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Lichtbogenlöschkammer in Schmalbauform für Schalter hohen Schaltvermögens:
Zusatz zur Patentanmeldung P 1765 663:2 vom 27. Juni 196$ Das Anwachsen des
Verbrauches an elektrischer Energie zieht eine Vergrößerung der Versorgungsnetze
nach sich und als Folge eine erhebliche Vergrößerung der Kurzschlußströme, die im
Augenblick des Auftretens eines Fehlers im Netz entstehen können. In modernen Installationen
ist es Aufgabe der Selbstschalter diese auftretenden sehr hohen Kurzschlußströme
zu unterbrechen. Die Nennströme der Leitungsschutzschalter schwanken gewöhnlich
zwischen 1.6 und 32 Ampere und erlauben es, den beweglichen Kontakten die
Form eines sehr leichten Messers zu geben, das in einer sehr engen Lichtbogenlöschkammer
untergebracht ist und bei Kontaktöffnung leicht vom elektromagnetischen Relais beschleunigt
werden kann. Es wäre kostspielig und gleichzeitig unzweckmäßig, die Selbstschalter
für Kurzschlußströme zu bemessen, die sich tatsächlich am Fehlerort-des Netzes und
infolgedessen in der Löschkammer einstellen könnten, aus diesem Grunde entwickelte
man Selbstschalter für eine ultraschnelle Auslösung, die in der Lage waren, den
auftretenden Kurzschluß-Strom auf einen erheblich niedrigeren Wert zu begrenzen
und die von einem Strombegrenzungsschalter unterbrochen werden konnten, der eine
gedrungene Form hatte und dessen Preis seine Anwendung nicht behinderte.
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--Man weiß, daß die Geschwindigkeitssteigerung zur Trennung der beweglichen
Kontakte von -den festen Kontakten, die mittels elektromagnetischer oder elektrodynamischer
Beschleuniger erreicht wird, allein nicht ausreicht, um den Effekt der Strombegrenzung
zu erzielen und daß es notwendig ist gleichzeitig und sehr schnell den Spannungsgradienten
des Lichtbogens
zu vergrößern, damit man das Löschen in einer Zeit
erhält., die erheblich kleiner ist als 5 Millisekunden.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtboenlöschkammer für eine
schnelle Lichtbogenlöschung, die eine gedrängte Form hat und deren Gestehungspreis
gegenüber bekannten Lichtbogenlöscheinrichtungen, die wenigstens dieselben Leistungen
erfüllen, merkbar kleiner ist. In dieser neuen Lichtbogenlöschkafnmer ist der Lichtbogen
gemäß der Erfindung drei Maßnahmen, die ansich bekannt sind und die den Spannungsgradienten.erhöhen,
ausgesetzt, die da sind: a) einer Einengung seines Querschnittes b) einer Entionisierung
durch Konvektion c) einem Gas, das durch den Kontakt des Lichtbogens mit bestimmten
Materialien, die sein Löschen begünstigen, erzeugt wird, insbesondere Wasserstoff,
das wir als negatives Gas bezeichnen.
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Was die Maßnahmen-a und b angeht, wurde eine Löschkammer., die aus
den hohen Temperaturen des Lichtbogens widerstehendem Material erstellt-ist und
deren Inneres von zwei metallischen Platten zur Abkühlung durch Konvektion bekleidet-ist.,
in der Hauptanmeldung P 17 65-663.2 vom 27.6.6$ beschrieben: Die methodischen Versuche
jedoch; die mit Löschkammern gedrängter-Form, die aus negativen Gasen entwickelnd%n.Materialien
(Fiber, Plexiglas usw.) erstellt waren,-durchgeführt wurden Waren bisher uribefriedigend,
und das gleiche Resultat wurde mit Kammern erhälten,in denen vertikal=e bder horizontale
Stäbe aus Material angeordnet sind, die negative Gäse-entwickeln. Dagegen-hat die
Benutzung von regätiven Gasen entwickelnden-Materialen in relativ großen Kammern
es gestattet, die -Abschaltleistung der Schalter erheblich zu vergrößern. Man hat
insbesondere
festgestellt, daß: man das Abschaltvermögen einer Lichtbogenlöschkammer,
die in üblicher Meise dimensioniert und mit Deionblechen ausgerüstet ist, dadurch
auf das 2 - 3-fache vergrößern kann$ daß man als negative Gase entwickelndes Material
ein Polyoxymethylen benutzt, das laufend in bestimmten Arten von Schmelzsicherungen,
Ölselbstschaltern usw. verwendet wird. Wie man weiß, setzt Polyoxymethylen, das
CH20-Gruppen abgibt, in Berührung mit dem elektrischen Lichtbogen sehr schnell beträchtliche
Mengen gasförmigen Wasserstoffes frei. Aber dieses Material ist thermoplastisch
und infolgedessen für die Erstellung einer ganzen Löschkammer ungeeignet. außer
in dem Fall, daß sich eine Abschaltung in einer außerordentlich kurzen 'Zeit in
der Größenordnung von 2 - 3 Tausendstel Sek. vollzieht.-Wenn die Dauer der Einwirkung
des Lichtbogens länger ist, wird das thermoplastische Material von ihm ziemlich
schnell aufgezehrt. Außerdem hat man einige Rückzündungen des Lichtbogens bei den
ersten zwei Kurzschlüssen festgestellt.
