DE969297C - Elektrischer Trennschalter - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 22. MAI 1958

Elektrischer Trennschalter

Patenterteilung bekanntgemacht am 8. Mai 1958

ist in Anspruch genommen

Das Problem beim. Bau eines elektrischen Trennschalters hoher Abschaltleistung besteht im wesentlichen darin, den Lichtbogen zu löschen, der zwischen den Kontaktstücken im Augenblick ihrer Trennung entsteht. Bei den gebräuchlichen Schaltern bildet sich dieser Lichtbogen in einer Löschkammer, in der er durch magnetische und/ oder pneumatische Blasvorrichtungen auseinandergezogen wird, bis er erlischt.

xo Es ist schon ein Trennschalter mit einer die zu trennenden¹ Kontakte einschließenden, von zwei einander gegenüberstehenden isolierenden Seitenwänden begrenzten Lichtbogenlöschkammer bekannt, die mit radialen, aus zwei aufeinandergelegten Streifen gebildeten Rippen versehen ist. Hierbei besteht der eine Streifen aus elektrisch leitendem Werkstoff und der andere aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff. Jede einzelne der Rippen ist entweder vollständig isolierend oder vollständig elektrisch leitend ausgebildet, und es befinden sich je eine isolierende und eine elektrisch leitende Rippe in Nachbarschaft, worauf es für die Wirkungsweise der Löschkammer ankommt. Die zwischen den elektrisch leitend ausgebildeten Rippen angeordneten nichtleitenden Rippen sind wesentlich kürzer als die erstgenannten. Dadurch stehen sich die metallischen Oberflächen der elektrisch leitenden Rippen einarider gegenüber, so daß die Anhaftungspunkte der einzelnen Teillichtbögen auf beiden Seiten gleichmäßig längs der metallisch

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leitenden Oberfläche fortschreiten können. Auf diese Weise kann der Lichtbogen nicht verlängert werden und kühlt dementsprechend auch nicht ab. Bei anderen Anordnungen sind die Rippen vollständig elektrisch leitend ausgebildet, so daß die beiden Anhaftungspunkte jedes einzelnen Teillichtbogens entlang dieser Rippen wandern können. Die Verlängerung des Lichtbogens entsteht dabei lediglich durch die Vergrößerung seiner Wölbung während des Fortschreitens und gegebenenfalls dadurch, daß der Abstand der elektrisch leitenden einander gegenüberstehenden Rippen sich in der Fortschreitungsrichtung des Lichtbogens vergrößert.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen elektrischen Trennschalter mit einer die zu trennenden Kontakte einschließenden, von zwei einander gegenüberstehenden isolierenden Seitenwänden begrenzten Lichtbogenlöschkammer, die mit radialen Rippen versehen ist, die aus zwei aufeinandergelegten Streifen gebildet sind, von denen der eine aus elektrisch leitendem Werkstoff und der andere aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff besteht.

Zum Unterschied von den bekannten Einrichtungen ist beim erfindungsgemäßen Trennschalter das der Kammermitte zugekehrte Ende jeder Rippe nur aus dem elektrisch leitenden, metallenen Streifen gebildet, und die Rippen sind derart angeordnet, daß jeweils eine metallene Seitenfläche der einen Rippe einer elektrisch nichtleitenden, aus Isolierstoff bestehenden Seitenfläche der benachbarten Rippe gegenübersteht. Dadurch bleibt jeder Teillichtbogen mit seinem einen Ende an dem leitenden Teil der Rippe angeheftet, während der andere Endpunkt des Lichtbogens entlang der elektrisch leitenden Seitenfläche der benachbarten Rippe wandert. Hierdurch wird eine beträchtliche Verlängerung des Lichtbogens und seine schnelle Auslöschung erreicht. Eine solche Anordnung findet sich bei keinem der bekannten Trennschalter.

Es ist lediglich bereits ein Schalter bekanntgeworden, bei dem im Wege der Blasung und damit des wandernden ' Lichtbogens mehrere verschieden lange Isolierwände angebracht sind, die an ihren, den Schaltkontakten zugewendeten Enden an beiden Seiten hörnerartige Leiter tragen. Der Lichtbogen wird in zwei Stufen hintereinander geteilt. Die Hörner sind so gelagert und haben eine solche Neigung' zueinander, daß die die Ausdehnung bewirkende Wanderung der Teillichtbögen praktisch quer zur Blasrichtung erfolgt. Aus diesem Grunde ist die Löschwirkung beschränkt. Zudem besteht jede Wand aus mindestens drei Teilen, und der eine Teil, die eigentliche Isolierwand, tritt in zwei verschiedenen Größen auf.

