DE3544864A1 - Elektrischer unterbrecher mit schutzwand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterbrechervorrichtung mit Schutzwand, die einerseits zwei Kontaktteile besitzt, die zueinander zwischen einem geschlossenen Zustand, in dem die Kontaktblättchen sich berühren, und einem offenen Zustand, in dem die Blättchen getrennt sind, beweglich sind, und andererseits eine isolierende Schutzwand, die schnell zwischen die Kontaktblättchen tritt, indem sie ausgehend von einer Ausgangsstellung auf eine Arbeitsstellung zu eine Bewegung durchführt, während welcher der bei der Öffnung auftretende Lichtbogen durch eine aktive Kante der Schutzwand bewegt wird und bei deren Ende der Lichtbogen vollständig aufgelöst ist.

Es sind bereits elektrische Unterbrecher bekannt, bei denen Vorrichtungen zum Ableiten des Lichtbogens vorgesehen sind, die die Form von Hörnern haben, die in Nähe der Kontaktblättchen auf den freien Enden der Kontaktteile angeordnet sind, und die bezüglich der Hauptrichtung dieser Teile eine Richtungsänderung aufweisen, so daß die natürliche Entwicklung des Lichtbogens unter der Wirkung der elektrodynamischen Abstoßungskräfte die Füße dieser Lichtbögen auf diese Hörner bringt und dadurch ihr Stehenbleiben auf diesen Blättchen verhindert.

Die Richtungen, Krümmungen, Formen oder Stellungen dieser Hörner beruhen im wesentlichen auf der Annahme, daß der in dem Lichtbogen fließende Strom so hoch ist, daß diese Entwicklung möglich ist. Dieselben Maßnahmen können ergriffen werden, wenn eine Entwicklung oder eine Ausdehnung des Lichtbogens durch das Vorhandensein eines örtlichen Magnetfeldes unterstützt wird, das induziert oder permanent sein kann und das entsprechend ausgerichtet ist, um die Schnelligkeit der Bewegung zu begünstigen.

Bei diesen bekannten Anordnungen ergibt sich die gewünschte Erhöhung der Lichtbogenspannung aus der Ausdehnung dieses Lichtbogens, während dadurch, daß sich die Füße dieser Lichtbogen auf den Hörnern niederlassen, ein Verbrauchen des Edelmetalls der Kontaktblättchen vermieden wird. Bei diesen bekannten Anordnungen divergieren die Richtungen dieser Hörner im allgemeinen.

Wenn man, um eine Begrenzung des Lichtbogenstroms zu erreichen, dazu geführt wird, dessen Länge nicht in starkem Maße zu erhöhen (beispielsweise weil man dem beweglichen Kontakt keine Bewegungen großer Amplitude verleihen kann), oder weil der Lichtbogenstrom, den man begrenzen möchte, nicht die Schwellen erreicht, ab denen das Vorhandensein der elektrodynamischen Abstoßungskräfte leicht ausgenutzt werden kann, oder wenn die Ausgestaltung bzw. der Aufbau der Unterbrechungskammer oder der benachbarten Leiter eine freie Ausdehnung des Lichtbogens bzw. seine Zerteilung auf Rippen verhindert, muß man künstliche Mittel für die Auflösung des Lichtbogens benutzen. Eine isolierende Schutzwand, die schnell zwischen zwei Kontakte geschoben wird, die sich soeben geöffnet haben, stellt eines von ihnen dar und besitzt zahlreiche Vorteile, sofern Änderungen anderer Merkmale des Lichtbogens als seine Länge vorgenommen werden, die außerdem eine Erhöhung seiner Spannung bewirken.

Da festgestellt wurde, daß wichtige Faktoren für die Auflösung des Lichtbogens eine hohe Geschwindigkeit der aktiven Kante der Schutzwand und eine Abklemmung dieses Lichtbogens an einer isolierenden Wand erfordern, muß in diesem Fall die Tatsache berücksichtigt werden, daß die Kontaktblättchen nicht die Zeit haben, sich um eine beträchtliche Strecke voneinander zu entfernen, wenn die Schutzwand sich zwischen ihnen bewegt, und daß der Lichtbogen in Nähe der Kontakte

durch Gehäusewände eingegrenzt ist.

