EXTINGUISHING DEVICE FOR AN ALL-CURRENT POWER CIRCUIT BREAKER

Abstract: The extinguishing device has ferro-magnetic extinguishing plates (2) in a housing chamber (1), located at a distance next to one another, which are provided in each case on their narrow side facing one contact point (3, 4) with a funnel-shaped V-slot (2a). Transversely in front of the extinguishing plates (2) there are arranged two dielectric material plates (5, 6) which make contact on the end face with tongues (2b, 2c) on both sides of the V-slot (2a) and flank the contact point (3, 4). The individual extinguishing plates (2) are provided with insulating, narrow arc tracks (8) in the centre region of their tongues (2b, 2c) from both outer longitudinal edges (2d) extending up to in each case the V-slot (2a), which arc tracks are designed as comb-like inserts (8) plugged in between the extinguishing plates (2). The lower dielectric material plate (5) covers a permanent magnet (9) and encroaches with a projection (5a) of its end face in front of a groove-shaped end contour (2a'') of the extinguishing plates (2). Above the permanent magnet (9), there is designed the insulating material plate (5) extending from the flat region (5d) flanking the contact point (3, 4) to the extinguishing plates (2) with step-like thickened regions increasing in steps (5b, 5c). The steps (5b, 5c) result in the switching arc (7) running into the V-slot (2a) well at DC currents above about 30 A. Subsequently, the comb-like inserts (8) prevent the partial arcs (7d, 7e) formed running back onto the tongues (2b, 2c) of the extinguishing plates (2) and keep them on the inner contours thereof. <IMAGE>

Description: "Löscheinrichtung für einen Allstrom-Leitungsschutzschalter Die Erfindung betrifft eine Löscheinrichtung für einen Leitungsschutzschalter, insbesondere einen Allstrom-Leitungsschutzschalter mit einem Stapel von mehreren, in einer Gehäusekammer nebeneinander auf Abstand befindlichen, ferromagnetischen Löschblechen, die jeweils an ihrer einer Kontaktstelle zugekehrten Schmalseite mit einem trichterförmigen, zwei vorstehende Zungen bildenden V-Schlitz versehen sind, und mit zwei quer vor den Löschblechen angeordneten, beiderseits des V-Schlitzes an den Zungen stirnseitig anliegenden und die Kontaktstelle flankierenden lsolierstoffplatten, von denen zumindest eine einen Permanentmagneten abdeckt. Zweck einer solchen Löscheinrichtung ist es, den Lichtbogen möglichst schnell in den Löschblechstapel zu bringen, damit er auf allen Löschblechen Fusspunkte bilden kann. Die dabei entstehenden Teillichtbögen sollen bis zum Ende ihrer Brenndauer zwischen den Löschblechen verbleiben und sich nicht an deren Rand zu einem Gesamt- bzw. auch Teillichtbogen erneut vereinigen oder in den Entstehungsraum zurückgedrückt werden. Während nun bei einem reinen Wechselstromschalter alle Ströme im Spannungsnulldurchgang bei entsprechend grossem Kontaktabstand unterbrochen werden, erfolgt bei einem Gleichstromschalter insofern keine selbsttätige Unterbrechung bei einer Kontaktstelle, al-s kleinere Ströme bis etwa 60 A bei Gleichspannungen von ungefähr 220 V abgeschaltet werden sollen. Das Magnetfeld des Stromes reicht in einem solchen Fall nicht aus, den Lichtbogen in den Löschblechstapel zu ziehen. Es ist daher ein Dauermagnet in der Löschkammer erforderlich. Weiterhin muss bei Gleichstromschaltern die Lichtbogenspannung die Höhe der maximal treibenden Spannung überschreiten, um den Stromkreis zu unterbrechen. Die Lichtbogen brenndauer ist dabei umso länger, je kleiner das Verhältnis von Lichtbogenspannung zu treibender Spannung und je grösser die Zeitkonstante T als Verhältnis der Selbstinduktivität L zum Widerstand R des zu schützenden Stromkreises ist. Da bei einem Schalter die Zahl der Löschbleche festliegt bzw. eine bestimmte Löschblechanzahl erforderlich ist, um die anliegende Spannung zu unterbrechen, liegt somit auch etwa die Höhe der Lichtbogenspannung fest, und das erstgenannte Verhältnis kann als konstanter Wert angenommen werden. Das zweitgenannte Verhältnis ist jedoch abhängig vom