DE1640263A1 - Elektrischer Stromunterbrecher - Google Patents

Description

752-41D-147 Generei Electric Company, l River Road, Schenectady, N.Y.,USA

Elektrischer Stromunterbrecher

Die Erfindung bezieht sich auf Stromunterbrecher und im besonderen auf solche Stromunterbrecher» in denen eine Lichtbogenlöschung mit Strombegrenzung stattfindet.

Der Ausdruck "Strombegrenzung" wird hier in folgendem Sinn verwendet: Wenn ein Stromunterbrecher dazu verwendet wird, ein Stromnetz von beispielsweise 120, 240, 480 oder 600 Volt und einem Nennstrom von beispielsweise zwischen 15 und 100 Ampere

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oder höher beim Auftraten von Kurzschlußströmen von beispielsweise zwischen 10 000 und 100 000 Ampere oder mehr abzuschalten, so tritt, falls diese Abschaltung mit Strombegrenzung erfolgt, die folgende Erscheinung auf: Der beim Abschalten des Kurzschlußstromes durch den Stromunterbrecher tatsächlich im ganzen Kreis fließende Strom übersteigt niemals den "theoretischen⁴¹ Kurzschlußstrom. Dieser tatsächlich fliessende Strom ist vielmehr im allgemeinen erheblich geringer. Unter dem "theoretischen" Kurzschlußstrom soll derjenige Strom verstanden werden, der im gleichen Kreis im Kurzschlußfalle fließen würde, sofern man den Stromunterbrecher durch eine äquivalente Impedanz ersetzt. Solche mit Strombegrenzung arbeitenden Stromunterbrecher zeichnen sich außerdem noch dadurch aus, daß die vollständige Unterbrechung des Stromes in fast allen Fällen in einer Zeit erfolgt, die wesentlich kürzer als eine halbe Periote eines Wechselstromes von 60 Hz ist.

Wie man gefunden hat,muß ein Stromunterbrecher, der mit Strombegrenzung arbeitet, die folgenden Bedingungen erfüllen: 1. In dem Stromunterbrecher muß innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne nach Auftreten eines Kurzschlusses ein Lichtbogen gezogen werden, also beispielsweise innerhalb einer Zeitspanne von etwa 0,5 Millisekunden.

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2. Der ursprünglich gezogene Lichtbogen nraß sehr rasch nach seinem Entstehen in einen Hochspannungbogen umgewandelt werden, dessen Spannungsabfall die dem Kreis aufgeprägte Spannung tibersteigt. Diese Umwandlung das ursprünglich gezogenen Lichtbogens in einen Hochspannunflsbogen hat in @iner Zeitspanne zu erfolgen, die vom Entstehen des ursprünglichen Lichtbogens zwei Millisekunden nicht wesentlich über- Λ steigt.

3. D^r Spannungsabfall am Hochspannunpslichtbogen muß so lange ohne unkontrollierte SpannungsSchwankungen aufrechterhalten werden, bis der Ström auf Null heruntergedrückt worden ist und der Lichtbogen erlischt. Typische Zeitspannen, die bei Stromunterbrechern nach der Erfindung auftreten, sind 2

Millisekunden bei einem verfügbaren Strom von 1000 Ampere un<} 0,7 Millisekunden bei einem verfügbaren Strom von 100000 Ampere.

In der älteren deutschen Anmeldung G 49 809 VIIId/2te, die am 20. Mai 1966 eingereicht wurde, ist ein mit Strombegrenzung arbeitender Stromunterbrecher vorgeschlagen worden, dessen Wirkungsweise der eben geschilderten entspricht. Dieser Stromunterbrecher ist in der Lage, bei Netzen recht hoher Spannungen wie beispielsweise bei 250 Volt-Netzen, die für recht erhebliche Nennströme wie beispielsweise für etwa 100 Ampere ausgelegt sind und bei denen die Kurzschlußströme 000 Ampere oder mehr betragen können, eine wirkliche

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Strombegrenzung durchzuführen. Der Stromunterbrecher nach diesem Vorschlag ist der erste mit Kontakten arbeitende Stromunterbrecher, der beim Unterbrechen von Kurzschlußströmen in Üblichen Netzen, die hohe Kurzschlußströme liefern können, die Kurzschlußströme wirksam begrenzt. Bisher war eine solche Stromunterbrechung mit Strombegrenzung nur durch die Verwendung von strombegrenzenden Sicherungen möglich.

Die Erfindung ist nun auf eine Verbesserung der Stromunterbrecher nach diesem filteren Vorschlag gerichtet und hat die Schaffung eines Stromunterbrechers zum Ziel, dessen Wirkungsweise auf der Wirkungsweise des bereits vorgeschlagenen Unterbrechers beruht, der außerdem bezüglich Konstruktion und Schaltverhalten eine Anzahl bestimmter Forderungen erfüllt und der in solchen räumlichen Größen und für solche Nennströme hergestellt werden kann, daß er leicht an solchen Stellen eingesetzt werden kann, an denen bisher Unterbrecher verwendet wurden,die ohne Strombegrenzung arbeiten. Aus diesem Grund müssen solche erfindunpsgenSßen Stromunterbrecher eine Ansahl konstruktiver und elektrischer Forderungen sxfflllen, die durch die bestehenden Sicherheitsbestimmungen vorgegeben sind, und außerdem müssen ihre Wirkungsweise und ihr Verhalten an das Verhalten anderer elektrischer Ausrüstungen in vorgegebener Weise angepaßt sein.

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Stromunterbrecher, die diesem Vorschlag entsprechen, arbeiten bei sehr hohen Kurzschlußstrometärken bemerkenswert gut. KursschlußstrSme verhältnisraäßi}s|iiedriger Stärke können dagegen durch die übliche Unterbrecherwirkung sicher abgeschaltet werden. Es gibt jedoch ein bestimmtes Gebiet mittlerer Kurzschlußstromstärken .» das über dem Stromstärkengebiet liegt, in dem das Unterbrechen durch die übliche Unterbrecherwirkung zustande kommt, das jedoch unter den Gebiet der sehr hohen Kurzschlußstromstärken liegt, in dem das Abschalten der Kurz-. schlußströme durch den bereits vorgeschlagenen Unterbrecher unstetig und unregelmäßig erfolgt. Beim Abschalten solcher Stromstärken kann, wie man gefunden hat, eine Umkehr in der Lichtbogenlaufrichtung stattfinden, die zwar nicht zum Ausfall des Stromunterbrechers führt, jedoch eine sehr rasche Korrosion der Unterbrechermaterialien bewirken kann. Dieses muß daher als ungünstig angesehen werden.

Die Erfindung beinhaltet einen mit Strombegrenzung arbeitenden Stromunterbrecher, bei dem bei der Beendigung der Stromunterbrechung keine Oberspannungen oder Spannungsspitzen auftreten.

Weiterhin beinhaltet die Erfindung einen Stromunterbrecher mit einer B₀genlösch- oder Unterbrechungsvorrichtung, die zusammen mit einen Schall- und Stoßwellendämpfer verwendet werden kann, so daß der Schall, die Stoßwelle und die Menge der

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heißen Gase wesentlich herabgesetzt werden können, die sonst bei der Unterbrechung eines Kurzschiußstroutes hoher Stromstärke entstehen.

Nach der Erfindung ist ein mit Strombegrenzung arbeitender Stromunterbrecher vorgesehen, der auf dem bereits vorgeschlagenen Stromunterbrecher beruht.. Bei diesem Stromunterbrecher wird die Stromunterbrechung durch das Ziehen zweier Lichtbögen ausgelöst, die elektrisch hintereinander geschaltet sind. Diese beiden Lichtbögen werden verlängert und zu einem einzigen Bogen vereinigt, der ebenfalls auseinandergezogen und so lange aufrecht erhalten wird, bis der Strom auf Null herunter gedrückt worden ist. Dieser Stromunterbrecher ist in der Lage* Ströme innerhalb eines Strombereichs mit einer glatten und stetigen Stromunterbrechung zu unterbrechen, der bei dem kleinsten Kurzschiußstrom beginnt, der den Stromunterbrecher prompt auslösen kann und bis zu dem maximalen Kurzschlußstrom reicht, für den der Unterbrecher ausgelegt ist.

