DE969297C - Elektrischer Trennschalter - Google Patents
Elektrischer TrennschalterInfo
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Classifications
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- H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
- H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
Landscapes
- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Description
AUSGEGEBEN AM 22. MAI 1958
Elektrischer Trennschalter
Patenterteilung bekanntgemacht am 8. Mai 1958
ist in Anspruch genommen
Das Problem beim. Bau eines elektrischen Trennschalters hoher Abschaltleistung besteht im
wesentlichen darin, den Lichtbogen zu löschen, der zwischen den Kontaktstücken im Augenblick
ihrer Trennung entsteht. Bei den gebräuchlichen Schaltern bildet sich dieser Lichtbogen in einer
Löschkammer, in der er durch magnetische und/ oder pneumatische Blasvorrichtungen auseinandergezogen
wird, bis er erlischt.
xo Es ist schon ein Trennschalter mit einer die zu trennenden1 Kontakte einschließenden, von zwei einander gegenüberstehenden isolierenden Seitenwänden
begrenzten Lichtbogenlöschkammer bekannt, die mit radialen, aus zwei aufeinandergelegten
Streifen gebildeten Rippen versehen ist. Hierbei besteht der eine Streifen aus elektrisch leitendem
Werkstoff und der andere aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff. Jede einzelne der Rippen ist
entweder vollständig isolierend oder vollständig elektrisch leitend ausgebildet, und es befinden sich
je eine isolierende und eine elektrisch leitende Rippe in Nachbarschaft, worauf es für die Wirkungsweise
der Löschkammer ankommt. Die zwischen den elektrisch leitend ausgebildeten
Rippen angeordneten nichtleitenden Rippen sind wesentlich kürzer als die erstgenannten. Dadurch
stehen sich die metallischen Oberflächen der elektrisch leitenden Rippen einarider gegenüber, so daß
die Anhaftungspunkte der einzelnen Teillichtbögen auf beiden Seiten gleichmäßig längs der metallisch
809 514/16
leitenden Oberfläche fortschreiten können. Auf diese Weise kann der Lichtbogen nicht verlängert
werden und kühlt dementsprechend auch nicht ab. Bei anderen Anordnungen sind die Rippen vollständig
elektrisch leitend ausgebildet, so daß die beiden Anhaftungspunkte jedes einzelnen Teillichtbogens
entlang dieser Rippen wandern können. Die Verlängerung des Lichtbogens entsteht dabei lediglich
durch die Vergrößerung seiner Wölbung während des Fortschreitens und gegebenenfalls dadurch,
daß der Abstand der elektrisch leitenden einander gegenüberstehenden Rippen sich in der Fortschreitungsrichtung
des Lichtbogens vergrößert.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen elektrischen Trennschalter mit einer die zu trennenden
Kontakte einschließenden, von zwei einander gegenüberstehenden isolierenden Seitenwänden
begrenzten Lichtbogenlöschkammer, die mit radialen Rippen versehen ist, die aus zwei aufeinandergelegten
Streifen gebildet sind, von denen der eine aus elektrisch leitendem Werkstoff und der
andere aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff besteht.
Zum Unterschied von den bekannten Einrichtungen ist beim erfindungsgemäßen Trennschalter
das der Kammermitte zugekehrte Ende jeder Rippe nur aus dem elektrisch leitenden, metallenen
Streifen gebildet, und die Rippen sind derart angeordnet, daß jeweils eine metallene Seitenfläche
der einen Rippe einer elektrisch nichtleitenden, aus Isolierstoff bestehenden Seitenfläche der benachbarten
Rippe gegenübersteht. Dadurch bleibt jeder Teillichtbogen mit seinem einen Ende an dem leitenden
Teil der Rippe angeheftet, während der andere Endpunkt des Lichtbogens entlang der elektrisch
leitenden Seitenfläche der benachbarten Rippe wandert. Hierdurch wird eine beträchtliche
Verlängerung des Lichtbogens und seine schnelle Auslöschung erreicht. Eine solche Anordnung findet
sich bei keinem der bekannten Trennschalter.
