NO173907B - Dreiebryter med krum lysbuerot-vandringsbane - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en mellomspennings-dreiebryter omfattende en forseglet innkapsling med en innvendig periferi, to stasjonære kontakter som er festet på diametralt motsatte steder av periferien, en kontaktbro med endepartier anordnet som bevegelige kontakter som hver kan samvirke med en av de stasjonære kontakter for å danne et kontaktpar, en dreibar betjeningsaksel som bærer kontaktbroen, og som etter ønske kan innstilles i en lukket stilling hvor de to kontaktpar er lukket, og en åpen stilling hvor de to kontaktpar er åpne.

En kjent dreiebryter av den nevnte type omfatter innvendige gasstrykkrom som muliggjør pneumatisk utblåsning av en lysbue, noe som begunstiger slukkingen av denne. Disse pneumatiske utblåsningsinnretninger er kompliserte og krever en merkbart økt betjeningskraft.

Videre er det fra US 3.064.104 kjent anvendelse av et permanentmagnet-utblåsningsystem til slukking av en lysbue sammen med en dobbeltbrytekontakt-anordning.

Dette skrift angår imidlertid en lavspenningskontaktor hvor bryteprinsippet er forskjellig fra bryteprinsippet for en mellomspenningsbryter. Lysbueroten skaffer ikke et varmt sted på kontakten og såldeds ikke termoelektrisk utstråling.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe en forenklet dreiebryter med øket bryteevne uten stor endring av innretningen.

Dreiebryteren ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at minst én av kontaktene av et av parene omfatter en sylindrisk periferi som utgjør en vandringsbane for roten av en lysbue som trekkes når kontaktparet åpnes, at denne bane strekker seg bort fra den andre kontakt av paret slik at vandringen av lysbueroten på vandringsbanen bevirker en forlengelse av lysbuen, og at en permanentmagnet som i og for seg kjent er fast forbundet med vandringsbanekontakten, er innrettet til å bevege lysbueroten mot et sted som er motsatt kontaktparets avløps-kant, for å begunstige slukking av lysbuen og bryting av strømmen.

For mellomspenningsbrytere benyttes det naturlig slukking

av lysbuen når strømmen passerer null, for å foreta en bryting som hindrer fornyet tenning av lysbuen. For å begrense risikoen for fornyet tenning av lysbuen etter at strømmen har passert null, omfatter noen brytere magnetiske utblåsningsinnretninger for lysbuen, spesielt permanente magneter som bevirker dreining av denne. Dreining av lysbuen og dennes røtter reduserer temperaturøkningen og ioniseringen av isola-sjonsgassen og forekomsten av varme steder på kontaktene som er i stand til å utstråle elektroner ved termoelektronisk utstråling. Bryteren ifølge oppfinnelsen gjør også bruk av en permanentmagnet som blåser ut lysbueroten magnetisk, men bryteprinsippet er annerledes, idet det er basert på den iakttagelse at et viktig element for at gjentatt tenning ikke skal inntreffe etter at strømmen har passert null, består i å unngå at de to varme steder på de to kontakter vender mot hverandre. Ved bevegelse av minst en av buerøttene til et skjult sted, spesielt på kontaktens bakre parti som vender bort fra den andre kontakt, er det mulig å unngå elektronutstråling i kontaktskilleområdet.

Dreieknivbladbryteren kan omfatte to brudd i serie, og lysbuerot-vandringssystemet ifølge oppfinnelsen kan være tilknyttet begge brudd eller bare et av dem. Den lysbuevandrings-banekontakt som har et skjult varmt sted, kan være den bevegelige kontakt eller den stasjonære kontakt eller begge, og permanentmagneten er fortrinnsvis anordnet inne i kontakten i form av en fortrinnsvis sylindrisk tapp. Lengdeaksen for den eller de sylindriske kontakttapper forløper vinkelrett på knivbladets bevegelsesplan, og lysbuerotvandringsbanen utgjøres av kontakttappens ytre periferi som kan være den sylindriske overflate av tappen eller periferien av én eller flere sidepartier av tappen. Lysbuens bevegelse kan være styrt inn på vandringsbanen ved at til hverandre støtende partier av kontakttappen dekkes med et isolerende belegg. Lysbueroten og det tilknyttede varme sted beveger seg langs en krum bane, og det er innlysende at når roten når det skjulte sted som befinner seg på den diametralt motsatte side av den sylindriske tapp i forhold til lysbuetenningsstedet, blir dette skjulte sted skjermet av kontakttappen, slik at det er skjult for den andre kontakt. Dreining av knivbladet i en forhåndsbestemt retning kan benyttes for innføring av en usymmetri som begunstiger en av lysbuerotens dreie-

