Leistungsschalter mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsschalter mit

- einer einen feststehenden und einen beweglichen Kontakt¬ teil aufweisenden Schaltkontaktanordnung,

- einer Antriebsvorrichtung zum Schließen und öffnen der Schaltkontaktanordnung,

- einem die Schaltkontaktanordnung sowie diese mit einem äußeren Stromkreis verbindende Anschlußschienen auf¬ nehmenden Isolierstoffgehäuse,

- einer Löschbleche aufweisenden Lichtbogenlöscheinrichtung mit einer den Kontaktteilen zugewandten Eintrittsöffnung und einer den Kontaktteilen abgewandten Austrittsöffnung und

- einer sich an die Austrittsöffnung anschließenden, der weiteren Abkühlung aus der Lichtbogenlöscheinrichtung austretender Schaltgase dienenden Kammer.

Ein Leistungsschalter dieser Art ist durch die DE-C-1 619 463 bekannt geworden. Die zusätzliche Kammer ist bei diesem Leistungsschalter in der Richtung der Schaltbewegung des bewegbaren Kontaktteiles an die Lichtbogenlöscheinrichtung anschließend angeordnet und enthält ein Lochblech oder Sieb, durch das die Schaltgase hindurchtreten müssen, bevor sie durch eine Ausblasöffnung ins Freie gelangen. Durch diese Maßnahme wird aber nur der Ausblasraum des Leistungsschalters verkleinert, während eine Steigerung des Schaltvermögens nicht zu den Entwicklungszielen dieses Leistungsschalters gehört.

Bei einem Schaltgerät mit Löschblechen nach der DE-B-1 185 269 ist es andererseits bekannt, durch einen

Druckausgleich innerhalb der Lichtbogenlöscheinrichtung die Verlängerung des Lichtbogens und dessen Bewegung in der

Lichtbogenlöscheinrichtung zu beschleunigen und dadurch das Schaltvermögen zu erhöhen. Hierzu ist die Lichtbogenlösch¬ kammer durch quer zu den Löschblechen verlaufende Isolier¬ platten derart unterteilt, daß ein mittlerer, für den Lauf des Schaltlichtbogens vorgesehener Raum sowie zwei seitliche, von den Wänden der Lichtbogenlöscheinrichtung begrenzte Räume gebildet werden. In diesen seitlichen Räumen strömt Luft in Richtung der Kontaktanordnung in das Unterdruckgebiet hinter dem ablaufenden Lichtbogen und vermindert damit Druckgegensätze und Rückzündungsgefahr.

Das Schaltgerät nach der DE-B-1 185 269 gehört nach seiner Bauart zu den Leitungsschutzschaltern, deren Schaltvermögen der Aufgabe angepaßt ist, zu Endverbrauchern in Gebäude- installationen führende Leitungen gegen Schäden durch

Überlastung oder Kurzschluß zu schützen. Demgegenüber müssen Leistungsschalter die um mehr als eine Größenordnung höheren Kurschlußleistungen beherrschen, die an den Einspeisungs- punkten ganzer Speisebezirke der öffentlichen Energie- Versorgung oder in großen industriellen Anlagen auftreten. Trotz der ähnlichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten für Leitungsschutzschalter und Leistungsschalter sind daher Leistungsschalter nicht einfach mehrfach vergrößerte Leitungsschutzschalter. Vielmehr stellt jede der genannten Schalterarten eine eigenständige Entwicklung dar. Daher sind Maßnahmen, die sich bei dem einen Schaltertyp als günstig für das Schaltvermögen erwiesen haben, nicht mit sicherem Erfolg auf den anderen Schaltertyp übertragbar. Insbesondere erscheint der Einbau von Isolierstoff-Trennwänden in eine Lichtbogenlöschkammer nahe bei den Schaltkontakten, wie dies in der DE-B-1 185 269 beschrieben ist, mit Rücksicht auf die hohen Temeraturen und Drücke in solchen Leistungschaltern als nicht lösbar, die bei kompaktem Bauvolumen für die höchsten vorkommenden Schaltleistungen bemessen werden sollen.

