DE515094C - Elektrischer Stromunterbrecher, bei dem elektromotorische Kraefte eine Verlaengerungdes Lichtbogens herbeifuehren - Google Patents

Description

Bei vielen elektrischen Stromunterbrechern treten bei der Ausschaltung infolge der gegenseitigen Wirkung des zwischen den Schalterkontakten stehenbleibenden Lichtbogens S selbst und benachbarter Konstruktionsteile, wie stromführende Leiter oder magnetisierbar e Körper, elektromotorische Kräfte auf, die an und für sich eine Verlängerung des Lichtbogens herbeiführen.

Auf Schalter dieser Art bezieht sich die Erfindung.

Stromunterbrecher der hier in Betracht kommenden Art befinden sich im allgemeinen in einem Öl- oder anderen Flüssigkeitsbad, und man ist bisher davon ausgegangen, daß von den bekannten Wirkungen eines magnetischen Feldes zur Verbesserung der Unterbrechungsverhältnisse in dem Sinne Gebrauch gemacht werden sollte, daß die Unterbrechung dadurch beschleunigt wird. Tatsächlich besteht ja doch auch die Tendenz, durch die verschiedensten Konstruktionsanordnungen diese magnetische Wirkung zu verstärken und ein möglichst starkes magnetisches Feld in der Nachbarschaft der Unterbrecherkontakte zu erzeugen.

Unter normalen Bedingungen bietet der Lichtbogen, der bei Trennung der Kontakte voneinander unter Öl o. dgl. entsteht, zunächst einen vergleichsweise geringen Widerstand, der bis zur endgültigen Unterbrechung des Stromes dauernd wächst. Tatsächlich wird insbesondere unter Ausnahmeverhältnissen, z. B. bei einem Kurzschluß, durch die starke Erhöhung des Widerstandes im Lichtbogen (wie sie auftritt, wenn er in einem magnetischen Felde verlängert wird, der Stromwert aber noch außergewöhnlich hoch bleibt) der Betrag der frei werdenden Energie im Stromunterbrecher bedeutend vergrößert werden. Das bringt in vielen Fällen Lebensgefahr und jedenfalls eine Beschädigung des Stromunterbrechers mit sich.

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden. Sie besteht darin, zusätzliche magnetisierbare Körper oder stromführende Hilfsleiter vorzusehen, die in entgegengesetztem Sinne wirken wie die vorgenannten, den Lichtbogen beeinflussenden Kräfte und es dadurch ermöglichen, die Geschwindigkeit zu regeln, mit der der Lichtbogen beim Ausschalten verlängert wird, so daß die Abschaltung praktisch unter geringster Wärmeentwicklung erfolgt. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß bei entsprechender Bemessung dieser zusätzlichen Körper oder Hilfsleiter der Konstrukteur bei der Auswahl der mechanischen Mittel zur Herbeiführung der Kontakttrennung unabhängig wird von Rücksichten auf die Geschwindigkeit, mit der der Lichtbogen im Interesse einer Beschränkung der frei werdenden Energie usw. verlängert