retninger. Dreieretningen er bestemt av permanentmagnetens polaritet og av strømretningen på det aktuelle tidspunkt. Under en av strømmens halvbølger beveger roten seg på vandringsbanen i en gitt retning som reverseres automatisk under den etterfølgende halvbølge. Det vil fremgå tydeligere av den etterfølgende nærmere beskrivelse at valget av rota-sjonsretning kan benyttes til å øke lysbuens slukkingshastig-het eller bryterens bryteevne. Oppfinnelsen kan anvendes for enhver kontakttype, spesielt anslagskontakter, eller for de gripe- eller klemmekontakter som er beskrevet nærmere i det følgende. Bryteren kan være av flerpolet type med en felles innkapsling for alle polene eller med individuelle innkapslinger. Innkapslingens isolasjons- og fyllingsgass er en gass med stor dielektrisk styrke, f.eks. svovelheksafluorid, ved atmosfæretrykk eller overtrykk. Innkapslingen kan være av et isolerende eller ledende materiale, og be-tjeningsmekanismen kan være anordnet i eller utenfor innkapslingen .

Ifølge en ytterligere side ved oppfinnelsen er lysbuerotens vandringsbane dekket av et deksel i området for det skjulte sted for begrensning av utbredelsen av de elektroner som utstråles i dette område. Sammen med vandringsbanen avgrenser dette deksel en lysbue-gjennomtrengningskorridor som inne-lukker den ioniserte gass og metalldampene.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, som viser forskjellige utførelses-former av bryteren ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 er et skjematisk riss av en delvis gjennomskåret, flerpolet bryter. Fig, 2 viser et snitt etter linjen II-II på fig. 1, med bryteren i lukket stilling.

Fig. 3 er et riss i likhet med det som er vist på fig. 2,

men med bryteren vist under åpningen av denne.

Fig. 4 viser et halvt tverrsnitt av en alternativ utførelses-form av en bryter ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 er et sideriss av en gjennomskåret bryter ifølge fig. 4. Fig. 6-11 er riss i likhet med det som er vist på fig. 2, og viser forskjellige alternative utførelsesformer av en bryter ifølge oppfinnelsen.

Som vist på figurene omfatter en mellomspenningsbryter en forseglet innkapsling eller mantel 10 som rommer tre poler R, S, T av bryteren. Innkapslingen 10 kan være fellas for

de tre poler R, S, T og være fremstilt av metall eller et isolerende materiale. Den kan også være utformet ved sammen-føyning av tre moduler som hver tilhører en av polene, eller omfatte en eneste innkapsling 10 som er inndelt i tre rom ved hjelp av innvendige delevegger 12, som vist på fig. 1. De tre poler R, S, T er innbyrdes like, og bare én av dem vil i det følgende beskrives nærmere. Den forseglede innkapsling 10 er fylt med en gass med stor gjennomslagsfasthet, f.eks. svovelheksafluorid, ved atmosfærisk trykk eller overtrykk.

Hver pol omfatter to stasjonære kontakter 14, 16 anordnet

på den innvendige periferi av innkapslingen 10 på diametralt overfor hverandre liggende steder, og hver stasjonære kontakt 14, 16 er forlenget med en forseglet hylse 18, 20 av innkapslingen 10. Den bevegelige montasje av bryteren utgjøres av en betjeningsaksel 22 som bærer et knivblad 28, som er sammen-satt av to kontaktblader 24, 26 hvis innbyrdes motstående endepartier 30, 32 utgjør bevegelige kontaktgripeinnretninger

