DE3818203A1

DE3818203A1 - Elektrischer schalter mit lichtbogenloescheinrichtung

Info

Publication number: DE3818203A1
Application number: DE3818203A
Authority: DE
Inventors: Ira Bernard Goldman; Karen Broadwell Lausier
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1987-06-01
Filing date: 1988-05-28
Publication date: 1988-12-15
Also published as: JPS6450334A; US4748301A; IT8820806A0; IT1217740B; BR8802625A; FR2616009A1; CA1318339C

Description

Die US-PS 43 75 021 beschreibt die Verwendung einer magneti schen Einrichtung, die um die Schalterkontaktstücke herum an geordnet sind, zum elektrodynamischen Abstoßen der Kontakt stücke und zum elektrodynamischen Beeinflussen der Lichtbögen, die entstehen, wenn die Kontaktstücke getrennt werden. Die Bogenkammer, die in dem Schalter zum Kühlen und Löschen des Lichtbogens verwendet wird, wird dadurch gebildet, daß ein Metallstreifen teilweise um ein isolierendes Halterungssubstrat herum gefaltet wird.

Die US-Patentschriften 20 05 684 und 25 51 822 beschreiben beide Lichtbogenlöschanordnungen, die eine Verbundstruktur aus einem Material, das gute Bogenwiderstandseigenschaften, wie beispielsweise Asbest, aufweist, zusammen mit einem anderen Material enthalten, das gute physikalische Halterungseigen schaften aufweist.

Wenn der Schalter gemäß der US-PS 43 75 021 verwendet wird, um Kurzschlußströme bei Nennspannungen von mehr als 400 Volt zu unterbrechen, wurde festgestellt, daß die Seitenhalterun gen der Funken- oder Bogenkammer den Lichtbogenlöschvorgang bei höheren Bogentemperaturen und höheren Bogenspannungen stören. Asbestmaterialien haben zwar hervorragende Eigen schaften für hohe Temperaturen und elektrische Widerstände, aber sie stehen aufgrund gesetzlicher Bestimmungen für die Elektroindustrie nicht mehr zur Verfügung.

In der US-PS 47 33 032 ist eine zweischichtige Laminatstruk tur für Bogenplatten-Seitenhalterungen angegeben, wobei die auf den Bogen gerichtete Schicht aus einer mit Harz getränkten Gewebefaser besteht, während die gegenüberliegende Schicht aus einer mit Harz getränkten Glasfaser besteht. Die gegenüber liegenden Schichten müssen durch Farbe gekennzeichnet sein, um sicherzustellen, daß die Gewebefasern auf den Bogen gerich tet sind und nicht die Glasfasern. Sollten die Glasfasern den Temperaturen ausgesetzt werden, die innerhalb der Löschkammer erzeugt werden, würden die ein kleines Ionisationspotential aufweisenden Elemente innerhalb der Glasfasern ionisiert wer den und dadurch den Lichtbogenlöschvorgang stören.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Lichtbogenlöschkammer- Seitenhalterungsmaterialien mit den erforderlichen thermi schen und elektrischen Widerstandseigenschaften zu schaffen, während diese ausreichende physikalische Festigkeit haben, um die Lichtbogenwärmeeffekte zu überleben, die in Schal tungsanordnungen höherer Spannungen erzeugt werden, ohne daß Farbkennzeichnungen oder andere Orientierungsmaßnahmen erfor derlich sind.

Gemäß der Erfindung verwenden Strombegrenzungsschalter mit Nennspannungen über 400 Volt eine dreischichtige Lichtbogen löschkammer-Seitenhalterungsstruktur zum Deionisieren und Kühlen elektrischer Lichtbögen. Die innere Schicht besteht aus einem wärmehärtbaren Harz, in dem gewebte Glasfasern ein geschlossen sind. Die zwei äußeren Schichten bestehen aus einem ähnlichen wärmehärtbaren Harz, in dem Leinengewebe ein geschlossen ist. Die drei Schichten aufweisende Lichtbogen löschkammer-Seitenhalterungskonfiguration stellt sicher, daß eine lichtbogenbeständige Gewebe-Harzzusammensetzung auf den Lichtbogen gerichtet ist.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispie len näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht von einem Strombegrenzungsschalter, der die Funken- oder Löschkammer ge mäß der Erfindung enthält.