Es ist lediglich bereits ein Schalter bekanntgeworden, bei dem im Wege der Blasung und damit
des wandernden ' Lichtbogens mehrere verschieden lange Isolierwände angebracht sind, die
an ihren, den Schaltkontakten zugewendeten Enden an beiden Seiten hörnerartige Leiter tragen. Der
Lichtbogen wird in zwei Stufen hintereinander geteilt. Die Hörner sind so gelagert und haben eine
solche Neigung' zueinander, daß die die Ausdehnung bewirkende Wanderung der Teillichtbögen
praktisch quer zur Blasrichtung erfolgt. Aus diesem Grunde ist die Löschwirkung beschränkt. Zudem
besteht jede Wand aus mindestens drei Teilen, und der eine Teil, die eigentliche Isolierwand, tritt in
zwei verschiedenen Größen auf.
Bei dem Schalter nach der Erfindung, bei welchem die Rippen durch zwei aufeinandergelegte
Streifen gebildet werden, wobei der eine aus Metall und der andere aus Isolierstoff besteht, ist
vorzugsweise der Metallstreifen an seinem der Kammer zugekehrten Ende umgebogen, so daß
die Rippe ein vollständig elektrisch leitendes Ende> besitzt. Der Lichtbogen erreicht daher bei seinem
Fortschreiten in Richtung auf den Umfang der Kammer die leitenden Enden der Rippen, stützt gg
sich auf diesen ab und teilt sich in ebenso viele Teillichtbogen auf, wie Zwischenräume zwischen
den Rippen voriiajiden sind. In dem Raum
zwischen zwei benachbarten Rippen nimmt jeder dieser Teillichtbogen unter der Einwirkung der 7„
magnetischen; und/oder pneumatischen Blaswirkung im seiner Länge zu, weil das eine Ende dieses Lichtbogens;
auf dem Ende der einen Rippe festgehalten wird, während das andere Ende auf der leitenden
Oberfläche der benachbarten Rippe entlang wandem kann. Die Lichtbogenstrecke verlängert sich
somit in Sägezahnform, und schließlich erlöschen alle Teillichtbögen in den einzelnen Kanälen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rippen etwas schräg zur radialen Richtung angeordnet,
derart, daß die leitenden Oberflächen ein wenig in Richtung auf das Innere der Löschkammer
zu gedreht sind. Auf diese Weise erreicht man einerseits ein besseres Anhaften der Teillichtbogen
auf den erwähnten leitenden Flächen und andererseits eine Umlenkung des Gasstromes, wodurch die
Abkühlung der Lichtbogen begünstigt wird. Bei einer solchen Ausführungsform nutzen sich jedoch
die metallischen Flächen der Rippen durch' das Wandern der Enden der Teillichtbogen nur wenig go
ab, während die Enden der Rippen, an denen die Teillichtbogen haftenbleiben, stärker angegriffen
werden, da der Abschaltstrom um ein Mehrfaches den Nennstrom übersteigt. Um diesem Mangel abzuhelfen, weist die nichtleitende Seite einer jeden
Rippe vorteilhaft mindestens eine öffnung auf, durch welche dfc elektrisch leitende Fläche der
Rippen zugänglich ist. Dadurch kann infolge der Ionisation des Raumes zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Rippen das Ende des Teillichtbogens, das bisher am Ende der Rippe haftenblieb, in die
Öffnung der nichtleitenden Seite springen, wodurch die Zeit, während welcher der Lichtbogen am Ende
der Rippe haftet, verkürzt und damit die Abnutzung dieses Endes verringert wird. Um das Hervorschießen
der Flammen nach außen beim Abschalten sehr hoher Stromstärken zu verringern, mündet
jeder Raum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rippen vorzugsweise in wenigstens eine Druckminderungskammer,
die über kleine öffnungen mit n0
der Außenluft in Verbindung steht. Es ist vorteilhaft, mindestens zwei aufeinanderfolgende Druckminderungskammern
vorzusehen, deren öffnungen versetzt angeordnet sind.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere den Bau n5
von Schaltern, bei denen das Ausblasen des Lichtbogens einzig und allein durch magnetische Mittel
bewirkt wird, unabhängig davon, wie die Bedingungen für das Abschalten des Stromes beschaffen
sind Solange der Schalter schwache Ströme abschalten
soll, ist die magnetische Blaswirkung verhältnismäßig wenig wirksam, und man ist daher
meist gezwungen·, sie durch pneumatisches Blasen zu ergänzen. Um das pneumatische Blasen überflüssig
zu machen, hat man bereits vorgeschlagen, Löschkammern in Form sehr flacher Röhren zn
verwenden, in denen sich der Lichtbogen verbreitert und an, den Wänden dör Kammer abkühlt, wodurch
seine Löschung begünstigt wird. Solche Schalter sind jedoch nicht immer ausreichend, um große
Stromstärken abzuschalten.
