurch eine Bewegung der Bogenfusspunkte auf den Kontakten erzielt, die den Kontaktabbrand verringert. Die Windungen der Spule 11 können im Teil 1 eingebettet, z.B. eingegossen sein.

In den Fig. 2a, 2b ist eine Variante dargestellt, bei welcher di«

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Partie um das Schaltstück 3 abgeändert ist. Hierbei ist das Schaltstück 3 von einer hülsenförmigen Elektrode 12 umfasst. Elektrisch aind Elektrode 12 und Schaltstück 3 durch einen Gleitkontakt 13 miteinander verbunden, wobei im oberen Teil die Elektrode 12 gegen das Schaltstück 3 durch eine Isolierhülse 1*1 elektrisch getrennt ist. Die Pig,2a zeigt eine Momentanstellung kurz nach der Kontakttrennung, bei welcher der initiale Lichtbogen 15 noch zwischen den Schaltstücken 3, 5 brennt. In Fig.2b befindet sich die Oberkante des Schaltstückes 3 bereits unterhalb der Oberkante der Isolierhülse Der Lichtbogen 15' ist nun mit seinem unteren Pusspunkt auf der Elektrode 12 überkommutiertf. Bei dieser Anordnung ist es ohne unzulässigen Abbrand am Schaltstück 3 möglich, eine Verdampfung von Material der Elektrode 12 zuzulassen, wodurch die Wirkung der Lichtbogeneinrichtung gesteigert werden kann.

Die Fig.3a, 3b zeigen eine Ausführung, bei welcher das kolbenförmige Schaltstück 5' die Form eines Stufenkolbens besitzt. Hierbei ist es möglich den Aufbau des Innendrucks in der Kammer 1 zeitlich zu staffeln. Dadurch, dass nach der SchaltStücktrennung (Fig.3b) nacheinander die Volumina 16, und gegebenenfalls weitere durch das Teil 5' freigegeben werden, läoSt sich zu Beginn des SchaltVorganges der Druckaufbau beschleunigen, da der Druckaufbau umso schneller erfolgt, je kleiner- das zur Verfügung stehende Volumen ist.

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Die Fig. *ta, 4b zeigen schliesslich eine Variante, bei welcher beiden Schaltstücken je eine Abbrandelektrode zugeordnet ist. Dem Schaltstück 3 ist im Prinzip wie bei der Ausführung nach Fig.2a, 2b eine hülsenförmige Elektrode 12 zugeordnet, während das Schaltstück 5^fl hohl ist und ein gegen die Feder 18 verschiebliches Hilfsschaltstück 5'" aufnimmt. Sobald der Lichtbogen Druck entwickelt und das Schaltstück 3 sich in die Elektrode 12 zurückgezogen hat, zieht sich unter Druckeinwirkung das Schaustück 5^t!t in das Schaltstück 5^!! zurück. Der Lichtbogen 15" brennt nun (Fig.^b) zwischen 12 unc 5'^f, welche als dampfabgebende Teile, z.B. aus Aluminium ausgebildet sind.

Je nach Betriebsspannung können mehrere der neuen Lichtbogenlöscheinrichtungen elektrisch in Reihe geschaltet werden. Die Anordnung kann dabei z.B. so getroffen werden, dass die kolbenförmigen Schaltstücke jeweils mit dem Schaltstück zum Einleiten des Lichtbogens der nächsten Kammer mechanisch gekoppelt sind. Auf diese Weise ist nur für eine Lichtbogenlöscheinrichtung eine Antriebsvorrichtung füi? deren willkürlich betätigtes Schaltstück erforderlich. Die weiteren Lichtbogenlöscheinrichtungen werden so durch eine an sich bei Schaltern bekannte Folgeeinrichtung betätigt und benötigen deshalb keinen eigenen Antrieb. Bei geeigneter Auslegung der Folgesteuerung lässt sich der zeitliche Ablauf des Spannungsaufbaus auch im Hinblick auf eine Geringhaltung der Schaltüberspannungen beeinflussen.

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Claims (8)

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1. Lichtbogenlöscheinrichtung für strombegrenzende elek~ trische Schalter, gekennzeichnet durch

a) eine druckstossfeste, die Schaltstücke (3, 5) enthaltende Isolierkammer (1), welche einer unter Lichtbogeneinwirkung stattfindenden Druckerzeugung dient,

b) ein willkürlich betätigbares Schaltstück (3) zum Einleiten eines Ausschaltlichtbogens,

c) mindestens ein kolbenförmiges bewegliches Schaltstück (5), das vom Druck in der Kammer betätigbar ist und das so angeordnet ist, dass es nach einem vorgebbaren Hub die Freigabe mindestens einer Oeffnung in der Kammerwand bewirkt.

2. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer aus gasabgebendem Werk stoff besieht.

3. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kammerinnenfläche mit gasabgebenden Einsätzen ausgelegt ist*

4. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-

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kennzeichnet, dass in der Kammer metallische Peile (5" ,12) vorgesehen sind, welche unter Lichtbogeneinwirkuns dampfabgebend sind.

5. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch H> dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltstück die dampfabgebenden Teile (12) aufweist.

6. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch *ί, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in der Nähe eines Schaltstückes ein dampfabgebendes.Teil (12) derart angeordnet ist, dass es als Elektrode zur Aufnahme des Lichtbogenfusspunktes dient.

7. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kolbenförmige Schaltstück als Stufenkolben (5¹) ausgebildet ist.

8. Lichtbogenlöscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, dass die Kammer mindestens zum Teil von einer vom Ausschaltstrom durchflossenen Spule (11) zur Erzeugung eines magnetischen Blasfeldes umgeben ist.

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