Bei dem Schalter nach der Erfindung, bei welchem die Rippen durch zwei aufeinandergelegte Streifen gebildet werden, wobei der eine aus Metall und der andere aus Isolierstoff besteht, ist vorzugsweise der Metallstreifen an seinem der Kammer zugekehrten Ende umgebogen, so daß die Rippe ein vollständig elektrisch leitendes Ende> besitzt. Der Lichtbogen erreicht daher bei seinem Fortschreiten in Richtung auf den Umfang der Kammer die leitenden Enden der Rippen, stützt gg sich auf diesen ab und teilt sich in ebenso viele Teillichtbogen auf, wie Zwischenräume zwischen den Rippen voriiajiden sind. In dem Raum zwischen zwei benachbarten Rippen nimmt jeder dieser Teillichtbogen unter der Einwirkung der ₇„ magnetischen; und/oder pneumatischen Blaswirkung im seiner Länge zu, weil das eine Ende dieses Lichtbogens; auf dem Ende der einen Rippe festgehalten wird, während das andere Ende auf der leitenden Oberfläche der benachbarten Rippe entlang wandem kann. Die Lichtbogenstrecke verlängert sich somit in Sägezahnform, und schließlich erlöschen alle Teillichtbögen in den einzelnen Kanälen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rippen etwas schräg zur radialen Richtung angeordnet, derart, daß die leitenden Oberflächen ein wenig in Richtung auf das Innere der Löschkammer zu gedreht sind. Auf diese Weise erreicht man einerseits ein besseres Anhaften der Teillichtbogen auf den erwähnten leitenden Flächen und andererseits eine Umlenkung des Gasstromes, wodurch die Abkühlung der Lichtbogen begünstigt wird. Bei einer solchen Ausführungsform nutzen sich jedoch die metallischen Flächen der Rippen durch' das Wandern der Enden der Teillichtbogen nur wenig _go ab, während die Enden der Rippen, an denen die Teillichtbogen haftenbleiben, stärker angegriffen werden, da der Abschaltstrom um ein Mehrfaches den Nennstrom übersteigt. Um diesem Mangel abzuhelfen, weist die nichtleitende Seite einer jeden Rippe vorteilhaft mindestens eine öffnung auf, durch welche dfc elektrisch leitende Fläche der Rippen zugänglich ist. Dadurch kann infolge der Ionisation des Raumes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rippen das Ende des Teillichtbogens, das bisher am Ende der Rippe haftenblieb, in die Öffnung der nichtleitenden Seite springen, wodurch die Zeit, während welcher der Lichtbogen am Ende der Rippe haftet, verkürzt und damit die Abnutzung dieses Endes verringert wird. Um das Hervorschießen der Flammen nach außen beim Abschalten sehr hoher Stromstärken zu verringern, mündet jeder Raum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rippen vorzugsweise in wenigstens eine Druckminderungskammer, die über kleine öffnungen mit n₀ der Außenluft in Verbindung steht. Es ist vorteilhaft, mindestens zwei aufeinanderfolgende Druckminderungskammern vorzusehen, deren öffnungen versetzt angeordnet sind.

Die Erfindung ermöglicht insbesondere den Bau n₅ von Schaltern, bei denen das Ausblasen des Lichtbogens einzig und allein durch magnetische Mittel bewirkt wird, unabhängig davon, wie die Bedingungen für das Abschalten des Stromes beschaffen sind Solange der Schalter schwache Ströme abschalten soll, ist die magnetische Blaswirkung verhältnismäßig wenig wirksam, und man ist daher meist gezwungen·, sie durch pneumatisches Blasen zu ergänzen. Um das pneumatische Blasen überflüssig zu machen, hat man bereits vorgeschlagen, Löschkammern in Form sehr flacher Röhren zn

verwenden, in denen sich der Lichtbogen verbreitert und an, den Wänden dör Kammer abkühlt, wodurch seine Löschung begünstigt wird. Solche Schalter sind jedoch nicht immer ausreichend, um große Stromstärken abzuschalten.