eller -klør, som samvirker med de stasjonære kontakter 14,

16. Når bryteren er lukket, som vist på fig. 2, forbinder knivbladet 28 de stasjonære kontakter 14, 16 elektrisk med hverandre, cg åpning av bryteren oppnås ved dreining av akselen 22 mot urviseren. De to stasjonære kontakter 14, 16 er innbyrdes like, og hver er utformet som en sylindrisk tapp hvis lengdeakse forløper parallelt méd akselen 22. Den sylindriske tapp 14, 16 rommer en permanentmagnet 34 som er omgitt av et sylindrisk, ledende hylster 36. Runde stål-skiver 38 med liten tykkelse er anbragt mellom polflatene av den aksialt magnetiserte permanentmagnet 34 og hylsteret 36. I lukket stilling griper den bevegelige kontaktklo 30, 32 det nedre periferiparti av den sylindriske kontakttapp 14, 16, idet kontaktbladene 24, 26 berører tappens sidepartier. For tilveiebringelse av tilstrekkelig kontakttrykk er den aksiale dimensjon av den sylindriske tapp 14, 16 litt større enn mellomrommene mellom de klør som utgjøres av bladene 24, 26. Det øvre område av sidepartiene av kontakten 14, 16 er belagt med et isolasjonsmateriale 40 som hindrer at en lysbue vandrer over på dette område.

Permanentemagnetens feltlinje er vist med stiplede linjer

på polen S på fig. 1, og det vil ses at disse linjer forløper parallelt med den sylindriske periferi 42 av kontakttappen 14, 16. Periferien 42 utgjør en vandringsbane for den lysbuerot som er forankret på denne kontakt 14, 16. I den på fig. 2 viste lukkestilling av bryteren går strømmen via hylsteret 36 av kontakttappen 14, 16 på utsiden av permanentmagneten 34 uten at det består noen risiko for avmagnetisering av denne. Under åpningen ved dreining av akselen 22 adskilles knivbladet 28 fra de stasjonære kontakter 14, 16, og to lysbuer 44, 46 som elektrisk er innbyrdes forbundet i serie, trekkes mellom den stasjonære kontakt 14 og knivbladet 28 resp. mellom dette og den stasjonære kontakt 16. På grunn av virkningen av det magnetiske felt av permanentmagneten 34 blåses eller beveges de lysbuerøtter 48, 50 som er forankret på de stasjonære kontakter 14, 16, slik at de vandrer på den sylindriske periferi 42 som utgjør en lysbuerot-vandringsbane.

Rotasjonsretningen for lysbueroten 48, 50 er bestemt av vekselstrømmens polaritet i det øyeblikk brytingen finner sted, og på fig. 3 kan det ses at de to lysbuerøtter 48, 50 blåses til et skjult sted beliggende diametralt overfor det sted hvor lysbuen dannes, og som vender mot knivbladet 28.

De varme steder som er tilknyttet lysbuerøttene 48, 50, er således flyttet til skjulte steder 52, 54, og når lysbuene 44, 46 på naturlig måte slukkes idet strømmen passerer nullpunktet, innfris de optimale betingelser for at fornyet tenning ikke skal finne sted. Den termoelektroniske utstråling ved det varme sted 52, 54 finner i virkeligheten ikke sted overfor knivbladet 28, noe som forhindrer eller begrenser risikoen for gjentatt tenning av buene 44, 46 når restitu-sjonsspenningen oppstår. Vandringen av lysbuerøttene 48, 50 bidrar naturligvis til å forlenge lysbuen og å bevege denne i det gassformede isolasjonsmedium for å begunstige strøm-brytingen på vanlig måte. Av fig. 3 kan det ses at lysbuerøttene 48, 50 når strømpolariteten er den motsatte i det øyeblikk lysbuene 44, 46 dannes, dreier i den motsatte retning og nærmer seg hylsene 18, 20 på steder som ikke er så langt borte og skjult fra knivbladet 28 som de skjulte steder 52, 54. Dersom bryting av strømmen ikke finner sted første gang strømmen passerer nullpunktet, er det nødvendig å vente inntil avslutningen av den neste halvbølge når de optimale betingelser med forekomst av de varme steder ved de skjulte steder 52, 54 igjen foreligger. Spesielle anordninger som motvirker denne usymmetri, skal beskrives i det følgende.

På fig. 4-11, som viser forskjellige alternative utførelses-former, betegner de samme henvisningstall like eller til-svarende deler som på fig. 1-3.

På fig. 4 og 5 er det vist en alternativ utførelsesform

hvor den stasjonære kontakt 14 omfatter et isolasjonsbelegg 56, fortrinnsvis av epoksyharpiks, som dekker den sylindriske overflate av kontakttappen 14. De flate partier eller overflater av kontakttappen 14 er på den annen side ubelagte,

og de utgjør lysbuerotkontakten og -vandringsoverflåtene.