Dieser Stromunterbrecher weist zwei feststehende Kontaktstücke mit ebenen Kontaktflächen auf, die in einem gewissen Winkel zueinander geneigt sind. Diese beiden Kontaktstocke werden durch eine bewegbare Kontaktbrücke mit entsprechend ausgebildeten Kontaktflächen überbrückt. Die feststehenden Kontaktstocke

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sind in einer Bogenzttndkammer gehaltert, deren Innenwände aus einem Material hergestellt sind, das sich iisiter der Einwirkung eines elektrischen Bogens iß fiase sersetgt oder umwandelt,die praktisch keine freien Kohlenstoffatome enthalten. Hierzu sind ICuaststof^ auf Aeetalbasis und im besonderen Polyoxymethylene besonders gut geeignet. Yon den feststehenden Kontaktstüeken gehen auseinanderlaufende Bogenhörner aus, die in. einer Richtung verlaufen und in eine Bogenlöschkammer hineinragen. Die Bogenzttndkammer ist in der anderen Richtung durch eine Rückwand verschlossen, durch die eine Schaltstange hindurchgeht, die mit d@? bewegbaren Kontaktbrücke verbunden ist. Um die bewegbare Kontaktbrücke prompt Öffnen sru können, ist eine schnell arbeitende Vorrichtung wie beispielsweise eiste Magnetspule vorgesehen β

Nach "der Erfindung sind die Bogenzündkamjner und die Bogenlösjchkansmer so ausgebildet, daß die für den Lichtbogen 2ur Ver- ( ftif?u2ig stehende Querschnittsfläche zuerst rasch kleiner wird, worm der Bogen weg wandert, und dann allmählich wieder zunimmt, Dieses hat die Wirkung, daß in der Bogenzündkammer für eine bestimmte Zeitspanne ein gewieser Druck aufrechterhalten wird. Dadurch wird eine "Kavitation" vermieden, die auf eine Umkehrung der Bogenlaufrichtung führt, wie noch anschließend näher erläutert wird.

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tmätzlieh sind bei ä®m ©rfindimpsgemlißen Stromtmterbreeher die Üblichem BogenkÜhlplatten weggelassen worden_o Stattdessen wird der Lichtbogen in der Be>genlösehka?nmey zwischen den Spit zen der Begenhömer geradlinig aissgedehnt und neben einem ge~ schlitzten Bauteil entlang geführt, der zur Entlüftung der Bogenlöschkamjner dient, so daß die Verhältnisse für den Licht bogen gut beeinflußbar sind.

Darüber hinaus sind erfindunjrs gemäß der Abstand zwischen den Spitzen der Bogenhömer und damit die größtmögliche Länge des Liehtbogens größer gemacht worden, als es sonst erforderlich ist, um ein Zusammenwirken der Bogenlösehkanimer jriit sinem Sehall- und Flairnnendämpfe-i zu ©rmöglichen« Das Auftreten eines überhöhten Spannungs ab falle s aiii Lichtbogen und isn besonderen, das Auftreten von SpünnxmvspiZz§Tt beim Erlöschen des Bogens trots der Länge des Lichtb©geϊιβ wird dadurch vermieden, daß in die Seitenwände Streifen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff wie beispielsweise aus Glas-Melamin aufgenommen worden sind, die den Raum zwischen den Spitzen der Lichtbogenhörner zu beiden Saiten des Lichtbogens überbrücken, Man hat gefunden, daß man durch ein Verändern der freiliegenden Oberfläche dieser Streifen sowie durch ein gleichzeitige!; Verändern der freiliegenden Oberfläche des Acetal-Kunststoffes die Bogenspannung einstellen und auf der gewünschten Höhe halten kann. Man vernutet, daß die Spannungspitzen deswegen von den

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herabgesetzt werden, weil die Glasfasern an der Oberfläche der Streifen teilweise leitend wurden, wenn sie vom Lichtbogen erhitzt werden, so daß diese Streifen aus Glas-Melamin wie ein Widerstand wirken, der parallel zum Lichtbogen geschaltet ist und alle Spannungspitzen ableitet.

Im folgenden soll die Erfinduni» in Verbindung mit den Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführunssbeispieles näher erläutert werden.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Bogenzündkammer und der Bogenlöschkammer eines elektrischen Stromunterbrechers nach der Erfindung. Ein Teil der Gehäuseseitenwand ist weggelassen , um den Innenaufbau zu zeigen.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Bogenzfindkammer und die Bogenlöschkammer aus Fig. 1 in einer Ebene, die durch die Linie 2-2 aus Fig. 1 festgelegt ist. Der Schall- und Flammesidämpfer des Unterbrechers ist weggelassen worden.

Fig. 3 zeigt die hauptsächlichen Bestandteile der Bogenzündkammer und der Bogenlöschkammer aus Fig. 1 im zerlegten Zustand.

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Pig. 3A Ist eine halbsehematisehe Darstellung eines vollständigen Stromunterbrechers, der ein Ausführungsbelj&el der Erfindung 1st.

Fig. 4 ist eine sehematische Darstellung ungünstiger Druekverhältnisse (Kavitation), ve» denen man annimmt, daß sie in der Bogenkammer eines Stromunterbrechers auftreten können und zu ungünstigen Ergebnissen führen.

Pig. 5 zeigt sehematiach DruekverhSltnisse, die in der Lichtbogenkammer eines erfindungsgemäßen Stromunterbrechers vermutlieh auftreten und die au günstigen Resultaten führen.

Fig. 6 zeigt fragmentarisch einen TeIL der Bogenlösehkammer des Stromunterbrechers nach Pig. I.

Fig. 7 zeigt diejenigen Bestandteile des bereits vorgeschlagenen Stromunterbrechers, die in Ihrer Funktion den in Fig. 6 gezeigten Bestandteilen des Stromunterbrechers nach Fig. 1. entsprechen.

Fig. 8 zeigt ähnlich wie die Fig. 6 und 7 einen Teil der Bogenlöschkammer, Jedoch für eine andere Ausführungform der Erfindung.

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FIg. 9 bis 12 aeigen öszillogramme von äie mit verschiedenen Ausführungsformen es'iindungs gemäßer

gewonnen wurden.

Xn den Figuren ist dargestellt, wie die Erfindung auf einen Stromunterbrecher angewendet ist. Dieser Stromunterbrecher enthält eine Bogenzünd- und eine Bogenlösehkammer (siehe Pig. i bis 3), die ein Hauptisoliergehäuse 10 aufweisen, das aus s«ei Hälften 1OA und 1OB (Fig. 2) zusammengesetzt ist. Diese beider* Gehäusehälften sind mit Vertiefungen und mit durchgehenden Öffnungen versehen worden.

Am Äuslaßenöe des Gehäuses 10 für die Bogenzünd- und die Bogenlöschkammer ist ein Schall- und Plammandämpfer 12 angeaatzt, der die Stärke des Sehalls sowie die Temperaturen der Gase erniedrigen soll, die aus dem Gehäuse 10 entweichen. Wie dieser Schall- und Flammendämpfer 12 aufgebaut ist und wie er arbeitet, wird an anderer Stelle vorgesehlagen, so daß hier auf eine nähere Erläuterung des Dämpfers 12 verzichtet werden kann.

Das Gehäuse 10 ist mit einer zentralen Kammer I^ versehen, deren Längsschnitt etwa einem Längsschnitt durch eine Sanduhr gleicht. Diese Kammer IM wird durch die Vertiefungen in

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den beiden Gehäusehälften 1OA und 1OB gebildet. Die Kammer 14 ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, nämlieh aus einer BogenssfedfcamiESr¹ 1*Iä und aus einer Bogenlösehkammer IkE _s öl© dureh ©inen Durchlaß 1^e miteinander in Verbindung stehen. Die inneren Seifeenwände der Kammer Ik nebst den beiden Kammerteilen ihk und i^B sind mit Einsätzen 18 und 20 versehen, wie es aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht.

Die Einsätze 18 und 20 für die Seitenwände der Kammer Ik sind im Bezug auf die Größe und die Gestalt der Kammer I^ so ausge bildet, daß Ihre Vorderkanten 18D und 2OD an den Abstandsstüeken 60 für die Spitzen der Llehtbogenhörner anstoßen, so daß die Bewegungsmöglichkeiten dieser Einsätze innerhalb der Kammer 1*1 beschränkt sind. Die Abstandsstüeke 6ö sind ihrerseits durch die Bogenleitblocke 48 und 50 festgelegt, die genauso wie die bereits aufgeführten Bauteile durch Bolzen 63 festgeschraubt sind. Die Flächen an den Kanten l8E und 2OE weisen daher von den entsprechenden Wänden der beiden Gehäusehälften 1OA und 1OB einen gewissen Abstand auf.

Aufgrund dieser Anordnung liegt an keinem Teil der beiden Seiteneinsätze 16 und 20 zu irgendeinem Zeitpunkt eine Spannung an. Wenn die beiden Seiteneinsätze 18 und 20 dagegen ao ausgebildet

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wären, daß sie aufgrund ihrer äußeren Gestalt innerhalb der

sich Kammer 1H festgelegt wären, so daß sie nicht mehr in der Licht-* bogenlaufrichtung bewegen könnten, würden die Kantenflächen l8E und 2OE an den entsprechenden Xnnenwandteilen der Kammer 1-J anstoßen. Dann wurden aber die eingeschnürten Teile dieser beiden Einsätze durch die Lichtbogengase unter Spannung gesetzt, die an diesen Stellen auf die nach innen geneigen Seiten | öep Einsätze einwirken, so daß die beiden Einsätze an diesen Stallen springen oder brechen können»

Die beiden Gehäusehälften 1OA und 1OB können aus jedem passenden Isoliermaterial hoher Festigkeit hergestellt werden, das über eine ausreichend gute Hitzebeständigkeit verfügt. Beispiele für solche Materlallen sind glasfaserverstärkte Kunststoffe, Spritzgußmassen auf Alkyd-Basls oder vergleichbare Stoffe. Die Einsätze 18 und 20 sind dagegen aus einem Acetal-Kunststoff hergestellt worden, der sich unter der Einwirkung des Lichtbogens in Gase zersetzen kann oder Gase abgibt, wie es bereits erwähnt wurde. Als Beispiel für einen solchen Acetal-Kunststoff sei ein hochmolekulares Polyoxymethylen genannt, wie es von der "American Celanese Corporation" unter der Bezeichnung "Celcon" und von der Dupont de Nemours Company unter der Bezeichnung "Delrin" vertrieben wird.