Fig. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht auf die Bogenkammer gemäß Fig. 1, wobei die Seiten- und Rücken abschnitte in isometrischer Projektion von der Bogenplatte dargestellt sind.

Fig. 3 ist eine perspektivische Draufsicht in isometrischer Projektion auf die drei Laminatschichten, die zur Bildung der in Fig. 2 gezeigten Seitenhalterungen verwendet sind.

Fig. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht auf die Laminatschichten, die zur Bildung der in Fig. 4 gezeigten Seitenhalterungen verwendet werden, vor der Schichtung.

Fig. 5A ist eine vergrößerte Seitenschnittansicht von der in Fig. 4 gezeigten Seitenhalterung 33 nach der Schichtung.

Fig. 5B ist ein vergrößerter Seitenschnitt von einem anderen Ausführungsbeispiel der in Fig. 5A gezeigten Seitenhalterung.

Fig. 1 zeigt einen Halter 10 mit ausgeformtem Gehäuse ähnlich demjenigen, der in der eingangs genannten US-PS 43 75 021 be schrieben ist. Der Schalter 10 enthält ein Isoliergehäuse 11 und einen isolierenden Kunststoffdeckel 12. Ein Netzanschluß 13 ist mit einem unteren Kontaktträger 16 durch ein Leitungsband 14 und einen Kupferlitzenleiter 15 verbunden. Ein unteres Kon taktstück 17 ist an dem unteren Kontaktträger angeschweißt oder angelötet, um mit einem oberen Kontaktstück 18 zusammen zu arbeiten, das an einem oberen Kontaktträger 19 angelötet oder angeschweißt ist, wie es in Fig. 1 angegeben ist. Der obere Kontaktträger 19 wird durch einen allgemein bei 20 dar gestellten Betätigungsmechanismus betätigt und ist in Gegen uhrzeigerrichtung vorgespannt durch eine Kontaktfeder 22, um eine gute elektrische Verbindung zwischen den oberen und unte ren Kontaktstücken 18, 17 sicherzustellen, wenn der Betätigungs griff 24 in seine Ein-Stellung bewegt wird. Der Betätigungs handgriff arbeitet mit dem Betätigungsmechanismus 20 und einem Querstab 21 durch den Griffkragen 23 und den Seitenrahmen 33 des Mechanismus zusammen, von denen einer weggelassen ist, um deutlich die Trägerhalterung 25 des unteren Kontaktstückes und den Schwenkzapfen 26 zu zeigen. Der untere Kontaktträger ist unabhängig von der in Fig. 1 gezeigten Auslösestellung schwenkbar, wobei der Stift 27, der an dem unteren Kontaktarm träger 16 befestigt ist, in seiner obersten Position inner halb der Nut 28 ist, die in der Halterung 25 ausgebildet ist. Wenn der Betätigungsgriff in seiner Ein-Stellung ist und die Kontaktstücke in der Schließstellung sind, befindet sich der Stift 27 in seiner untersten Position innerhalb der Nut. Da mit die oberen und unteren Kontaktträger 19, 16 in einem kleinen Abstand zueinander sind für eine maximale elektrody namische Abstoßung in Kurzschlußzuständen durch die Kontakt stücke, ist eine Isolierplatte 42 zwischen den Kontaktträgern angeordnet, um eine unbeabsichtigte Leitung zwischen den Trägern zu verhindern. Eine obere Isolierplatte 29 ist ober halb des oberen Kontaktträgers 19 angeordnet, um als ein Anschlag für den oberen Kontaktträger zu wirken, wenn dieser in seine gezeigte Auslöseposition getrieben wird und um die Bewegung des Lichtbogens von den Kontaktstücken weg in die Lichtbogenlöschkammer 30 zu unterstützen, die zwischen den Kontaktstücken und dem Leitungsanschluß 13 angeordnet ist.

Die Lichtbogenlöschkammer 30 enthält mehrere im Abstand ange ordnete metallische Bogenplatten 31, die durch zwei Seitenhal terungen 33 gehaltert werden, von denen eine weggelassen ist, um die Lage der Lichtbogenplatten in Bezug auf die rückwärtige Halterung 34 zu zeigen. Die Seitenhalterungen 33 und die rück wärtige Halterung 34 sind aus einem bei hohen Temperaturen be ständigen isolierenden Fasermaterial gebildet.

