DE7022279U - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

Si· Neuerung besieht sich auf einen elektrischen Sohalter, insbesondere für Hiederspannungskreise, mit einer Löschkammer, die relativ zueinander bewegliohe Sohaltkontakte enthält» zwischen denen ein Liohtbogen gezogen wird, und die quer zur Bewegungsrichtung der Sehaltkontakte durch Ieolieretoffkörper abgeschloesen ist und die Lusohbleche enthält« gegen derenStirnkanten der Liohtbogen wandert. In der Bewegungsrichtung der Schaltkontakte enthält die Kammer Wandteile oder Laufschienen aus elektrisch leitendem Material, an denen die PuSpunkte des Lichtbogens wandern.

Hochspannungsschalter für Wechselstrom schalten im allgemeinen im Stromnulldurchgang. Ihre Löschkammern sind so gestaltet, daß eine RückzUndung des Lichtbogens nach dem Stromnulldurchgang verhindert wird. Solche Schalter sollen nicht besondere schnell schalten wegen der dadurch möglichen Spannungsspitzen und deren Netzrtickwirkung.

Hiederspannungsechalter sind dagegen so gestaltet, daß sie den Schaltlichtbogen in möglichst kurzer Zeit löschen können. Dieae Schalter lösen deshalb die allgemeine Aufgabe, di6 Lichtbogenspannung Über die treibende Spannung zu erhöhen. Dies erreicht man durch Verlängerung oder durch Kühlung des Lichtbogens. Niederspannungsschalter können auch so aufgebaut sein, daß sie beide Maßnahmen zugleich erfüllen. Durch magnetische Beblasung oder auch durch Luftbeblasung wird der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten weggeblasen und dadurch verlängert. Zu diesem Zweck

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sind bekannte Sohalter alt sogenannten Blaeepulen versehen, die ein Fremdmagnetfeld erzeugen, das auf den Lichtbogen einwirkt. Die Anordnung solcher Blaeepulen verteuert die Schalter unter Umständen erheblich. Durch besondere Gestaltung der Schalter kann, deshalb der Lichtbogen auch durch das Eigenmagnetfeld, das durch den Lichtbogen selbst gebildet wird, zwischen den Kontakten weggeblasen werden.

Aus der deutschen Patentschrift 1006 928 ist ein Schalter mit relativ zueinander beweglichen Schaltkontakten bekannt, zwischen denen ein Lichtbogen gesogen wird, der an elektrisch leitenden Teilen der Kammerwand entlangwandert. Diese leitenden Teile sind hörnerartig gebogene Widerstände, die der Löschkammer in dsr Beregungsebene des «rändernden Lichtbogens einen dUaenförmigen Querschnitt geben. Ferner enthält die Löschkammer unmittelbar Über den Schaltkontakt,en oder etwas zurückversetzt zwischen den Widerständen lamellenartige Löschbleche in ähnlicher Form wie die an der Kammerwand liegenden Widerstände. Dieser Gestaltung der Löschkammer liegt die Aufgabe zu Grunde, die Blasluftatrömung einzuhalten und die Kühlung und Entionisierung des Kamme rraume β zu begünstigen« Die Zwischenwände oder Stege in solchen Schaltern können auch keilförmig in die Löschkammer ragen und aus Keramik bestehen. In solchen sogenanntem Keilkamme rn erreicht man eine LöschfeIdstärke von etwa 5 bis 10 V/em.

Aus der US-Patentschrift'2285 643 ist eine AusfUhrungsform eineβ Schalters mit einer Lichtbogenkammer bekannt, deren Querschnitt quer zur Bewegungsrichtung der Schaltkontakte und quer zur Bewegung8ebene des wandernden Lichtbogens einen düsenförmlgen Einführungsraum mit einem anschließenden engen Spalt bildet, in den der Lichtbogen hineingetrieben wird. In diesem Schlitz brennt der Lichtbogen mit seiner gesamten Länge und erhält durch seine Berührung mit den Kammerwänden eine intensive Kühlung. In dieser Ausführungsform wird die Vergrößerung der Lichtbogenspsnnung durch Erhöhung des Spannungsgradienten mit der intensiven Kühlung

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durch die Kammerwände erreicht. Mit solchen Schlitzkammern erreicht man eine Löschfeldstärke von etwa 20 bis 30 V/cm.

Aus dor deutschen Auslegeschrift 1021 054 ist auch die Anordnung von Löschblechen am Ende einer Löschkammer bekannt.

