Anordnung zur Strombegrenzung

Abstract

 Es wurde bereits vorgeschlagen, in Vakuumschaltröhren Mittel zur Strombegrenzung vorzusehen, die im Wesentlichen durch ein Löschblechpaket (36, 86) realisiert sind. Gemäß der Erfindung sind die einzelnen Löschbleche (36a bis 36i, 86a bis 86i) gestaffelt angeordnet und haben eine unterschiedliche laterale Ausdehnung, wobei das Paket (36, 86) aus den einzelnen Löschblechen (36a bis 36i, 86a bis 86i) an dem äußeren Rand einen derartigen Profilverlauf der Löschblechenden aufweist, dass die in Kontaktspaltnähe angeordneten mittleren Löschbleche (36e, 86e) tiefer in den Kontaktspalt eintauchen als die äußeren Löschbleche (36a bis 36d, 36f bis 36i, 86a bis 86d, 86f bis 86i). Damit wird eine beachtliche Verbesserung im Strombegrenzungsverhalten erreicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Strombegrenzung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Bei einer solchen Anordnung zur Begrenzung des elektrischen Stroms in Niederspannungsnetzen, bei der im Betriebsfall bei den dabei fließenden Betriebsströmen diffuse Bogenmoden auftreten, sollen im Kurzschlussfall bei den dabei fließenden Kurzschlussströmen der Lichtbogen durch geeignete Kühlbleche gekühlt oder durch geeignete Teilerplatten in hintereinander liegende Teillichtbögen aufgespalten werden.

[0002] Aus der DE 199 13 236 C2 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen einschließlich zugehöriger Schaltkontaktanordnungen sowie deren spezielle Verwendung bekannt, bei dem Vakuumschaltröhren für die Strombegrenzung eingesetzt werden. Im Einzelnen werden Vakuumschaltröhren mit solchen Kontaktkonfigurationen verwendet, bei welchen ein in Richtung zum Strom im Lichtbogen transversales Eigenmagnetfeld auftritt, wobei der Lichtbogen durch geeignete Teilerplatten vorteilhafterweise in Teillichtbögen aufgeteilt werden soll. Gegebenenfalls kann der Lichtbogen auch einteilig bleiben, wobei in diesem Fall die Teilerplatten außerhalb des Lichtbogenfadens als Lichtbogenkühlplatten verwendet werden.

[0003] Andere im Niederspannungsbereich bekannte strombegrenzende Schaltelemente, wie Luftleistungsschalter mit Löschblechkammern und Komponenten auf Basis kohlenstoffgefüllter, leitfähiger Polymere, wurden bereits früher in der Monographie A. Erk und M. Schmelzle: "Grundlagen der Schaltgerätetechnik", Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg - New York, 1974, Seite 269, beschrieben.

[0004] In der DE 199 13 236 C2 wird bei den einzelnen Ausführungsbeispielen explizit auf die räumliche Anordnung der Löschbleche, wie insbesondere Kühlbleche bzw. Teilerplatten, in Bezug zur Lage der Kontakte eingegangen: Speziell bei den Anordnungen entsprechend den Figuren 1 und 2 der DE 199 13 236 C2 sind die identisch geformten Löschbleche in Axialrichtung des Kontaktsystems parallel gestapelt. Sie sind also nicht gestaffelt angeordnet, so dass die mittleren Löschbleche in Kontaktspaltnähe einen sehr großen Abstand zu den Kontakten in transversaler bzw. radialer Richtung besitzen und nur die äußeren Löschbleche bis nah an die Kontaktstücke heranreichen.

[0005] Bei der Anordnung mit Topfkontakten entsprechend Figur 3 der DE 199 13 236 C2 sind die Löschbleche ähnlich wie bei der Anordnung mit Spiralkontakten ausgeführt, nur dass die beiden äußersten Löschbleche nicht soweit nach innen reichen wie die anderen Löschbleche. Es ergibt sich in gleicher Weise eine Stapelung der Löschbleche.

