DE9115905U1

DE9115905U1 - Circuit breaker with an arc chamber

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Publication number: DE9115905U1
Application number: DE9115905U
Authority: DE
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1991-12-21
Filing date: 1991-12-21
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2001-12-22
Also published as: CZ283892B6; HU213360B; DE59204283D1; HUT67986A; WO1993013538A1; ES2079898T3; ATE130121T1; EP0617836B1; HU9401476D0; PL169428B1; EP0617836A1; CZ151694A3

Abstract

The automatic cutout switch has inside its housing (1) an arc chamber (2) containing a stack of quenching plates (3) which communicates behind a slotted (2b) separating wall (2a) with an outwardly open blow-off chamber (4). In order to reduce considerably the ejection of hot conductive arc gases and also largely to prevent the exit of flames from the housing at breaking capacity, the blow-off chamber (4), consisting of two half shells (1a, 1b) of the housing (1), has several staggered walls (4a) transversely to the main direction of flow, like a labyrinthe which considerably lengthen the gas flow path. In addition, the walls (4a) have, on their facing upper sides substantially parallel to the separating plane of the half-shell (1a, 1b), comb-like projecting pegs (4a') which cool the arc gases and cause them to eddy. The walls (4a) are preferably arranged at least partially to inter-engage at a short distance from each other alternately at each half-section (1a, 1b).

Description

FH 88/23 spa-wö Beschreibung :FH 88/23 spa-wö Description:

"Leitungsschut&zgr;scha Lter mit einer Lichtbogenkammer""Cable protection circuit breaker with an arc chamber"

Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter mit einer innerhalb seines Gehäuses angeordneten, einen LöschblechstapeL aufnehmenden Lichtbogenkammer, die hinter einer mit Schlitzen versehenen Trennwand in eine nach außen hin offene Ausblaskammer übergeht, die ihrerseits an zwei Halbschalen des Gehäuses quer zur Hauptströmungsri chtung angeformte Wände aufweist.The invention relates to a circuit breaker with an arc chamber arranged within its housing, which accommodates a stack of arc splitters and which, behind a partition wall provided with slots, merges into an outwardly open blow-out chamber, which in turn has walls formed on two half-shells of the housing transverse to the main flow direction.

Leitungsschutzschalter mit einer solchen Lichtbogenkammer sind bekannt (DE-PS 1 238 538, DE-OS 29 49 012). Dabei ist die unmittelbar hinter den Löschblechen angeordnete, eng an deren Stirnkanten anliegende Trennwand mit Schlitzen versehen, die jeweils in der Lücke zwischen zwei Löschblechen ausgespart sind. So können die bei einer Kurzschluß-Abschaltung explosionsartig mit hohem Druck entstehenden Lichtbogengase durch die Trennwand in eine dahinter befindliche Ausblaskammer gelangen, in der sie meist von einer Querwand umgelenkt werden, bevor sie schließlich über eine Wandöffnung nach außen entweichen. Bei modernen Leitungsschutzschaltern mit ihren hohen Scha It Lei stungen haben allerdings die austretenden Lichtbogengase oftmals noch solch einen großen Energieinhalt, daß die Gefahr des Flammenaustritts im Bereich des Gehau sesocke I s besteht.Circuit breakers with such an arc chamber are known (DE-PS 1 238 538, DE-OS 29 49 012). The partition wall, which is arranged directly behind the arc splitters and is close to their front edges, is provided with slots, which are each cut out in the gap between two arc splitters. In this way, the arc gases that are generated explosively at high pressure during a short-circuit shutdown can pass through the partition wall into a blow-out chamber located behind it, where they are usually diverted by a transverse wall before finally escaping to the outside via a wall opening. However, in modern circuit breakers with their high switching capacities, the escaping arc gases often still have such a high energy content that there is a risk of flames escaping in the area of the housing base.