Driften- av bryteren påvirkes ikke av denne endring, idet lysbueroten som er forankret på den stasjonære kontakt 14, blir blåst av permanentmagnetens magnetiske felt langs periferien av sidepartiet eller -partiene av kontakttappen 14

til et skjult sted 58 som ikke vender mot knivbladet av den bevegelige kontakt 28. For denne alternative utførelsesform er det fordelaktig å benytte en permanentmagnet 34 med radial magnetisering. Kontaktbladene 24, 26 er blitt forlenget for å flytte kontaktpunktet i retningen mot innkapslingen 10 og å flytte strømbanen bort fra magneten 34, slik at faren for avmagnetisering begrenses. Dette spesielle trekk kan benyttes i forbindelse med de andre beskrevne utførelsesformer.

I den på fig. 6 viste bryter er paret av kontakter 14, 28 erstattet med en slepekontakt 60. Dreining av knivbladet 28

i åpningsretningen forårsaker dannelse av en eneste lysbue 46 som lukkes på den ovennevnte måte ved at lysbueroten vandrer til et skjult sted. Innføring av en eneste lysbue i den krets som skal brytes, begrenser bryterens bryteevne,

men gjør den lettere å fremstille.

Polariteten av permanentmagnetene 34 bestemmer dreieretningen for buene 44, 46, og i det i forbindelse med fig. 1-3 beskrevne eksempel forsterkes strømslukkingen og brytingen for den ene av vekselstrømmens halvbølger. I den på fig. 7 viste utførelsesform er kontaktene 14, 16 usymmetriske,

idet det er valgt motsatte polariteter for de magneter 34

som er tilknyttet disse kontakter 14, 16. Dersom en av lysbuene, f.eks. lysbuen 44, ved et gitt tidspunkt blåses mot det skjulte sted 52, blåses således den andre lysbue 46 mot det skjulte sted 54 under den neste halvbølge. Uansett polariteten av halvbølgen i det øyeblikk kontaktene 14, 16, 28 åpner, vil en av lysbuene 44, 46 bli blåst mot det skjulte sted, noe som forbedrer slukkingen. Enhver forsinkelse av strømbrytingen blir således unngått, men på noen bekostning av slukke-evnen av en av lysbuene 44, 46.

Lysbuerot-vandringsbanene er fortrinnsvis tilknyttet de stasjonære kontakter 14, 16 på den ovenfor beskrevne måte, men det er klart at det ikke vil avvike fra oppfinnelsens idé ders om disse baner var tilknyttet de bevegelige kontakter 30, 32 som bæres av knivbladet 28 (fig. 8) . Tregheten av den bevegelige montasje blir øket ved tilstedeværelsen av permanentmagnetene 34, men driften, spesielt bevegelsen av lysbuerøttene til skjulte steder som ikke vender mot den motstående kontakt, forblir fullstendig bibeholdt. Videre kan bare en av kontaktene 30, 32 være forsynt med en lysbue-vandringsbane, idet den andre kontakt er en standardkontakt eller en kontakt med en lysbuerot-vandringsbane tilknyttet de stasjonære kontakter. Enhver annen kombinasjon er tenkbar og nærmere bestemt den som er vist på fig. 10 hvor alle kontaktene 14, 16, 30, 32 er forsynt med en vandringsbane og en tilhørende permanentmagnet. Valgmulighetene for dreieretningen av lysbuerøttene er således betydelig øket, og dette valg foretas i overensstemmelse med den ønskede ytelse.

Ved at det ifølge oppfinnelsen unngås at de varme steder vender mot hverandre under brytingen, er faren for at restitu-sjon ikke skal finne sted, liten, men den kan reduseres ytterligere ved at disse varme steder ifølge en ytterligere side ved oppfinnelsen begrenses i utstrekning. For den på fig. 9 viste, alternative utførelsesform, hvis generelle oppbygning tilsvarer den som er vist på fig. 2 og 3, omgir et deksel 62 de stasjonære kontakttapper 14, 16 i nærheten av det skjulte sted 52, 54. Dekselet 62 avgrenser en smal passasje som tillater at lysbuen kan trenge igjennom og vandra til det skjulte sted 52, 54, mens de elektroner som utstråles av de varme steder, innesperres i et rom som vender bort fra kontaktene. Dekselet 62 kan omslutte den stasjonære kontakt 14, 16, idet det skaffes bare en spalte som lysbuen kan trenge igjennom, eller dekselet 62 kan vare utformet som en enkel skjerm anordnet overfor de varme stedar. Av beskrivelsen ovenfor er det klart at dreiebevegeisen av knivbladet 28 innfører en usymmetri som bedrer brytingen av en av strømmens halvbølger. Ved flytting av de stasjonære kontakt-tapper 14, 15 i forhold til hylsene 18, 20, som vist på fig. 11, for å anordne separasjonspunktene av kontaktene 14, 28; 16, 28 og punktene for strøminngangen på kontakttappene 14, 16 på diametralt i forhold til hverandre liggende steder, unngås denne usymmetri, og de skjulte punkter nås uansett retningen av strømhalvbølgan.