Die Erfindung stellt einen außerordentlich günstigen Mittelweg für die Abmessungen der Löschkammer dar und ermöglicht es, allein durch magnetisches Blasen sowohl Lichtbogen kleiner Stärke ίο als auch Lichtbogen von Kurzschlüssen zu löschen. In den Zeichnungen sind Aus führuagsfarmen des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt. Es zeigt

Fig. ι eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Trennschalters, bei dem eine der die Löschkammer bildenden Seitenwände weggelassen ist,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. i,

Fig. 3 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab nach der Linie IH-III der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der

Fig· 3,

Fig. 5 den Löschvorgang des Lichtbogens in

^a5 schematischer Darstellung in einer Löschkammer nach Fig. 3,

Fig. 6 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 3 durch eine andere Ausführungsform der. Lichtbogenlöschkammer, die das Abschalten größerer Stromstärken "gestattet,

Fig. 7 die Ansicht einer Rippe der in Fig. 6 wiedergegebenen Kammer,

Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7 und

Fig. 9 den Löschvorgang in schematischer Darstellung in einer Löschkammer nach Fig. 6.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Trennschalter weist eine schraubenartige Wicklung 1 als magnetische Blasspule auf, von der das eine Ende i_a mit der Stromzuleitung 2 verbunden ist. Das andere Ende i_b dieser Wicklung steht mit dem Ende eines Bogenstückes 3 in Verbindung, das das eine Kon^ taktstück des Schalters darstellt. Der bei i_a ankommende Strom durchfließt, bevor er zum Bogenstück 3 gelangt, die Wicklung 1. Das Bogenstück arbeitet mit einem U-förmigen Kontaktstück 4 zusammen, das auf einem schwenkbaren, schematisch durch eine Linie 5 angedeuteten Arm befestigt ist. Das Kontaktstück 4 ist über eine biegsame elekirische Leitung 6 mittels Bolzen 7 mit einem metallischen Teil 8 verbunden, der gewöhnlich mit »Horn« bezeichnet wird und hinter dem: das Kontaktstück 4 beim öffnen des Schalters verschwindet. Die Stromrückleitung ist bei 9 dargestellt. Die beschriebene Anordnung ist von zwei Seitenwänden io_a und io_ft aus isolierendem hitzebeständigem Material umgeben (s. Fig. 2). Der äußere Rand dieser Seitenwände hat die Form eines Kreises, dessen Mittelpunkt etwa im Punkt ο liegt, der den mittleren Berührungspunkt zwischen dem Kontaktstück 4 und dem Bogenstück 3 darstellt.

Während in erster Näherung die gegenüberliegenden Teile n_a und H₆ dieser Seitenwände als zwei planparallele Kreissektoren betrachtet werden können, sind die inneren Abschnitte i2_tt und 12;, dieser Seitenwände ein, wenig ausgehöhlt, so daß ein im wesentlichen linsenförmiger Hohlraum: gebildet ist. Genauer gesagt, stellt in jeder radialen, durch den Mittelpunkt ο gehenden Ebene der Querschnitt dieser Seitenwände ein sich verjüngendes Rohr dar, an das sich ein radialer Kanal konstanten Querschnitts anschließt. An den Außenflächen der Seitenwände io_a und io₆ sind mit Hilfe isolierender Platten i3_a bzw. 13^ Platten aus ferromagnetischem Metall angebracht, die zusammen mit dem inneren lamellierten Kern 14 der Blasspulenwicklung ι das magnetische Feld in der Entstehungszone des Lichtbogens zusammendrängen. Die Platten 15, 16 und 17 bilden zusammen die Polschuhe dieses magnetischen Kreises, wobei sich die Platten 15 zum Schließen des Kreises an die Enden des Kernes 14 anlegen und die Platten 16 das magnetische Feld in den Bereich der mittleren Verengung der Seitenwände leiten. Dieser Teil des Schalters ist an sich bekannt und arbeitet folgendermaßen: Bei der Trennung der Kontaktstücke 3 und 4 entsteht zwischen diesen Kontaktstücken ein Lichtbogen, der unter der Einwirkung des durch die Wicklung 1 erzeugten magnetischen Feldes gekrümmt und verlängert wird und in Richtung auf den Rand der Seitenwände zu wandert. Sobald¹ das Kontaktstück 4 hinter dem Horn 8 verschwunden ist, springt das Ende des Lichtbogens von diesem Kontaktstück 4 auf das Horn, nimmt unter dem Einfluß des durch die Platten 16 geführten magnetischen Feldes weiter in seiner Länge zu und krümmt sich weiter in Richtung auf den Umfang der Seitenwände hin. Die Enden dieses Lichtbogens wandern also einerseits auf dem Bogenstück 3 und andererseits auf dem äußeren Umfang des Hornes 8 entlang. Ferner bewirkt diese Form dank ihres Schlitzes 8₀ ein gleichförmiges magnetisches Feld, das dazu beiträgt, den Lichtbogen nach dem; Rand zu blasen. Der Lichtbogen befindet sich dann zwischen den beiden Kreissektoren ii_a und) H₆.