Um die damit verbundenen nachteiligen Folgen auf benachbarte Betriebsmittel zu verhindern, ist in der DE-OS 37 05 216 ein besonders gestalteter Sc ha 11gasab I eitkana I vorgeschlagen worden. Dieser ist in einen an das Löschblechpaket angrenzenden Expansionsraum sowie in diesem nachgeschaltete Strömungskanäle, einen weiteren Expansionsraum und einen Auslaßkanal unterteilt. Bei dieser Anordnung besteht hinter den Löschblechen eineIn order to prevent the associated adverse effects on neighboring equipment, a specially designed quenching gas discharge channel has been proposed in DE-OS 37 05 216. This is divided into an expansion chamber adjacent to the quenching plate package, as well as flow channels downstream of this, a further expansion chamber and an outlet channel. In this arrangement, there is a

erhebliche Rückzündungsgefahr, sofern nicht am LöschbLechpaket selbst noch zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden. Außerdem ist ein besonderes, die Auslaßkanäle bildendes Abdeckteil aus Löschgas abgebendem Material vorgesehen, welches den Leitungsschutzschalter ergänzt und in einem separaten Arbeitsgang von außen am Gehäuse befestigt werden muß. Ein solches Extrateil bedeutet für ein in Großserie hergestelltes Schaltgerät einen nicht unerheblichen Mehraufwand.considerable risk of reignition unless additional measures are taken on the extinguishing plate package itself. In addition, a special cover part is provided that forms the outlet channels and is made of material that releases extinguishing gas. This supplements the circuit breaker and must be attached to the outside of the housing in a separate operation. Such an extra part means a not inconsiderable additional cost for a switching device produced in large series.

Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem leitungsschutzschalter der eingangs genannten Art die Lichtbogenkammer im Ausblasbereich mit möglichst geringen Zusatzkosten so zu gestalten, daß der Ausstoß von leitenden, heißen Lichtbogengasen erheblich vermindert wird, um so auch bei hoher Schaltleistung einen Flammenaustritt aus dem Gehäuse weitgehend auszuschließen.The invention is based on the object of designing the arc chamber in the blow-out area of a circuit breaker of the type mentioned at the beginning with the lowest possible additional costs in such a way that the emission of conductive, hot arc gases is significantly reduced in order to largely exclude the escape of flames from the housing even at high switching power.

Diese Aufgabe wird durch einen Leitungsschutzschalter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a circuit breaker with the characterizing features of claim 1. Further developments and advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung ist insofern vorteilhaft, als die Lichtbogengase auf ihrem Weg vom Löschblechstapel ins Freie mehrere I a byrinthartig versetzt angeordnete Wände umströmen müssen und dabei aufgrund des längeren Strömungsweges sowie der vergrößerten Oberfläche erheblich besser gekühlt werden. Außerdem werden sie durch kammartig vorstehende Zapfen auf den Oberseiten der Wände zusätzlich so verwirbeLt, daß dadurch ihr Ionisationsgrad verringert wird. Letztlich werden die noch austretenden Lichtbogengase durch Ausblasdüsen in unterschiedliche Richtungswinkel gelenkt, damit kein konzentrierter Strahl in einer Richtung auftritt, sondern vielmehr eine starke Streuung der Lichtbogengase erfolgt. Da die besonders gestaltete Ausblaskammer beim Pressen der GehäuseteileThe invention is advantageous in that the arc gases must flow around several walls arranged in a byrinth-like manner on their way from the stack of quenching plates to the outside and are cooled considerably better due to the longer flow path and the larger surface area. In addition, they are additionally swirled by comb-like protruding pins on the upper sides of the walls in such a way that their degree of ionization is reduced. Finally, the arc gases that still escape are directed by blow-out nozzles in different directional angles so that no concentrated jet occurs in one direction, but rather a strong scattering of the arc gases occurs. Since the specially designed blow-out chamber is used when pressing the housing parts