Dennoch erscheint das Prinzip von Interesse, durch einen Druckausgleich in der Lichtbogenlöscheinrichtung für einen

rascheren Lauf des Schaltlichtbogens zu sorgen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Prinzip des Druckausgleiches auf einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art anwendbar zu machen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die erwähnte zusätzliche Kammer als Strömungskanal ausge¬ bildet ist, der die Schaltgase zu der der Eintrittsöffnung der Lichtbogenlöscheinrichtung abgewandten Seite der Kontaktteile leitet und daß das die Schaltkontaktanordnung aufnehmende Isolierstoffgehäuse, die Lichtbogenlösch¬ einrichtung und der Strömungskanal einen zum Außenraum des Leistungsschalters hin im wesentlichen abgeschlossenen Gasraum bilden.

Der Leistungsschalter nach der Erfindung zeichnet sich nicht nur durch die angestrebte erhöhte Schaltleistung aus, sondern benötigt auch keinerlei Abstand zu geerdeten Bauteilen, weil keine Schaltgase austreten können. Dadurch, daß der Strömungskanal nicht als Nebenraum einer Lichtbogenlöschein¬ richtung durch Zwischenwände gebildet wird, sondern durch die besondere Ausgestaltung einer an sich bekannten zusätzlichen Kammer, entsteht eine Bauform eines Leistungsschalters, die sich bis zu den höchsten geforderten Schaltleistungen erstreckt. Sie ist besonders geeignet für Leistungsschalter mit einer aufrecht stehend angeordneten Hebelkontakt¬ anordnung, die überwiegend zur Anwendung gelangt, wenn eine hohes Schaltvermögen verlangt wird.

Der gesonderte Strömungskanal kann über seine Hauptaufgabe, eine strömungstechnische Rückkopplung vom Auslaß der Licht¬ bogenlöscheinrichtung zu der Schaltkontaktanordnung herzu¬ stellen, weitere Merkmale aufweisen, die geeignet sind, das Schaltvermögen zu steigern bzw. den Einsatzbereich des Leistungsschalters zu erweitern. Insbesondere kann in dem Strömungskanal eine Vorrichtung zur weiteren Entionisierung der Schaltgase angeordnet sein. Diese Vorrichtung kann in an

sich bekannter Weise Lochbleche, Drahtgewebe oder ähnliche Mittel umfassen, die bei möglichst geringem Strömungs¬ widerstand geeignet sind, die Schaltgase abzukühlen und Ladungsträger zu neutralisieren. Ferner kann in dem Strömungskanal an der der Eintrittsöffnung der Lichtbogen¬ löscheinrichtung abgewandten Seite der Kontaktteile ein in der Richtung der Strömung der Schaltgase wirksames Ventil angeordnet sein. Das Ventil hält somit den Strömungskanal geschlossen, solange noch keine Strömung besteht und wenn beim Zünden des Schaltlichtbogens an den Kontaktteilen eine Druckwelle entsteht. Das Ventil bewirkt somit, daß der nach der einen Seite wirkende Teil der Druckwelle für den Antrieb des Schaltlichtbogens in der Richtung der Lichtbogenlösch¬ einrichtung ausgenutzt wird. Vorzugsweise kann das Ventil als durch die Schaltgase zu öffnende und unter dem Einfluß der

Schwerkraft in ihre Sperrstellung zurückkehrende Ventilklappe ausgebildet sein.

Die Stärke einer Strömung von Schaltgasen in dem Strömungs- kanal 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 Strömungkanal ein bewegbares, beim Auftreten einer Gasströmung bestimmer Stärke die Antriebsvorrichtung im Sinne der Öffnung der Kontaktteile beaufschlagendes Auslöser¬ organ angeordnet sein. Beispielsweise kann das Auslöserorgan 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 Schaltkontakt¬ anordnung befindet, kann ein sich an die Lichtbogenlösch¬ einrichtung anschließender Abschnitt des Strömungskanals in

