DE2349187B2 - Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen - Google Patents
Vorrichtung zur Unterbrechung von StromkreisenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen mit vom zu unterbrechenden
Strom auf den Lichtbogen ausgeübter magnetischer Kraftwirkung, mit zwei Kontakten, die mit dem
Lichtbogen eine Stromschleife bilden und in einer Löschkammer angeordnet sind, die eine in der
Laufrichtung des Lichtbogens angeordnete, wenigstens teilweise als Sieb gestaltete Stirnwand aufweist und von
einem Gehäuse umgeben ist, dessen Seitenwände mit den Seitenwänden der Löschkammer jeweils einen
Strömungskanal bilden.
Befindet sich der Lichtbogen in einem durch die Löschkammer gebildeten Strömungskanal, so wird
durch die Lorentz-Kräfte auf den Lichtbogen eine Gasströmung erzeugt, die durch ihre Trägheit während
des Stromnulldurchganges und unmittelbar nach dem Stromnulldurchgang für eine Entionisierung sorgt. Wird
die Lichtbogenbewegung am Ende eines solchen Strömungskanals, beispielsweise durch die Kammerwand,
behindert, so bildet sich infolge der Lorentz-Kraft in bekannter Weise ein Doppelwirbel aus. Durch diesen
Doppelwirbel wird der Temperaturgradient in Richtung zur Wand unü damit die Wärmeleitung in dieser
Richtung und entsprechend auch der Lichtbogen-Spannungsgradient vergrößert. Die Beblasungs- und Entionisierungswirkung
auf den Lichtbogen bleibt im wesentlichen erhalten.
Ungünstig ist bei dieser Art der Kühlung des Lichtbogens, daß die Strömung aus einem noch nicht
abgekühlten und auch nicht vollständig entionisierten Gas besteht. Es wurde ferner erkannt, daß die kühlende
Wirkung dieser Strömung vom Verhältnis des Lichtbogen-Durchmessers
zur Weite des Strömungskanals und somit von der Stromstärke abhängig ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Löschwirkung einer Kontaktanordnung in einer
Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere die
Beblasungs- und Entionisierungswirkung zu erhöhen.
Eine bekannte Lichtbogenlöschkammer für elektrisehe
Leistungsschalter mit Löschblechen enthält eine als Sieb gestaltete Stirnwand. Es ist auch eine Aufteilung
und Umlenkung der heißen Gase vorgesehen, welche durch die Stirnwand hindurchtreten und nach der
Umlenkung durch Gasaustrittsöffnungen nach außen
υ entweichen. Die Lichtbogenbewegung wird somit dadurch gebremst, daß die Gase nicht hinter den
Kontakten wieder in die Löschkammer eintreten können. Die Kammer selbst enthält auch nicht eine
Kammerverengung, sondern eine Erweiterung. Die Bildung einer Plasmawolke in der Bewegungsrichtung
des Lichtbogens hinter den Kontakten wird somit nicht verhindert. Diese Plasmawolke kann bekanntlich zu
Rückzündungen führen (DE-AS 11 04 019).
Bei einem Schalter, dessen Kontakte mit dem beim öffnen entstehenden Lichtbogen eine Stromschleife
bilden, deren Lorentz-Kraft den Lichtbogen verlängert, ist eine Umlenkung der Plasmaströnung vorgesehen.
Die Stirnwand der Löschkammer wird durch den mittleren Schenkel einer U-förmigen Kappe abgedeckt,
deren seitliche Schenkel mit den Kammerwänden jeweils einen Strömungskanal bilden. Die heißen Gase
strömen aus Bohrungen dieser Schenkel oder durch Öffnungen des Schaltersockels nach außen ab (DE-OS
17 65 663).
In einer weiteren bekannten Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen ist zwischen den
Schaltkontakten und der in der Laufrichtung des Lichtbogens angeordneten Stirnwand eine Verengung
der Löschkammer vorgesehen. Die seitlichen Kammerwände
bilden eine Einschnürung, die eine Rückströmung unreiner Gase in den Kainmerteil zwischen den
Kontakten verhindern und dadurch eine Rückzündung vermeiden soll (DE-OS 16 40 263).
Die erwähnte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Gestaltungsmerkmale
im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die wenigstens teilweise gelochten Seitenwände der Löschkammer wird die Durchströmung und
Entionisierung des Lichtbogens verbessert, weil die zur Wärmeableitung aus dem Gas zur Verfügung stehende
Oberfläche entsprechend vergrößert ist, und die Bildung eines Doppelwirbels durch rückströmende Gase vermieden
wird. Die Entionisierung erfolgt somit im wesentlichen durch den Abtransport des leitenden
Gases in der Gasströmung.