Falls keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden, ergibt sich daraus die Gefahr, daß der Lichtbogen, der nun bestrebt ist, einen Weg mit kleinstinöglicher Länge zu durchlaufen, übermäßig auf diesen Kontaktblättchen stehenbleibt und dadurch deren Beschädigung verursacht, was für die Qualität einer späteren Umschaltung oder Schließung nachträglich ist.

Ziel der Erfindung ist es, an einem Unterbrecher mit Schutzwand der oben erwähnten Ausbildung Verbesserungen vorzunehmen, durch die der Verschleiß der Kontaktblättchen beträchtlich verringert wird und die sich daraus ergebenden Nachteile praktisch ausgeschaltet werden, und zwar insbesondere dann, wenn das Kaliber des Unterbrechers, die Höhe der zu unterbrechenden Fehlerströme und die Größe der Vorrichtung, in der er benutzt wird, den Einsatz anderer Einrichtungen schwierig machen.

Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß jedes Tragteil über das entsprechende Kontaktblättchen hinaus eine Verlängerung bzw. ein leitendes Ableitelement besitzt, wobei diese Verlängerungen so ausgerichtet oder geformt sind, daß für jedes Paar von Stellungen der Kontakte und der Kante der Schutzwand auf ihrem Durchgang zwischen den Kontaktblättchen zwischen zwei Punkten dieser Verlängerungen ein möglicher Lichtbogenweg besteht, der über einen Punkt dieser Kante läuft und der kürzer ist als der Weg, der zu eben diesem Zeitpunkt über die Kontaktblättchen und diesen Punkt der Kante läuft.

Aus weiteren Maßnahmen geht klar hervor, daß, wenn auch die Verwendung von Hörnern zum Begünstigen der Ausdehnung der Lichtbogen und der Bewegung ihrer Füße an sich bekannt ist, die besonderen Umstände, unter denen sie gemäß der

354Λ864

Erfindung eingesetzt werden, und die ihnen verliehenen Ausgestaltungen grundlegend im Gegensatz zu dem stehen, was gewöhnlich bei herkömmlichen Unterbrechern als zweckmäßig angesehen wird.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind zwar besonders zweckmäßig, wenn sie auf eine Unterbrechervorrichtung angewandt werden, deren Kaliber nicht sehr hoch ist, aber dieselben Maßnahmen sind auch im Rahmen von Vorrichtungen mit größeren Kalibern geeignet, bei denen eine Erhöhung der in Bewegung befindlichen Masse infolge des Vorhandenseins der Verlängerungen keine Gefahr darstellt, wenn man die geringen Hubbewegungen berücksichtigt, die einerseits von der Schutzwand und andererseits von dem beweglichen Kontakt des Unterbrechers ausgeführt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Ebene, in der die beiden Kontaktteile eines Unterbrechers im geschlossenen Zustand liegen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Beispiels der Bewegung des Lichtbogens in einem erfindungsgemäßen Unterbrecher.

Ein erfindungsgemäßer Unterbrecher 1 (Fig. 1) besitzt hauptsächlich ein erstes Kontaktteil 2, das im vorliegenden Fall feststehend ist und somit ein feststehendes Kontaktblättchen 4 trägt, ein bewegliches Kontaktteil 3, das im vorliegenden Fall von einem'um eine Achse 9 schwenkbaren und einem beweglichen Kontakt 7 tragenden Hebel 5 gebildet wird, elastische

Einrichtungen 6, die den erforderlichen Kontaktdruck liefern, einen biegsamen Stromzuführungsleiter 11, eine mechanische Einrichtung 10, die die Durchführung der öffnunq der Kontakte gestattet, eine dünne isolierende Schutzwand 17, die in einem isolierenden Gehäuse 12, beispielsweise längs Nuten 13 dieses Gehäuses geführt ist, um eine wirksame Isolierung zwischen diesen beiden entgegenaesetzten Flächen herzustellen, und einen Querschnitt bzw. eine Quernut 14, die an einer Wand 15 des Gehäuses vorgesehen ist, mit einem Entspannungskanal 19 verbunden ist und sich in Nähe des Unterbrechers befindet, um die Kante 16 der Schutzwand aufnehmen zu können, wenn diese sich nach links zwischen einem Ausgangs- oder Ruhepunkt 10 und einem Endpunkt oder Arbeitspunkt 8 bewegt.