der Richtung der Schaltbewegung des bewegbaren Kontaktteiles der Lichtbogenlöscheinrichtung vorgelagert sein, wobei ein weiterer Abschnitt des Strömungskanals der Schaltkontakt¬ anordnung vorgelagert und in den ersten Abschnitt des Strömungskanals bündig übergehend angeordnet ist. Dabei können an der Austrittsöffnung der Lichtbogenlöscheinrichtung die Schaltgase in den Strömungskanals umlenkende Gas¬ leitstücke angeordnet sein und der Strömungskanal kann eine die Schaltkontaktanordnung etwa bogenförmig umgreifende Kontur aufweisen. Hierdurch werden die Strömungsverluste gering gehalten, so daß der Querschnitt des Strömungskanals relativ gering sein kann.

Beim Bau von Leistungsschaltern der hier betrachteten Art kommt es darauf an, maßgenaue und relativ große Formteile mit beträchtlicher mechanischer Festigkeit herzustellen. Diesen Anforderungen kann dadurch entsprochen werden, daß ein gemeinsames, zur Aufnahme der Schaltkontaktanordnung, der Lichtbogenlöscheinrichtung und des Strömungskanals bemessenes Isolierstoffgehäuse vorgesehen ist, wobei die Lichtbogen¬ löscheinrichtung und der erste Abschnitt des Strömungskanals ein gesondertes gemeinsames, in das Polgehäuse 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 Schaltkontakt- anordnung angeordnet ist. Der Raumbedarf für den Strömungs¬ kanal wirkt sich bei dieser Anordnung in der Tiefe des Leistungsschalter aus.

Es ist jedoch auch möglich, den Strömungskanal seitlich der Lichtbogenlöscheinrichtung und der Schaltkontaktanordnung unterzubringen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des

Leistungsschalters nach der Erfindung kann dies dadurch geschehen, daß jeder Pol eines mehrpoligen Leistungsschalters einen Polträger mit einer etwa einem unsymmetrischen "H" entsprechenden Querschnittsform besitzt, 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 ent¬ spricht. Beispielsweise können die Lichtbogenlöscheinrichtung und ein erster Abschnitt des Strömungskanals in einem gemeinsamen, auf den Polträger aufzusetzenden Löschkammer- gehäuse 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 Anschlu߬ schiene 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 Schaltkontakt¬ anordnung 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 Lichtbogen¬ löscheinrichtung 4 weist in bekannter Weise parallel zueinander angeordnete Löschbleche 14 sowie zwei die Anord¬ nung der Löschbleche 14 begrenzende Lichtbogenleitschienen 15 und 16 auf, von denen die Lichtbogenleitschiene 15 mit dem feststehenden Kontaktteil 7 verbunden ist. Eine Eintritts¬ öffnung 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 Löschkammergehäuse 13 enthalten ist, während ein zweiter, unterer Abschnitt 21 nur von Wandteilen des Isolierstoff-

gehäuses 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 Be- trachtungsrichtung 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 abge- rundeten 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 Strömungswider¬ standes 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 relaive 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 Koppel- stange 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 enthal¬ ten, das zur besonders schnellen Auslösung des Schalt¬ schlosses eines strombegrenzenden Leistungsschalters geeignet ist. Dies ist in der Figur 1 durch eine strichpunktierte Verbindung 34 zwischen dem Auslöseorgan 33 und der An- triebssvorrichtung 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 Schalt¬ kontaktanordnung 3 fließt. Wird das bewegbare Kontaktteil 5 ausgehend von der in der Figur 1 gezeigten Einschaltstellung in ihre Ausschaltstellung bewegt, so entsteht ein Schalt¬ lichtbogen 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 Schalt¬ lichtbogens in Richtung auf die Lichtbogenlöscheinrichtung . 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 Lichtbogenlöschein¬ richtung 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 Gasströ¬ mung zwischen den geöffneten Kontaktteilen 5 und 7 hin¬ durchtritt, dort für einen Gasaustausch sorgt und insbe¬ sondere 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 Schaltver- mögen der neuen Anordnung. Zugleich unterbleibt jeder Gas¬ auswurf, 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.