Die lichte Weite der Seitenwände des Strömungskanals ist kleiner als die Breite der relativ zueinander
beweglichen Schaltkontakte, insbesondere kleiner als die Breite der Kontaktauflage der Kontaktanordnung.
b° Zu diesem Zweck können die Seitenwände jeweils mit
einem stegartigen Vorsprung versehen werden. Ferner kann die Höhe des Strömungskanals wenigstens etwas
größer gewählt werden als der Abstand der Kontakte in ihrem geöffneten Zustand.
Dadurch, daß sich die Löschkammer wenigstens teilweise in dem abgeschlossenen Gehäuse befindet,
erhält man eine weiter erhöhte Löschwirkung. Im Gehäuse strömen die vor dem Lichtbogen aus der Loch-
oder Siebkeramik austretenden Gase hinter dem Lichtbogen wieder in die Löschkammer ein, so daß ein
Strömungskreislauf mit entsprechend erhöhter Kühlwirkung auf dem Lichtbogen entsteht.
Die Wirkung der eigenmagnetischen Beblasung des Lichtbogens hängt wesentlich von der erzeugten
Lorentz-Kraft und damit von der Größe des Magnetfeldes vor der gelochten Wand ab. Zur Verstärkung dieses
Magnetfeldes können Permanentmagnete verwendet werden, oder ti'.e Stromzuführung zu den Kontaktstellen
kann so gewählt werden, daß die Feldstärke vor der gelochten Abschlußwand erhöht wird. Es muß jedoch
vermieden werden, daß durch diese Felderhöhung zugleich eine Vergrößerung der kontaktabhebenden
Kräfte auftritt.
Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, von denen Fig. 1 lediglich eine
Kontaktanordnung wiedergibt und die F i g. 2 und 3 jeweils einen Schnitt durch eine Löschkammer zeigen.
Nach F i g. 1 sind zwei relativ zueinander bewegliche ><>
Kontaktstücke 3 und 4 vorgesehen, in denen der durch Pfeile Ϊ2 und i3 angedeutete Strom entgegengesetzte
Richtung hat und in denen diese Ströme mit dem Lichtbogen 18 eine Stromschleife bilden. Der 'on einem
Anschlußleiter 59 abgeführte Strom, dessen Richtung 2> durch einen Pfeil 14 angedeutet ist, verteilt sich auf zwei
Schenkel 46 und 47, von denen jeweils einer parallel zum Lichtbogen 18 neben diesem Lichtbogen angeordnet ist.
Die magnetische Kraftwirkung der Ströme 12 und 13 auf den Lichtbogen 18 wird noch verstärkt durch die in
den beiden Leitern 46 und 47 fließenden Teilströme. Unter der Wirkung dieser Kräfte wird der Lichtbogen
18 in der Richtung parallel zu den Leitern 46 und 47 und zur Anschlußklemme 59 bewegt, wie in der figur durch
einen Pfeil 21 angedeutet ist. )?
In der Bewegungsrichtung des Lichtbogens 18 ist ein Strömungskanal, dessen Seitenwände nach F i g. 2 durch
Isolierstoffkörper 48 und 49 gebildet werden, durch eine gelochte Stirnwand 58 abgeschlossen, gegen die der
Lichtbogen 18 durch seine eigenmagnetische Kraftwirkung getrieben wird. Diese Stirnwand besteht aus einem
gelochten Isolierstoff, der als Loch- oder Siebkeramik bekannt ist. Wenigstens 10%, jedoch nich: wesentlich
mehr als die Hälfte, vorzugsweise etwa 25 bis 35%. seiner Oberfläche wird durch die Löcher gebildet, deren
Durchmesser nicht kleiner als 0,5 mm. jedoch nicht wesentlich mehr als 2 mm, vorzugsweise etwa 1 bis
1,5 min, beträgt.
Der Schenkel 4 des ruhenden Kontaktes kann bis zur Stirnwand 58 reichen. Diese Gestaltung hat den Vorteil, w
daß der verlängerte Teil des Schenkels 4 als Laufschiene für den am Kontakt 6 entstehenden Fußpunkt des
Lichtbogens 18 wirkt. Der untere Fußpunkt des Lichtbogens 18 bewegt sich von der Kontaktauflage 6
zur Abschlußwand 58, aus der die durch den Lichtbogen Γή
erwärmten Gase in ein abgeschlossenes Gehäuse 80 ausströmen können. In diesem Gehäuse strömen die
heißen Gase außerhalb der Seitenwände 48 und 49 gegen die Bewegungsrichtung des Lichtbogens 18
wieder zurück und treten hinter dem Lichtbogen 18 in den Strömungskanal wieder ein, wie in der Figur durch
Pfeile 81 angedeutet ist.