Die Schutzwand 17 kann beispielsweise zum Zeitpunkt des Auftretens eines überStroms J durch den Mechanismus 10 vorgetrieben werden, wenn dieser durch die Wirkung einer Spule 26 freigegeben wird, die in dem Stromkreis 18 in Reihe geschaltet ist, der ferner einen Leiter 27 zwischen den Anschlüssen 24 und 25 besitzt. Bei einer ersten Abwandlung kann die Schutzwand durch eine zuvor gespannte elastische Einrichtung 29 vorgetrieben werden, die ihrerseits durch einen Anker, einem Kern oder einem Schlagbolzen 30 , der mit der Spule 26 verbunden ist, oder durch den Mechanismus 10 freigegeben v/erden.

Nicht dargestellte Rückstelleinrichtungen können den beweglichen Kontakt und die Schutzwand nach einer automatischen öffnung wieder in die in Fig. 1 gezeigten Ruhestellungen zurückbringen.

Bei einer bevorzugten Arbeitsweise dieses Unterbrechers gelangt die Kante der Schutzwand mit einer hohen Geschwindigkeit zwischen die beiden Kontaktblättchen, wenn diese momentan

um einen Betrag voneinander getrennt sind, der etwas größer als ihre Dicke e ist. Sie bewirkt anschließend eine Auflösung des Lichtbogens zu dem Zeitpunkt, an dem sie an der Wand in Anschlag kommt oder wenn die vordere Kante der Schutzwand in den Schlitz 14 eintritt, wenn dieser vorgesehen ist.

Bei einem Unterbrecher, der die erwähnten Elemente nicht aufweisen würde, würde die Bewegung der Schutzwand bei einem gegebenen Lichtbogenstrom eine Verformung des Lichtbogens verursachen, während der die Füße .. der Lichtbogen auf den Kontaktblättchen stehenbleiben würden, während sein Strang allmählich von der Kante der Schutzwand bis zu dem Schlitz vorgeschoben werden würde.

Um dieses Stehenbleiben der Lichtbogenfüße auf den Kontaktblättchen zu vermeiden, wurden die Kontaktteile mit leitenden Verlängerungen bzw. Ableitelementen 20, 21 versehen, die sich in Richtung der Bewegung Q der Schutzwand erstrecken und deren einander gegenüberstehende Flächen 22, 23 im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen der Hörner im wesentlichen nicht divergieren, und zwar zumindest in den Bereichen, die diesen Kontaktblättchen unmittelbar benachbart sind.

Die Länge und die Krümmung dieser Flächen sind so gewählt (Fig. 2), daß für jedes Paar von Zuständen oder Stellungen der beweglichen Teile des Unterbrechers und der Schutzwand zwischen zwei Punkten A und B diese Flächen und einem Punkt C der Kante der Schutzwand ein Weg von einer möglichen Minimumlänge T₁ besteht, so daß der Lichtbogen,eher bestrebt sein wird, diesen Weg zu wählen, als auf einem hypothetischen, längeren Weg T2 niederzulassen, der durch die Punkte DCE läuft, wobei D und E sich auf den Kontaktblättchen befinden.

Dieser hypothetische Weg T2' ^er zwischen den Punkten D und E eine Lichtbogenspannung V2 herstellen würde, die größer als die Spannung V^ ist, die im anderen Fall auftreten würde,

kann nicht stattfinden, da er einen zusätzlichen Energieaufwand erfordert. Dies wird durch Versuche erhärtet, deren Ergebnisse durch Heranziehung der Gleichung vorhergesagt v/erden können, die die Lichtbogenspannung mit ihren geometrischen Abmessungen verbindet: V.= Jtt·, wobei L die Länge des Lichtbogens, S sein Querschnitt, ό seine Konduktivität und J die Stärke des durch ihn fließenden Stroms ist.

Bei einer interessanten Anwendung der Erfindung, bei der das Gehäuse 12 einen automatischen Modulunterbrecher enthält, dessen Nennkaliber relativ niedrig ist, hat die Unterbrechungskammer 28 und damit der Ausschlag des beweglichen Kontakts eine geringe Größe.

Die praktischen Anordnungen, mit denen das gewünschte Ergebnis, nämlich das Vorhandensein eines möglichen Wegs von einer Minimumlänge T- gemäß vorstehender Definition, ergeben sich insbesondere aus einer genauen Untersuchung oder einer experimentiellen Ermittlung der Relativbewegungen des beweglichen Kontakts und der Schutzwand, ohne daß dabei die Auswirkung der elektrodynamischen Abstoßungskräfte und damit des Lichtbogenstroms vernachlässigt werden darf.