Die Erfindung stellt einen außerordentlich günstigen
Mittelweg für die Abmessungen der Löschkammer dar und ermöglicht es, allein durch magnetisches
Blasen sowohl Lichtbogen kleiner Stärke ίο als auch Lichtbogen von Kurzschlüssen zu löschen.
In den Zeichnungen sind Aus führuagsfarmen
des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt. Es zeigt
Fig. ι eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Trennschalters, bei dem eine der die Löschkammer bildenden Seitenwände weggelassen
ist,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der
Fig. i,
Fig. 3 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab
nach der Linie IH-III der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der
Fig· 3,
Fig. 5 den Löschvorgang des Lichtbogens in
a5 schematischer Darstellung in einer Löschkammer
nach Fig. 3,
Fig. 6 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 3 durch eine andere Ausführungsform der. Lichtbogenlöschkammer,
die das Abschalten größerer Stromstärken "gestattet,
Fig. 7 die Ansicht einer Rippe der in Fig. 6 wiedergegebenen Kammer,
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7 und
Fig. 9 den Löschvorgang in schematischer Darstellung in einer Löschkammer nach Fig. 6.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Trennschalter
weist eine schraubenartige Wicklung 1 als magnetische Blasspule auf, von der das eine Ende ia
mit der Stromzuleitung 2 verbunden ist. Das andere Ende ib dieser Wicklung steht mit dem Ende eines
Bogenstückes 3 in Verbindung, das das eine Kon^
taktstück des Schalters darstellt. Der bei ia ankommende
Strom durchfließt, bevor er zum Bogenstück 3 gelangt, die Wicklung 1. Das Bogenstück
arbeitet mit einem U-förmigen Kontaktstück 4 zusammen, das auf einem schwenkbaren, schematisch
durch eine Linie 5 angedeuteten Arm befestigt ist. Das Kontaktstück 4 ist über eine biegsame elekirische
Leitung 6 mittels Bolzen 7 mit einem metallischen Teil 8 verbunden, der gewöhnlich mit
»Horn« bezeichnet wird und hinter dem: das Kontaktstück
4 beim öffnen des Schalters verschwindet. Die Stromrückleitung ist bei 9 dargestellt. Die
beschriebene Anordnung ist von zwei Seitenwänden ioa und ioft aus isolierendem hitzebeständigem
Material umgeben (s. Fig. 2). Der äußere Rand dieser Seitenwände hat die Form eines Kreises,
dessen Mittelpunkt etwa im Punkt ο liegt, der den mittleren Berührungspunkt zwischen dem Kontaktstück
4 und dem Bogenstück 3 darstellt.
Während in erster Näherung die gegenüberliegenden Teile na und H6 dieser Seitenwände als
zwei planparallele Kreissektoren betrachtet werden können, sind die inneren Abschnitte i2tt und 12;,
dieser Seitenwände ein, wenig ausgehöhlt, so daß ein im wesentlichen linsenförmiger Hohlraum: gebildet
ist. Genauer gesagt, stellt in jeder radialen, durch den Mittelpunkt ο gehenden Ebene der Querschnitt
dieser Seitenwände ein sich verjüngendes Rohr dar, an das sich ein radialer Kanal konstanten
Querschnitts anschließt. An den Außenflächen der Seitenwände ioa und io6 sind mit Hilfe isolierender
Platten i3a bzw. 13^ Platten aus ferromagnetischem
Metall angebracht, die zusammen mit dem inneren lamellierten Kern 14 der Blasspulenwicklung
ι das magnetische Feld in der Entstehungszone des Lichtbogens zusammendrängen. Die
Platten 15, 16 und 17 bilden zusammen die Polschuhe
dieses magnetischen Kreises, wobei sich die Platten 15 zum Schließen des Kreises an die Enden
des Kernes 14 anlegen und die Platten 16 das
magnetische Feld in den Bereich der mittleren Verengung der Seitenwände leiten. Dieser Teil des
Schalters ist an sich bekannt und arbeitet folgendermaßen: Bei der Trennung der Kontaktstücke 3
und 4 entsteht zwischen diesen Kontaktstücken ein Lichtbogen, der unter der Einwirkung des durch
die Wicklung 1 erzeugten magnetischen Feldes gekrümmt und verlängert wird und in Richtung auf
den Rand der Seitenwände zu wandert. Sobald1 das Kontaktstück 4 hinter dem Horn 8 verschwunden
ist, springt das Ende des Lichtbogens von diesem Kontaktstück 4 auf das Horn, nimmt unter dem
Einfluß des durch die Platten 16 geführten magnetischen Feldes weiter in seiner Länge zu und
krümmt sich weiter in Richtung auf den Umfang der Seitenwände hin. Die Enden dieses Lichtbogens
wandern also einerseits auf dem Bogenstück 3 und andererseits auf dem äußeren Umfang des Hornes 8
entlang. Ferner bewirkt diese Form dank ihres Schlitzes 80 ein gleichförmiges magnetisches Feld,
das dazu beiträgt, den Lichtbogen nach dem; Rand zu blasen. Der Lichtbogen befindet sich dann
zwischen den beiden Kreissektoren iia und) H6.
Erfindungsgemäß sind zwischen diesen Kreissektoren, Rippen aus je einem Metallstreifen 18 angeordnet,
dessen nach dem Kammerinnern zu gerichtetes Ende 'umgebogen und an dem ein nichtleitender
Streifen 19 befestigt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel· bilden sämtliche
Rippen Tangenten an einen Kreis mit dem Mittelpunkt ο und sind derart angeordnet, daß die Metallstreifen
r8 ein wenig gegen das Innere der Kammer zu gedreht sind. Wie aus Fig. 3 zu erkenne» ist, U5
werden diese Rippen durch Einschieben in gegenüberliegende,
in den Kreissektoren ne und H6 vorgesehene
Nuten 20 befestigt. Ferner ist das äußere Ende iga der nichtleitenden Streifen verbreitert
und liegt in einer ebenfalls verbreiterten Aussparung
21 am Umfang der Seitenwände ioa und
1O6. Die metallischen Streifen 18 ihrerseits endigen,
vorzugsweise bei i80 am inneren Rand dieser
verbreiterten Aussparung.
Die Wirkungsweise dieser Rippen geht aus. 12S
Fig. 5 hervor. Sobald der Lichtbogen A nahezu
den inneren' Rand der Rippen erreicht hat und1 sowohl
unter der magnetischen Blaswirkung als auch durch den Gasdruck, der durch die Hitze des Lichtbogens
zwischen den Seitenwänden entsteht, weitergeblasen wird, rückt er in die L·^g&Λ' vor. Mit
anderen Worten, er stützt sich auf. die leitenden Enden der Rippen ab, die durch die umgebogenen
Teile der leitenden Streifen i8 gebildet werden. In diesem Augenblick wird der Lichtbogen- in eine
ίο Anzahl kleiner Lichtbogen O1, a2, αΆ aufgeteilt, von
denen jeder den Zwischenraum zwischen zwei Rippen einnimmt. Das eine Ende dieser kleinen
Lichtbogen haftet auf der Seite der nichtleitenden Streifen 19 'und kann nicht entlang diesen fortschreiten;
das andere Ende dieser Lichtbogen dagegen wandert an den Streifen 18 entlang, wodurch
sich die Lichtbogen allmählich verlängern und nacheinander die Lagen a±', a" . ■ ■ usw. einnehmen.
