WO1993013538A1 - Leitungsschutzschalter mit einer lichtbogenkammer - Google Patents

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Werner Ostermann
Klaus Liesenjohann
Jürgen Feuerhake
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Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker with one arranged within its housing
  • Arc chamber which receives the stack of quenching sheets, which merges behind a slotted door and into a blow-out chamber which is open to the outside and which, in turn, has integrally formed walls on two half-shells of the housing transversely to the main flow direction.
  • Miniature 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 extinguishing plates and which lies closely against their end edges is provided with slots, each in the gap between two
  • Arc gases often have such a large one
  • Switching gas discharge channel has been proposed. This is subdivided into an expansion space adjoining the quenching plate package and downstream flow channels, a further expansion space and an outlet channel. In this arrangement there is a behind the quenching plates considerable risk of reignition, if not on
  • Cover part forming outlet channels made of extinguishing gas-dispensing material is provided, which complements the circuit breaker and must be attached to the housing from the outside in a separate operation. Such an extra part means a not inconsiderable additional effort for a switchgear manufactured in large series.
  • the invention is based, with one
  • Arc gases have to flow around several walls that are staggered in a labyrinthine manner on their way from the stack of quenching plates, due to the longer length
  • Arc gases are directed into different directions by means of blow-out nozzles, so that a concentrated jet does not occur in one direction, but rather there is a strong scattering of the arc gases. Because the specially designed blow-out chamber when pressing the housing parts can be produced in a practically cost-neutral manner, the solution according to the invention results in a strong reduction of the escaping arcing gases with little effort - and this without significant impairment of
  • Fig. 1 shows a circuit breaker in a simplified
  • FIG. 2 is a partial section along the line II - II (Fig. 1),
  • Fig. 3 is a partial section along the line III - III
  • Fig. 4 schematically shows a special embodiment of the
  • Fig. 5 is a view of the side wall from the direction of
  • Fig. 6 shows a section along the line VI - VI (Fig. 5).
  • Narrow construction has a made of insulating material
  • Housing (1) which consists of two half shells (1a, 1b)
  • 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 included their left-hand end edges on a partition (2a) which is formed on the housing and separates the arc chamber (2) from a blow-out chamber (4).
  • a partition (2a) which is formed on the housing and separates the arc chamber (2) from a blow-out chamber (4).
  • interlocking walls (4a) - as is particularly indicated in Fig. 2 - before they reach the outside through a blow-out opening (4b).
  • the walls are molded directly onto the two half-shells (1a, 1b) of the housing,
  • thermoset which preferably consists of a thermoset.
  • thermoset which preferably consists of a thermoset.
  • the walls (4a) rise and at least from the bottom of the half-shells to at least over the middle
  • Pin (4a ') chosen so that despite high arc cooling and a low emission of conductive
  • FIGS. 1 to 3 can still be optimized with the essential features of the blow-out chambers according to the invention, as shown in the exemplary embodiment according to FIGS. 4 to 6.
  • blow-out chamber (4 ') shown in FIG. 4 only as a section of the circuit breaker has behind the
  • Walls (4a) instead of a blow-out opening, a plurality of blow-out nozzles (4c). These are arranged on both sides of the parting line between the two half-shells (1a, 1b) and offset in such a meandering manner that the actual openings in the outer side wall (1d) each in
  • Blow-out nozzles are not formed in the side wall (1d) at right angles, but rather at an angle of approximately 45 ° to the direction of the walls (4a).
  • the exhaust nozzles (4c) in the two half-shells are mutually offset by approximately 90 °, as shown in FIGS. 4 and 6
  • blow-out chamber can be divided into two half-spaces of equal size by a partially inclined rib (4d). 1, the rib (4d) is approximately in the middle of the
  • Partition (2a) attached and runs at the same oblique angle as the individual slots (2b). This ensures good guidance of the arc gases flowing out at an angle from the arc chamber into the blow-out chamber and prevents the tendency to re-ignition directly behind the extinguishing plates.
  • the rib (4d) is just like that Walls (4a) and the other elements of the blow-out chamber each form part of the two half-shells of the housing and thus represent a cost-neutral solution.