Der Aufbau der Lichtbogenlöschkammer geht am besten aus Fig. 2 hervor, wonach die Seitenhalterungen 33 mehrere Schlitze 38 aufweisen, die gestanzt oder auf andere Weise ausgebildet sind zum Aufnehmen einer entsprechenden Anzahl von Ansatz stücken 39, die in den metallischen Bogenplatten 31 ausge bildet sind. Die Seitenhalterungen werden an der rückwärtigen Halterung 34 dadurch angebracht, daß die hakenförmigen Vor sprünge 40 auf den Seitenhalterungen über den Rändern 41 an geordnet sind, die auf der oberen Fläche der rückwärtigen Halterung neben oder außen von den zwei nach oben ragenden Ansatzstücken 37 auf der oberen Fläche der rückwärtigen Hal terung ausgebildet sind. Im Betrieb wird der Bogen elektro synamisch in die Bogenplatten 31 getrieben, wo er so schnell wie möglich gekühlt und gelöscht wird. Um den Lichtbogen löschvorgang zu unterstützen, enthalten die seitlichen Hal terungen 33 ein Gas entwickelndes Harzmaterial, das erwärmt wird und eine wesentliche Menge an losgelöstem gasförmigen Material entwickelt, das unverzüglich durch eine Reihe von Löchern 36, die in der rückwärtigen Halterung angeordnet sind, aus der Löschkammer herausgetrieben wird.

Um sicherzustellen, daß die seitlichen Halterungen 33 der Löschkammer sowohl dem hohen Spannungsgradienten, der über den Lichtbogenplatten entwickelt wird, als auch den hohen Temperaturen widerstehen können, die bei dem Lichtbogen auf treten, haben die Seitenplatten vor der Schichtung den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Aufbau. Drei getrennte Schich ten 33 A-33 C werden letztlich unter Wärme und Druck für eine gute mechanische Halterung laminiert bzw. geschichtet. Für eine hohe dielektrische Festigkeit und Beständigkeit für die Bewegung der Lichtbogenfußpunkte weisen die äußeren Schich ten 33 A, 33 C mehrere gewebte Textilfasern 43 auf, die aus Leinengewebe hergestellt sind und nachfolgend mit einem Melaminharz 44 getränkt sind. Das Harz wird durch Kondensie ren von Formaldehyd mit Melamin hergestellt, wobei das Mela min die allgemeine Formel C ₃H₆N₆ aufweist. Das Melaminharz ist dadurch derart zusammengesetzt, daß es beim Erreichen erhöhter Temperaturen auf einfache Weise gasförmige Materia lien freisetzt. Die innere Schicht 33 B weist mehrere gewebte Glasfasern 45 auf, die mit Melaminharz 44 in ähnlicher Weise getränkt sind, wie die äußeren Schichten 33 A, 33 C. Die Glas fasern sind zur Aufrechterhaltung guter mechanischer Halte rungsfestigkeit bei den hohen Temperaturen ausgewählt, denen die seitlichen Halterungen 33 während der Lichtbogenbildung ausgesetzt sind. Es wurde bereits früher ermittelt, daß für Lichtbogenspannungen von beispielsweise mehr als 400 Volt die Glasfasern 45 Materialien mit einem niedrigen Ionisa tionsmaterial entwickeln, wenn sie dem elektrischen Lichtbo gen direkt ausgesetzt werden. Die elektrischen Widerstands eigenschaften der Gewebefasern 43 sind so, daß die seitlichen Halterungen während des Bestehens des Lichtbogens nicht-lei tend bleiben, selbst wenn sie dem elektrischen Lichtbogen ausgesetzt sind. Es wurde bereits früher gefunden, daß die Verwendung von mit Harz imprägnierten Gewebefasern ohne die innere Schicht aus Glasfasern nicht in der Lage ist, für die physikalische Halterung bzw. Festigkeit zu sorgen, die bei den höheren Bogentemperaturen erforderlich sind, so daß sie deformiert wurden.

Die drei Schichten 33 A-33 C werden zusammengefügt durch Trän ken der drei getrennten Schichten und durch Erwärmen und Zusammenpressen der Schichten, um ein interlaminares Fließen des Melaminharzes herbeizuführen, wie es am besten aus Fig. 5A deutlich wird. Die gewebten Glasfasern 45 und die gewebten Textilfasern 43 sind so dargestellt, daß sie in dem Melamin harz 44 vollständig eingeschlossen sind.