Erfindungsgemäß sind zwischen diesen Kreissektoren, Rippen aus je einem Metallstreifen 18 angeordnet, dessen nach dem Kammerinnern zu gerichtetes Ende 'umgebogen und an dem ein nichtleitender Streifen 19 befestigt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel· bilden sämtliche Rippen Tangenten an einen Kreis mit dem Mittelpunkt ο und sind derart angeordnet, daß die Metallstreifen r8 ein wenig gegen das Innere der Kammer zu gedreht sind. Wie aus Fig. 3 zu erkenne» ist, ^U5 werden diese Rippen durch Einschieben in gegenüberliegende, in den Kreissektoren n_e und H₆ vorgesehene Nuten 20 befestigt. Ferner ist das äußere Ende ig_a der nichtleitenden Streifen verbreitert und liegt in einer ebenfalls verbreiterten Aussparung 21 am Umfang der Seitenwände io_a und 1O₆. Die metallischen Streifen 18 ihrerseits endigen, vorzugsweise bei i8₀ am inneren Rand dieser verbreiterten Aussparung.

Die Wirkungsweise dieser Rippen geht aus. ¹²S Fig. 5 hervor. Sobald der Lichtbogen A nahezu

den inneren' Rand der Rippen erreicht hat und¹ sowohl unter der magnetischen Blaswirkung als auch durch den Gasdruck, der durch die Hitze des Lichtbogens zwischen den Seitenwänden entsteht, weitergeblasen wird, rückt er in die L·^g&Λ' vor. Mit anderen Worten, er stützt sich auf. die leitenden Enden der Rippen ab, die durch die umgebogenen Teile der leitenden Streifen i8 gebildet werden. In diesem Augenblick wird der Lichtbogen- in eine ίο Anzahl kleiner Lichtbogen O₁, a₂, α_Ά aufgeteilt, von denen jeder den Zwischenraum zwischen zwei Rippen einnimmt. Das eine Ende dieser kleinen Lichtbogen haftet auf der Seite der nichtleitenden Streifen 19 'und kann nicht entlang diesen fortschreiten; das andere Ende dieser Lichtbogen dagegen wandert an den Streifen 18 entlang, wodurch sich die Lichtbogen allmählich verlängern und nacheinander die Lagen a_±', a" . ■ ■ usw. einnehmen. Schließlich kühlen sie sich in jeder durch den Raum zwischen zwei benachbarten, Rippen und den gegenüberliegenden Seitenwänden gebildeten Röhre ab und erlöschen. Ferner entspannen sich die heißen, die Röhren durchströmenden Gase in der verbreiterten Aussparung 21 etwas, und ihr Entweichen in ^a5 die Außenluft wird gedrosselt.

Bei der durch Fig. 6 bis 8 wiedergegebenen Ausführungsform werden die Rippen wie zuvor durch einen nichtleitenden Streifen 19 gebildet, an dem ein leitender Streifen 18 befestigt ist, dessen dem Kammerinnern zugekehrtes Ende 18^ in sich selbst zurücklaufend gebogen ist und als Abstützung für das Ende des Streifens 19 dient. Das Ende i8_c ist vorzugsweise trapezförmig ausgebildet. Im Streifen 19 sind öffnungen 22 vorgesehen, durch welche die am Streifen 19 anliegende Fläche des Streifens 18 zugänglich ist. Am Streifen 18 können Niete 23 angebracht sein, deren Köpfe 23_a Vorsprünge bilden, die in diesen öffnungen sichtbar sind.

Wie oben beschrieben, wird der in der Löschkammer entstehende Lichtbogen magnetisch oder pneumatisch nach dem Umfang dieser Kammer geblasen und stützt sich:, indem er sich unterteilt, auf die leitenden Endeafi8_c der Rippen ab. Es ergeben sich sodann die Teillichtbogen a_v a₂, O₃ usw. Da der Blasvorgang andauert, wandert das linke Ende beispielsweise des Teillichtbogens a_x auf der Außenseite eines der Streifen 18 entlang, während das rechte Ende desselben: Teillichtbogens an dem Teil i8_c entlang vorrücken kann und wegen der Trapezform des Endes i8_c in der Mitte des Raumes zwischen den Seitenwänden geführt wird. Der Teillichtbogen Os₁ verschiebt sich somit zunächst nach Ct₁'. Infolge der Ionisation des. Gases zwischen den Rippen springt dann das rechte Ende des Teillichtbogens α/ auf den nächsten Nietkopf 23_a; mit anderen Worten, der Teillichtbogeni nimmt während eines sehr kurzen Zeitraumes die Form a_t" ein, da sein linkes Ende weiterhin an der leiitenden Fläche 18 entlang vorwärts schreitet. Unmittelbar darauf ist dieser Teillichtbogen nach a>"' gelangt, dann springt sein rechtes Ende von iiieuem auf den folgenden Nietkopf 23_a, und in dieser Weise rückt der Lichtbogen allmählich vor, bis er erlischt. Bei diesem Ausführungsbeispiel spielen die Niete 23 eine doppelte Rolle; sie erleichtern das Anhaften der Lichtbogen in den Öffnungen 22 und vergrößern in diesen öffnungen die Metallmasse, die zur Verdampfung durch den Lichtbogen verfügbar ist. Die Räume zwischen den Rippen münden in. die verbreiterte Aussparung 24 zwischen den Seitenwänden io_a und io_&. Diese Aussparung ist durch ein Band 25 aus Isolierstoff abgedeckt, das mit seinen Rändern in die auf den Außenflächen der Seitenwände befestigten Platten I3_a und I3₆ eingelassen ist.