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Die Löschkammer gemäß der Erfindung, die insbesondere für strombegrenzende
Selbstschalter bestimmt ist und eine gedrängte Form hat, (deren Gestehungskosten
im Vergleich mit Löschkammern, welche mit Deionblechen ausgestattet sind, erheblich
niedriger ist) kombiniert nun in neuer Veise die Vorteile der Anwendung relativ
großer und dünner Platten aus Eisen zur Abkühlung des Lichtbogens durch Konvektion
und die der, insbesondere thermoplastischen Materialien, die negative Gase entwickeln.
Der- elektrische Lichtbogen wird in ihnen der Entionisierung durch Konvektion zwischen
zwei parallelen metallischen Wänden insbesondere aus Eisen unterworfen, zwischen'denen
er gleichzeitig seine Austrittsgeschwindigkeit vermehrt, und der Entionisierung,
z.B, durch Wasserstoff, der aus seiner Berührung mit den Vorsprüngen aus Polyoxymethylen
herrührt, die aus den metallischen Platten herausragen.
Dem gemäß
ist nach der Erfindung die Isolierkammer mit einem Material, welches im Kontakt
mit dem elektrischen Lichtbogen negative Gase erzeugt, und mit metallischen Platten
zur Abkühlung des elektrischen Lichtbogens durch Konvektion ausgestattet.
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Bei einer Ausführungsform ist die Isolierkammer aus dem Material erstellt,
welches im Kontakt mit dem elektrischen Lichtbogen die negativen Gase erzeugt, und
in den Wandungen aus diesem Material sind senkrecht oder parallel zur Längsrichtung
der Kammer Nuten vorgesehen und in diesen Nuten parallele Zweige der metallischen
Platten zur Abkühlung des elektrischen Lichtbogens durch Konvektion eingeschoben.
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Die metallischen Platten haben dann vorzugsweise die Form eines Kammes.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die metallischen Platten gelocht und die
entstandenen Öffnungen mit einem negative Gase entwickelnden Material angefüllt.
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Wie beim Gegenstand des Hauptpatentes besitzen die Löschkammern den
Querschnitt eines umgekehrt auf dem Sockel angeordneten U,und ihre parallelen Seitenenden
sind mit Zungen ausgestattet, die in Schlitze des Sockels eingreifen: Zusätzlich
kann jede Löschkammer zwischen den Poleneines Permanent-Magneten angeordnet sein,
der zwischen den unteren ferromagnetischen Platten ein magnetisches Löschfeld erzeugt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform bestehen die Löschkammern aus Metall,
insbesondere aus ferromagnetischem Eisenblech, deren Innenfläche mit
parallelen
Platten aus einem negative Gase entwickelnden Material bekleidet ist, die ihrerseits
mit Vorsprüngen versehen sind und zum Teil oder ganz mit Einsenplatten bedeckt sind,
die mit Ausnehmungsn ausgestattet oder perforiert sind. -Vorteilhaft kann auch der
Teil der metallischen Platten, der den Kontakten benachbart ist, mit einer kusnehmung
ausgestattet sein, die mit negative Gase entwickelnden Materialien ausgefüllt ist,
und zwar in der Weise, daß der feststehende Kontakt zwischen den unteren äußersten
Enden der metallischen Platten angeordnet ist, während sich der bewegliche Kontakt
zwischen ihren vertieften mit negative Gase entwickelnden Materialien ausgefüllten
Teilen bewegt.
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Die Erfindung soll zum leichteren Verständnis anhand der nachfolgenden
Beschreibung und der Fig. ? - 10 der Zeichnung erläutert werden. Hierbei gibt die
-Fig7 den Querschnitt einer Löschkammer nach der Linie II-II der Fig. wieder. -Die
Fig. $ einen Längsschnitt der Löschkammer nach der Linie I-I der -Fig. 7.
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Die Fig. 9 stellt eine andere Ausführungsform in einem Längsschnitt
dar und die Fig10 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 9.
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Die Fig. 11 und 12 geben ändere Formen metallischer Platten wieder.
'Wie aus den Fig. 7,' $ zu sehen, setzt sich die Kammer- aus einem Kasten 1 von
der Farm eines inngekehrten U zusammen, das in Zungen la endet, die in entsprechende
Schlitze des Gerätesockels 8 eingreifen. Der Kasten 1 oder sein unteres Teil ist
aus einem Material erstellt, das negative
Gase (Löschgase) entwickelt,
und ist im Inneren mit mehreren parallelerfVorsprüngen 2a, 2b, 2c und 3a, 3b, 3c
versehen.