sich praktisch kostenneutral mit herstellen läßt, ergibt die erfindungsgemäße Lösung mit geringem Aufwand eine starke Reduzierung der austretenden Lichtbogengase - und dies ohne wesentliche Beeinträchtigung der Lichtbogenlaufgeschwindigkeit in der eigentlichen Lichtbogenkammer. Der letztlich noch verbleibende, geringe Ausstoß leitender Lichtbogengase schließt eine Überschlagsgefahr zu in der Nähe des Leitungsschutzschalters befindlichen spannungsführenden Teilen praktisch aus.can be manufactured at practically no cost, the solution according to the invention results in a significant reduction in the number of escaping arc gases with little effort - and this without significantly affecting the speed of the arc in the actual arc chamber. The ultimately remaining, low emission of conductive arc gases practically eliminates the risk of flashover to live parts located near the circuit breaker.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung nachstehend näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 einen Leitungsschutzschalter in einer vereinfachten Ansicht mit teilweise geöffnetem Gehäuse bzw. einem Teilschnitt im Bereich von Lichtbogenkammer und Ausblaskammer gemäß der Linie I - I (Fig. 2) ,Fig. 1 a circuit breaker in a simplified view with the housing partially opened or a partial section in the area of the arc chamber and blow-out chamber along the line I - I (Fig. 2),

Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß der Linie II - II (Fig. 1),Fig. 2 a partial section along the line II - II (Fig. 1),

Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß der Linie III - III (Fig. 1);Fig. 3 a partial section along the line III - III (Fig. 1);

Fig. 4 schematisch eine besondere Ausgestaltung der Ausblaskammer in einer Teilansicht, vergleichbar mit Fig. 1 gemäß der Schnittlinie IV - IV (Fig. 5 ) ,Fig. 4 schematically shows a special design of the blow-out chamber in a partial view, comparable with Fig. 1 along the section line IV - IV (Fig. 5 ),

Fig. 5 eine Ansicht auf die Seitenwand aus Richtung des Pf ei les V (Fig . 4),Fig. 5 a view of the side wall from the direction of arrow V (Fig. 4),

Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI - VI (Fig. 5).Fig. 6 shows a section along the line VI - VI (Fig. 5).

Der vereinfacht dargestellte Leitungsschutzschalter in Schmalbauweise hat ein aus Isolierstoff hergestelltes Gehäuse (1), welches aus zwei Halbschalen da, 1b) zusammengesetzt ist, die ihrerseits nicht gezeigte Schalt- und Auslösemechanismen sowie die zugehörigen Anschlußmittel räumlich umschließen. Des weiteren ist im Sockelbereich des Gehäuses eine Lichtbogenkammer (2) angeordnet, die größtenteils von einem Löschblechstapel (3) ausgefüllt ist. Die einzelnen Löschbleche (3a) liegen dabei mitThe simplified circuit breaker in a narrow design has a housing (1) made of insulating material, which is composed of two half-shells (1b) which in turn spatially enclose switching and tripping mechanisms (not shown) as well as the associated connection means. Furthermore, an arc chamber (2) is arranged in the base area of the housing, which is largely filled by a stack of quenching plates (3). The individual quenching plates (3a) are located with

ihren Linksseitigen Stirnkanten an einer Trennwand (2a) an, die am Gehäuse ausgebiLdet ist und die Lichtbogenkammer (2) von einer AusbLaskammer (4) trennt. In der Trennwand sind mehrere SchLitze (2b) jeweiLs zwischen den einzeLnen LöschbLechen ausgespart, so daß beim Abscha Ltvorga&eegr;g entstehende Lichtbogengase durch die SchLitze hindurch in die AusbLaskammer (4) entweichen können. Hingegen Läuft der an einer LedigLich angedeuteten KontaktsteLLe (5) insbesondere bei einer KurzschLuß-AbschaLtung entstehende SchaLtLichtbogen auf bekannte Art mit seinen Fußpunkten auf LichtbogenLaufschienen (3b) in den LöschbLechstapeL ein und wird dort geLöscht.their left-hand front edges on a partition wall (2a) that is formed on the housing and separates the arc chamber (2) from a blow-out chamber (4). In the partition wall, several slots (2b) are cut out between the individual quenching plates, so that arc gases that arise during the switching process can escape through the slots into the blow-out chamber (4). On the other hand, the switching arc that arises at a merely indicated contact point (5), particularly during a short-circuit switching off, runs in a known manner with its base points on arc guide rails (3b) into the stack of quenching plates and is extinguished there.