Im Band 25 sind' in der Nähe seiner Ränder zwei Reihen von Löchern 2S₀ vorgesehen. Abstandsgieich zum Band 25 ist ein zweites Band 26 angeordnet, das ebenfalls mit zwei Reihen von Löchern 26_a versehen ist, die in diesem Falle nach der Bandmitte zu angeordnet sind. Das Band 26 ist wie das Band 25 in die Platten I3_a und I3₆ eingelassen. Die aus den Räumen zwischen den Rippen entweichenden heißen Gase entspannen sich somit in der Kammer 24 und können diese nur auf dem durch die Pfeile angedeuteten Wege verlassen, d. h., sie werden durch das Band 25 gedrosselt. Sie entspannen sich erneut in der Kammer 27 zwischen den beiden Bändern und gelangen schließlich durch· die Löcher 26_a nach außen. Auf Grund dieser stufenweisen Druckminderung und der Richtungsumlenkung werden die Gase beträchtlich abgekühlt, bis sie nach außen gelangen.

Selbstverständlich können die beschriebenen Ausführungsbeispiele abgewandelt werden, insbesondere durch Verwendung technisch äquivalenter Mittel, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Es versteht ,sich insbesondere von selbst, daß der Ausdruck Schalter in seinem weitesten Sinne für die Bezeichnung jeglicher Vorrichtung zum Abschalten eines elektrischen Stromes (eigentliche Schalter, Trennschalter usw.) aufzufassen ist.

Claims (7)

1. P A T E N T A N S P R Ü C W R ·

   i. Elektrischer Trennschalter mit einer die zu trennenden Kontakte einschließenden, von zwei einander gegenüberstehenden isolierenden Seitenwänden begrenzten Lichtbogenlöschkammer, die mit radialen Rippen versehen ist, die aus zwei aufeinandergelegten Streifen gebildet sind, von denen der eine aus elektrisch leitendem Werkstoff und der andere aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kammermitte zugekehrte Ende jeder Rippe aus elektrisch leitendem, mit dem metallenen Streifen (18) zusammenhängenden Material gebildet ist und daß die Rippen (18, 19) derart angeordnet sind, daß jeweils eine metallene Seitenfläche (Streifen 18) der einen Rippe einer elektrisch nichtleitenden, aus Isolierstoff bestehenden Seitenfläche (Streifen 19) der benachbarten Rippe gegenübersteht.
2. 2. Elektrischer Trennschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen durch zwei aufeinandergelegte Streifen (i8 und 19) gebildet sind, wobei der Metallstreifen (18) an seinem dem Innern der Kammer zugekehrten Ende umgebogen ist, so daß der umgebogene Teil als Abstützung für den nichtleitenden Streifen (19) dient.
3. 3. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der nichtleitenden Fläche

   (19) der Rippen mindestens eine öffnung (22) vorgesehen ist, durch welche der leitende Teil (18} der Rippe zugänglich ist.
4. 4. Trennschalter nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß in der öffnung (22) ein

   metallischer Vorsprung (23J angeordnet ist, der mit der leitenden Fläche (18) der Rippen elektrisch leitend verbunden ist.
5. 5. Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch ao gekennzeichnet, daß der umgebogene Teil (i8_c) des leitenden Streifens (18) trapezförmig ausgebildet ist.
6. 6. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen etwas schräg zur radialen Richtung stehen, derart, daß ihre leitende Seite dem Innern der Löschkammer zugekehrt ist.
7. 7. Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitenden Streifen (19) der Rippen nach außen über die mit ihnen verbundenen leitenden Streifen (18) überstehen und daß die überstehenden Teile (i9₀) verbreitert sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 444508;
   britische Patentschrift Nr. 560257;
   französische Patentschrift Nr. 961 277.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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