Durch eine besondere Ausbildung der Lösohbleohe erreicht man eine Schleifenbildung der Teillichtbögen «wischen den einzelnen Löschblechen. Die Schleifenbildung let aber nur möglich mit einem gewissen Mindestabetand der einseinen Löschbleche. Solche Löschkammern haben deshalb einen verhältnismäßig großen Raumbedarf und erfordern durch die besondere Bearbeitung der Bleche einen großen Aufwand. Der lange Lichtbogen wird durch die Bleche zusätzlich gekühlt und nimmt wegen seiner dadurch verminderten Leitfähigkeit eine entsprechend höhere Spannung auf. Die Löschblechkammer ist um so wirksamer, je mehr Bleche sie enthält. Dagegerjwird durch einen größeren Blechabstand das Einlaufen des Lichtbogens in die Bleche erleichtert. Insbesondere bei einem Gleichstromlichtbogen ist es bei größerer Stromstärke möglich, daß der Bogen ohne sich aufzuteilen, an den Löschblechunterkanten stehen bleibt und die Kammer zerstört, sobald ein vorbestimmter Hindestabstand der Bleche unterochritten wird. Aus diesen einander widersprechenden Forderungen hat sich bei den bekannten Schaltern ein verhältnismäßig großer Blechabstand ergeben. Mit solchen Löschblechkämmern für Schalter mit einem Nennetrom von etwa 1000 bis 10.000 A erhält man eine Löschfeldstärke bis zu etwa 60 V/cm.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bekannten Schalter mit Löschblechkammern zu verbessern. Sie beruht auf der Überlegung, daß man mit einer hohen Lichtbogengeschwindigkeit beim Einlaufen des Lichtbogens in die Löschbleche eine entsprechend weite Ausdehnung der Teillichtbögen zwischen den Löschblechen erhalten kann und daß mit einer sehr hohen Lichtbogengeschwindigkeit auch ein Einlaufen des Bogens in Löschbleche mit einem sehr geringen Abstand möglich ist. Die Neuerung geht aus von der Erkenntnis, daß

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der Lichtbogen in der Kammer zusätzlich aerodynamisch beschleunigt worden kann. Hs^sn. Ssr LuftbsbleRijme ist euch die magnetische Beblasung des Lichtbogens bekannt. Bei der magnetischen Beblaeung wird die Komponente der Lorentz-Kraft in Laufrichtung des Bogens durch die Blasspule beeinflußt. Die Neuerung wendet demgegenüber aus der Gasdynamic bekannte Maßnahmen zur Beschleunigung des Plasmas an.

Sie genannte Aufgabe wird gemäß der Neuerung dadurch gelöst» daß der Querschnitt wenigstens eines Teils dee Löschkanals zwischen den Schaltkontakten und den Löschblechen quer zur Bewegungsrichtung der Schaltkontakte dUsenförmig gestaltet ist. FUr sehr hohe Laufgeschwindigkeiten, insbesondere über Mach 1, kann der Querschnitt vorteilhaft ale Laval-Düse gestaltet sein. In einer solchen Löschkammer wird der Bogen ohne Fremdmittel aerodynamisch beschleunigt und läuft mit hoher Geschwindigkeit auch in Bleche mit einem geringen Abstand ein und nimmx dort auch ohne Schleifenbildung eine hohe Spannung auf. Mit solchen Schaltern sind Löschfeldstärken von 200 V/cm und mehr erreichbar. Durch die Düse wird zugleich ein Rücklauf des Lichtbogens zu den Schaltkontakten verhindert. RUckzündungen können somit nicht auftreten.

In einem Schalter gemäß der Neuerung kann deshalb der Abstand zwischen den Löschblechen gering gehalten werden.

Mit der Schleifenbildung bei den bekannten Schaltern erhält man eine erhöhte Spannung der Teillichtbögen, die zusätzlich zur Spannungserhöhung durch die Kühlwirkung der Bleche auftritt. Bei dem neuen Schalter spielt die Ktlhlwirkung der Bleche ebenfalls eine Rolle; sie wird durch, den geringen Abstand der Bleche bis zu wenige.' als 1 mm, der wesentlich geringeren Länge der Teillichtbög. a und durch die hohe Auftreffgeschwindigkeit des Lichtbogens auf die Bleche sogar noch gesteigert. Die Spannungserhöhung durch die Schleifenbildung wird bei dem neuen Schalter kompensiert durch eine zusätzlich zur Kühlung durch die Bleche wirkende intensive

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aerodynamische Kühlung, die im allgemeinen mit steigender Auftreffgeschwindigkeit anwächst. Das Einlaufen des Bogens in Bleche mit solch einem geringen Abstand wird durch die erhöhte Laufgeschwindigkeit ermöglicht. Sie Zahl der Bleche tuid daalt die Z'iM der Teillichtbögen kann bei gleicher Kammerbreite entsprechend erhöht werden. Damit erhält man eine entsprechend erhöhte Löschspannung. Durch die sprungartig erhöhte Lichtbogenspannung beim Einlaufen in die Löschbleche erhält man entsprechend verminderte Löschzeiten und somit geringe Sehaltζeiten des Schalters.