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Innerhalb der Kammer 14 sind weiterhin zwei winklig gebogene flach ausgebildete Leiterstreifen 22 und 24 angeordnet, deren Kanten über den Teilen 18A, 18B undj2OA und 2OB der beiden Einsätze 18 und 20 liegen. Die beiden Leiterstreifen 22 und 24 weisen Enden 22A un<T 24A auf, von denen AnschluÄlelter 2β und 28 ausgehen. Die beiden Leiterstreifen 22 und 24 laufen bei 22B und 24B nach innen zusammen. An diesen Stellen werden die feststehenden Kontaktstücke 25 des Unterbrechers gehaltert Bei 22C und 24c laufen die beiden Leiterstreifen 22 und 24 wieder nach außen auseinander. Diese Teile der Leiterstreifen sind die Bogenhörner, auf denen der Lichtbogen entlang läuft. Diese Bogenhörner sind an ihren Spitzen 22D und 24D mit Einsätzen 30 und 32 versehen, die aus einem warmfesten Material wie beispielsweise aus Wolframkarbid hergestellt sind« so daß ein Lichtbogen längere Zeit zwischen diesen beiden Einsätzen brennen kann.

Die Enden 22A und 24ä der Leiterstreifen 22 und 24 sind vom inneren Teil l4A der Kammer 14 durch senkrecht angeordnete Trennwände 18C und 20C abgeschirmt» die zusammen mit den EIns ätzen 18 und 20 aus einem Stück hergestellt worden sind. Zusätzlich weisen die beiden Einsätze 18 und 20 noch Abschirmungen 18S und 2OS auf, die die sonst offenliegenden Flächen der rückwärtigen Stirnwand der Kammer l4A abschirmen.

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Weifcerhln ist im Teil i4a der Kammer l4 eine Kontaktbrücke 34 angeordnet, an der die beiden bewegbaren Kontakte 3β und 38 starr befestigt sind. Die Kontaktbracke 24 ist mittels ©iner Klammer 40 mit einer bet-regbaren Schalt stange 42 verbunden, mit der die Kontake zwischen ihren beiden Schaltstellungen hin- und herbewegbar sind, wie es noch Im einzelnen beschrieben wird. Die Kontaktbrücke 34 ist an der Klammer mit; Hilfe eines Stiftes 3¹JA befestigt, der durch Schlitze 3^B in der Klammer hindurchgeht. Die Sehaltstange 42 ist in einer Muffe 44 gleitend geführt, die zwischen die beiden Gehäusehälften 1OA, 1OB eingesetzt ist.

Die beiden Gehäusehälften 10A und 1OB sind außen abgesetzt ausgeführt, so daß an dieser Stelle eine Art "Bogenleitbloek" eingesetzt werden kann, der aus zwei Hälften 46 und 48 (siehe Pig. 2 und 3) besteht. Diese beiden Hälften sind mit einer Ansah! von Schlitzen 50 versehen, so daß sine Reihe verhältnismäßig breiter, dünner Kanäle entsteht, durch die hindurch Lichtbogengase aus der Kammer l4 in den Schall- und Flammendämpfer 12 entweichen können.

Dieser Bogenleitbloek 46,48 wird vorzugsweise aus einem hitzebeständigen isolierenden Kunststoff hergestellt. Ein Beispiel für einen solchen Kunststoff ist ein glasfaserbeschwertes Polymer wie Glas-Melamin.

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Diese abgesetzte Ausführung der beiden Gehftuseteile 1OA und 1OB führt auf zwei Schultern oder Ansehläge 52,5*1, sai denen die beiden Blockhälften 46 und 18 anliegen. Die Schlitze 50 sind in den beiden Hälften 46 und 48 vorzugsweise so weit eingeschnitten, daß sie mindestens an den Kanten der beiden Schultern 52 und 54 enden. Diese Schlitze füllen daher am äußersten Teil der Kammer zwischen den beiden Enden 50 und 32 der Bogen · hörner die volle Kammerbreite aus.

Erfindimgsgemäß enden die beiden Einsätze 18 und 20 aus Acetyl-Kunststoff kurz vor den beiden Blöcken 46 und 48, una außerdem sind zwei Streifen 58 und βθ vorgesehen, die zwischen den beiden Spitzen 22D und 24D der beiden Bogenhörner 22 und 24 verlaufen. Der Grund hierfür wird noch beschrieben. Die Enden 6QA der beiden Streifen 60 sind eingekerbt worden, um au verhüten, daß sich die beiden Streifen βθ und die Bogenkontakte 30 und 32 direkt berühren. Dadurch werden die dielektrischen Oberflächeneigenschaften verbessert. Ebenso enden auch die beiden Bogenfcöraer 22 und 24 kurz vor den beiden Blöcken 46 und 48.

Die beiden Hälften 1OA und 1OB des Gehäuses 10 sind mit einer Anzahl von öffnungen 62 versehen, durch die hindurch die beiden Gehäusehälften mittels Bolzen 63 zusammengeschraubt sind. Diese Bolzen 63 sind durch I3o2ermuffen 64 hindurchgesteokt

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worden. Da ©ine große. .Ansah! von Stolzen verwendst ist, die aifldem noch sehr dicht nebeneinander angeordnet sind und da die verwendeten Materialien eine sehr hohe Festigkeit besitzen, kann die Kammer l4 sehr hohen Innendrüeken widerstehen, die beim Unterbrechen eines Kurssehlußstroines schätzungsweise zumindest 20 Atmosphären übersteigen.

Die beiden Gehäusehälften 1OA und 1OB sowie die beiden Blöcke 46 wad 48 sind mit halbkreisförmigen Nuten 68 versehen, die zusammen kreisförmige Bohrungen bilden. In diese Bohrungen werden elastische Dichtungen 70 eingesetzt, die zusammengedrückt werden, wenn alle Einzelteile des Unterbrechers zusammengesetzt worden sind. Diese Dichtungen 70 sollen verhindern, daß Gase unter hohem Druck durch den Spalt zwischen den beiden Gehäusehälften 1OA und 1OB önd durch die entsprechenden Teile der Blöcke 46 und 48 aus des? Kammer I¹I entweichen. Man kann auch andere Dichtungen wie beispielsweise Siliconverbindungen verwenden, die plastisch sind, wenn man sie einsetzt, und die anschließend in einen gummiartigen Zustand überführt werden.

Es ist günstig, wenn die bewegbare Kontaktbrücke 34 vom Betätigungsmecharismus des Stromunterbrechers zwangsweise in der Schließstellung gehalten wird. Dieser Betätlgungsmecha-

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nismus weist eine verriegelte Druckvorrichtung auf, die mit der bewegbaren Kontaktbrücke verbunden ist und freigegeben werden kann. Ein Betätigungsmechanismus dieser Art ist in der Fig· 3A halbschematlsch dargestellt.

Der Mechanismus nach Pig. 3A weist eine zylindrische Muffe auf, die mit einer ümfangsnut 91 versehentand starr auf der Sehaltstange 42 befestigt ist. Auf der Schaltstange 42 ist gleitend ein Schieber 92 angeordnet, der Ober zwei Blattfed ern 93 wit der Muffe 90 verbunden ist. Die Enden der Blattfedern 93 sind winklig abgebogen und greifen in die Umfangsnut 91 ein. Der Schieber 92 und damit die ganze bewegbare Kontaktgruppe, bestehend aus der Muffe 90, der Schaltstange 42 und der bewegbaren Kontaktbrücke 34 kann mit Hilfe zweier Hebel 94 zwischen den beiden Schaltstellung» hin- und herbewegt werden, von denen nur einer gezeigt 1st. Jeder dieser beiden Hebel 94 ist an einem Ende mittels eines Stiftes 95 an einem Kniehebel 96 schwenkbar angelenkt worden, der seinerseits an einem feststehenden Stift 97 schwenkbar gelagert ist, der sieh in einem passenden Gehäuse (nicht gezeigt) befindet. Das andere Ende der Hebel 94 ist mit einem Schlitz versehen, durch den ein Stift 98 hineinragt, der mit dem Schieber 92 verbunden 1st, so daß die Hebel 94 mit der· schieber 92 in Verbindung stehen. Die Hebel 94 werden mit Hilfe eines Schnappmechaniemus zwischen den beiden Schaltstellungen hin- und her*

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bewegfc. Hierzu ist eine Feder 99 vorgesehen, deren eines Ende an einem Stift 100 befestigt ist, der die beiden Hebel 94 miteinander verbindet. Das andere Ende der Feder 99 ist an einem Schaltgriff 101 befestigt. In dieser Stellung der Feder "99 geht die neutrale Ebene der Feder durch den Stift 95 hindurch.