Stromkreis, so dass eine höhere Selbstinduktivität eine entsprechend längere Lichtbogenbrenndauer im Löschblechstapel bewirkt. Hierbei kann ein Rücklaufen von Teillichtbögen, insbesondere bei geringer werdender Stromstärke am Ende der Abschaltung zu den Rändern der Löschbleche sowie in Richtung zum Dauermagneten auftreten. Es kommt dabei leicht zum Festbrennen oder auch zum Überschlag des Lichtbogens über mehrere Löschblechdistanzen. Dieser Fall ist bei Gleichstrom besonders kritisch und führt zum Ausfall des Schalters. Ferner wird der Lichtbogen auf den schmalen Zungenenden nur noch von wenig Eisen umgeben, so dass er an den inneren Konturen des V-Schlitzes stehenbleibt. Es ist eine Löscheinrichtung der eingangs genannten Art bekannt (DE-OS 33 37 562), bei der die Löschbleche seitlich des V-Schlitzes mit jeweils einer Abstufung in den Zungen versehen sind. Dadurch stossen nur die Stirnkanten dieser Abstufungen an die einen Permanentmagneten abdeckende Isolierstoffplatte, wodurch eine rinnenartige Vertiefung vor der Löschblechkontur gebildet wird. Die Isolierstoffplatte deckt mit einem winkelförmigen, in Richtung der Gehäusewand vorstehenden Ansatz den Permanentmagneten auch stirnseitig ab. Diese Anordnung ist besonders zum Löschen des Schaltlichtbogens bei vergleichsweise niedri gen Gleichströmen bis etwa 30 A von Vorteil. Oberhalb einer solchen Stromstärke reichen derartige Massnahmen jedoch nicht aus, um den Lichtbogen bei Gleichstromabschaltungen sicher zum Erlöschen zu bringen. Weiterhin ist ein Leitungsschutzschalter mit einer Löscheinrichtung bekannt (DE-OS 26 16 825), bei der wenigstens eines der Löschbleche mit einem isolierenden Material belegt ist, und dieses teilweise abdeckt. Dadurch wird erreicht, dass der Fusspunkt des Lichtbogens nur auf dem freien Bereich des Löschbleches brennen kann und die Gefahr eines Kurzschliessens bzw. eines Überbrückens dieses Löschbleches durch den Lichtbogen vermindert wird. Diese bekannte Löscheinrichtung, bei der der Lichtbogen am Ende des V-Schlitzes durch eine vorzugsweise auf den äusseren Löschblechen aufliegende, isolierende Umhüllung des gesamten Löschblechstapels stabilisiert werden soll, ist für einen Wechselstromschalter geeignet. Da nur die beiden äusseren Löschbleche mit isolierendem Material abgedeckt sind, können sich die Teillichtbögen an den Randkonturen der innenliegenden Löschbleche vereinigen und einen Teil der Löschbleche kurzschliessen. Besonders bei Gleichstrom führt ein solches Festbrennen des Lichtbogens zum Ausfall des Schalters. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Löscheinrichtung für einen Allstrom-Leitungsschutzschalter in ihrer Wirkung noch zu verbessern, um ein höheres Gleichstromschaltvermögen, insbesondere für Gleichströme mit hoher Zeitkonstante zu erhalten. Hierbei soll sie sich bei einfachem Aufbau mit möglichst wenigen Änderungen in die üblicherweise vorhandene reine Wechselstrom-Schalterbaureihe einordnen lassen, um so eine kostengünstig herstellbare Ergänzungsserie von Leitungsschutzschaltern für Gleichstrom bzw. Allstrom zur Verfügung zu stellen. Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäss die im Anspruch 1 genannten Merkmale vorgesehen. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung von Lichtbogenlaufsperren an allen Löschblechen, beispielsweise in Form von zwei beiderseits in den Löschblechstapel greifenden, kammartigen Einlagen wird der Rücklauf von Teillichtbögen auf die Zungen der Löschbleche und ihr dortiges Stehenbleiben gegen Ende der Abschaltung mit Sicherheit ausgeschlossen. Hingegen wird zu Abschaltungsbeginn ein Lichtbogen im kritischen Strombereich von etwa 30 bis 100 A tie treppenartige Verdickung der den Permanentmagneten abdeckenden Isolierstoffplatte wirkungsvoll in den V-förmigen Schlitz des Löschblechstapels geleitet. Die Verdickung der Isolierstoffplatte bewirkt zudem bei Wechselstrom-Kurzschlussabschaltungen eine geringere Entmagnetisierung des Permanentmagneten in dem für Gleichstrom-Abschaltungen wichtigen Bereich. Somit ist neben einem sehr guten Abschalten von unterschiedlichen Gleichströmen mit hoher Zeitkonstante auch ein höheres Wechselstromabschaltvermögen gegeben. Anhand der Zeichnung sei die Erfindung nachstehend näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Lösch einrichtung in Löschblechebene entsprechend der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinie, während in Fig. 2 eine Draufsicht der Löscheinrichtung in Funktions ebene des Leitungsschutzschalters vereinfacht dar gestellt ist. Fig. 3 zeigt die Ansicht einer kammartigen Einlage und Fig. 4 eine Vorderansicht der das Wesen der Erfindung mit bestimmenden Isolierstoffplatte von der Löschblech seite her. Die als Ausschnitt eines Leitungsschutzschalters gezeigte Löscheinrichtung ist in einer aus einem Unterteil la und einem Oberteil lb gebildeten Gehäusekammer 1 untergebracht, die grösstenteils von einem Stapel von vorzugsweise 12 Stück nebeneinander auf Abstand befindlichen ferromagnetischen Löschblechen 2 ausgefüllt ist. Vor den Löschblechen sind im anderen Teil der Gehäusekammer im Bereich einer durch ein Festkontaktstück 3 und ein bewegliches Kontaktstück 4 gebildeten Kontaktstelle eine untenliegende Isolierstoffplatte 5 und eine obenliegende Isolierstoffplatte 6 flankierend angeordnet. Beim Abheben des beweglichen Kontaktstückes 4 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles und der daraufhin erfolgenden, bereits dargestellten Kontaktöffnung entsteht bei einem entsprechenden Stromfluss ein Schaltlichtbogen 7, der von den Isolierstoffplatten flankiert in noch näher zu beschreibender Weise in den Löschblechstapel einlaufen kann. Die paketförmig nebeneinanderstehenden Löschbleche 2, deren einander zugekehrte Oberflächen senkrecht zur Ebene der lsolierstoffplatten und auch zur Funktionsebene des Leitungsschutzschalters orientiert sind, haben an ihren schmalen, der Kontaktstelle zugekehrten Stirnkanten jeweils einen trichterförmigen V-Schlitz 2a, der etwa in der Mi#tte jedes Löschbleches in eine Verengung 2a' übergeht. Beiderseits des V-Schlitzes verbleiben somit Zungen 2b, 2c, die in Richtung der Isolierstoffplatten vorstehen. Die Zungen sind an ihren äusseren Längskanten 2d mit dem übrigen Löschblech bündig und liegen damit an den Gehäusewänden des Unterteiles bzw. Oberteiles bei lediglich geringem Spalt an. Ebenso liegen die Löschbleche mit ihrer rückwärtigen Schmalseite 2e an einer Trennwand der Gehäusekammer 1 an, in der im einzelnen nicht dargestellte Ausblasöffnungen lc ausgespart sind. Etwa in der Mitte der Zungen 2b bzw. 2c sind von den äusseren Längskanten 2d her kurze Einschnitte 2b' bzw. 2c' vorgesehen, in die je eine kammartige, entsprechend angepasste Einlage 8 (Fig. 3) aus Isolierstoff als Lichtbogenlaufsperre beiderseits des V-Schlitzes 2a eingesetzt ist. Die beiden kammartigen Einlagen 8 greifen mit ihren Zähnen 8a zwischen die Löschbleche 2 sowie über die beiden äusseren Löschbleche und liegen dabei an deren Oberflächen fest an, während ihr Kammrücken 8b jeweils über den gesamten Löschblechstapel hinwegläuft und gegebenenfalls diesen zusammenhält. Die Zähne der vorzugsweise schräg gestellten kammartigen Einlagen reichen mit ihren freien Enden bis an den V-Schlitz 2a und zeigen dabei in Richtung der Isolierstoffplatten. Hinsichtlich der Anordnung der kammartigen Einlagen im Bereich der Zungen bzw. des V-Schlitzes wird zum Verständnis der Erfindung ausdrücklich auf Fig. 1 verwiesen. Aus Fig. 1 ist auch ersichtlich, dass die dem Lichtbogenraum zugekehrten Stirnkanten der Löschbleche an beiden Zungen 2b bzw. 2c mit je einer Abstufung 2b" bzw. 2c" versehen sind. Dadurch ist insbesondere zwischen der Löschblechkontur unterhalb des V-Schlitzes und der den Löschblechen zugekehrten Stirnfläche der unteren Isolierstoffplatte 5, die mit einem winkelförmigen Ansatz 5a bis an die Gehäusewand vorsteht und einen Permanentmagneten 9 überdeckt, eine rinnenartige Vertiefung 2a" gebildet. Der in das Gehäuseunterteil lediglich eingelegte Permanentmagnet 9 ist zur Kontaktstelle hin durch die Isolierstoffplatte 5 vollständig abgedeckt und sowohl an seiner Oberfläche als auch an seinen Stirnkanten, insbesondere