[0006] Alle in der DE 199 13 236 C2 beschriebenen Löschblechanordnungen haben die Eigenschaft, dass der nach Kontakttrennung vom Entstehungsort weglaufende Lichtbogen die Löschbleche erst erreicht, nachdem er nahezu das gesamte divergierende Kontaktsegment durchlaufen hat, was dort im Einzelnen anhand Figur 4 ausgeführt wird. Die kühlende Wirkung der Löschbleche und die angestrebte Bildung von Teillichtbögen können dort erst nach Eintreten des Lichtbogens in die Löschblechspalte erfolgen, d.h. daher mit starker Verzögerung in Bezug zur Kontakttrennung. Die angestrebte Strombegrenzung infolge erhöhter Bogenspannung tritt somit vergleichsweise spät ein.

[0007] Beim Stand der Technik sind die Innenkanten der schenkel- bzw. kreisringförmigen Löschbleche als einfache, glatte Konturen ausgeführt. Kompliziertere, von Luftleistungsschaltern her bekannte geometrische Löschblechstrukturen, die sich vorteilhaft auf die strombegrenzende Bildung von Lichtbogenfußpunkten auf den Löschblechen auswirken, werden nicht angewandt.

[0008] Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, geeignete Löschblechanordnungen, und zwar im Einzelnen Kühlbleche bzw. Teilerplatten, für Kontakte in einer strombegrenzenden Vakuumschaltröhre anzugeben, welche die strombegrenzenden Schalteigenschaften der Röhre verbessern.

[0009] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Anordnung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen dieser Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0010] Bei der Erfindung werden die einzelnen Löschbleche vorteilhafterweise nicht etwa in Axialrichtung des Kontaktsystems parallel versetzt positioniert bzw. gestapelt, sondern sind vielmehr gestaffelt in Richtung auf die Schaltstücke. Insbesondere die Löschbleche haben eine unterschiedliche Eintauchtiefe, wobei das gebildete Löschblechpaket mit den Rändern der einzelnen Löschbleche einen Profilverlauf entsprechend der Kontaktanordnung hat. Dadurch reichen nicht nur die äußeren Löschbleche bis nahe an die Kontakte heran, sondern weisen insbesondere auch die mittleren Löschbleche in Kontaktspaltnähe einen geringen transversalen bzw. radialen Abstand zu den Kontakten auf. Die Innenkanten der Löschbleche liegen also in einem räumlichen Band entlang der divergierenden Kontaktsegmente. Das Band kann dabei parallel zu den Kontakten verlaufen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Kontakte schnabel- oder rotationsförmig ausgebildet sind.

[0011] Bei der Erfindung sind die gestaffelten Löschbleche vorteilhafterweise derart geformt, dass die dem Lichtbogen zugewandte Kante von einer geraden oder kreisförmigen Kontur abweicht. Damit wird die Randlänge der einzelnen gegeneinander versetzten Löschbleche verlängert. Die Randkontur kann regelmäßig, beispielsweise zackenförmig, oder unregelmäßig sein.

[0012] Bei Spiralkontakten sind die Konturen vorzugsweise an die Schlitzungen angepasst.

[0013] Vorteilhafterweise können bei der Erfindung Vakuumschaltröhren mit solchen Kontaktkonfigurationen verwendet werden, die sich zwar an den bekannten Aufbau anlehnen. Erfindungsgemäß verbessern jedoch die gestaffelten Löschblechanordnungen durch die geometrischen Abänderungen die Strombegrenzung und damit das Schaltverhalten des Vakuumschalters entscheidend.

[0014] Der Erfindung lag eine Analyse des Strombegrenzungsverhaltens bei der DE 199 13 236 C2 zugrunde, was zu teilweise neuen Erkenntnissen führte. Es wurde erkannt, dass die Lage der Löschblech-Innenkanten entsprechend Figur 4 der DE 199 13 236 C2 weder eine Verlängerung des vorwiegend axialen, einteiligen Lichtbogenfadens vor Eintritt in die Löschbleche in radialer Richtung erzwingt noch die kühlende Wirkung der Löschbleche durch Verlängerung der Berührungszone Lichtbogen-Löschbleche begünstigt. Beides wiederum ist unvorteilhaft für die Bildung von Lichtbogenfußpunkten auf den Löschblechen, da geringe Lichtbogenlänge und schlechte Kühlung einen nur geringen Bogenspannungsbedarf vor Eintritt in die Löschbleche bedingen.

[0015] Die drei vorgenannten Aspekte wirken sich somit nachteilig auf den effizienten Aufbau erhöhter Bogenspannungsamplituden aus.