Zur weiteren Erläuterung der Heuerung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel des neuen Schalters schematisch veranschaulicht ist. Fig.1 zeigt einen Querschnitt eines Schalters mit einem Löschkanal in Bewegungsrichtung der Schaltkontakte und Pig.2 einen Schnitt durch den Löschkanal senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schaltkontakte. In Pig.3 ist eine besondere Ausführungsform der Löschkammer dargestellt.

In Pig.1 sind die Schaltkontakte 2 eines elektrischen Schalters, beispielsweise fUr einen Gleichstrom von etwa 300 bis 3000 A und einer Spannung von 320 V, mit 2, die den Löschkanal begrenzende Laufschiene für den Lichtbogen mit 4 und die Löschbleche mit 6 bezeichnet. Die Bewegungsrichtung der Schaltkontakte 2, von denen in allgemeinen einer fest und der andere beweglich sein kann, ist durch einen Doppelpfeil angedeutet. Die Laufschienen 4 liegen jeweils mit dem zugeordneten Schaltkontakt 2 auf gleichem Potential. Die Schaltkontakte sind jeweils an eine Gleichetromkleame angeschlossen, die mit P und Hjbezeichnet sind. Die Löschbleche 6 können jeweils aus 1 mm dickem Eisenblech bestehen und mit gleichem Abstand von etwa 0,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise etwa 0,7 bis 2 mm, insbesondere etwa 0,8 bis 1,2 mm, über die Breite b des Löschkanals von beispielsweise etwa 30 mm verteilt sein. Die maximale Höhe h der Löschbleche kann etwa 35 mm betragen.

Eine gUnstige Wirkung auf das Einlaufen des Lichtbogens in

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die Löschbleche erhält man dadurch, das das untere, d.h. des Schaltkontakten zugewandte Ende der Löschbleche 6 ungleich gestaltet ist. Zu diesem Zweck kann beispielsweise jedes zweite Blech um einige Millimeter, vorzugsweise etwa 5 mm, zurückversetzt sein. Die seitlichen Laufschienen 4 können zweckmäßig aus Kupfer oder aus verkupferten Schienen bestehen.

Das Profil der Löschbleche 6 und die düsenförmige Gestaltung wenigstens eines Teile des Löschkanals 5 zwischen den Schaltkontakten 2 und den Löschblechen 5 wird nach Pig.2 quer zur Bewegungsrichtung der Schaltkontakte 2 von Isolierstoffplatten 8 begrenzt. Die Düsenform im Löschkanal wird durch Einsätze 10 aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise einer bearbeitbaren Keramik, oder Kunststoff gebildet. Die den Mittelpunkt des Löschkanals zugewandte Oberfläche der Teile 10 kann für besonders hohe Laufgeschwindigkeiten, insbesondere über Mach 1, das Profil einer Laval-Düse haben. Das Einlaufen des Lichtbogens in die Löschbleche 6 wird durch Ausschnitte 12 begünstigt.

Abweichend von der Ausführungsform nach Pig.2 mit Einsätzen 10 zur Bildung des Düsenprofils können die Kammerwände 8 und die Einsätze 10 auch aus einem Stück hergestellt sein. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, nicht den gesamten Kammerraum zwischen den Schaltstücken 2 und den Löschblechen 6 als Düse zu gestalten. Endet die Düse 10 bereits in einem vorbestimmten Abstand unterhalb der Löschbleche 6, so ist zwischen dem Düsenmund und den Löschblechen 6 immer noch die aerodynamische Beschleunigung des Lichtbogene durch die Düse 10 wirksam. Pur den Effekt der Düse 10 ist es auch nicht erforderlich, daß diese am oberen Ende der Schaltstücke 2 beginnt.

Mit der neuen Gestaltung des Löschkanals erhält man geringe Schaltzelten. Die Schaltzeit wird wesentlich bestimmt durch die Lichtbogendauer, das ist die Zeit vom Beginn des öffnens der Schaltstücke 2 bis zum Ende des Stromflusses. Mit dem im

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Ausfühl · --i^eispiel dargestellten Gleichstromschalter für etwa 300 ^iB 3000 A Nennstrom mit einer lichten Weite c der Kammer von "beispielsweise etwa 10 mm und einem geringen Abstand der Löschbleche kann der Düsendurchmesser an der engsten Stelle a der Düse 10 etwa 0,5 bis 3 am, vorzugsweise etwa 0,8.bis 2 mm, insbesondre etwa 1 mm, betragen. Mit dieser Gestaltung der Kamme; erhält man eine Löschspannung von etwa 3OO bis 400 V und eine Löschfeldstärke von etwa 100 bis 150 V/cm. Zur Löschung eines Gleichstromes von etwa 2000 A benötigt dieser Schalter nur etwa 0,5 msec.