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  • Circuit Breakers (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Der Leitungsschutzschalter hat eine innerhalb seines Gehäuses (1) angeordnete, einen Löschblechstapel (3) aufnehmende Lichtbogenkammer (2), die hinter einer mit Schlitzen (2b) versehenen Trennwand (2a) in eine nach außen hin offene Ausblaskammer (4) übergeht. Um den Ausstoß von leitenden heißen Lichtbogengasen erheblich zu vermindern und auch bei hoher Schaltleistung einen Flammenausstritt aus dem Gehäuse weitgehend auszuschließen, ist die an zwei Halbschalen (1a, 1b) des Gehäuses (1) angeformte Ausblaskammer (4) mit mehreren, quer zur Hauptströmungsrichtung labyrinthartig versetzt angeordneten Wänden (4a) versehen, die den Gasströmungsweg erheblich verlängern. Zusätzlich haben die Wände (4a) auf ihren zueinander weisenden, etwa parallel zur Trennebene der Halbschalen (1a, 1b) befindlichen Oberseiten kammartig vorstehende Zapfen (4a'), welche eine Verwirbelung und Kühlung der Lichtbogengase bewirken. Die Wände (4a) sind vorzugsweise im Wechsel an jeder Halbschale (1a, 1b) und mit geringem gegenseitigen Abstand zumindest teilweise ineinandergreifend angeordnet.

Description

Be s c h r e i b u n g :
"Leitungsschutzschalter mit einer Lichtbogenkammer"
Die Erfindung betrifft einen Leitungsschutzschalter mit einer innerhalb seines Gehäuses angeordneten, einen
Löschblechstapel aufnehmenden Lichtbogenkammer, die hinter einer mit Schlitzen versehenen T r e n n w a n d in eine nach außen hin offene Ausblaskammer übergeht, die ihrerseits an zwei Halbschalen des Gehäuses quer zur Hauptströmungsrichtung angeformte Wände aufweist.
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
Schaltleistungen haben allerdings die austretenden
Lichtbogengase oftmals noch solch einen großen
Energieinhalt, daß die Gefahr des Flammenaustritts im
Bereich des Gehäusesockels besteht.
Um die damit verbundenen nachteiligen Folgen auf
benachbarte Betriebsmittel zu verhindern, ist in der
DE-OS 37 05 216 ein besonders gestalteter
SchaItgasableitkanal vorgeschlagen worden. Dieser ist in einen an das Löschblechpaket angrenzenden Expansionsraum sowie in diesem nachgeschaltete Strömungskanäle, einen weiteren Expansionsräum und einen Auslaßkanal untertei lt. Bei dieser Anordnung besteht hinter den Löschblechen eine erhebliche Rückzündungsgefahr, sofern nicht am
Löschb Lechpaket 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.
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.
Diese Aufgabe wird durch einen Lei tungssc h ut zs c h a lte r mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist insofern vorteilhaft, als die
Lichtbogengase auf ihrem Weg vom Löschblechstapel ins Freie mehrere labyrinthartig 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 Gehäuseteile 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
Liehtbogenlaufgeschwindigkeit 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.
Anhand der Zeichnung ist die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt
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. 2 einen Teilschnitt gemäß der Linie II - II (Fig. 1),
Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß der Linie III - III
(Fig. 1);
Fig. 4 schematisch eine besondere Ausgestaltung der
Ausblaskämmer in einer Teilansicht, vergleichbar mit Fig. 1 gemäß der Schnittlinie IV - IV (Fig. 5),
Fig. 5 eine Ansicht auf die Seitenwand aus Richtung des
Pfeiles V (Fig. 4),
Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI - VI (Fig. 5) .
Der vereinfacht dargestellte Leitungsschutzschalter in
Schmalbauweise hat ein aus Isolierstoff hergestelltes
Gehäuse (1), welches aus zwei Halbschalen (1a, 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 mit 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 Abschaltvorgang entstehende Lichtbogengase durch die Schlitze hindurch in die Ausb Laskammer (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 Lichtbogenlaufsehienen (3b) in den Löschblechstapel ein und wird dort gelöscht.
Die unter hohem Druck durch die Schlitze (2b ) e n t w e i c h e nd e n i on i s i e rt en Li c h t b o g e n g a s e ums t rö me n auf ihrem Weg durch die Ausblaskammer (4) mehrere, im Wechsel versetzt
ineinandergreifende Wände (4a) - wie besonders in Fig. 2 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 (4a') versehen, die in Verbindung mit den jeweils dazwischen befindlichen Einschnitten für eine kräftige
Verwirbelung der Lichtbogengase sorgen. Diese werden
außerdem durch die größeren Wandoberflachen zusätzlich gekühlt, bevor sie durch die Ausblasöffnung (4b) ins
Freie strömen. Die Wände (4a) steigen j e we i l s 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 (4a') so gewählt, daß trotz hoher Lichtbogenkühlung 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 Ausblaskämmer noch optimiert werden, wie es im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bis 6 dargestellt ist.
Die in Fig. 4 nur als Ausschnitt des Leitungsschutzschalters gezeigte Ausblaskämmer (4') 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 maanderförmig 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 d e r
Au s b l a s d ü s e n e r f o l g t e i n e s t a r k e S t r e u u n g d e r l e t z t lich noch austretenden Lichtbogengase, so daß eine
Überschlagsgefahr zu in der Nähe des Leitungsschutzschalters befindlichen spannungsführenden Teilen vermieden wird.
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 Ausblaskammer erreicht und die Rückzündungsneigung direkt hinter den Löschblechen ausgeschlossen. Die Rippe (4d) ist ebenso wie die Wände (4a) und die weiteren Elemente der Ausblaskammer jeweils Bestandteil der beiden Halbschalen des Gehäuses und stellt somit eine kostenneutrale Lösung dar.