werden sollte. Er kann daher die mechanische Anordnung des Schalters auch allein nach mechanischen Gesichtspunkten treffen. Wenn die Kontakte vergleichsweise langsam auseinanderweichen, so kann das Vorhandensein -eines magnetischen Feldes gleichbedeutend sein mit der Wirkung, die eine Vergrößerung der Geschwindigkeit haben würde, mit der die Kontakte auseinander gehen. Die wirkliche Geschwindigkeit, mit der der Stromkreis unterbrochen wird, oder mit anderen Worten, die wirkliche Geschwindigkeit, mit der die Länge des Lichtbogens sich vergrößert, wirkt dann dahin, die frei werdende Energie im Stromunterbrecher zu verringern. Wie oben schon angedeutet, hat sich ergeben, daß, wenn die; Geschwindigkeit zu sehr erhöht wird, während der Stromwert hoch ist, die Lichtbogenenergie sich vergrößert, anstatt sich zu verkleinern. Es läßt sich daher ein Optimumwert für das feststellen, was die wirkliche Arbeitsgeschwindigkeit eines bestimmten Stromunterbrechers genannt werden kann, bei Zugrundelegung eines bestimmten Energiebetrages. Diese wirkliche Arbeitsgeschwindigkeit muß dahin verstanden werden, daß nicht nur die Geschwindigkeit dabei zum Ausdruck kommt, mit der die Kontakte sich voneinander entfernen, sondern auch die scheinbare Änderung, die die Geschwindigkeit durch das Vorhandensein eines magnetischen Feldes erfährt. Es ist also auch ein Optimumwert der Wirkung des magnetischen Feldes zu berücksichtigen. Da diese magnetische Wirkung proportional mit dem Quadrat der Stromstärke wächst, so ist ersichtlich, daß bei Kurzschluß auch bei kleinen Stromunterbrechern sehr erhebliche Wirkungen' eintreten können.
to Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß es, anstatt wie sonst allgemein gebräuchlich, die Wirkung des Magnetfeldes beim Stromunterbrechen möglichst zu vergrößern, von Vorteil ist, diese Wirkung zu verringern, und zwar um 'einen solchen Betrag, daß unter ungewöhnlichen Umständen, wie z. B. Kurzschluß, die wirkliche Arbeitsgeschwindigkeit des Stromunterbrechers so geregelt wird, daß er ein möglichst günstiges Ergebnis liefert, nämlich daß Energie nur in einem möglichst kleinen Betrage frei wird. Die Erfindung kann daher dahin gekennzeichnet werden, daß ein Stromunterbrecher, der seiner sonstigen Anordnung nach mit einem erheblichen magnetischen Feld in der Nähe des entstehenden Lichtbogens ausgerüstet ist, mit besonderen Einrichtungen versehen wird, die dieses magnetische Feld nach den oben gegebenen Gesichtspunkten schwächen. Es hat kernen großen Zweck, mit großer Genauigkeit den Betrag des Kurzschlußstromes bei einem gegebenen Stromunterbrecher abzuschätzen und den Unterbrecher gerade für diesen Höchstwert einzustellen, weil auf Grund der verschiedensten unvorhersehbaren Fälle doch immer damit gerechnet werden muß, daß gelegentlich ein weit höherer Strom zur Wirkung gelangt, und aus der Art und Weise, in der die magnetischen Wirkungen anwachsen, kann leicht gerade dann eine sehr erhebliche Herabsetzung der Unterbrechungskapazität eintreten, wenn es erwünscht ist, daß der Stromunterbrecher unter den besten Verhältnissen arbeitet. Demgemäß erscheint es zweckmäßiger, sich mehr auf die Unterbrechungsgeschwindigkeit zu verlassen als auf die magnetischen Wirkungen.

Die Erfindung kann auch dahin definier.t werden, daß bei einem elektrischen Stromunterbrecher mit Vorrichtungen, um die resultier ende, auf den Unterbrecherlichtbogen wirkende magnetische Kraft zu bestimmen, diese Vorrichtungen so angeordnet sind, daß die resultierende magnetische Kraft schwächer ist, als es der Fall sein würde, wenn diese Vorrichtungen nicht vorhanden wären, zum Zweck, die Bedingungen zu schaffen, unter denen der Strom unter Freiwerdung eines möglichst nur geringen Energiebetrages am Ausschalter unterbrochen wird. Vorzugsweise sind die erwähnten Vorrichtungen so angeordnet, daß sie in Beziehung stehen zu der Trermungsgeschwindigkeit der Kontakte, und daß der Zeitraum, währenddessen ein Lichtbogen an den Kontakten bestehen bleibt, so bemessen wird, daß die durch den Lichtbogen frei werdende Energie ein Minimum oder annähernd ein Minimum ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist so beschaffen, daß ein Stromunterbrecher, bei dem ein oder mehrere Lichtbogen durch in der Nähe der Kontakte befindliche stromführende Leiter oder magnetisches Material abgelenkt werden, mit einem magnetischen Körper versehen ist, der so angeordnet ist, daß seine Anziehungswirkung auf den Lichtbogen die Anziehungswirkung der vorerwähnten stromführenden Leiter oder des magnetischen Materials schwächt oder ausgleicht,, oder aber, es sind stromführende HiÖsleiter vorgesehen, die vorzugsweise in Reihe mit dem zu unterbrechenden Stromkreis geschaltet und so angeordnet sind, daß die auf den Lichtbogen durch die Hilfsleiter ausgeübten Kräfte sich denjenigen Kräften entgegenstellen, die von den vorerwähnten Leitern oder magnetischen Körpern ausgehen.