Von diesen praktischen Anordnungen kann die Tatsache erwähnt werden, daß die Flächen, auf denen sich die Lichtbogenfüße bewegen, vorzugsweise bis in die Nähe des Schlitzes des Gehäuses erstrecken, in die das Ende der Schutzwand eintritt, und daß die Winkelbewegung, die der bewegliche Kontakt ausführt, wenn er von einem verschwenkbaren Hebel getragen wird, nicht zu groß sein darf, damit nicht bei einer gewissen Relativstellung von Schutzwand und Hebel ein Weg entsteht, der kürzer ist als der Weg, der bei einer unmittelbar vorausgehenden Relativstellung~steht.

In Fig. 2, in der davon ausgegangen wird, daß der um die Achse O verschwenkbare Hebel L den beweglichen Kontakt M und eine fluchtende Verlängerung P trägt, und in der der Träger G des feststehenden Kontakts F seinerseits durch ein radiales Ableitelement D verlängert wird, wird gezeigt, wie ein Lichtbogen ABC kurzer Länge,(wobei angenommen wird, daß seine Füße zu den Flächen, an denen sie haften,senkrecht sind) hergestellt und zwangsweise bewegt v/erden kann, ohne daß seine Füße die Kontaktblättchen in Anspruch nehmen, wenn eine Kante E der Schutzwand S nach öffnung der Kontakte zwischen diese tritt. Man ist davon ausgegangen, daß die Paare von Zuständen oder Stellungen der Schutzwand und des beweglichen Kontakts auf konstanten Geschwindigkeiten beruhen, durch die sie gleichzeitig die Punkte 1, 2, 3...7 passieren. Aus diesem vereinfachten Beispiel einer möglichen Arbeitsweise geht deutlich hervor, daß der durch BCA laufende Lichtbogen zwangsläufig kürzer als der durch MCF laufende Lichtbogen ist und daß die Punkte M und F somit nicht vom Lichtbogen betroffen werden.

Wenn sich dagegen der bewegliche Kontakt^infolge seiner Öffnungsgeschwindigkeit und seiner Ausschlagsamplitude zu dem Zeitpunkt, an dem das Ende der Schutzwand noch nicht in den Schlitz R eingeführt ist, am Punkt H befände, würde der kürzeste Lichtbogenweg T, über den beweglichen Kontakt laufen. Dieses Beispiel zeigt, daß mit einer im wesentlichen radialen und zu der Richtung des Hebels parallelen Verlängerung,kombiniert mit einer begrenzten öffnung der Kontakte, das gewünschte Ziel erreicht werden kann. Wie Fig. 2 zeigt, würde eine Verlängerung P , die mit der Richtung des Hebels L einen zu großen Winkel o^, bildet, der in Richtung der öffnung gerichtet ist, ebenfalls einen Lichtbogenfuß während der öffnung auf dem beweglichen Kontakt M halten. Dieselben Erscheinungen treten natürlich auch dann auf, wenn beide Kontakte beweglich sind, wobei sie sich beispielsweise bezüglich der Ebene der

Schutzwand symmetrisch bewegen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2, bei der der Drehpunkt 0 des Hebels L der Bewegungsebene der Schutzwand benachbart ist, liefert eine Verlängerung P, die im wesentlichen durch diesen Punkt läuft, befriedigende Ergebnisse, wenn der Hub des beweglichen Kontaktes am Punkt t~ endet.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, bei der der Drehpunkt 9 des Hebels 3 oberhalb der Bewegungsebene der Schutzwand 17 gelegen ist, bildet die Verlängerung 21, die zum Zeitpunkt der öffnung im wesentlichen parallel zu dem dem feststehenden Kontaktblättchen 4 benachbarten Bereich 22 verläuft, einen Winkel ß> mit der allgemeinen Richtung des Hebels, die durch die Punkte 9 und 7 verläuft, während das Ableitelement 20 seinerseits eine Fläche 22a besitzt, die einen Winkel β mit der Hauptrichtung des leitenden Trägers 2 bildet, der seinerseits zu der Schutzwand parallel ist. Die Winkelbewegung des Hebels ist in diesem Fall ebenfalls relativ gering, was die Verwendung eines Mechanismus 10 mit geringem Volumen gestattet.

