DE2349187C3 - Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen - Google Patents

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 S<romschleife 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 und 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 erheben.

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 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 Plasmaströmung 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).

J5 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 Kammerteil 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

■>5 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.

wi Zu diesem Zweck können die Seitenwände jeweils mit einem stegartigen Vorsprung versehen werden. Ferner kann die Höhe des Strömungskanals wenigitens 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 Lichtboeen 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 s 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 die 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, von denen F i g. 1 lediglich eine Kontaktanordnung wiedergibt und die Fig.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 d?r duroh Pfeile 12 und 13 angedeutete Strom entgegengesetzte Richtung hat und in denen diese Ströme mit dem Lichtbogen 18 eine Stromschleife bilden. Der von einem Anschlußleiter 59 abgeführte Strom, dessen Richtung 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 jo 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. J^r>

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 nicht wesentlich mehr als die Hälfte, vorzugsweise etwa 25 bis 35%, seiner Oberf'äche wird durch die Löcher gebildet, deren ή Durchmesser nicht kleiner als 0,5 mm, jedoch nicht wesentlich mehr als 2 mm, vorzugsweise etwa I bis 1,5 mm, 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 Kußpunkt des Lichtbogens 18 bewegt sich von der Kontaktauflage 6 zur Abschlußwand 58, aus der die durch den Lichtbogen ^r>5 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 dp·- Löschkammer reichen, wie es im Längsschnitt nach r '·. g. 3 veranschaulicht ist. Der Vorsprung 83 endet bereits in einem vorbestimmten Abstand a über dem als Laufschiene wirkenden Schenkel 4 der Kontaktanordnung. Mi: der Bewegung des Schenkels 3 wird der Lichtbogen 18 gezoger«, der sich unter der Wirkung seiner eigenmagnetischen 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 etw^s größer gewählt werden als der Abstand der Schenkel 3 und 4, wie es in Fig.3 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 Fußpunkten 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 l_errb\s zu 15 kA beherrscht werden, d. h. in einer Abschaltzeit von weniger als etwa 10 msec abgeschaltet werden. Dabei sind Lichtbogcnspannungen bis zu wenigstens 300 V erreichbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   1, Vorrichtung zur Unterbrechung von Stromkreisen mit vom zu unterbrechenden Strom auf den Lichtbogen ausgeübter magnetischer Kxaftwirkung, 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 daß die Strömungskanäle zwischen den Seitenwänden (48, 49) der Löschkammer und dem Gehäuse (80) derart 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 Rückstreuung dieser Gase zu den Kontakten (6,19) auftritt (Fig. 2).
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 Hc^s der Löschkammer reichen (F ig. 3).