Γη der Zeichnung sind zur Erläuterung der Erfindung vier vorzugsweise in Betracht kommende Anordnungen eines nach der Erfindung eingerichteten Stromunterbrechers dargestellt. Es bedeuten hier die Abb. 1 und 2

in schematischer Darstellung zweipolige Ausschalter, die der Erfindung gemäß mit den erwähnten Hilfsleitern versehen sind, und Abb. 3 und 4 zeigen doppelpolige Schalter, ■> bei denen anstatt der Hilfsleiter zu demselben Zweck magnetische Körper angeordnet sind. In den Abbildungen sind 10, 10 elektrische Leitungen, die durch einen Stromunterbrecher an den beiden Unterbrechungsstellen 15 und ιό unterbrochen werden sollen. Angenommen ist dabei, daß die Ausschalter sich in einem eisernen, mit Öl gefüllten Behälter befinden, so daß die entstehenden Unterbrechungslichtbögen von der magnetisieren

•5 eisernen Wandung in der Richtung nach' außen hin, vom mittleren Teil der Abbildung aus gerechnet, abgelenkt werden.

In- dem Beispiel der Abb. 1 ist eine aus den vier Leitern 11, 12, 13 und 14 zusammengesetzte Schleifenleitung in Reihenschaltung gelegt mit dem Leiter 10 und befindet sich zwischen den Unterbrechungsstellen 15 und 16, an denen die Lichtbögen entstehen. Der Strom in dem Leiter 11, der in der Nähe des Lichtbogens bei 15 liegt, wird von einem Strom in derselben Richtung durchflossen, wie sie der Strom im Lichtbogen hat, ebenso verläuft der Strom in dem Leiter 13 in derselben Richtung wie in der Unterbrechungsstelle 16, die dem Leiter 13 benachbart ist. Es entstehen daher Anzugskräfte auf die Lichtbögen bei 15 und 16, die nach innen zu, gegen die Leiter υ und 13, gerichtet sind. Die Abmessungen sind so, daß diese Kraft

³^ gleich oder wenigstens annähernd gleich ist derjenigen, die in entgegengesetzter Richtung der eiserne Behälter (oder andere, gleichwirkende Vorrichtungen, wie z. B. stromführende Leiter) auf den Lichtbogen ausübt.

Hieraus ergibt sich, daß die resultierende, auf dem Lichtbogen zur Wirkung kommende Kraft klein oder gleich Null ist.

Der Leiter 12 verläuft parallel und benachbart der sich bewegenden Kontakt-

stange 17 des Stromunterbrechers. Auch sie führt einen Strom in der gleichen Richtung wie die Kontaktstange, so daß eine Anzugskraft entsteht. Diese wirkt wieder der vom eisernen Behälter oder anderen Vorrichtungen herrührenden, entgegengesetzt gerichteten Anziehungskraft entgegen und verhindert daher eine allzu große Beschleunigung der Kontaktstange durch den eisernen Behälter oder andere gleichwirkende Vorrichtungen.

Nach Abb. 2 liegt eine Schleifenleitung 11, 13, 14 und 12 in unmittelbarer Verbindung und in Reihenschaltung mit der beweglichen Kontaktstange 17, so daß, wenn die Unterbrechung erfolgt, die ganze Schleife 11, 12, 13, 14 mit der Kontaktstange 17 sich bewegt. Es ist ersichtlich, daß, abgesehen von diesem

Unterschied, die Anordnung der Abb. 2 genau dieselbe ist wie diejenige der Abb. 1. Indessen ist zu bemerken, daß in Abb. 2 keine Vorsorge dafür getroffen ist, einer Beschleunigung der Kontaktstange 17, wie bei Abb. 1, entgegenzuwirken.

In der Ausführungsform der Abb. 3 tritt ein magnetischer Körper an die Stelle der Schleifen 11, 12, 13 und 14 in den Abb. 1 und 2. Eine eiserne Platte 20 ist mit einem Isolator 21 an dem Rahmen oder dem Gehäuse des Ausschalters befestigt, und zwar so, daß sie benachbart der Unterbrechungsstelle 15 liegt. Eine ähnliche Platte 22, von einem Isolator 23 getragen, liegt neben der Unterbrechungsstelle 16. Eine dritte Eisenplatte 24 ist parallel zur beweglichen Kontaktstange 17 angeordnet. Die drei Eisenplatten könnten getrennt voneinander sein, sind aber im vorliegenden Ausführungsbeispiel als aus einem Stück bestehend dargestellt. Die Seitenflächen der Eisenplatten 20 und 22 können, falls erforderlich, mit isolierendem Material bekleidet werden. Es ist ersichtlich, daß der nicht 8g mit dargestellte eiserne Behälter den bei 15 und 16 entstehenden Lichtbögen eine nach außen gerichtete Ablenkung (Anziehung) erteilt, und dieser Ablenkung oder Anziehung wirken die eisernen Platten 20 und 22 entgegen, die die Lichtbögen nach innen abzulenken suchen. Die Eisenplatte 24 wieder übt eine Anzugskraft auf die Kontaktstange 17 aus und verhindert daher eine allzu große Beschleunigung durch den äußeren Behälter.