Der Kniehebel 96 wird normalerweise in seiner Stellung von einem | Bauteil 102 festgehalten, das gleichzeitig als Anker und als Verriegelungsvorrichtung dient. Dieser Bauteil 102 ist in dem Gehäuse (Rieht gezeigt) schwenkbar gelagert. Das Ende 102' des Bauteils 102 ist nach hinten abgebogen und liegt an dem bewegbaren Ende eines Bimetallstreifens 104 an, dessen anderes Ende starr an einem Ansehlußstüek 105 montiert ist. Der Bimetallstreifen 104 ist außerdem mit einem Polschuh 106 versehen, der starr am Bimetallstreifen 104 befestigt ist und dazu dient, den Bauteil 102 magnetisch anzuziehen, wenn im Bimetallstrelfen 10*} besonders hohe Ströme auftreten» Am Anschlußstück 105 ist noch eine Verbraucherklemme 107 befestigt. Das bewegbare Ende das Bimetallstreifens 104 ist mittels einer flexiblen Leitung 108 mit der Megn-etspule 109 verbunden. Wenn besonders hohe Kurzschlusströme auftreten, sorgt die Magnetspule 109 dafür, daß der Anker 110 von dem Polschuh 111 angezogen wird. Dadurch werden d.ie Kontakte 34 in die offene Schaltstellung gebracht. Die Mapnetspule 109 ist mittels einer Leitung

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112 mit den Kontakten des Stromunterbrechers verbunden, wie bereits beschrieben wurde. Die Kontakte des S&romunterbreehers stehen ihrerseits mit einer Nefczklemme 113 in Verbindung .

Wenn der Anker 110 von der Magnetspule 109 angezogen wird, wird das Joch 92 aus seiner Stellung zwischen den Blattfedern 93 herausgezogen. Dadurch können sich die Schaltstange 42 und die zugehörigen Kontakte 34 ohne Widerstand durch die Schnappfeder 99 bewegen, nachdem die Anziehung des Ankers 110 durch die.¹ Spule 109 erfolgt ist. Nach der Unterbrechung des Kurzschlußstromes werden die Einzelteile durch die Wirkung der Blattfeder 93 ebenfalls in der offenen Schalteteilung gehalten *

Eben wurde eine besondere Austhrungsform eines Betätigungsmechanismus beschrieben, mit dem ein erfindungsgemäßer Stromunterbrecher ausgerüstet werden kann. Es können Jedoch auch andere Betätigungsmeohanismen verwendet werden, beispielsweise solche, die mit Vorrichtungen zur Erzeugung eines hohen Kontaktdruckes versehen sind j und bei denen außerdem die Stromzuleitungen so geführt sind, daß die beim Kurzschluß auftretenden Magnetfelder den öffnungVorgang unterstützen. Solehe Betätigungsmechanismen werden an anderer Stelle vorgeschlagen.

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Wenn verhältnismäßig niedrige überströme auftreten, also beispielsweise überströme, die zwischen 125 % und 300 Jt des Nennstromes des Stromunterbrechers betragen, wird der Bimetallstreifen 104 nach einer bestimmten Zelt verbogen. Dabei bewegt sich das bewegbare Ende des Bimetallstreifens 104 nach links, wenn man die Fig. 3 zugrunde legt, so daß der Bauteil 102 von dem Kniehebel 96 weg gezogen wird* Dann kann sich der Kniehebel ä 96 im Uhrzeigersinn herumdrehen. Dabei nimmt der Kniehebel den

Stift 95 mit und bewegt ihn über die neutrale Stellung der Feder 99 hinaus. Dadurch dreht sich jedoch die Richtung der Federkraft auf die Hebel 94 um, so daß die Hebel 94 ebenfalls im Uhrzdgerslnn herumgedreht werden. Dadurch wird ü®v Schieber 92 in die geöffnete Schaltstellunr, hineinbewegt. Das Sehllessen des Unterbrechers durch den Mechanismus wird durch einen Vorsprung am Schaltgriff 101 bewirkt (nicht gezeigt), der am Kniehebel 96 derart angreift, daß der Kniehebel 96 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn herumgedreht wird, bis sein freies Ende wieder am Bauteil 102 einrastet.

Wenn dagegen höhere überströme oder auch niedrige Kurzschlußströme auftreten, also Ströme, deren Starke beispielsweise 300 % bis 500 % des Nennstromes beträgt - es können auch andere Werte gewählt werden - wird der Nagnetpol 106 auf dem Bimetallstrelfen 104 ausreichend stark erregt, um den Bauteil 102 anzuziehen. Dadurch dreht sich der Bauteil 102 im Uhrzeiger-

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sinn um den Stift 103 herum,so daß der Winkelhebel 96 freigegeben wird.

Wenn dagegen Kurzschlußströme auftreten,.die beispielsweise 500 % des Nennstromes des Unterbrechers übersteigen, kommt die Magnetspule 109 ins Spiel. Die Magnetspule 109 ist immer im Stromkreis eingeschaltet. Sie kann Jedoch bei geringeren Stromstärken keine Wirkung ausüben, da dann ihr Magnetfeld zu schwach 1st, um die bewegbare Schaltstange 12 mit der bewegbaren Kontaktbrüske gegen den Druck der Federn 93 zu bewegen ,

Bs sei angenommen, der Unterbrecher sei geschlossen, und es trete ein Kurzschluß auf, durch den die Magnetspule 109 erregt und die bewegbare Kontaktbrücke prompt in die geöffnete Schaltstellung gebracht wird, wie es bereits beschrieben wurie. Dabei werden beim Trennen der Kontakte 36, 25 und 38, 26 zwei kurze Lichbögen gezogen, die elektrisch hintereinander geschaltet sind. Diese beiden kurzen Lichtbögen werden sehr rasch auseinander gezogen und gehen dann in einen einzigen Lichtbogen Über, der direkt zwischen den beiden feststehenden Kontakten 25 brennt. Dieser, bereits längere Lichtbogen wird dann weiterhin auseinander gezogen und lauft die Bogenhörner 22, 24 entlang nach außen bzw. oben. Dieses geschieht durch die Wirkung der Ströme

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In der Umgebung des Lichtbogens und durch die Abstoßung, die von den Strömen in den Leitern 26» 28 verursacht ist. Hierbei werden an den Einsätzen 18,20 an den Seltenwlinden der Lichtbogenkammer Gase erzeugt, die hinter dem Bogen gute dielektrische oder isolierende Eigenschaften aufrechterhalten, so daß der Lichtbogen bis zum endgültigen Erlöschen des Stromes weder -erneut zünden noch seine Laufrichtung umgekehren kann.

Maßnahmen zur Verhinderung der Kavitation

Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt wurde, hat sieh bei intensiven Untersuchungen des bereits vorgeschlagenen Schalters herausgestellt, daß dieser Schalter sehr gut dafür geeignet ist, 3ehr hohe Kurzsehlußströme außerordentlich gut und zuverlässig zu unterbrechen. Beim Unterbrechen bestimmter niedrigerer Kurzschlußstrftme kann Jedoch innerhalb des Unterbrechers eine Umkehr der Lichtbogenlaufrichtung stattfinden. Die hierfür in Frage kommenden Kurzschlußstromstärken . können zumindest in manchen Fällen bereits über den Stromstärken liegen, die die magnetischen Schnellauslösungen üblicher Unterbrecher betätigen können

In der Flg. k 1st nun schematisch eine Situation dargestellt, aus der der vermutliche Qrund hervorgeht, warum bei dem bereits

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vorgeschlagenen Schalter bei bestimmten mittleren Kurzschluß-Stromstärken eine Umkehrung der Lichbogenlaufdichtung stattfindet. Man nimmt an, daß die Ursache hierfür in einer Art Kavitation zu suchen ist_s d.h., also auf der Erscheinung, daß in einem Gebiet ein sehr niedriger Druck erzeugt wird, wenn sich Gase durch die Lichtbogeneinwirkung mit sehr hohen Geschwindigkeiten aus diesem Gebiet hinwegbewegen. Wenn man daher annimmt, daß die FIp;. 4A den Querschnitt der Bogenkammer eines Stromunterbrechers darstellt, wie er bereits vorgeschlagen wurde, kann man den Punkt P als Querschnitt des Lichtbogens betrachten, der zu Bepinn im unteren " Teil der Bogenkammer gezündet worden ist. Die Einwirkung des Lichtbogens auf die Luft im Schalter und auf die Materialien der SeitenwSnde ruft eine sehr rasche Ausdehnung der Luft und das Auftreten von Gasen hervor, die durch eine Verflüchtigung der Materialien entstehen, aus denen die Seitenwände bestehen. Der Gasdruck wird daher sehr hoch. Durch dlesain hohen Druck werden die Gase auf das offene Ende der Lichtbogenkammer hin gedrückt, wie es durch den Pfeil D angedeutet ist. Wie sich diese Druckwelle nun weiter in Richtung des Pfeiles D innerhalb der Lichtbogenkammer ausbreitet, 1st in den Fig. ¹JB und JiC dargestellt. Die Gase laufen nun aus dem Gebiet I, in dem der Bogen gezündet wurde, mit einer so großen Geschwindigkeit heraus, daß der Druck im Gebiet I außerordentlich niedrig wird. Dieses außerordentlich niedrigen Druckes wegen können