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In der Fig. 7 hat man Vorsprünge dargestellt, deren Enden 2a, 2b,
2c den Enden 3a, 3b, 3c der rechten Hälfte der Kammer gegenüberstehen. Indessen
können, ohne vom Gegenstand der Erfindung" abzuweichen, die Enden der Vorsprünge
2a, 2b auch gegen die Enden der Vorsprünge 3a, 3b, sei es in der Höhe oder in der
Tiefe, gegeneinander versetzt sein. Die Anzahl der Vorsprünge kann ebenfalls größer
oder kleiner als 2 Paare sein, die in den Fig. 7 und $ des nicht beschränkenden
Beispiels dargestellt sind. Zwischen den parallelen soeben beschriebenen Vorsprüngen
sind die flachen Zweige 17a, 17b, 17c zweier metallischer Platten 2, 3 eingeschoben,
die etwa die Form eines Kammes haben, und zwar in der Art, daß die Enden der Vorsprünge
2a, 2b, 2c und 3a, 3b, 3c aus den vorgenannten Platten hervortreten, die dem Lichtbogen
2, der sich in der Kammer ausbildet, ausgesetzt sind, Daher kommt der von den parallelen
metallischen Platten 2, 3 eingeschnürte elektrische Lichtbogen, der infolgedessen
eine ovale Form hat, teilweise mit diesen und auch mit den Vorsprüngen 2a, 2b, 2c
und 3a3b, 3c in Berührung und entwickelt schnell Löschgase. Die metallische. Platten
2, 3, die vornehmlich aus einem relativ dünnem Eisen erstellt sind, (z.B. 2 - 3
mm), tragen wirksam zur Verteilung der Temperatur im Inneren der Kammer als auch
zur Abkühlung des plastischen Materials bei, das zur Entwicklung der negativen Gase
dient. . Es ist durchaus möglich die Kammer 1 aus Metall herzustellen Lind
deren
Inneres mit Löschgasa-entwickelnden,Platten zu verkleiden, die
dann in der schon beschriebenen Art mit metallischen Platten abgedeckt sind. In
diesem Fall kann man den metallischen Platten:2x" 3 die in dea F&. 11t, 12 dargestellte
Form zu "
Die Fig. 11-zeigt Platten 2, 3, in denen Löcher l$ eingestanzt
sind, die auf Pflöcken aufgesteckt sind, die auf den Platten aus dem das negative
Gas entwickelnden Material aufgepreßt sind.
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Die Fig. 12 zeigt Platten 2, 3 bei denen eine einzige Ausnehmung 19
vorgesehen ist, die sich in Richtung der Zone der Ausbildung des elektrischen Lichtbogens
zwischen den Kontakten 4, 5 verengt. Diese Verengung ist entweder mit negative Gase
entwickelndem Material ausgefüllt oder von einer entsprechenden Erhebung 20 überdeckt#
die in die Platte 21 aus dem genannten Material 21 eingepreßt ist und hinter der
Platte 2 oder 3 liegt. Die eingeengte Form der das negative Gas erzeugenden Oberfläche
ermöglicht es, den Abstand zwischen den Kontakten und den metallischen Platten 2,
3 zu vermindern, da allein der feste Kontakt den Platten benachbart ist, während
der bewegliche Kontakt von ihnen durch den isolierenden Überzug des das negative
Gas entwickelnden Materials 20 isoliert ist. Das Innere der Löschkammer ist damit
in zwei Zonen A,-B aufgeteilt.-In der Zone A erzeugt der Lichtbogen die negativen
Gase, die sein Auslöschen begünstigen, und er wird dann in die metallische Zone
B getrieben, in, der er durch die Abkühlung, die durch die Konvektion entsteht,
unterbrochen wird. I Man kann auch einen vollkommen geschlossenen Kasten
1 mit z.B. einem rechtwinkligen oder Kreis-Profil aufbauen und ihn zwischen die
Pole eines Elektromagneten einführen, der zwischen den Platten 2, -3 ein magnetisches
Feld erzeugt, das schematisch in der Fig. 10 gezeigt ist. Diese Ausführung ist mehr
für Geräte hoher Schaltleistung und für Nennströme oberhalb 32 Amp. bestimmt.
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Die Fig. 9, 10 geben eine Änderung des Aufbaues der-Kammer gemäß den
Fig. 7, 8 wieder. Entsprechend dieser Änderung sind die Vorsprünge 3a,
3b
auf den zwei vertikalen Wänden der Kammer von umgekehrter U-Form ebenso wie die
Platten 2, 3 mit Rücksicht auf den Sockel 8 angeordnet.