durch den an den Loschblechstirnkanten anliegenden Ansatz 5e vor BeschÅadigung durch den Lichtbogen geschätzt. Ahr,lch wie die gesamte Isolierstoffplatte 6, ist die Isolierstoffplatte 5 im Bereich der Kontaktstelle ebenflächig asge- bildet, während sie zu den Löschblechen hin eine treppenartig ansteigende Verdickung auf ihrer dem Permanentmagneten abgekehrten Oberseite aufweist (Fig. 4). Diese Verdickung besteht aus einer ersten bis oberhalb der Off- nung des V-Schlitzes reichenden Stufe 5b vor dem grösseren Teil der Löschbleche und einer gegenüber dieser erhöhten zweiten Stufe 5c im Bereich zwischen Festkontaktstück 3 und den restlichen Löschblechen. Hier wird insbesondere auf Fig. 2 verwiesen. Die zweite Stufe 5c reicht etwa bis zur Mitte des V-Schlitzes und liegt dabei seitlich an einem Lichtbogenablaufhorn 3a des Festkontaktstückes 3 an. Der entstehende Schaltlichtbogen 7 wird daher auf seinem Weg in den Löschblechstapel mit seinem auf dem Lichtbogenablaufhorn wandernden einen Fusspunkt durch die zweite Stufe 5c zwangsläufig bis etwa zur Mittelebene der Löscheinrichtung angehoben. Beide Stufen treten zweckmässigerweise mit einer Schräge aus dem ebenflächigen Bereich 5d der Isolierstoffplatte 5 hervor. Da die zweite Stufe 5c in der Ebene der Fig. 2 etwa parallel zum Lichtbogenablaufhorn verläuft, erweitert sich die erste Stufe 5b zu den Löschblechen hin trichterförmig. Hierdurch wird der Einlauf des Lichtbogens in das Löschblechpaket verbessert. Als weitere zur Löscheinrichtung gehörende und diese begrenzende Bauteile dienen an ihrer Oberseite ein mit dem Festkontaktstück 3 verbundenes Rückschlusspotentialblech 10, das in nicht näher dargestellter Weise mit einer Eingangsklemme 11 elektrisch leitend in Verbindung steht, und ein am Boden der Gehäusekammer befindliches Lichtbogenleitblech 12. Dieses parallel zu einem äusseren Löschblech verlaufende Lichtbogenleitblech ist im Bereich des Lichtbogenraumes in Richtung des beweglichen Kontaktstückes 4 zur guten Übernahme von dessen Lichtbogenfusspunkt geführt und trägt an seinem freien Ende 12a ein Bimetall 13 als thermischen Auslöser. Dieser ist über eine Verbindungs leitung 15 mit einer Anschlussklemme 14 und über eine flexible Leitung 16 mit dem beweglichen Kontaktstück 4 in Reihe geschaltet. Die Flussrichtung des Gleichstromes ist in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet und führt von der Anschlussklemme 11 zum Festkontaktstück 3 und weiter über das bewegliche Kontaktstück 4, die Leitung 16, das Bimetall 13 und die Leitung 15 zur anderen Anschlussklemme 14. Erfolgt nun eine Abschaltung, so fliesst bei sich öffnenden Kontakten ein Gleichstrom über den Schaltlichtbogen 7, der unter der Wirkung des in Fig. 1 schematisch eingezeichneten Magnetfeldes des Permanentmagneten 9 schon bei Strömen oberhalb von ungefährt 30 A über die Stufen der unteren Isolierstoffplatte 5 hinweg wirkungsvoll in den V-Schlitz 2a des Löschblechstapels geleitet wird. Insbesondere aufgrund der von der Stufe 5c bewirkten mittigen Führung des Lichtbogens auf dem Lichtbogenablaufhorn 3a kann dieser im kritischen Strombereich von etwa 30 bis 100 A über angedeutete Zwischenstellungen 7a, 7b, 7c in die Verengung 2a' des V-Schlitzes einlaufen. Dieser Vorgang wird durch den grösseren Luftspalt zum Magneten aufgrund der vor den Löschblechen verdickten unteren Isolierstoffplatte zusätzlich unterstützt. Ist der Lichtbogen in die Verengung des V-Schlitzes eingelaufen und hat Teillichtbögen zwischen den Löschblechen entsprechend den Positionen 7d, 7e gebildet, so wirkt die sich aufbauende Lichtbogenspannung der treibenden Gleichspannung entgegen. Insbesondere bei längerer Lichtbogenbrenndauer und Gleichströmen von mehr als 100 A besteht jedoch die Gefahr, dass die Teillichtbögen zwischen den Oberflächen der Löschbleche in den Entstehungsraum zurücklaufen (über Pfeile angedeutet). Mit den kammartigen Ein lagen 8 wird nunmehr erreicht, dass diese Lichtbögen nur bis in Position 7f vor diese Sperren laufen können und nicht auf die Zungen 2b bzw. 2c gelangen. Hier wären solche Lichtbögen nur