Bei einer Ausführungsform des neuen Schalters für einen Kurzschluß-Wechselstrom bis zu etwa 20.000 A mit einer Netzspannung von 220 V und einsr Frequenz von 50 Hz und einem geringen Blechabstand von beispielsweise etwa 1 mm und einer geringerer. Blechdicke, beispielsweise etwa 0,5 mm, kenn der engste Düsendurchmesser einer Laval-Düse nach Fig.2 zweckmäßig etwa 1 bis 2 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm, betragen. Mit diesem Schalter erhält man eine Löschspannung von wenigstens 300 V und damit eine Löschfeldstärke von über 150 V/cm. Dieser Schalter löscht den Lichtbogen bei einem Strom von etwa 2000 bis 3OOO A in etwa 0,3 bis 0,5 msec. Die Schaltzeit eines Schalters gemäß der Heuerung ist wegen der verminderten Löschzeit so gering, daß man beim Schalten von Wechselstrom eine strombegrenzende Wirkung erhält.

In einer Aueführungsform eines Schalters mit weniger hohen Anforderungen an die Schaltzeit und somit etwas längerer Lichtbogendauer genügt eine Lichtbogenlaufgeschwindigkeit beim Eintreffen des Lichtbogens an den Löschblechen von weniger als Mach 1. Für solche Betriebsfälle kann anstelle der im Aueführungsbeispiel gewählten Laval-Düse auch eine normale konvergierende Düse für die aerodynamische Beschleunigung dee Lichtbogens ausreichen.

Eine besonders geringe Ausdehnung und kompakte Bauform der Löschkammer 5 erhält man mit einer Düse, deren Mund in den Ausschnitt 12 hineinragt« In diesem Falle können die

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Löschbleche 6 einen in der Figur nicht dargestellten zusätzlichen seitlichen Ausschnitt erhalten oder die Bleche können auch jeweils in den oberen Teil der Düsenkörper 10 hineinragen. Ferner können auch die oberen Teile der Düsenkörper mit einem entsprechenden seitlichen Ausschnitt für die Löschbleche versehen sein, wie in Fig.3 veranschaulicht ist. In dieser Ausfuhrungsform sind die Kammerwände 14 zwischen den Löschblechen 6 und den Schaltstücken 2 selbst als Düse gestaltet.

Die Löschspannung des Schalters wird im wesentlichen bestimmt durch die Blechdicke, den Blechabstand und deren Anzahl. Wird bei einer vorgegeoanen Kammerbreite die Blechdicke und/oder deren Abstand vermindert, se keim auch die LötohfeIdstärke noch entsj -echend erhöht tys*

Mit der dUsenförmlgen Gestaltung des Löschkanalquerschnittes wird nicht nur die Anstiegszeit der Spannung verkürzt, sondern auch deren Streubreite verringert. Dadurch wird, ebenfalls eine Verminderung der Schaltzeit erreicht.

9 Patentansprüche
3 Figuren

Claims (6)

1. Elektrischer Schalter mit einer löschkammer, die relativ zueinander bewegliche Schaltkontakte enthält, zwischen denen ein Lichtbogen gczc^on wird, und die quer zur Bewegungsrichtung der Scha±tkontakte diirch Isolierstoffkörper abgeschlossen ist, und die Löschbleche enthält, gegen die der Lichtbogen über leitende Teile der Kammerwand bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt wenigstens eines Teils des Löschkanals (5) zwischen den Schaltkontakten (2) und den Lssohbiechen (6) quer zur Bewegungsrichtung der Schaltkontakte (2) und quer zur Bewegungsebene des wandernden Lichtbogens in der Bewegungsrichtung des Lichtbogens eine dUsenförmige Querschulttsverengung aufweist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Löschkanals (5) in der Bewegungsrichtung des Lichtbogens nach der Verengung eine Erweiterung aufweist.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Löschkanals die Form einer Laval- -Düse hat.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Löschbleche etwa 0,8 bis 1,2 mm beträgt.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Gleichstrom von etwa 300 bis 3000 A mit einer Kammerbreite von etwa 30 mm, dadurch gekennzeichnet, daß der geringste DUsendurchmeseer etwa 0,8 bis 2 mm beträgt.

6. Schalter nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß der Düsendurchmesser etwa 1 mm beträgt.

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