[0016] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Patentansprüchen. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung

Figur 1 und Figur 2

bekannte Vakuumschaltkontakte mit zugeordneten Lichtbogenteilerplatten in seitlicher Schnittdarstellung und Draufsicht,

Figur 3 und Figur 4

eine Anordnung mit erfindungsgemäß ausgebildeten Löschblechen, in Figur 3 mit einem vorwiegend axialen, einteiligen Lichtbogenfaden vor etwaigem Eintritt in die Löschbleche,

Figur 5

eine Darstellung des Kontaktes im geschlossenen und geöffneten Zustand entsprechend der Anordnung aus Figur 3,

Figur 6 und Figur 7

Vakuumschalter-Spiralkontakte gemäß Figur 1 zur Erzeugung von Radialmagnetfeldern mit zugeordneten Lichtbogenteilerplatten in seitlicher Schnittdarstellung und Draufsicht,

Figur 8 und Figur 9

Spiralkontakte zur Erzeugung von Radialmagnetfeldern mit erfindungsgemäß gestaffelt angeordneten Löschblechen in seitlicher Schnittdarstellung und in Draufsicht,

Figur 10

eine vorteilhafte Kontur einer dem Lichtbogen zugewandten Löschblechkante bei der Anordnung gemäß Figur 8/9 in Draufsicht und

Figur 11

Zeitverläufe der Bogenspannungsamplitude, gemessen an schnabelförmigen Vakuumschaltkontakten mit und ohne Staffelung der Löschbleche.

[0017] In der DE 199 13 236 C2 ist ein Verfahren zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen beschrieben, wobei dort Vakuumschaltröhren verwendet werden, denen als Mittel zur Strombegrenzung Löschbleche in der Röhre zugeordnet sind. Dabei können in den Vakuumschaltröhren Kontaktanordnungen vorhanden sein, die ein radiales Magnetfeld erzeugen.

[0018] Der aus der DE 199 13 236 C2 bekannte strombegrenzende Vakuumschalter wird nun durch die anhand der Figuren im Einzelnen beschriebenen Maßnahmen weiter verbessert.

[0019] In Figur 1 sind mit 1 und 2 zwei Kontaktbolzen gezeigt, über die Ströme zu Kontaktträgern 3 und 4 mit zugehörigen Kontaktauflagen geführt werden. Es ist eine Löschanordnung 5 vorhanden, wie sie im Prinzip aus Luftschaltern bekannt ist, die aus einzelnen Löschplatten 6a bis 6j besteht, wobei eine umrandende Keramikbegrenzung 7 vorhanden ist. Letzteres wird aus der Draufsicht gemäß Figur 2 deutlich.

[0020] Die Figuren 1 und 2 zeigen also eine Anordnung, die sich an die in konventionellen Niederspannungs-Leistungsschalter verwendeten Luftschaltkammern anlehnt, wobei geeignete Materialien für Vakuumverhältnisse verwendet werden. Diese Anordnung zeigt bei hohen Kurzschlussströmen ein gutes strombegrenzendes Verhalten. Ein im Bereich der Teilerplatten stationär brennender Lichtbogen mit mehreren 10 kA kann jedoch gegebenenfalls die Teilerplatten und den äußeren, vom Lichtbogen belasteten Kontaktbereich zerstören und daher keine ausreichende Lebensdauer ermöglichen.

[0021] Aus letzterem Grund ist die Anordnung gemäß Figuren 1 und 2 nicht zum betriebsmäßigen Schalten der vorkommenden Betriebsströme von einigen 100 A bis zu einigen kA vorgesehen. Die hierbei auftretenden Lichtbögen entstehen zwischen den Kontaktauflagen der sich trennenden Schaltstücke zwar im intensiven Mode, mit zunehmenden Kontaktabständen gehen sie aber in den diffusen Mode über. Dabei dehnen sich die Lichtbogenansätze auf den Elektroden größenmäßig aus und können so in unerwünschten Schaltkammergebieten brennen.

[0022] In Figur 3 und Figur 4 ist jeweils die verbesserte Löschblechanordnung dargestellt. Die Schalteranordnung 1 bis 4 mit den schnabelförmigen Kontaktträgern 4 und den Kontakten 9 entspricht der Figur 1 bzw. 2. Dargestellt ist nunmehr eine Anordnung von Löschblechen 36a bis 36i, bei denen die einzelnen Löschbleche eine unterschiedliche laterale Ausdehnung haben. Während die einzelnen Löschbleche an der rechten Seite bündig enden und in einer in der Figur 3 nicht dargestellten Halterung aus elektrisch isolierendem, nicht gasendem Material befestigt sind, sind sie an der gegenüberliegenden Seite unterschiedlich lang. Das komplette Löschblechpaket 36 bildet an dieser Seite insgesamt in etwa ein dreieckförmiges Profil.

[0023] An diesem Profil bildet sich bei geöffneten Kontakten 9 entlang der schnabelförmigen Verlängerung 4 der in Figur 3 dargestellten Anordnung ein solcher Lichtbogen 100 aus, der gegenüber einem Lichtbogen bei einer Anordnung mit nicht gestaffelten Löschblechen erheblich verlängert ist. Der Lichtbogen 100 hat durch seine längenmäßige Vergrößerung wirksamere Berührungsflächen mit den Löschblechenden, so dass zumindest eine bessere Kühlung erfolgt. Damit ist - auch unabhängig von einem Eindringen des Lichtbogens 100 in die Zwischenräume des Löschblechpaketes 36 - eine verbesserte Kühlwirkung gegeben, so dass eine besonders wirksame Strombegrenzung möglich wird.

[0024] Aus der Figur 4 ergibt sich in der Draufsicht die gestaffelte Anordnung der Löschbleche. Es sind hier weiterhin seitliche und rückseitige Halterungen 37 und 38 dargestellt.

[0025] Speziell aus der Figur 5 ergibt sich die Wirkung des Löschblechpaketes 36 sowohl im geschlossenen Kontaktzustand als auch bei geöffneten Kontakten 9. Dabei sind die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 3 verwendet.

[0026] In Abwandlung zu Figur 5 kann es vorteilhaft sein, das zentrale Löschblech 36e, das in Figur 5 bis in den Kontaktspalt reicht, zurückzunehmen, so dass sich für das Löschblechpaket insgesamt von der Dreiecksform eine abweichende Kontur ergibt. Insbesondere ein Materialabbrand durch eine vom Lichtbogen verursachte Metalldampfentwicklung, der zwangläufig eine Änderung der Geometrie zur Folge hätte, wird dadurch vermieden.

[0027] Bei den Figuren 3 bis 5 bestehen der Schaltbolzen aus OFHC-Kupfer, an denen die eigentlichen Kontaktstücke 9 aus Kontaktmaterial, beispielsweise CuCr50, angeordnet sind. Die einzelnen Löschbleche des Löschblechpaketes mit vorgegebenem Endprofil bestehen aus Eisen, Stahl oder Kupfer, insbesondere OFHC-Kupfer. Insbesondere Eisen ist ggf. auch ein spezifischer Stahl, ist magnetisierbar, wodurch das Laufen des Lichtbogens in das Löschblechpaket begünstigt wird. Speziell Eisen wird zur Korrosionsverhinderung galvanisch vernickelt.

[0028] In den Figuren 6 und 7 bedeuten 11 und 12 zwei Kontaktbolzen zur Stromführung, von denen einer über einen nicht dargestellten Federbalg beweglich ausgebildet ist. Auch die eigentliche Vakuumschaltröhre ist nicht im Einzelnen dargestellt. Es sind Kontaktstücke 13 und 14 vorhanden, die jeweils entsprechende Schlitze zur Generierung von radialen bzw. transversalen Magnetfeldern aufweisen. Zwischen den seitlich abgeschrägten Kontakten 13 und 14 ist eine Anordnung 15 vorhanden, die im Einzelnen aus einzelnen Teilerplatten 16a bis 16h und zugehörigen Keramik- bzw. Metallteilen besteht. Insbesondere sind die Teilerplatten 16a bis 16h endseitig in eine Keramikhalterung 17 eingebracht und ist gemäß Figur 6 wenigstens ein Radialschlitz 18 vorhanden.

[0029] Mit dieser Anordnung soll für eine gewünschte Strombegrenzung im Kurzschlussfall entweder eine Aufspaltung des Lichtbogens in hintereinander liegende Teillichtbögen oder eine intensive Kühlung der Lichtbogensäule an den Löschblechkonturen erreicht werden. Gleichzeitig wird nunmehr erfindungsgemäß durch die in den Figuren 8 und 9 dargestellte Anordnung auch der bei Betriebsströmen auftretende diffuse Bogenmode beherrscht. Beide Anordnungen, d.h. die Anordnung gemäß Figur 6/7 und die Anordnung gemäß Figur 8/9, bestehen im wesentlichen aus zwei Schaltstücken und kreisringförmigen Lichtbogenteilerplatten, die zwischen diesen angeordnet sind.

[0030] Basis dieser Ausführungsformen ist, dass die Funktionsweise von Vakuumschaltkontakten mit Radialmagnetfeld und umlaufendem Lichtbogen dahingehend modifiziert wird, dass der umlaufende Lichtbogen durch das Magnetfeld in einen Löschblechstapel gelenkt und dadurch, unter Beibehaltung der Rotation, in eine Serie von hintereinander geschalteten, rasch umlaufenden Einzellichtbögen aufgespaltet wird. Durch diese bisher nicht bekannte Maßnahme kann sowohl die thermische Belastung aller betroffenen Kontaktteile niedrig gehalten werden, als auch gleichzeitig ein so großer Betrag an Brennspannung aufgebaut werden, dass der prospektive Kurzschlussstrom auf in dieser Geometrie beherrschbare Amplituden begrenzt wird.

[0031] Die Schaltstücke 13 und 14 weisen in ihrem Grundriss Ähnlichkeiten mit in der Vakuumschalttechnik verwendeten Spiralkontakten auf. In diesem Fall besitzt die auf den intensiven Lichtbogen, der zwischen den sich trennenden Kontaktauflagen entsteht, wirkende Magnetkraft Komponenten, die den Lichtbogen in Richtung Laufring treiben. Bei dieser Lichtbogenwanderung wird durch Abschrägung der Schaltstücke eine Verlängerung des Lichtbogens erreicht. Während dieses Bewegungsvorganges wird der Lichtbogen in den diffusen Mode übergehen und sich dabei über die gesamte Schaltstückfläche ausdehnen, wenn ein vom Schaltstückdurchmesser D abhängiger Grenzstrom von I_G ≈ 15 - 25 kA nicht überschritten wird. Bei Momentanströmen, die über diesem Grenzwert liegen, bleibt der Lichtbogen dagegen im kontrahierten Mode erhalten, wobei sein Spannungsbedarf beim Wandern infolge der Verlängerung auf einige 100 V zunimmt und somit die Strombegrenzung wirksam wird. In der Nähe des Laufrings wird der Spannungsbedarf eines langen Lichtbogens zumindest für die immer wieder auftretenden instabilen Bogenkonfigurationen größer sein als die Summe des Spannungsbedarf von Teillichtbögen, die zwischen zwei Teilerplatten bzw. zwischen einem Laufring und einer Teilerplatte brennen. Für solche Lichtbogenkonfigurationen erfolgt innerhalb weniger µs die Kommutierung des langen Bogens in den Bereich der Teilerplatten und seine Aufteilung. Bei diesem Vorgang werden die Brennspannung und die damit verbundene Strombegrenzung nur unwesentlich reduziert. Erst wenn vor Stromnull der Momentanstrom den Grenzwert I_G unterschreitet, zieht sich der Lichtbogen aus dem Teilerplattenbereich zurück und wechselt in den diffusen Mode. Er breitet sich dabei über die Schaltstückoberfläche aus, und die Bogenspannung sinkt mit abnehmendem Strom ebenfalls ab.

[0032] Die Laufrichtung der zwischen den Teilerplatten entstehenden kontrahierten Lichtbögen ist durch das lokale Magnetfeld bestimmt, das von der Stromführung in den Schaltstücken bzw. Laufringen und den Teilerplatten abhängt. Sie kann deshalb für die einzelnen Bögen, wie anhand der Figuren 7 und 9 für einen Ausschnitt der Teilerplatten und Laufringe gezeigt wird, unterschiedlich sein.

[0033] Da die strombegrenzende Wirkung bei einer Abschaltung möglichst schnell einsetzen soll und unmittelbar mit dem Lichtbogenspannungsaufbau zusammenhängt, muss der Lichtbogen rasch von den Kontaktauflagen in Richtung der Teilerplatten wandern. Außerdem muss die Kommutierung in den Bereich der Teilerplatten zügig erfolgen, damit Neuzündungen im Rücken des Bogens und damit Bogenspannungseinbrüche vermieden werden.

[0034] Aus den Figuren 8 und 9 ergeben sich Verbesserungen der gestaffelten Löschbleche speziell für eine axiale Symmetrie. Im Einzelnen ist hier ein Löschblechpaket 86 mit innenseitig gestaffelten Löschblechen 86a bis 86i und weiteren Löschblechen 86j bis 861 dargestellt. Alle Löschbleche 86a bis 861 sind rückseitig in einer Isolieranordnung 87 befestigt, die gleichzeitig die Wandung der Vakuumschaltröhre sein kann. Bei dieser Anordnung liegen in Bezug auf die Kontaktanordnung axialsymmetrische Löschbleche vor.

[0035] Die bekannte Vakuumschaltröhre mit strombegrenzender Eigenschaft besteht somit aus mindestens zwei Kontakten mit Maßnahmen zur Erzeugung von radial gerichteten Magnetfeldern, von denen mindestens ein Kontakt in Richtung der Stromzuführung gegenüber dem anderen Kontakt beweglich ist, aus einer vakuumdichten Hülle, einem Isolator sowie einem elektrisch weitgehend isoliert angebrachten, die Hauptkontakte umschließenden Löschblechpaket zur Lichtbogenaufteilung.

[0036] Die gestaffelt angeordneten und/oder geformten Löschbleche bringen beachtliche technische Verbesserungen: Der vom Entstehungsort weglaufende Lichtbogen erreicht die mittleren Löschbleche unmittelbar nach Kontakttrennung. Die kühlende Wirkung der mittleren Löschbleche erfolgt daher ohne Verzögerung, ebenso eine eventuelle Bildung von Teillichtbögen zumindest in den mittleren Löschblechspalten. Die Strombegrenzung infolge erhöhter Bogenspannung tritt somit vorteilhaft frühzeitig bei Überlast ein.

[0037] Die Lage der vom Lichtbogen beanspruchten Löschblechkanten erzwingt eine Verlängerung des Lichtbogenfadens vor bzw. statt einer Teilung durch die Löschbleche in transversaler bzw. radialer Richtung. Sie bewirkt insbesondere eine bessere Kühlung des Lichtbogens durch die lange Berührungszone zwischen Lichtbogen und Löschblechen. Der damit einhergehende erhöhte Bogenspannungsbedarf vor Eintritt in die Löschblechspalte begünstigt die Bildung von Lichtbogenfußpunkten auf den Löschblechen. Die angegebenen geometrischen Maßnahmen wirken sich somit vorteilhaft auf den Aufbau erhöhter Bogenspannungsamplituden aus.

[0038] Auch die Formen der beschriebenen Löschbleche können vorteilhaft weitergebildet werden. Einerseits verbessert eine große Länge der dem Lichtbogen ausgesetzten Kante die Kühlung des Lichtbogens. Andererseits bewirken die große Kantenlänge und gegebenenfalls eine strukturierte, unebene oder mit Öffnungen versehene Löschblechoberfläche die Wahrscheinlichkeit, Lichtbogenansätze auf den Blechen zu bilden. Beide Eigenschaften begünstigen den Bogenspannungsaufbau.

[0039] Nach Kontakttrennung wird der Lichtbogen wirksam in Richtung des Löschblechpaketes getrieben, da weder die erfindungsgemäße Staffelung der Löschbleche, noch der durch die Lichtbogenbeanspruchung der Bleche gebildete Metalldampf die Ausbildung einer Stromschleife behindern.

[0040] Ausschaltversuche an den in Figur 3/4 dargestellten schnabelförmigen Vakuumschaltkontakten mit gestaffelt angeordneten Löschblechen haben gezeigt, dass deutlich höhere Bogenspannungsamplituden gemessen werden als im Falle nicht gestaffelter, d.h. gestapelter Löschbleche, wobei der Kurzschlussstrom weiter begrenzt wird.

[0041] Bei hohen Kurzschlussströmen führen somit die erfinderischen Maßnahmen insgesamt zu einem unverzögert einsetzenden, starken Bogenspannungsbedarf, der ein deutlich verbessertes strombegrenzendes Schaltverhalten bewirkt.

[0042] In der Figur 10 ist an der dem Lichtbogen zugewandten Kante der Löschbleche 86a bis 86i eine Kontur 90 angebracht. Die Kontur 80 kann insbesondere eine regelmäßige Zackenform aufweisen und dient der Verlängerung des Löschblechrandes. Die Kontur 90 kann aber auch unregelmäßig ausgebildet sein, wobei eine solche Kontur von der Schlitzung der Spiralkontakte abhängt.

[0043] Vakuumschaltröhren mit den erfindungsgemäßen Kontaktkonfigurationen und Löschblechanordnungen gemäß den Figuren 3 bis 5 einerseits und den Figuren 8 bis 10 andererseits lassen sich in Anlehnung an die Figuren 1/2 und 6/7 des Standes der Technik realisieren.

[0044] Es wurden Messungen an schnabel- und rotationsförmigen Kontaktstücken ohne Strombegrenzung und mit Strombegrenzung bei gestapelten Löschblechen einerseits und gestaffelten Löschblechen andererseits durchgeführt. Figur 11 zeigt typische Zeitverläufe der Bogenspannung für die rotationssymmetrische Anordnung. Aufgetragen ist auf der Abszisse die Zeit in s und auf der Ordinate die Bogenspannung in Volt. Dargestellt sind die Graphen 101 bis 103 zum Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik.

[0045] Der Graph 103 einer Messung mit Löschblech-Staffelung beinhaltet gegenüber dem Graph 102 der Messung ohne Löschblechstaffelung, aber Stapelung, und dem Graphen 101 ohne Strombegrenzung eine beachtliche Verbesserung zu höheren Bogenspannungen, was als technischer Fortschritt zu werten ist.

[0046] Auf der Basis der gemessenen Bogenspannungen ergibt sich mit einer Anordnung gemäß Figur 8/9 eine deutliche Verringerung des Kurzschlussstromes. Diese Verringerung erfolgt bei der Staffelung der Löschbleche wesentlich deutlicher als bei der Stapelung der Löschbleche. Damit ist natürlich auch die Kurzschlussdauer geringer.

Ansprüche

1. Anordnung zur Strombegrenzung in Niederspannungsnetzen, enthaltend eine Vakuumschaltröhre mit zwei Schaltstücken, wobei als Mittel zur Strombegrenzung Löschbleche für den Lichtbogen, die zumindest teilweise zwischen den Schaltstücken angeordnet sind, vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschbleche (36a bis 36i, 86a bis 86i) unterschiedliche laterale Ausdehnungen haben und in Richtung auf die Schaltstücke (3, 4; 13, 14) gestaffelt angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von den Löschblechen (36a bis 36i, 86a bis 86i) gebildete Löschblechpaket (36, 86) das Kontaktprofil der Schaltstücke (3, 4; 13, 14) nachbildet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenen Schaltstücken (3, 4; 13, 14) die äußeren Löschbleche (36a bis 36i; 86a bis 86i) bis nahe an die Schaltstücke (3, 4; 13, 14) heranreichen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Löschbleche (36a bis 36i; 86a bis 86i) bis zum halben Kontakthub, vorzugsweise bis zu etwa 3mm, an die Schaltstücke (3, 4; 13, 14) heranreichen.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Kontaktspaltnähe angeordneten mittleren Löschbleche (36e, 86e) einen geringeren Abstand zu den Schaltstücken (3, 4; 13, 14) als die äußeren Löschbleche (36a bis 36d, 36f bis 36i, 86a bis 86d, 86f bis 86i) haben.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschblechpaket (36, 86) ein solches Profil umfasst, welches einer spezifischen Kontaktkonfiguration nachgebildet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschbleche (36a bis 36i; 86e bis 86i) ein Paket (36, 86) bilden, das mit den Löschblechen (36a bis 36i, 86a bis 86i) einen dreieckförmigen Verlauf hat.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Löschblech (36e, 86e) gegenüber den beiden benachbarten Löschblechen (36d, 36f; 86d 86f) rückwärts versetzt ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschbleche (36a bis 36i, 86a bis 86i) aus Eisen, Edelstahl oder Kupfer bestehen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Löschblechpaket (36, 86) in einer elektrisch isolierenden, nicht gasenden Halterung (37, 87), vorzugsweise aus Keramik, fixiert ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschbleche (36a bis 36i, 86a bis 86i) eine Randkontur (90) aufweisen.

12. Anordnung nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, dass mit der Randkontur die dem Kontaktspalt zugewandten Löschblechfront (90) vergrößert wird.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschbleche (36a bis 36i, 86a bis 86i) Oberflächenstrukturen aufweisen.

Zeichnung