Schließlich kühlen sie sich in jeder durch den Raum zwischen zwei benachbarten, Rippen und den gegenüberliegenden
Seitenwänden gebildeten Röhre ab und erlöschen. Ferner entspannen sich die heißen,
die Röhren durchströmenden Gase in der verbreiterten Aussparung 21 etwas, und ihr Entweichen in
a5 die Außenluft wird gedrosselt.
Bei der durch Fig. 6 bis 8 wiedergegebenen Ausführungsform
werden die Rippen wie zuvor durch einen nichtleitenden Streifen 19 gebildet, an dem
ein leitender Streifen 18 befestigt ist, dessen dem Kammerinnern zugekehrtes Ende 18^ in sich selbst
zurücklaufend gebogen ist und als Abstützung für das Ende des Streifens 19 dient. Das Ende i8c ist
vorzugsweise trapezförmig ausgebildet. Im Streifen 19 sind öffnungen 22 vorgesehen, durch welche die
am Streifen 19 anliegende Fläche des Streifens 18
zugänglich ist. Am Streifen 18 können Niete 23 angebracht sein, deren Köpfe 23a Vorsprünge
bilden, die in diesen öffnungen sichtbar sind.
Wie oben beschrieben, wird der in der Löschkammer entstehende Lichtbogen magnetisch oder
pneumatisch nach dem Umfang dieser Kammer geblasen und stützt sich:, indem er sich unterteilt, auf
die leitenden Endeafi8c der Rippen ab. Es ergeben
sich sodann die Teillichtbogen av a2, O3 usw. Da
der Blasvorgang andauert, wandert das linke Ende beispielsweise des Teillichtbogens ax auf der Außenseite
eines der Streifen 18 entlang, während das
rechte Ende desselben: Teillichtbogens an dem Teil i8c entlang vorrücken kann und wegen der Trapezform
des Endes i8c in der Mitte des Raumes
zwischen den Seitenwänden geführt wird. Der Teillichtbogen Os1 verschiebt sich somit zunächst
nach Ct1'. Infolge der Ionisation des. Gases zwischen
den Rippen springt dann das rechte Ende des Teillichtbogens α/ auf den nächsten Nietkopf 23a; mit
anderen Worten, der Teillichtbogeni nimmt während eines sehr kurzen Zeitraumes die Form at" ein, da
sein linkes Ende weiterhin an der leiitenden Fläche 18 entlang vorwärts schreitet. Unmittelbar darauf
ist dieser Teillichtbogen nach a>"' gelangt, dann
springt sein rechtes Ende von iiieuem auf den
folgenden Nietkopf 23a, und in dieser Weise rückt
der Lichtbogen allmählich vor, bis er erlischt. Bei diesem Ausführungsbeispiel spielen die Niete 23
eine doppelte Rolle; sie erleichtern das Anhaften der Lichtbogen in den Öffnungen 22 und vergrößern
in diesen öffnungen die Metallmasse, die zur Verdampfung durch den Lichtbogen verfügbar ist. Die
Räume zwischen den Rippen münden in. die verbreiterte Aussparung 24 zwischen den Seitenwänden
ioa und io&. Diese Aussparung ist durch ein
Band 25 aus Isolierstoff abgedeckt, das mit seinen Rändern in die auf den Außenflächen der Seitenwände
befestigten Platten I3a und I36 eingelassen ist.