Claims

Ansprüche:
1. 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 Hauptströmungsrichtung angeformte Wände aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausblaskammer (4, 4') mit mehreren. Labyrinthartig
versetzt angeordneten, den Gasströmungsweg erheblich verlängernden Wänden (4a) versehen ist, welche auf ihren zueinanderweisenden, etwa parallel zur Trennebene der Halbschalen (1a, 1b) befindlichen Oberseiten kammartig vorstehende, eine Verwirbelung und zusätzliche Kühlung der Lichtbogengase bewirkende Zapfen (4a ') aufweisen.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (4a) im Wechsel an jeder Halbschale (1a, 1b) und mit geringem gegenseitigen Abstand zumindest teilweise ineinandergreifend angeordnet sind.
3. Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Wände (4a) einer Halbschale da) Zapfen (4a') auf ihrer Oberseite aufweisen, während die Wände (4a) der gegenüberliegenden Halbschale (1b) g l a t t f l ä c h i g
ausgebildet sind.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblaskammer (4, 4') mittels einer etwa von der Mitte der Trennwand (2a) ausgehenden und teilweise schräg zu den Wänden (4a) verlaufenden
Rippe (4d) in nahezu zwei gleich große, voneinander getrennte Halbräume unterteilt ist.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblaskammer (4') an ihrer nach außen hin offenen Seitenwand (1d) mit schräg zur Richtung der Wände (4a) angeordneten Ausblasdüsen (4c) versehen ist.
6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblasdüsen (4c) in den beiden Halbschalen (1a, 1b) unterschiedliche Richtungswinkel von bis zu 90° aufweisen und im Querschnitt mäanderförmig versetzt angeordnet sind.
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