In Abb. 4 dient die bewegliche Kontaktstange 17 selbst als Träger für die magnetisehen Körper 20, 22, die auf ihr mit den Isolatoren 21 und 23 befestigt sind. Die Wirkung ist wieder dieselbe, wie bei Abb. 3, nur daß die Magnetplatte 24 fehlt, demnach auch ihre Einwirkung auf die Bewegung, die die bewegliche Kontaktstange unter der Anziehungskraft des Behälters erfährt.

Vorstehend ist immer als Ziel hingestellt, daß die stromführenden Leiter 11, 12, 13 und 14 sowie die eisernen Platten 20 und 22 die auf die Lichtbögen zur Wirkung kommenden Kräfte so klein als möglich gestalten. Selbstverständlich ist das aber nicht Bedingung für die Ausführung der Erfindung, diese wäre vielmehr schon dann erfüllt, wenn die zur Wirkung gelangenden, auf Ablenkung des Lichtbogens gerichteten Kräfte überhaupt nur in nennenswertem Betrage abgeschwächt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrischer Stromunterbrecher, bei dem elektromotorische Kräfte, die auf der gegenseitigen Wirkung des zwischen den Schalterkontakten stehenbleibenden Licht-

   bogens selbst und benachbarten Konstruktionsteilen (wie stromführenden Leitern oder magnetisierbaren Körpern) beruhen, eine Verlängerung des Lichtbogens herbeiführen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche magnetisierbar« Körper oder stromführende Hnfsleiter vorgesehen sind, die in entgegengesetztem Sinne wie die vorgenannten, den Lichtbogen beeinflussenden

   ίο Kräfte wirken und dadurch eine Regelung der Geschwindigkeit, mit der der Lichtbogen verlängert wird, ermöglichen, derart, daß die Abschaltung praktisch unter geringster Wärmeentwicklung erfolgt.
2. 2. Elektrischer Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gegenkräfte hervorbringenden Mittel derart angeordnet sind, daß sie die auf die Verlängerung des Lichtbogens hinwirkenden Kräfte vollständig ausgleichen.
3. 3. Elektrischer Stromunterbrecher nach Anspruch 1 und 2 mit Herbeiführung der Gegenwirkung durch 'einen stromführenden Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß dieser stromführende Leiter in Reihe mit dem zu unterbrechenden Stromkreis geschaltet ist.
4. 4. Elektrischer Stromunterbrecher nach Anspruch 1 und 2 mit einer beweglichen Kontaktbrücke, die in der Einschaltstellung ein Kontaktpaar überbrückt und sich bei der Ausschaltung in der Richtung senkrecht zu ihrer Längsachse bewegt, gekennzeichnet durch die Anordnung eines feststehenden magnetischen Körpers (20, 22) in solcher Lage zur Kontaktbrücke, daß diese sich btei der Ausschaltbewegung von dem Magnetkörper entfernt und dadurch elektromagnetische Kräfte erzeugt, die den auf leine Beschleunigung der Unterbrechungsbewegung der Kontaktbrücke gerichteten elektromagnetischen Kräften entgegenwirken.
5. 5. Elektrischer Stromunterbrecher nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anordnung eines stromführenden feststehenden Leiters (11, 12, 13, 14), der gegenüber einem anderen, mit dem beweglichen Kontakt des Stromunterbrechers sich bewegenden stromführendenLeiter (17) derart angeordnet ist, daß bei der Ausschaltbewegung elektromagnetische Kräfte zwischen den beiden Leitern erzeugt werden, die auf den beweglichen Leiter (17) einwirken und den die Kontaktbewegung bei der Unterbrechung beschleunigenden elektromagnetischen Kräften entgegengerichtet sind.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen