Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsschalter mit
Ein solcher Leistungsschalter ist durch die FR 1 194 613 A bekannt geworden. Für die Wirkungsweise dieses Leistungsschalters ist es wesentlich, daß eine Bewegung des Gasvolumens innerhalb des abgeschlossenen Gasraumes zustandekommt. Hierzu trägt der thermische Auftrieb des Schaltlichtbogens an der Schaltkontaktanordnung bei. Ein in dem gleichen Sinn wirkender Einfluß kann auf den Schaltlichtbogen durch eine geeignete Ausbildung der Stromzuführung der Schaltkontaktanordnung dadurch ausgeübt werden, daß eine elektrodynamische Schleifenkraft entsteht. Den beiden genannten Einflüssen überlagert sich jedoch unmittelbar bei der Öffnung der Kontaktteile der Schaltkontaktanordnung ein starker Druckstoß, der mit der Zündung des Schaltlichtbogens verbunden ist. Die Wirkung dieses Druckstoßes kann in dem geschlossenen Gasraum dazu führen, daß die gewünschte Bewegung des Schaltlichtbogens behindert wird oder vorübergehend sogar umgekehrt wird. Dies hat eine Verminderung des Schaltvermögens und einen erhöhten Verschleiß der Schaltkontaktanordnung zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Leistungsschalter mit geschlossenem Gasraum eine zuverlässige Fortbewegung des Schaltlichtbogens an den Kontaktteilen zur erreichen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Leistungschalter der eingangs genannten Art durch folgende weitere Merkmale gelöst:
Die Verwendung einer Lichtbogenlöscheinrichtung mit Löschblechen ist bei Leistungsschaltern an sich bekannt (DE 1 021 054 B). Im Zusammenhang hiermit ist es gleichfalls bekannt, an dem bewegbaren Kontaktteil ein in der Richtung der Strömung der Schaltgase wirksames Ventil anzuordnen. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Schaltgase nur in der gewünschten Richtung bewegen können und ein Schaltlichtbogen von den Kontaktteilen rasch zu den Löschblechen bewegt wird.
Bei dem Leistungsschalter nach der Erfindung wird durch die Gasleitstücke in Verbindung mit der bogenförmigen Kontur des Strömungskanales eine überraschende Steigerung der Schaltleistung unter Beibehaltung des wesentlichen Vorteiles erreicht, daß nach außen keine Schaltgase abgegeben werden.
Es ist ferner nicht erforderlich, das Ventil mit dem bewegbaren Kontaktteil in Verbindung zu bringen. Im Rahmen der Erfindung kann das erwähnte Ventil vielmehr als durch die Schaltgase zu öffnende und unter dem Einfluß der Schwerkraft in ihrer Sperrstellung zurückkehrende Ventilklappe ausgebildet sein. Eine solche Anordnung erweist sich als robust und zuverlässig gegenüber den im Betrieb eines Leistungsschalters auftretenden Beanspruchungen.
Die Stärke einer Strömung von Schaltgasen in dem Strömungskanal hängt von der Höhe des jeweils zu unterbrechenden Stromes ab. Diese Erscheinung kann ausgenutzt werden, um insbesondere strombegrenzende Leistungsschalter rasch auszulösen. Hierzu kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in dem Strömungskanal ein bewegbares, beim Auftreten einer Gasströmung bestimmter Stärke die Antriebsvorrichtung im Sinne der Öffnung der Kontaktteile beaufschlagendes Auslöseorgan angeordnet sein. Beispielsweise kann das Auslöseorgan mit der Auslösewelle im Schaltschloß des Leistungsschalters verbunden sein.
Leistungsschalter der vorliegend betrachteten Art weisen im allgemeinen eine Konfiguration auf, die den thermischen Auftrieb eines Schaltlichtbogens berücksichtigt. Nach einer Ausgestaltung eines solchen Leistungsschalters, bei dem sich die Lichtbogenlöscheinrichtung oberhalb der Schaltkontaktanordnung befindet, kann ein sich an die Lichtbogenlöscheinrichtung anschließender Abschnitt des Strömungskanals in der Richtung der Schaltbewegung des bewegbaren Kontaktteiles der Lichtbogenlöscheinrichtung vorgelagert sein, wobei ein weiterer Abschnitt des Strömungskanals der Schaltkontaktanordnung vorgelagert und in den ersten Abschnitt des Strömungskanals bündig übergehend angeordnet ist. Hierdurch bleibt die Breite des Leistungsschalters gegenüber der üblichen Anordnung unverändert, während in der Tiefe ein geringer zusätzlicher Raum für den Strömungskanal benötigt wird. Der Strömungskanal kann dabei konstruktiv in den Aufbau des Leistungsschalters in der Weise einbezogen werden, daß ein gemeinsames, zur Aufnahme der Schaltkontaktanordnung, der Lichtbogenlöscheinrichtung und des Strömungskanals bemessenes Isolierstoffgehäuse vorgesehen ist, wobei die Lichtbogenlöscheinrichtung und der erste Abschnitt des Strömungskanals ein gesondertes gemeinsames, in das Isolierstoffgehäuse einsetzbares Löschkammergehäuse aufweisen.
Bezüglich der relativen Lage des Strömungskanals zu der Schaltkontaktanordnung und der Lichtbogenlöscheinrichtung besteht eine vorteilhafte Gestaltung darin, daß der Strömungskanal bezüglich der Ebene der Schaltbewegung des bewegbaren Kontaktteiles der Schaltkontaktanordnung neben der Lichtbogenlöscheinrichtung bzw. neben der Schaltkontaktanordnung angeordnet ist. Der Raumbedarf für den Strömungskanal wirkt sich bei dieser Anordnung nicht auf die Tiefe des Leistungsschalters aus. Dabei kann jeder Pol eines mehrpoligen Leistungsschalters einen Polträger mit einer etwa einem unsymmetrischen "H" entsprechenden Querschnittsform besitzen, wobei durch den Quersteg der "H"-Form in Verbindung mit den Polträger abschließenden Wandteilen jeweils ein größerer Raum zur Aufnahme der Schaltkontaktanordnung und ein kleinerer Raum zur Bildung wenigstens eines Teiles des Strömungskanals gebildet wird. Der Polträger kann jedoch mit einer geringeren Höhe bemessen sein, als dies der gemeinsamen Höhe von Schaltkontaktanordnung und Lichtbogenlöscheinrichtung entspricht. Beispielsweise können die Lichtbogenlöscheinrichtung und ein erster Abschnitt des Strömungskanals in einem gemeinsamen, auf den Polträger aufzusetzenden Löschkammergehäuse untergebracht sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel einen Niederspannungs-Leitungsschalter mit Isolierstoffgehäuse teilweise in einem seitlichen Schnitt.
In der Figur 2 ist die Poleinheit gemäß der Figur 1 teilweise geschnitten in Richtung eines Pfeiles II in der Figur 1 dargestellt.
Die Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung die Schaltpole eines dreipoligen Niederspannungs-Leitungsschalters.
In der Figur 4 sind die Poleinheiten gemäß der Figur 3 mit abgenommener Lichtbogenlöscheinrichtung in der Draufsicht gezeigt.
Die in der Figur 1 gezeigte und als Ganzes mit 1 bezeichnete Poleinheit eines Niederspannungs-Leitungsschalters weist ein gemeinsames Isolierstoffgehäuse 2 für eine als Ganzes mit 3 bezeichnete Schaltkontaktanordnung und eine gleichfalls als Ganzes mit 4 bezeichnete Lichtbogenlöscheinrichtung auf. Die im unteren Teil des Isolierstoffgehäuses 2 befindliche Schaltkontaktanordnung 3 weist ein als Kontakthebel ausgebildetes bewegbares Kontaktteil 5 auf, das um ein Drehlager 6 schwenkbar ist. Die Ausschaltstellung wird in bekannter Weise durch eine Schwenkung des Kontaktteiles 5 um das Drehlager 6 im Uhrzeigersinn herbeigeführt. Das bewegbare Kontaktteil 5 wirkt mit einem feststehenden Kontaktteil 7 zusammen, das unmittelbar an einer durch eine Wand des Isolierstoffgehäuses 2 nach außen hindurchgeführten Anschlußschiene 10 angebracht ist. In paralleler Anordnung zu der oberen Anschlußschiene 10 weist die Poleinheit 1 eine untere Anschlußschiene 11 auf, deren inneres Ende mittels eines biegsamen Strombandes 12 mit dem bewegbaren Kontaktteil 5 verbunden ist. Das bewegbare Kontaktteil 5 wird in nicht näher dargestellter Weise durch eine schematisch angedeutete Antriebsvorrichtung 8 zum Ein- und Ausschalten der Poleinheit 1 betätigt.
Die schon erwähnte Lichtbogenlöscheinrichtung 4 befindet sich in dem Isolierstoffgehäuse 2 oberhalb der Schaltkontaktanordnung 3. Sie weist ein eigenes Löschkammergehäuse 13 auf, das von oben in das Isolierstoffgehäuse 2 der Poleinheit 1 einfügbar und mit diesem zu verbinden ist. Die Lichtbogenlöscheinrichtung 4 weist in bekannter Weise parallel zueinander angeordnete Löschbleche 14 sowie zwei die Anordnung der Löschbleche 14 begrenzende Lichtbogenleitschienen 15 und 16 auf, von denen die Lichtbogenleitschiene 15 mit dem feststehenden Kontaktteil 7 verbunden ist. Eine Eintrittsöffnung der Lichtbogenlöscheinrichtung ist mit 17, eine Austrittsöffnung mit 18 bezeichnet.
Ein wesentlichen weiteres Merkmal der Poleinheit 1 ist ein Strömungskanal 19, dessen erster, oberer Abschnitt 20 in dem Loschkammergehause 13 enthalten ist, während ein zweiter, unterer Abschnitt 21 nur von Wandteilen des Isolierstoffgehäuses 2 begrenzt ist. Der Strömungskanal 19 ist somit der Schaltkontaktanordnung 3 und der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 vorgelagert, wenn man die Poleinheit 1 in der Richtung des Pfeiles II in der Figur 1 betrachtet, die mit der Betrachtungsrichtung eines vollständigen Leistungsschalters übereinstimmt. Um den Übertritt zwischen den Löschblechen 14 austretender Schaltgase in den Strömungskanal 19 zu erleichtern, ist das Löschkammergehäuse 13 im Bereich der Austrittsöffnung 18 mit Gasleitstücken 22 und einem abgerundeten Wandteil 23 versehen. Am unteren Ende des ersten Abschnittes 20 des Strömungskanals 19 befindet sich eine Vorrichtung 24 zur Entionisierung und Kühlung der Schaltgase. Es kann sich dabei um eine Anordnung von Lochblechen, Streckmetall, Drahtgewebe oder ähnlichen Mitteln handeln. Gleichfalls zur Erzielung eines geringes Strömungswiderstandes ist der untere Teil des zweiten Abschnittes 21 des Strömungskanals 19 bogen- oder wannenförmig gestaltet. Durch eine Rippe 25 in dem Isolierstoffgehäuse 2 wird dafür gesorgt, daß die Luft bzw. Schaltgase bis etwa zu dem Drehlager 6 des bewegbaren Kontaktteiles 5 geleitet werden und durch die relative Nähe des Endes der Gasleitrippe 25 und des Drehlagers 6 keine nennenswerte Undichtigkeit aufgrund der Schwenkbewegung des bewegbaren Kontaktteiles 5 entsteht. Der Strömungskanal 19 wird durch eine Düsenstrecke 26 ergänzt, die sich unterhalb des feststehenden Kontaktteiles 7 befindet und die im Ruhezustand der Poleinheit 1 mehr oder weniger vollständig durch ein klappenartig schwenkbar ausgebildetes Ventil 27 verschlossen ist. Das Ventil 27 nimmt die dargestellte Ruhelage unter dem Einfluß der Schwerkraft ein und ist um ein Schwenklager 30 bis maximal in die strichpunktierte Endstellung bewegbar, die ausreichend von einer aufrechten Totpunktstellung entfernt ist.
Wie bereits erwähnt, steht die Schaltkontaktanordnung 3 mit einer Antriebsvorrichtung 8 in Verbindung. Diese kann, wie in der Figur 1 angedeutet, vorzugsweise dem Isolierstoffgehäuse 2 an der rechten Seite in der Figur 1 vorgelagert sein und kann mittels einer Koppelstange mit dem bewegbaren Kontaktteil 5 verbunden sein. Eine solche Koppelstange 31 kann dabei durch einen Schacht 32 hindurchgreifen, wie dies in der Figur 2 schematisch angedeutet ist. Da die Koppelstange 31 nur ein schmales Bauteil darstellt, ist auch der Raumbedarf des Schachtes 32 gering, so daß der Strömungskanal 17 nur wenig eingeengt ist.
Unterhalb des Schachtes 32 kann der Strömungskanal 19 noch ein als Schwingklappe ausgebildetes Auslöseorgan 33 enthalten, das zur besonders schnellen Auslösung des Schaltschlosses eines strombegrenzenden Leistungsschalters geeignet ist. Dies ist in der Figur 1 durch eine strichpunktierte Verbindung 34 zwischen dem Auslöseorgan 33 und der Antriebssvorrichtung 8 angedeutet.
Die Wirkungsweise der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Poleinheit 1 wird im folgenden unter der Annahme erläutert, daß unter dem Einfluß eines Kurzschlusses ein sehr hoher Strom über die Anschlußschienen 10 und 11 sowie die Schaltkontaktanordnung 3 fließt. Wird das bewegbare Kontaktteil 5 ausgehend von der in der Figur 1 gezeigten Einschaltstellung in ihre Ausschaltstellung bewegt, so entsteht ein Schaltlichtbogen zwischen dem bewegbaren Kontaktteil 5 und dem feststehenden Kontaktteil 7. Mit diesem Vorgang ist eine explosionsartige Druckwelle verbunden, die sich allseitig ausbreitet und die insbesondere sowohl in der Richtung der Eintrittsöffnung 17 der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 als auch in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Elektromagnetische Schleifenkräfte bewirken jedoch einen Vortrieb des Schaltlichtbogens in Richtung auf die Lichtbogenlöscheinrichtung 4. Die Ausbreitung in dieser Richtung wird dadurch unterstützt, daß das Ventil 30 die Druckwelle reflektiert und dadurch eine zusätzliche Vortriebskraft auf den Schaltlichtbogen in Richtung der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 ausübt. Durch den wesentlich größeren Querschnitt der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 gegenüber dem Raum unterhalb der Kontaktteile 5 und 7 kann sich die Druckwelle in der Richtung der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 im wesentlichen ungehindert ausbreiten. Es kommt dort, insbesondere nach dem Übertritt des Schaltlichtbogens auf die Lichtbogenleitschienen 15 und 16 und die hiermit verbundene Verlängerung und Berührung mit einem größeren Luftvolumen zu einer Gasströmung, die durch die Gasleitstücke 22 in den Strömungskanal 19 umgelenkt wird. An der Austrittsöffnung 18 der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 verbliebene Ladungsträger werden durch die Berührung mit den Wandflächen im ersten Abschnitt 20 des Strömungskanals 19 und im weiteren Verlauf der Strömung in der Vorrichtung 24 neutralisiert. Am unteren Ende des Strömungskanals 19, d. h. in dem bogenförmigen Teil des unteren Abschnittes 21 gelangt daher nur Luft bzw. Schaltgas, das im wesentlichen frei von Metalldampf und leitfähigen Bestandteilen ist. Aufgrund der Strömung wird das Ventil 27 geöffnet, so daß nun die Gasströmung zwischen den geöffneten Kontaktteilen 5 und 7 hindurchtritt, dort für einen Gasaustausch sorgt und insbesondere die Gefahr einer Rückzündung beseitigt. Zugleich wird die Fortbewegung des Schaltlichtbogens zwischen den Löschblechen 14 beschleunigt und hierdurch die Lichtbogen-löschung begünstigt, weil die Lichtbogenfußpunkte rascher über kalte Abschnitte der Löschbleche 14 geführt werden. Hieraus resultiert ein beträchtich gesteigertes Schaltvermögen der neuen Anordnung. Zugleich unterbleibt jeder Gasauswurf, weil die Expansion und Kühlung der als Löschmittel eingesetzten Luft im geschlossenen Kreislauf erfolgt.
Die Gasströmung in dem Strömungskanal 19 bleibt auch bei einem Stromnulldurchgang erhalten und kommt erst nach Abschluß des Löschvorganges durch Druckausgleich zum Stillstand. Diese Eigenschaft verhindert ein Rückspringen der Lichtbogenfußpunkte im Verlauf des Löschvorganges und verbessert die Spannungsfestigkeit an der geöffneten Schaltstrecke.
Zum Bau eines mehrpoligen Leistungsschalters können mehrere der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Poleinheiten 1 nebeneinander angeordnet werden, wie dies strichpunktiert in der Figur 2 angedeutet ist. Ein weiteres, für den Bau mehrpoliger Leistungsschalter geeignetes Ausführungsbeispiel wird nun anhand der Figuren 3 und 4 erläutert. Jede der Poleinheiten 40 gemäß der Figur 3 weist einen Polträger 41 auf, der im wesentlichen eine schematisch angedeutete Schaltkontaktanordnung 42 aufweist und auf den eine Löschkammereinheit 43 aufgesetzt ist.
Wie näher die Figur 4 zeigt, weist jeder der Polträger 41 im Querschnitt die Form eines unsymmetrischen "H" auf, wobei durch den Quersteg 44 der H-Form ein größerer Raum 45 zur Aufnahme der Schaltkontakanordnung 42 und ein kleinerer Raum 46 gebildet wird. Die Räume 45 und 46 werden durch seitliche Endwände 47 und Zwischenwände 50 abgeschlossen. Ein Strömmungskanal 51 ist seitlich der Schaltkontaktanordnung 42 angeordnet. Dabei ist ein erster oberer Abschnitt 52 des Strömungskanals 51 in dem Löschkammergehäuse 43 enthalten, und zwar neben einer eigentlichen Lichtbogenlöscheinrichtung 53. Ein zweiter, unterer Abschnitt 54 des Strömungskanals 51 wird ganz oder teilweise durch den kleineren Raum 46 im Polträger 41 gebildet.
Wie man erkennt, gestattet die Bauweise gemäß den Figuren 3 und 4 den Bau von Leistungsschaltern mit beliebiger Anzahl von Poleinheiten, wobei sowohl die Polzahl als auch die Anzahl je Pol parallel geschalteter Einheiten wählbar ist.