Oppfinnelsen kan naturligvis anvendes for andre brytertyper, og nærmere bestemt en bryter med en innkapsling 10 eller hus av modultypen eller et metallhus. Bryteren kan også omfatte jordingskontakter som bæres av innkapslingen 10 og samvirker med knivbladet 28, og kontaktene 14, 16, 28 kan være av anslagstypen eller av an annen type.

Claims (7)

1. Mellomspennings-dreiebryter omfattende en forseglet innkapsling (10) med en innvendig periferi, to stasjonære kontakter (14, 16) som er festet på diametralt motsatte steder av periferien, en kontaktbro med endepartier anordnet som bevegelige kontakter (30, 32) som hver kan samvirke med en av de stasjonære kontakter (14, 16) for å danne et kontaktpar, en dreibar betj eningsaksel (22) som bærer kontaktbroen, og som etter ønske kan innstilles i en lukket stilling hvor de to kontaktpar (14, 30 resp. 16, 32) er lukket, og en åpen stilling hvor de to kontaktpar er åpne, karakterisert ved at minst én av kontaktene av et av parene omfatter en sylindrisk periferi (42) som utgjør en vandringsbane for roten (48, 50) av en lysbue (44, 46) som trekkes når kontaktparet åpnes, at denne bane strekker seg bort fra den andre kontakt av paret slik at vandringen av lysbueroten på vandringsbanen bevirker en forlengelse av lysbuen, og at en permanentmagnet (34) som i og for seg kjent er fast forbundet med vandringsbanekontakten, er innrettet til å bevege lysbueroten mot et sted (52, 54, 58) som er motsatt kontaktparets avløpskant, for å begunstige slukking av lysbuen og bryting av strømmen.

2 . Dreiebryter som angitt i krav 1, karakterisert ved at vandringsbanekontakten (14) har form som en sylindrisk tapp hvis lengdeakse er parallell med lengdeaksen av den dreibare betjeningsaksel (22) , og permanentmagneten (34) er sylindrisk og rommes av banen som utgjøres av et sylindrisk, ledende hylster (36), som danner kontaktområdet.

3. Dreiebryter som angitt i krav 2, karakterisert ved at hylsteret (36) omfatter en sylindrisk overflate som utgjør vandringsbanen, som forløper bort fra den andre kontakt av paret, og plane overflater som i det minste delvis er dekket av et isolasjonsbelegg (40) til hindring av tenning av lysbuen på disse plane overflater.

4. Dreiebryter som angitt i krav 2, karakterisert ved at hylsteret omfatter plane overflater med en periferi som danner vandringsbanen, og en sylindrisk overflate som i det minste delvis er dekket av et isolerende belegg (56).

5. Dreiebryter som angitt i krav 1, karakterisert ved at hvert kontaktpar (14, 3 0 resp. 16, 32) omfatter en kontakt (14, 16) som er forsynt med vandringsbanene og de i og for seg kjente permanente utblås-ningsmagneter (34), hvis polaritet er slik at de to lysbuer (44, 46) samtidig blåses eller beveges mot stedene (52, 54) som er motsatt kontaktparets avløpskant.

6. Dreiebryter som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter et deksel (62) som dekker vandringsbanen i området for stedene (52, 54), som er motsatt kontaktparets avløpskant, og som skaffer en passasje som lysbuen kan trenge gjennom, slik at den kan bevege seg til stedene som er motsatt kontaktparets avløpskant.

7. Dreiebryter som angitt i krav 1, karakterisert ved at en av kontaktene (14) av et kontaktpar omfatter en sylindrisk permanentmagnet (34) , hvis lengdeakse er parallell med lengdeaksen av den dreibare aksel og et sylindrisk, ledende hylster som omgir den sylindriske magnet, og at den annen kontakt (3 0) av paret omfatter en kontaktgripeinnretning som i lukket stilling griper det sylindriske hylster på de to sideflater.