Im Band 25 sind' in der Nähe seiner Ränder zwei
Reihen von Löchern 2S0 vorgesehen. Abstandsgieich
zum Band 25 ist ein zweites Band 26 angeordnet, das ebenfalls mit zwei Reihen von Löchern 26a versehen
ist, die in diesem Falle nach der Bandmitte zu angeordnet sind. Das Band 26 ist wie das Band
25 in die Platten I3a und I36 eingelassen. Die aus
den Räumen zwischen den Rippen entweichenden heißen Gase entspannen sich somit in der Kammer
24 und können diese nur auf dem durch die Pfeile angedeuteten Wege verlassen, d. h., sie werden
durch das Band 25 gedrosselt. Sie entspannen sich erneut in der Kammer 27 zwischen den beiden Bändern
und gelangen schließlich durch· die Löcher 26a nach außen. Auf Grund dieser stufenweisen Druckminderung
und der Richtungsumlenkung werden die Gase beträchtlich abgekühlt, bis sie nach außen
gelangen.
Selbstverständlich können die beschriebenen Ausführungsbeispiele abgewandelt werden, insbesondere
durch Verwendung technisch äquivalenter Mittel, ohne daß dadurch der Rahmen der
Erfindung verlassen wird. Es versteht ,sich insbesondere von selbst, daß der Ausdruck Schalter
in seinem weitesten Sinne für die Bezeichnung jeglicher Vorrichtung zum Abschalten eines elektrischen
Stromes (eigentliche Schalter, Trennschalter usw.) aufzufassen ist.
Claims (7)
- P A T E N T A N S P R Ü C W R ·i. Elektrischer Trennschalter mit einer die zu trennenden Kontakte einschließenden, von zwei einander gegenüberstehenden isolierenden Seitenwänden begrenzten Lichtbogenlöschkammer, die mit radialen Rippen versehen ist, die aus zwei aufeinandergelegten Streifen gebildet sind, von denen der eine aus elektrisch leitendem Werkstoff und der andere aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kammermitte zugekehrte Ende jeder Rippe aus elektrisch leitendem, mit dem metallenen Streifen (18) zusammenhängenden Material gebildet ist und daß die Rippen (18, 19) derart angeordnet sind, daß jeweils eine metallene Seitenfläche (Streifen 18) der einen Rippe einer elektrisch nichtleitenden, aus Isolierstoff bestehenden Seitenfläche (Streifen 19) der benachbarten Rippe gegenübersteht.
- 2. Elektrischer Trennschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen durch zwei aufeinandergelegte Streifen (i8 und 19) gebildet sind, wobei der Metallstreifen (18) an seinem dem Innern der Kammer zugekehrten Ende umgebogen ist, so daß der umgebogene Teil als Abstützung für den nichtleitenden Streifen (19) dient.
- 3. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der nichtleitenden Fläche(19) der Rippen mindestens eine öffnung (22) vorgesehen ist, durch welche der leitende Teil (18} der Rippe zugänglich ist.
- 4. Trennschalter nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß in der öffnung (22) einmetallischer Vorsprung (23J angeordnet ist, der mit der leitenden Fläche (18) der Rippen elektrisch leitend verbunden ist.
- 5. Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch ao gekennzeichnet, daß der umgebogene Teil (i8c) des leitenden Streifens (18) trapezförmig ausgebildet ist.
- 6. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen etwas schräg zur radialen Richtung stehen, derart, daß ihre leitende Seite dem Innern der Löschkammer zugekehrt ist.
- 7. Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitenden Streifen (19) der Rippen nach außen über die mit ihnen verbundenen leitenden Streifen (18) überstehen und daß die überstehenden Teile (i90) verbreitert sind.In Betracht gezogene Druckschriften:Deutsche Patentschrift Nr. 444508;
britische Patentschrift Nr. 560257;
französische Patentschrift Nr. 961 277.Hierzu 1 Blatt ZeichnungenG «9 «»325 10.56 <W5«/15 5.51)
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