Die unter hohem Druck durch die SchLitze (2b) entweichenden ionisierten Lichtbogengase umströmen auf ihrem Weg durch die AusbLaskammer (4) mehrere, im WechseL versetzt ineinandergreifende Wände (4a) - wie besonders in Fig. angedeutet ist - bevor sie durch eine AusbLasöffnung (4b) ins Freie gelangen. Die Wände sind jeweiLs an den beiden HalbschaLen (1a, 1b) des Gehäuses direkt angeformt, welches vorzugsweise aus einem Duroplast besteht. Auf ihren jeweiLs zueinanderweisenden Oberseiten sind die Wände mit einer VieLzahl von kammartig vorstehenden Zapfen (4a¹) versehen, die in Verbindung mit den jeweils dazwischen befindLichen Einschnitten für eine kräftige Ve rwirbeLung der Lichtbogengase sorgen. Diese werden außerdem durch die größeren WandoberfLächen zusätzlich gekühlt, bevor sie durch die Ausblasöffnung (4b) ins Freie strömen. Die Wände (4a) steigen jeweils vom Grund der HalbschaLen zumindest bis über die Mitte auf und haben keinen allzu großen gegenseitigen Abstand, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist. Dabei können drei oder vier Wände je nach dem vorhandenen Platz unterhalb des Klemmenbereiches (1c) angeordnet sein. Daneben sind die Abstände zwischen den einzeLnen Wänden (4a) und auch die Größe und Anordnung der Zapfen (4a¹) so gewählt, daß trotz hoher LichtbogenkühLungThe ionized arc gases escaping through the slots (2b) under high pressure flow around several interlocking walls (4a) on their way through the blow-out chamber (4) - as is particularly indicated in Fig. - before they reach the outside through a blow-out opening (4b). The walls are each molded directly onto the two half-shells (1a, 1b) of the housing, which is preferably made of a duroplastic. On their upper sides facing each other, the walls are provided with a large number of comb-like protruding pins (4a ¹ ) which, in conjunction with the incisions located between them, ensure a strong turbulence of the arc gases. These are also cooled additionally by the larger wall surfaces before they flow out through the blow-out opening (4b). The walls (4a) rise from the base of the half-shells at least to above the middle and are not too far apart from each other, as can be seen in particular from Fig. 2. Three or four walls can be arranged below the terminal area (1c), depending on the space available. In addition, the distances between the individual walls (4a) and the size and arrangement of the pins (4a ¹ ) are selected so that despite high arc cooling

und eines Lediglich geringen Ausstoßes von Leitenden Lichtbogengasen die Laufgeschwindigkeit des Lichtbogens von der Kontaktstelle (5) in das Löschblechpaket (3) nicht beeinträchtigt wird. Dabei kann die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Grundform mit den wesentlichen erfindungsgemäßen Merkmalen der AusbIaskammer noch optimiert werden, wie es im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bis 6 dargestellt ist.and only a small emission of conductive arc gases means that the speed of the arc from the contact point (5) into the arc splitter stack (3) is not affected. The basic shape shown in Figs. 1 to 3 can be further optimized with the essential features of the blow-out chamber according to the invention, as shown in the embodiment according to Figs. 4 to 6.