In einigen Anwendungsfällen, wo der Unterbrechungsstrom inner halb vorbestimmter Grenzen gehalten wird, kann der in Fig. 5B gezeigte Aufbau verwendet werden. Hier ist die seitliche Halterung 33 aus einer mittleren Stützschicht 33 B gebildet, die gewebte Glasfasern getränkt mit dem Melaminharz 44 auf weist, und die äußeren Schichten 33 A′, 33 C ′ weisen allein eine dicke Schicht aus Melaminharz 44 auf. Das Melaminharz hat ausreichende dielektrische Eigenschaften, um den höheren Bogenspannungen zu widerstehen, und ist an einer physikali schen Verformung durch die innere Schicht aus Glasfasern ge hindert.

Somit wurde gezeigt, daß eine gute Lichtbogenlöschung für Strombegrenzungsschalter mit Bogenspannungen von mehr als 400 Volt durch eine dreischichtige Anordnung erhalten wird, deren äußere Schichten einen guten dielektrischen Widerstand haben und durch eine innere Schicht mit guter mechanischer Festigkeit gehaltert werden.

Claims

1. Schalter mit ausgeformtem Gehäuse enthaltend: ein Kunststofformgehäuse und eine Abdeckung, zwei trennbare Kontaktstücke innerhalb des Gehäuses, einen Betätigungsmechanismus zum Bewegen der Kontaktstücke zwischen den Öffnungs- und Schließstellungen und eine Lichtbogenlöschkammer, die auf die Kontaktstücke ge richtet ist und den auftretenden Lichtbogen löscht, wenn die Kontaktstücke bei Überstromzuständen getrennt werden, wobei die Lichtbogenlöschkammer mehrere im Abstand ange ordnete Metallplatten aufweist, die zwischen zwei seitlichen Halterungen und einer mit Öffnungen versehenen rückwärtigen Halterung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Halterungen jeweils eine Anordnung aus einer Schicht (33 B) aus mit Kunstharz getränkten Glasfasern zwi schen zwei äußeren Schichten (33 A, 33 C) aus mit Kunstharz getränkten Gewebefasern aufweisen.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz Melaminharz aufweist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebefasern Leinen aufweisen.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern verwebt sind.

5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebefasern verwebt sind.

6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserschicht durch Wärme und Druck mit den äußeren Gewebefaserschichten (33 A, 33 C) zusammengeschichtet ist.

7. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Melaminharz eine Vereinigung von Melamin mit Formaldehyd aufweist.

8. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Melamin die Zusammensetzung C₃H₆N₆ aufweist.

9. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Halterungen jeweils eine Anordnung aus einer Schicht aus mit Kunstharz getränkten Glasfasern, die zwischen zwei äußeren, Melaminharz enthaltenden Schichten angeordnet ist, aufweisen.

10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern verwebt sind.

11. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Melaminharz eine Vereinigung von Melamin mit Formalde hyd aufweist.

12. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Melamin die Zusammensetzung C₃H₆N₆ hat.

13. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserschicht durch Wärme und Druck mit den äußeren Melaminharzschichten zusammengeschichtet ist.

14. Lichtbogenlöschkammer mit zwei gegenüberliegenden, mit Öffnungen versehenen seitlichen Halterungen und einer mit Löchern versehenen rückwärtigen Halterung und mit mehreren Metallplatten mit Ansatzstücken, die von gegenüberliegen den Rändern ausgehen, wobei die Ansatzstücke in entspre chenden Öffnungen angeordnet sind, die in den seitlichen Halterungen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
die seitlichen Halterungen hakenförmige Verlängerungen aufweisen, die in einer oberen Oberfläche ausgebildet und über Rändern angeordnet sind, die in einer oberen Oberfläche der seitlichen Halterung ausgebildet sind, und
die seitlichen Halterungen jeweils eine innere Schicht aus Glasfasern, die mit einem Polymerharz getränkt sind, auf weist, die zwischen zwei äußeren Schichten aus Gewebefasern angeordnet sind, die mit dem Polymerharz getränkt sind.

15. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz Melaminharz aufweist.

16. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern verwebt sind.

17. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebefasern verwebt sind.

18. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebefasern Leinen aufweisen.

19. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Melaminharz die Vereinigung von Melamin mit Formalde hyd aufweist.

20. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Melamin die Zusammensetzung C₃H₆N₆ hat.