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dann die unter hohem Druekjstehenden Gase at*s dem oberen Teil der Bodenkammer kurz darauf wieder zurückströmen, wie es in den Flg. ²JC und 4D dargestellt ist. Daraus ergeben sich Jedoch aus verschiedenen Gründen ungünstige Betriebszustände. Es sei daran erinnert, daß es bei einem mit einer wirklichen Strombegrenzung arbeitenden Stromunterbrecher nicht nur erforderlich ist, außerordentlich schnell einen Lichtbogen zu zünden» Vielm ehr muß auch der Spannungsabfall an diesem Lichtbogen solange " aufrecht erhalten werden, bis der Strom auf Null heruntergedrückt worden ist, ohne daß eine Umkehr in der Lichtbogenlaufr lchtung stattfindet. Bs ist daher nicht ausreichend, nur einen L ichtbogen mit dem erforderlichen Spannungsabfall hervorzurufen. Zusätzlich müssen die dielektrischen Verhältnisse in den Räumen zwischen allen denJerigen elektrisch leitenden Teilen, die als Parallelstromweg in Frage kommen können, so aufrechterhalten werden, daß zwischen diesen elektrisch leitenden Teilen keine Lichtbogen mehr zünden können, durch deren Zündung der Hoch- ( spannungsbogen erlischt. Die Wahrscheinlichkeit für eine solche erneute Lichtbogenzündunp: 1st in dem Gebiet am größten, In dem der Bogen zuerst gezündet wurde.

Wenn der Lichtbogen ursprünglich gezündet wird, wird notwendigerweis· von den Kontakten eine gewisse Menge Metall verdampft, und diese Metallttome oder -Ionen befinden sieh in dem su Beginn unter hohem Druck stehenden Qas, das von dem Bogen erzeugt wird.

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Demzufolge wird dieses unter Hochdruck stehende Gas von dan Metallatomen oder -ionen "vergiftet¹' und dieses unter Hochdruck stehende Gas, das die Metalldämpfe enthält, bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit von dem Gebiet weg, In dem der Bogen gezündet wurde, so daß dieses Gebiet verhältnismäßig sauber und mit guten dielektrischen Eigenschaften zurückbleibt.

Zur gleichen Zeit, zu der das mit Metalldampf vergiftete Gas nach außen läuft, wie es in der Fig. 4B dargestellt 1st, füllt das verhältnismäßig sauber Gas mit einer hohen Durchschlagsfestigkeit, das. von den Seitenwänden aus dem Acetal-Kunststoff erzeugt worden ist, den unteren Teil der Bogenkammer CX) aus, so daß die Durchschlagsfestigkeit in diesem unteren Teil der Bogenkammer verhältnismäßig hoch 1st. Wenn jedoch eine Kavitation auftritt, wie es in den Fig. 4C und 4D dargestellt ist, dreht sich die Laufrichtung dieses verdic Iteten Gases in der Wellenfront der Stoßwelle herum, so daß sich ein Teil dieses Gases turbulent mit den Gasen oder Dämpfen mischt, die an den Seitenwänden der Bogenkammer neben den Gebiet erzeugt worden sind, in dem der Bogenjgesündet wurde. Dadurch wird die Durchschlagsfestigkeit In diesem Gebiet herabgesetzt, so daß eine Rückzündung wieder stattfinden kann.

Br fin dünge gemäß sind die Seitenwände der Kammer Ik so abgewandelt worden, daft dl· Seitenwinde von dem Bndt der Kammer aus

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sn dem der Bogen gesundet wird* zuerst stark konvergieren wie es In der Fi^. 5k dargestellt ist. Hierzu sind die Einsäfcae 18 und 20 bei 18M und 20 M erhaben ausgebildet worden, so daß in der Kammsr I¹J ein schmaler Durchgang oder eine" Verengung 1*50 entsteht. Anschließend laufen die Seitenwinde der Kammer bis su einem maximalen Abstand auseinender, während der letate Teil der Seitenwinde wieder parallel verläuft. Diese ä Seitenwandteile, die parallel zueinander verlaufen, sind nur kurs und liegen neben dem Abstandsstück ΐβ.

Man nimmt an, daß die dargestellte und beschriebene Ausbildung der Lichtbogenkammer die Kavitation auf die folgende Weise verhindert. Wenrfnan annimmt ,daß der Bogen ursprünglich in dem Getfßfc (I) gezündet wird, wie es in der Fig. 5A dargestellt ist, und daß der Bogen dort einen hohen Druck erzeugt und ansehliessend durch magnetische Kräfte nach außen und oben getrieben wird^ wie es in der Tig. 5B dargestellt ist, dann sieht man, daß die Verengung I¹IC, die durch die beiden konvergierenden Seitenwände hervorgerufen worden ist, einen zu schnellen Druckabfall im Qebiet (Ϊ) der Bodenkammer verhindert. Wenn daher der Bogen in der Kammer 1Ί nach oben läuft, wird der Druckabfall zwiseh&u dem oberen und dem unteren Ende der Bogenkammer nicht so groß, daß eine turbulente Mischung des elektrisch leitenden I»iehtbogengases mit dem Gas hoher Durchschlagsfestigkeit auftritt, wie sie gerade beschrieben wurde. Da nun der Durek am oberen

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d Ό '■

Ends ükiif iBüKsnkamraax⁰ sbenrnll;.· ^assh abnimfiife, da 6i& easie das offen© Ende der Bogeiitemraer entweichen kftrmesß _s findet eine a llffiShläehepe und gleichförraige? verteilte Druckabnahme in der Kammer g-satt. Dadurch ist se F.Sglieh, daiS die Gase hoh-gs? Durehschiags fsstigkeit, öle an den S-sitjenwänden aus Aee^aI-Kunststoff erz@*agt werden sind, in altern Gebiet ά®ν Bogenksximei* veyfolei- ben₃ so daß in diesem Gebiet di® Durehsehiagsfestigkeit erhalten bleibt, während an dam Lichtbogen selber der Spannungsabfall sehr hoch ist. Went,, msßi beispielsweise einen üaterbreehes* für eine Hennspannung von βΟΟ Veit betraehftet, muß am Lichtbogen eine Bogenspannung von iftfuidesteae 1200 Volt errsieht werden und tafcsäfhlich betragen die Liehtbogenspannunpien bei Strom-UKteirbpeeliern naeh der Erfindimg: in solchen Fällen üblicherweise 1250 Veit. Darüberhinaus werden diese hohen Bsgenspannungen über erhebliche Zeitspannen aufrechterhalten, während der Strom auf Null gedrüekt wird, wie man den Osaillogranmen aus den Fig. 9 bis 12 und im besonderen aus den Fig. 10,11 und 12 entnehmen kann.

In der Pig, 9 ist nun ein Ossiliogramin dargestellt, das beim Abschalten eines Kurzschlußstr'omes mit einem Stromunterbrecher der hier beschriebenen Art aufgenommen wurde, dessen Bogenkammer Jedoch mit geradlinigen Seitenwänden versehen war. Die Kurve 80 zeigt den zeitlichen Yevlauf des Stromes> wShrend dl® Kurve

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8l den seitlichen Verlauf der Spannung am Lichtbogen darstellt. Man äleht, daß unter den herrschenden Strom- und Spaimungsverhältnissen eine Folge von 10 Rückzttndungen auftritt, bevor der Strom vollständig unterbrochen Ist.

In der Fig. 10 Ist ein Oszillogramm dargestellt, das bei dem Absehalten eines Kurzschlußstromes in einem Stromunterbrecher aufgenommen wurde, der genauso wie der Stromunterbrecher aufge- f baut war, mit dem die Ergebnisse nach Fig. 9 gewonnen wurden. Bei dem Stromunterbrecher, auf den die FIg. IO beruht, waren die Seitenwände der Bodenkammer jedoch zusätzlich mit der bereits beschriebenen Verengung versehen, die neben dein Gebiet in der Kammer angeordnet war, in dem der Bogen gezünäet wurde. In Flg. 10 zeigt die Kurve 8*1 den zeitlichen Verlauf des Stromes, während die Kurve 85 den zeitlichen Verlauf der Lichtbogenspannung darstellt. Wie man sieht, wurde unter den gleichen Strom- und Spannungsverhältnissen die vom Lichtbogen erzeugte i hohe Spannung ohne Rückzündunp· solange aufrechterhalten, bis der Strom auf Null herabgedrückt worden war. Aus den Fig. 9 und 10 kann man außerdem entnehmen, daß die vollständige Stromunterbrechung Im erfindungsgemäßen Unterbrecher in einer merklieh kürzeren Zeitspanne erfolgt. Dieses bedeutet aber, daß die bei der Unterbrechung umgesetzte elektrische Energie merklich kleiner ist. Dadurch 1st aber auch der Verschleiß des Unterbrechers geringer, und außerdem werden auch die anderen Komponenten

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in dem Netz, In dem der Kurzschluß auftritt, geringeren lastungen ausgesetzt.