Die in Fig. 4 nur als Ausschnitt des Leitungsschutzschalters gezeigte AusbIaskammer (4¹) hat dabei hinter den Wänden (4a) statt einer Ausblasöffnung eine Vielzahl von Ausblasdüsen (4c). Diese sind beiderseits der Trennfuge zwischen den beiden Halbschalen (1a, 1b) angeordnet und zwar derart mäanderförmig versetzt, daß die eigentlichen Öffnungen in der äußeren- Seitenwand (1d) jeweils im Wechsel ausgespart sind (Fig. 5). Zusätzlich sind die Ausblasdüsen in der Seitenwand (1d) nicht rechtwinklig eingeformt, sondern jeweils unter einem Winkel von etwa 45° schräg zur Richtung der Wände (4a). Zugleich sind die Ausblasdüsen (4c) in den beiden Halbschalen gegenseitig etwa um 90° versetzt, wie aus Fig. 4 bzw. Fig. 6 hervorgeht. Durch diese unterschiedliche Richtung der Ausblasdüsen erfolgt eine starke Streuung der letztlich noch austretenden Lichtbogengase, so daß eine Überschlagsgefahr zu in der Nähe des Leitungsschutzschalters befindlichen spannungsführenden Teilen vermieden wird.The blow-out chamber ( ⁴¹ ) shown in Fig. 4 as only a section of the circuit breaker has a large number of blow-out nozzles (4c) behind the walls (4a) instead of a blow-out opening. These are arranged on both sides of the joint between the two half-shells (1a, 1b) and are offset in a meandering manner such that the actual openings in the outer side wall (1d) are alternately cut out (Fig. 5). In addition, the blow-out nozzles in the side wall (1d) are not formed at right angles, but at an angle of approximately 45° to the direction of the walls (4a). At the same time, the blow-out nozzles (4c) in the two half-shells are offset from one another by approximately 90°, as can be seen from Fig. 4 and Fig. 6. This different direction of the blow-out nozzles results in a strong scattering of the arc gases that ultimately escape, so that the risk of flashover to live parts located near the circuit breaker is avoided.

Des weiteren kann die Ausblaskammer durch eine teilweise schräg verlaufende Rippe (4d) etwa in zwei gleich große Halbräume unterteilt sein. Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, ist die Rippe (4d) etwa in der Mitte der Trennwand (2a) angesetzt und verläuft unter dem gleichen schrägen Winkel wie die einzelnen Schlitze (2b). Damit wird eine gute Führung der schräg aus der Lichtbogenkammer ausströmenden Lichtbogengase in die Ausb I askämmer erreicht und die Rückzündungsneigung direkt hinter den Löschblechen ausgeschlossen. Die Rippe (4d) ist ebenso wie dieFurthermore, the blow-out chamber can be divided into two half-spaces of equal size by a partially obliquely running rib (4d). As shown in particular in Fig. 1, the rib (4d) is set approximately in the middle of the partition wall (2a) and runs at the same oblique angle as the individual slots (2b). This ensures that the arc gases flowing out of the arc chamber at an angle are guided well into the blow-out chambers and the tendency for reignition directly behind the arc quenching plates is excluded. The rib (4d) is, like the

Wände (4a) und die weiteren Elemente der AusbLaskämmer jeweils Bestandteil der beiden Halbschalen des Gehäuses und stellt somit eine kostenneutrale Lösung dar.Walls (4a) and the other elements of the blow-out chambers are each part of the two half-shells of the housing and therefore represent a cost-neutral solution.

Claims

Expectations :

1. Circuit breaker with an arc chamber arranged inside its housing, which accommodates an arc quenching sheet L and which, behind a partition provided with slots, merges into an outwardly open blow-out chamber, which in turn has walls formed on two half-shells of the housing transversely to the main flow direction, characterized in that the blow-out chamber (4, 4 ^' ) is provided with several walls (4a) arranged in a labyrinth-like manner, which considerably extend the gas flow path and which have, on their mutually facing upper sides, which are located approximately parallel to the dividing plane of the half-shells (1a, 1b), comb-like protruding pins (4a ^' ) which cause turbulence and additional cooling of the arc gases.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the walls (4a) are arranged alternately on each half-shell (1a, 1b) and at least partially interlocking with one another at a small distance from one another.

3. Switch according to claim 1 and 2, characterized in that only the walls (4a) of one half-shell (1b) have pins (4a ¹ ) on their upper side, while the walls (4a) of the opposite half-shell (1b) are designed to be smooth-surfaced.

4. Switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the blow-out chamber (4, ⁴¹ ) is divided into two almost equally sized, mutually separate half-spaces by means of a rib (4d) extending approximately from the middle of the partition wall (2a) and partially obliquely to the walls (4a).

5. Switch according to one of claims 1 to 4, characterized in that the blow-out chamber (4') is provided on its outwardly open side wall (1d) with blow-out nozzles (4c) arranged obliquely to the direction of the walls (4a).

6. Switch according to one of claims 1 to 5, characterized in that the blow-out nozzles (4c) in the two half-shells (1a, 1b) have different directional angles of up to 90° and are arranged offset in a meandering cross-section.