Diese Anordnungen beeinträchtigen nicht das Auftreten der oben erwähnten Erscheinungen, wenn sich die Schutzwand mit einer Geschwindigkeit bewegt, die an die Geschwindigkeit des beweglichen Kontakts angepaßt ist.

Das Vorhandensein der geneigten Fläche 22a begünstigt außerdem die Abfuhr der Gase, die zum Zeitpunkt der Unterbrechung auftreten, zu einem Abfuhrkanal 19a.

Versuchehaben ergeben, daß die in Fig. 2 gezeigten Gesamtanordnungen eine automatische Unterbrechung auf einem Kurzschluß mit hervorragender Qualität gewährleisten, obwohl die

■··■ ~*° - 35Λ4864

Form der von den Leitern 27, 11, 5 und 2 gebildeten Schleife aus Konstruktionsgründen nur unvollkommen ausgebildet ist.

Claims (8)

3544^64 LA TELEMECANIQUE ELECTRIQUE 33 bis, Avenue du Marechal Joffre 92OOONanterre München, den 18.12.1985 P/Ru-T 2385 Elektrischer Unterbrecher mit Schutzwand Patentansprüche:

1. Unterbrechervorrichtung mit Schutzwand, die einerseits zwei Kontaktteile, die zwischen einem geschlossenen Zustand, in dem die Kontaktblättchen sich berühren, und einem offenen Zustand, in dem die Kontaktblättchen getrennt sind, zueinander beweglich sind, und andererseits eine isolierende Schutzwand besitzt, die schnell zwischen die Kontaktblättchen tritt, indem sie aus einer Ausgangsstellung auf eine Arbeitsstellung zu eine Bewegung ausführt, während der der bei der öffnung auftretende Lichtbogen längs leitenden Verlängerungen oder Ableitelementen, die jenseits der Kontaktblättchen angeordnet sind, durch eine aktive Kante der Schutzwand bewegt wird und an deren Ende der Lichtbogen an isolierenden Wänden vollständig aufgelöst wird, dadurch gekennzeichnet,

daß der Durchgang der Schutzwand (17) bzw. (S) zwischen den Kontaktblättchen (4, 7), die bereits um eine Strecke getrennt sind, die größer als die Dicke (e) der Schutzwand ist, und bis zu den isolierenden Wänden (12) mit einer so großen Geschwindigkeit stattfindet, daß die Bewegung des Lichtbogens (T₁) dank der Ausrichtung mindestens eines der Ableitelemente und Verlängerungen (21, P) und dank deren Länge ohne große Ausdehnung dieses Lichtbogens ausgeführt wird und bis in Nähe der Wände (12) geführt wird.

2. Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wand einen Schlitz aufweist, in den die Schutzwand am Ende der Bewegung eintritt.

3. Unterbrechervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verlängerungen und Ableitelemente im wesentlichen parallel sind, wenn der Unterbrecher geschlossen ist.

4. Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verlängerung (P) sich in der Hauptrichtung eines beweglichen Kontakthebels (L) erstreckt, dessen Drehpunkt (0) in der Nähe der Bewegungsebene der Schutzwand (S) liegt.

5. Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verlängerung (21) des beweglichen Kontaktteils (3) in geschlossener Stellung des Unterbrechers einen Winkel /i mit der Richtung bildet, die durch das bewegliche Kontaktblättchen und eine Drehachse (9) dieses Teils läuft, die wesentlich oberhalb der Bewegungsebene der Schutzwand liegt.

6. Unterbrechervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Ableitelement (20), das in der Verlängerung des Trägers (2) des feststehenden Kontaktblättchens (4) angeordnet ist, in Nähe dieses Kontaktblättchens einen zu der Schutzwand (17) parallelen Bereich (22) und einen entfernteren Bereich (22a) besitzt, der geneigt ist

7. Unterbrechervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Projektion (A) der Kante (E) der Schutzwand (S) zu jedem Zeitpunkt nach dem Durchgang dieser Kante zwischen den Blättchen (M, F) auf diesen leitenden Bereichen (P, D) liegt.

8. Unterbrechervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterbrecher zwei bewegliche Kontaktteile besitzt, die zu beiden Seiten der Ebene der Schutzwand angeordnet sind.