Pas Weglassen metallischer Platten und die Anpassung des Bogenkammerausgangs an die optimale Qröße eines Schall- und Flammendämpfers

In den Fig. 6 und 7 ist ein Teil der Bogenlöschvorriehtung nach der Erfindung im Vergleich zur Bogenlösehvorriehtung in dem bereits vorgeschlagenen Stromunterbrecher dargestellt. Die Fig. 7 bezieht sich hierbei auf den bereits vorgeschlagenen Stromunterbrecher. Dieser Stromunterbrecher weist zwei auseinanderlaufende Bogenhörner 15A' , l6A^T auf, die in Bogenspitzen 16a" und 15A" enden. Weiterhin ist eine Anzahl metallischer Bogenkühlplatten 68' vorgesehen, und außerdem noch ein Verschlußblock aus Isoliermaterial 67^T,der mit Schlitzen 67B¹ versehen ist. Die längste Bopenstrecke, die bei dieser Anordnung auftreten kann -das ist die Strecke, die der Bogen kurz vor dem Erlöschen einnimmt - ist in Flg. 7 durch gestrichelte Linien dargestellt. Diese Strecke verläuft von der einen Bogenpsitze 15A" zu einer der Bandplatten 68', dann über die Zwischenräume zwischen den Platten von einer Platte zur nächsten, dann zur anderen Wandplatte und von dort zurück zur anderen Bogenspitze

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ΙβΑ". Man sieht also, daß öle gesamte Bogenstreekenlänge dur-eh folgenden Ausdruck dargestellt werden kann.

L_T s 2L₁ +(N - I)L₂

In diesem Ausdruck bedeuten N die{&nzahl der Platten 68^f, L₁ den Abstand von den Randplatten bis zu den danebenliegenden HSrnerspitzen und L, den Abstand zwischen zwei Platten 68'. Da nun Jeder einzelne Lichtbogen einen Anodenfall und einen Kathedenfall aufweist, die zusammen etwa 15 V betragen, kann der gesamte Spannungsabfall an der Lichtbogenstrecke wie folgt ausgedrückt werden:

E_T s 15 (N + 1} eL_T

Hierin bedeutet e den Spannungsabfall an dem Lichtbogen in Veit/cm. Bei einem Stromunterbrecher nach der Erfindung, wie er beispielsweise auch in Fig. 8 dargestellt ist, verläuft der Lichtbogen dagegen geradlinig direkt zwischen den Bogenspltsen 22D und 24D. Der Spannungsabfall an dieser Lichtbogenkann daher wie folgt dargestellt werden

E = 15 + eL₈

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Hierin bedeutet e wiederum den Spannungsabfall am Lichtbogen in Volt/cm, während Lg die gesamte Lichtbogenlänge ist, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist.

Betrachtet man diese beiden Ausdrücke, so sollte man achliessen, daß der Spannungeabfall bei einem erfindungsgenäßen Schalter (nach Flg. 8) geringer sein sollte als der Spannungsabfall an der Lichtbogenstrecke in einem Schalterfriach Fig. 7, und zwar sollte dieser Unterschied im Spannungsabfall 15 N Volt betragen. Man hat jedoch gefunden, &ß für die gleiche Lichtbogenlänge (das heißt L^ aus Fig. 7 = Lg aus Fig. 8) der Spannungsabfall bei der Anordnung nach Fig. 8 wesentlich größer ist als der Spannungsabfall bei der Anordnung nach Fig. 7. Die Ursache hierfür ist noch nicht restlos geklärt. Man vermutet Jedoch, daß der Raum zwischen den Platten in der Ausführung from nach Fig. 7 nicht soviel zur Lichtbogenstrecke beiträgt, wie man ursprünglich vermutet hat, da möglicherweise in diese Räume Metalldämpfe von der Oberfläche dieser Metallplatten gelangen können.

Unabhängig davon, welche Erklärungen für diese Erscheinung zutreffend ist,wurde gefunden, daß eine gesamte Bogenlänge (ohne Berücksichtigung der Dicke der verwendeten Platten) bei

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einer Anordnung nach Fig. 7 von etwa 62 mm erforderlieh ist, um einen Spannungsabfall am Lichtbogen von 1200 Volt hervorzurufen, was notwendig 1st, um beim Abschalten einer Spannung von 600 V eine ausreichend hohe Gegenspannung zu erzeugen, um den Strom wirklich begrenzen zu können. Bei einer Anordnung nach Fig> 8 genügt hierfür eine gesamte Bogenlänge von 30 bis 32 mm. Wie man sofort sehen kann, 1st die Anordnung nach Fig. 8 viel * gedränger aufgebaut als die Anordnung nach Flg. 7, und außerdem wird nicht nur Raum in Richtung der Lichtbogenstrecke ge» spart, sondern auch, was gleichermaßen von Bedeutung ist, in einer Richtung senkrecht dazu, da die gesamten Platten 68 bei der erflndungsgemäßen Anordnung nach Fig. 8 weggelassen worden sind. Die Raumersparnis beträgt in Richtung der Bogenlänge etwa 60 % und in der Richtung senkrecht dazu etwa 32 %.

Die bisherige Lehre der Lichtbogenunterbrechung in Luft besagt daß es günstig 1st, Metallplatten zu verwenden, die in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, da diese Metall platten zur Unterstützung der Lichtbogenlöschung den Lichtbogen kühlen und dadurch deionisieren. Wenn man auch erkannt haben mag, daß sich durch das Weglassen von Metallplatten ein größerer Spannungsabfall an einem Lichtbogen erzielen läßt, (was Jedoch nach Kenntnis der Anmelderin bisher noch nicht vorgeschlagen wurde), so war man doch dtr Meinung, daß dieses bei üblichen Strom-

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Unterbrechern nicht günstig sei, da die Verhältnisse, unter denen die Lichtbogen gezündet und aufrechterhalten wurden, nicht so geartet sind, daß sich eine Stromunterbrechung mit einer wirklichen Strombegrenzung einstellt. Da auch die anderen Eigenschaften solcher bekannter Unterbrecher eine Stromabschaltung mit einer wirklichen Strombegrenzung erlauben, würde das Hervorrufen von Hochspannungsbogen nur auf das Auftreten von Rückzündungen führen, so daß in dem Lichtbogen größere Energiemengen vernichtet werden müßten. Dieses würde aber auf einen erhöhten Verschleiß der Lichtbogenkammer führen, der ein vorzeitiges Ausfallen des Unterbreches verursachen kann. Die vorliegende Erfindung beruht dagegen auf der Entdeckung, daß man durch das Weglassen solcher metallischen Bogenkühlplatten erhebliche Vorteile erzielen kann, wenn man die dielektrischen Verhältnisse in der Lichtbogenkammer beispielsweise mit einer Anordnung aufrechterhält, wie sie bereits beschrieben wurde.

Ein weiterer überraschender Vorteil, der sich aus dem Weglassen der metallischen Bogenkühlplatten ergibt, besteht darin, daß die überspannungspitzen geringer werden, die beim Erlöschen des Bogena auftreten. Man nimmt an, daß die Ursache für diese Erscheinung die folgende ist. Es ist bekannt, daß die Summe des Anodenfalls und des Kathodenfalle eines Lichtbogens etwa 15 V

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beträgt. Wenn also mit Hilfe einer hohen Spannung ein Lichtbogen in Luft gezündet worden ist, und wenn diese Spannung anschließend herabgesetzt wird, kann der Lichtbogen nur solange brennen, bis die angelegte Spannung 15 Volt unterschreitet. Wenn "man nun eine Anzahl solcher Lichtbogen elektrisch hintereinander schaltet, wie es beispielsweise in einem Stromunterbrecher der Fall ist, der eine gewisse Anzahl wie beispielsweise 10 Bogenkühl- ä platten aufweist, darf die gesamte angelegte Spannung, die zur Aufrechterhaltung einee bereits gezündeten Lichtbogens notwen-

,oder 150 V
dig 1st, 10 χ 15 Volt'nicht tmtersehreiten. Man sieht also, daß der Lichtbogen in einem unterbrecher mit metallischen Bogenlcühlplatten im&bhängig von anderen Überlegungen bei einer höheren am Unterbrecher anliegenden Spannung (und damit etwas früher) erlischt, wenn die Spannung am Lichtbogen selber auf KuIl geht, a Is ββ in einem Unterbrecher ohne solche Metallplatten der Fall ist. Umgekehrt gesagt, findet das endgültige Erlöschen des Bogens etwas später statt,wenn keine Bogenkühlplatten verwendet werden. Da nun der Strom als Funktion der Zeit abnimmt, kann man sagen, daß der Strom bei einer Stromstärke erlischt, und plötzlich auf null geht, der bei einem Stromunterbrecher mit Bogenkühlplatten höher 1st als bei dem vergleichbaren Unterbrecher ohne Stromkühlplatten.