Auch die Seitenwände 48 und 49 sind wenigstens zum Teil als Lochkeramik gestaltet. Das hintere Ende des
Strömungskanals kann offen oder ebenfalls durch eine in der Figur nicht dargestellte Lochkeramik abgeschlossen
sein.
Der durch die Seitenwände 48 und 49 in Verbindung mit der Stirnwand 58 gebildete Löschkanal ist zwischen
der Kontaktauflage 6 und der Stirnwand 58 verengt. Diese Gestaltung erhält man in einfacher Weise durch
stegartige Vorsprünge 82 und 83 der Kammerwände 48 bzw. 49.
Diese Vorsprünge können vorteilhaft nur über einen vorbestimmten Teil der Höhe h der Löschkammer
reichen, vie es im Längsschnitt nach F i g. 3 veranschaulicht ist. Der Vorsprung 83 end· « bereits in einem
vorbestimmten Abstand u über de>n als Laufschiene
wirkenden Schenkel 4 der Kontaktanordnung. Mit der Bewegung des Schenkels 3 wird der Lichtbogen 18
gezogen, der sich unter der Wirkung seiner eigenmagnetisi'hen
Kräfte zunächst in Richtung des Pfeiles 21 bewegt. Sein unterer Fußpunkt wandert auf dem als
Laufschiene wirkenden verlängerten Teil des Schenkels 4 in Richtung zur Stirnwand 58 der Löschkammer, und
der Lichtbogen 18 wird entsprechend verlängert. Während dieser Bewegung wird ein Teil des Lichtbogens
18 in den durch die Vorsprünge 82 und 83 gebildeten Spalt getrieben und durch Blasenbildung
weiter verlängert. Durch die Vorsprünge 82 und 83 wird die Bildung einer Plasmawolke in der Bewegungsrichtung
21 des Lichtbogens 18 von den Kontaktauflagen 6 und 19 verhindert, die zur Rückzündung zwischen den
Kontaktauflagen führen könnte.
Die Höhe h des Strömungskanals kann wenigstens
etwas größer gewählt werden als der Abstand der Schenkel 3 und 4, wie es in Fig. J dargestellt ist. Mit
dieser Ausführungsform des Löschkanals wird der
Lichtbogen entsprechend verlängert. Der von den
Vorsprüngen 82 und 83 hergestellte Schütz bildet dann eine ausreichende Trennung zwischen den hußpunkten
des Lichtbogens 18.
Mit der beschriebenen Anordnung kann bei einer Kammerhöhe von etwa 20 bis 40 mm und einer
Kammerweite von etwa 4 bis 7 mm und einer lichten Weite des durch die beiden Vorsprünge gebildeten
Schlitzes von etwa 1,8 bis 3 mm ein Kurzschlußstrom mit einem Effektivwert von len bis zu 15 kA beherrscht
werden, d. h. in einer Abschaltzeit von weniger als etwa 10 nsoc abgeschaltet werden Dabei sind Lichtbogenspannungen
bis zu wenigstens 300 V erreichbar.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen mit vom zu unterbrechenden Strom auf den
Lichtbogen ausgeübter magnetischer Kraftwirkung, mit zwei Kontakten, die mit dem Lichtbogen eine
Stromschleife bilden und in einer Löschkammer angeordnet sind, die eine in der Laufrichtung des
Lichtbogens angeordnete, wenigstens teilweise als Sieb gestaltete Stirnwand aufweist und von einem
Gehäuse umgeben ist, dessen Seitenwände mit den Seitenwänden der Löschkammer jeweils einen
Strömungskanal bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß auch die parallel zur Bewegungsebene des Lichtbogens (18) angeordneten Seitenwände
(48, 49) der Löschkammer wenigstens teilweise als Sieb gestaltet sind, daß die Weite der
Löschkammer quer zur Bewegungsebene des Lichtbogens (18) zwischen den Kontakten (3,4) und
der Stirnwand (58) eine Verengung hat und oaß die
Strömungjkanäle zwischen den Seitenwänden (48, ACk\ Aar I r.c^Ulrimmar ttnA Aam f^höiiea /SA\ Aofxrt
1V-Ty uwi i^wjviinuiiiiiivi unu uwi>
> wwnuwow yw/ m-i ui »
ausgebildet sind, daß die von dem Lichtbogen aus der gelochten Stirnwand (58) austretenden Gase
hinter dem Lichtbogen wieder in die Löschkammer eintreten, so daß eine Rückströmung dieser Gase zu
den Kontakten (6,19) auftritt (Fig. 2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung durch einander
gegenüberliegende stegartige Vorsprünge (83) der Seitenwände (48, 49) der Löschkammer gebildet ist,
die nur über einen Teil der Höhe der Löschkammer reichen (F ig. 3).
Priority Applications (6)
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