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Die Spannungspitzen, die in diesem Zusammenhnag interessieren, sind durch die außerordentlich hohe Änderungsgesehwlndigkeit des Stromes oder durch den hohen negativen Differentialquotienten di/dt bedingt, der beim Erlöschen des Lichtbogens auftritt . Da nun der Lichtbogen zum Erlöschen unabhängig von der Stromstarke im Lichtbogen kurz vor dem Erlöschen immer im wesentlichen die gleiche kurze Zeitspanne benötigt, sieht man daß die Änderungsgeschwindigkeit des Stromes (dl/dt) viel höher is$ ,wenn das endgültige Erlöschen des Lichtbogens bei einer verhältnismäßig hohen Stromstärke erfolgt.

Man kann diesen Sachverhalt auch anders ausdrücken. Da im Stromunterbrecher nach der Erfindung nur ein einziger Lichtbogen mit einem einzigen Anodenfall und einem einzigen Kathodenfall auftritt, kann der Strom auf einen viel niedrigeren Wert absinken, bevor die Spannung den Lichtbogen nicht emehr aufrechterhalten kann und der Strom erlischt und somit unmittelbar auf Null abfällt. Demzufolge 1st die Knderungsgeschwindigkeit des Stromes viel niedriger, so daß die entsprechende Spannunprsapitze ebenfalls wesentlich niedriger ist.

Ein weiteres erfindungserhebliches Merkmal besteht darin, daß der Oesamtabstand zwischen den Spitzen 22D₃ 24D der Lichtbogenhömer gerade nicht dem Mindestabstand entspricht, der zur Erzeugung der gewünschten Llchtbogenspannunpr erforderlich ist.

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Dieser Abstand ist im Gepenteil großer gewählt, obwohl der Abstand nach wie vor erheblich geringer 1st als derjenige Abstand, der bei einem Stromunterbrecher mit metallischen Bogenkühlplatten erforderlich ist. Dieser Abstand ist deswegen größer gewählt worden, um die Bogenlöschkammer auf besonders günstige Weise an den Schall- und Flammendämpfer 12 anpassen zu können. Man hat nämlich gefunden, daß für eine optimale Dämpfung des ä Sehalls, der Stoßwellen und der heißen Gase der Dämpfer mit einer optimalen Eingangsöffnung versehen sein muß.

Wenn man die Spitzen 22D, 2²ID der Llchtbogenhörner in dem verhältnismäßig größeren Abstand anordnet, wie es in Pig. 6 dargestellt ist, könnte der auftretende Spannungsäbfall am Lichtbogen und die zugeh^ripe Spannungspltze beim Erlöschen des Bogens so ungünstig hoch sein, daß an Irgendwelchen Puristen in dem geschalteten Streckenabschnitt oder -kreis Durchschläge auftreten könnten, sofern man hiergegen keine besonderen Vorkehr rungen trifft. Erfindungsgemäß kann man nun dann diesen grösseren Abstand verwenden und die Spannungspitzen beim Erlöschen des Lichtbogens trotzdem kontrollleren, wenn man spezielle Streifen 60 verwendet, die zwischen den beiden Spitzen 22D, 2$D der Lichtbogenhörner verlaufen. Die Streifen 60, die links und rechts neben dem Lichtbogen angeordnet sind, sind aus einem Material hergestellt worden, das zu einem erheblichen Teil aus

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Glas besteht- Da man gefunden hat, daß die Anwesenheit dieser Streifen βθ die Höhe dieser Spannungsspitzen korrigiert, nimmt man an, daß diese Streifen ί zeitweilig elektrisch leitend werden und dadureh die Spannungspitzen bzv/. dis üfeerspannungen ableiten.

In den Fig. 9 bis 12 sind der Strom und die Spannung In Abhängigkeit von der Zelt In Form von Oszillogrammen dargestellt _Λ die durch Versuchsreihen mit Unterbrechern gewonnen wurden, die mit Strombegrenzung arbeiten. Die Fig. 9 lät eine oszillograf ische Aufnahme der Ströme und Spannungen, die beim Abschalten eines Kurzschlusses mit demjenigen Stromunterbrecher auftreten, der bereite vorgesehlagen wurde. Die angelegte Netzspannung betrug 2*10 V. Der verfügbare Kurzschlußstrom betrug 10 000 Ampere. Der Fhasenuntersehied zwischen Strom und Spannung betrug beim Schließen 35°· Man sieht, daß bei diesem Beispiel eine Anzahl von Bogenrückzündühgian auftreten, bevor der Strom endgültig Null wird und zwar insgesamt 10.

Jede dieser Rückzündungen macht «ich in Fig. 9 durch einen schaffen Abfall der Spannung am Lichtbogen bemerkbar. Dieses deutet an, daß der Lichtbogen, der bereits zu einem Hochspannungslichtbogen auseinandergezogen war, wieder erneut an einem Ort zündet, den er bereits verlassen hatte, und daß die Lichtbogenlänge beim erneuten Zünden viel kürzer ist. Der neu ge-

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zündete Lichtbogen wird dann wieder zu einem HoehspanmmgsXichtbogen auseinanderg®zogen, und zündet erneut an dem früheren Ort. Dieser Vorgang wird mehrere Male{wiederholt. Wie bereits bemerkt, ist dieses ungünstig, da diese Vorgänge auf einen erhöhten Verschleiß innerhalb der Bogenkammer führen, durch die ein vollständiges Ausbleiben der Stromunterbrechugn bedingt werden kann. ((

Diese RückZündungen traten vermutlich deswegen auf, weil der Stromunterbrecher nicht im Bereich sehr hoher Kurzschlusströme sondern im Bereich mittlerer Kurzschlusstrftme geprüft wurde. Es ist daher eine besondere Eigenschaft eines mit Strombegrenzung arbeitenden Unterbrechers _s daß er am besten mit außerordentlich hohen Kurzschlußströmen arbeitet, und daß er innerhalb bestimmter Grenzen den Kurzeehlußstrom um so schneller unterbricht, Je höher dieser Kurzeehlußstrom ist. Auf andere Art ausgedrückt, bedeutet dies, d*»ß eine Stromanterbrechung mit Strombegrenzung zumindest nach einigen Gesichtspunkten bei niedrigen und mittleren Kurzschlußstromstärken schwierig ist.

Fig. 10 zeigt nun ein Oszji.llop:ramm, das bei der Untersuchung eine» Stromunterbrechers aufgenommen wir, der genauso wie derjenige Stromunterbrecher aufgebaut war, der dem Oszillogramm nach Fig. 9 zugrunde liegt. Die Seit«nwände der Bogenkammer des

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Stromunterbrechers, auf dem aas Qsssillogramm nach Figo 10 beruht, waren nur so ausgebildet, wie ©s zwecks Vermeidung der Kavitation der Lichtbogenkammer bereits beschrieben wurde. Die Bogenkamnser war also in <3er Gegend des Bogenstind gebiet es eingeschnürt und lief dann in Richtung der Bogenlaufrlehtung a llmählieh auseinander. Die elektrischen Verhältnisse waren die gleichen , wie sie in Verbindung mit Fig. 9 gerade besehrieben wurden. Wie man sieht, traten bei diesen Untersuchungen keine ROekzündungen mehr auf. ZusätzlSdh wurde der Strom in einer viel kürzeren Zeit unterbrochen.

Pig. 11 ist ein Oszillogramm, das auf Untersuchungen an einem Stromunterbrecher beruht, der keine Bogenkühlplatten besaß, sonst jedoch dem Stromunterbrecher glich, der den Versuchen nach Fig. 10 zügrunde lag. In Fig. 11 stellt die Kurve 88 den Strom in Abhängigkeit von der Zeit und die Kurve 89 die Lichtbogenspannung in Abh&ngigfceit von der Zeit dar. Wiederum sieht r&m, daß keine Rüekzündungen auftraten. Man sieht Jedoch aus den Oszfllogrammen nach den ?i£. 10 und 11, daß der Spannungsabf all am Lichtbogen kurz vor der endgültigen Unterbrechung des Stromes außerordentlich groß wird. Wie bereits erwähnt,ist dieses ungünstig, da hierdurch ein Hochspannungsstoß in dem gesamten Netzabschnitt bedingt ist, der mit dem Schalter verbunden 1st. Dieser Hochspannunpistoß kann zu Durchschlägen in der Isolation, zu OberscHägen oder zu anderen ungünstigen Erscheinungen führen.

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Das Osalllogramm aus FiR, 12 stellt Versuehsergebniase dar, die an einem Stromunterbrecher gewonnen wurden, der demjenigen Stromunterbrecher glich, aufdem die Versuehsergebnisse nach Fig. 11 beruhen* Dieser Stromunterbrecher war nur zusätzlich mit sw©i Streifen von Glas-Melamin versehen, die links und rechts dicht neben der Strecke zwischen den Spitzen der Bogenhörner angeordnet waren, Diese Streifen gleichen also den Streifen 60, die in den Flg. 3 und 6 dargestellt sind. In der " Flg. 12 zeigt die Kurve 90 den Verlauf des Stromes, während die Kurve 91 den zeltliehen Verlauf der Bogenspannung darstellt. Wie man sieht, 1st die Spannungspitze oder der Spannungsstoß beim Erlösehen des Bogens drastisch vermindert bzw. praktisch ganz vermieden worden. Wie bereits bemerkt, vermutet man, daß das Glas in diesen Streifen zumindest an den äußeren Oberflächen der Streifen direkt dem Bogen ausgesetzt 1st und dadurch teilweise leitend wird. Diese Streifen wirken daher wie ein Widerstand, der die Hochspannung ableitet, die sich zwischen den ( Spitzen der Bogenhörner aufbauen kann.

Die Enden der Glas-Melamin-Streifen βθ sind mit einem Absatz verliehen, wie es bei 6OA dargestellt 1st, so daß sie weder die Enden der Bogenspitzen 22D, 2¹JD noch die Kontakt stücke. 32 an den Enden der Bogenhörner direkt berühren. Der Qrund hierfür besteht darin, daß man zwischen den Spitzen der Bogenhörner einen ununterbrochenen Stromweg aus einem anderen Mate-

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rial als dem Aeetal-Kunststoff vermelden will, der der· Idehtbogenelnwirkung direkt ausgesetzt 1st. Es ist günstig, einen solchen ununterbrochenen Stromweg zu vermeiden, um die Durchschlagsfestigkeit zwischen den Spitzen der Llchtbogenhörner auf der erforderlichen Höhe zu halten. Es muß beispielswdse möglich sein, im Anschluß an eine Kurzschiu&unterbrechung 60 Sekunden lang eine Spannung von 2200 Volt anzulegen, wie es die Underwriters Laboratories Tests verlangen· Aus dem gleichen Grunde sind die Spitzen der Lichtbogenhörner auch von den beiden Blöcken 46 und 48 getrennt*

Die Blöcke 46/48 werden vorzugsweise aus einem glasfaserbeschwerten Melamin-Kunststoff hergestellt. Dieses Material wird an dieser Stelle anstatt eine Acetal-Kunststoffes deswegen benutzt, da es die ausreichende Festigkeit aufweist, der Stoßwelle zu widerstehen, die im Unterbrecher erzeugt tirird. Außerdem haben Versuche ergeben, daß die Verwendung dieses Materials die Strombegrenzung beim Abschalten nicht beeinträchtigt, wenn der Unterbrecher nach der Erfindung aufgebaut ist. Die Gehäusehälfte 1OA und 1OB werden zweekmäßigerweise aus einem Material hoher mechanischer Festigkeit und guten Durehschlagseigenschaften hergestellt. Ein solches Material ist beispielsweise eine glasfaserbeschwerte Spritzgußmasse auf Alkydbasis. Andere Materialien mit ähnlich guten elektrischen und physikalischen Eigenschäften können ebenfalls verwendet werden.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   1. Stromunterbrecher mit einem Gehäuse, in dem eine Bogenzündkammer und eine Bogenlöschkammer angeordnet sind, die durch einen Kanal miteinander verbunden sind, in dem weiterhin zwei Liehtbogenhörner angeordnet sind, die von dem Verbindungskanal ausgehen und divergierend auseinanderlaufend in die Lichtbogenlöschkammer hineinragen, weiterhin mit Kontakten, die Innerhalb der Bogenzündkammer angeordnet und zum Ziehen eines Lichtbogens geeignet sind, wobei die Wände der Bogenzündkammer und die Seltenwände der BegetLÖschkammer ein Material aufweisen, das durch d ie Einwirkung eines elektrischen Lichtbogens in Gas umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (10) neben dem Kanii (I²IC) zwischen der Bogenzündkammer (I²IA) und der Bogenlöschkammer (I²IB) Begrenzungsstücke (l8M, 20M) angeordnet sind, durch die der Kanal (I²IC) in einer Richtung senkrecht zu den Seitenwinden der Bogenzündkammer und der ( Bogenlöschkammer so weit verengt ist, daß der Abstand der Seitenwände im Kanal (I²IC) merklich geringer als der Abstand der Seitenwände in der Bogenzündkammer und der Bogenlöschkammer ist, so daß der Gasweg zwischen der Bogenzündkammer und der Bogenlöschkammer gedrosselt ist.

   2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Begrenzungstücke (18M,2OM)

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   als naeh Innen ragende Teile der Seitenwand© (18_S2O) derB©~ genlösehkammer (ΐ4Β> ausgebildet sind.

   3. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 oäev 2_S d a d mi ρ @ h gekennzeichnet , daß das Gas innerhalb des Unterbrechers 3 das durch die Zersetzung des Materials der Kammer wände durch den Lichtbogen entsteht, frei von freien Kohlenstoffatomen iSt ο

   'J. Stromunterbrecher nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet , daß als Material für die Kammerwand© ein Aeetalkunststeff verwendet ist.

   5' Stromunterbrecher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Kammerwände ein Polyoxymethylen verwendet ist.

   β. Stromunterbrecher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschließen der offenen srüekwä^tigen Stirnwand der Bogenlösehkammei» (14B) zwischen die Enden der Bogenhös*ner ein Versehlußbloek (48) eingesetzt ist, der gedrosselte öaskanäle (50) aufweist, die etwa senkrecht sur "Verbindungslinie der Enden der B ogenhörner verlaufen.

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   7. Btreimsfsterbreche? nach einem oder mehreren d©r Ansprüche 1 big S_f dadurch gekennzeichnet, daß üsls GehEuse ClO) eine Gehäusehälfte CiOB) aus einem Isoliermaterial hoher mechanischer Festigkeit und gutes» Hitzebeständigkeit aufweist, in die die Bogenzündkammer (I¹JA) und die Bogenlösehkammer (1*»B) als Vertiefungen eingelassen sind, daß weiterhin in die Bogenzündkammer und die Bogenlösehkammer.Schutzeinsätze (18,20) eingesetzt sind, die eben ausgebildet und aus

   mit der Form einem Isolierstoff hergestellt sind und in ihrer Form/der sonst freiliegenden Wände der Vertiefungen übe?einstimmen, und daß diese

   Einsätze aus einem Material hergestellt sind, das durch die Einwirkung eines elektrischen Lichtbogens in Gas umwandelbar ist

   8. Stromunterbrecher nach einem ©der mehreren der

   bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenlösehkammer (1*JB) wesentlich größer¹ als di@ Bogenssündkammex» ist nmd V-förmig ausgebildet ist, so daß die Abmessungen der Löschkammer von der Stelle aus, an der die Löschkammer mit der Bogenztindkammer in Y®rbinaung steht, naeh außen hin laufend größer werden.

   9. Stporaimterbreeher nach einem ®d@r mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kwliülien den Enden der Lichtbogenhörnsr Isolierstrelfen C5S,6O) aus 8Iae-Melamin angeordnet sind,

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   10 . Unterbrecher naeh Anspruch 9, dadursh g @ k einzeichnet, daß die Streifen (58,βθ) aus Glas-Melamin bis dicht an die äußeren Enden der Lichtbegenhörner

   heranreichen., von diesen Enden jedoch einen geringen Abstand baten.

   11. Unterbrecher nach Anspruch 9 oder 10, zur Verwendung in einem Stromnetz vorgegebener Nennspannung, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gehäuse vorgesehen ist, in dem eine Bogenzündkammer mit einer Stirnwand und dazu senkrechten Seitenwänden sowie eine Lichtbogenlöschkammer angeordnet sind, die an einem Ende mit der Liehtbogenzündkammer in Verbindung steht und am anderen Ende offen ist, daß weiterhin zwei länglieh ausgabildete Llehtbogenhörner vorgesehen sind, die in der Lichtbogenssündkammer beginnen und von der Licht· bogenzündkammer entfernt enden, daß die Lichtbogenlöschkammer zwei sieh gegenüberstehende eben ausgebildete Seitenwände aufweist, zwischen denen die Liehtbogenhörner angeordnet sind, daß weiterhin die Wände der Lichtbogenzündkammer und die Seitenwände der Lichtbogenlöschkammer aus einem Material bestehen, das durch die Einwirkung des elektrischen Lichtbogens in Gas umwandelbar ist, und daß die Fläche der Streifen (58,60), die dem Lichtbogen ausgesetzt ist, so groß gewählt 1st, daß der Spannungsabfall am Lichtbogen auf nicht mehr als das Doppelte der Nennspannung des Stromnetzes herabgesetzt 1st, so daß das dfene Ende der Bogenlöschkammer an einen Schall und Flammen-

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   dämpfer ansehließbar ist, der einen beträehtliehen Eingangsquerschnitt erfordert, ohne daß der Spannungsabfall am Lichtbogen übermäßig erhöht ist.

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