noch von wenig Eisen auf den schmalen Zungenenden umgeben und ihr Stehenbleiben auf den inneren Konturen des V-Schlitzes die Folge. Dies wird durch die Erfindung jedoch ausgeschlossen, so dass der Schaltlichtbogen von Gleichströmen ab etwa 30 A sicher im breiteren Teil der Löschbleche gelöscht wird. Kleinere Gleichströme bis etwa 30 A werden hingegen aufgrund der Abstufung 2b" der Löschblechzungen über die Stirnfläche der Isolierstoffplatte 5 in die rinnenartige Vertiefung 2a" gezogen und dort an den Zungenenden der Löschblechkontur gelöscht (Pos. 7c'). Neben einem hohen Gleichstrom-Abschaltvermögen, insbesondere bei grosser Zeitkonstante, erlaubt die erfindungsgemässe Löscheinrichtung zugleich auch ein höheres Wechselstrom-Abschaltvermögen. Dies wird insofern erreicht, als bei entgegengesetzt fliessender Stromrichtung durch die treppenartige Verdickung der unteren lsolierstoffplatte 5 eine geringere Entmagnetisierung des Permanentmagneten 9 in dem für Gleichstromabschaltungen wichtigen Bereich erfolgt. Statt kammartiger Einlagen können die Lichtbogenlaufsperren auch durch entsprechende zwischen die Löschbleche greifende Gehäusestege oder durch lokale Isolationen direkt auf der Oberfläche der Löschbleche in den Zonen, in denen die Zähne 8a über die Zungen 2b bzw. 2c greifen, erfolgen. Für diese lokalen Isolationen können Klebestreifen, Lack oder entsprechende Stoffe eingesetzt werden.

Claims: Quenching equipment for a circuit breaker, in particular for an alternating and direct current circuit breaker, with a stack of several ferromagnetic quenching laminations (2), which are disposed one beside the other at a spacing in a housing chamber and each provided at their narrow side facing a contact place with a funnel-shaped V-slot (2a) forming two projecting tongues, and with two insulating material plates (5), which are arranged transversely in front of the quenching laminations, lie against the end faces of the tongues to both sides of the V-slot and flank the contact place and of which at least one covers a permanent magnet (9), characterised thereby, that the individual quenching laminations (2) are provided with insulating narrow arc movement barriers (8) in about the central region of their tongues (2b, 2c) on their surfaces and from both outer longitudinal edges (2d) each time to the V-slot (2a) in such a manner that the arc return movement of the partial arc ends (7d, 7e) from that respective areal region of the quenching laminations (2), which receives the constriction (2a') at the end of the V-slot (2a), to those parts of the tongues (2b, 2c), which are disposed in front of the arc movement barriers (8), is prevented. Quenching equipment according to claim 1, characterised thereby, that the arc movement barriers are each formed of a respective comblike insert (8) of insulating material, which insert is disposed between the quencing laminations (2) and engages at both sides of the stack and the teeth (8a) of which each fill out a respective gap between the surfaces of the individual tongues (2b, 2c) to the V-slot (2a), wherein the comb spine (8b) is led over those longitudinal edges (2d) of the quencing laminations (2), which are provided with a notch (2b', 2c'). Quenching equipment according to claim 1, characterised thereby, that the arc movement barriers are formed by means of narrow housing webs shaped on at the walls of the housing chamber (1) to be projecting therefrom and each time filling out the gap between the tongues (2b, 2c) of the individual quenching laminations (2) to the V-slot (2a). Quenching equipment according to claim 1, characterised thereby, that the arc movement barriers are each formed by limited local insulations on the surfaces of the tongues (2, 2c) by means of adhesive strips, enamel or similar insulating materials. Quenching equipment according to one of the claims 1 to 4, characterised thereby, that an insulating material plate (5), which covers the permanent magnet (9) and protrudes by a projection (5a) to the housing wall of the quenching chamber (1), engages over an end face of the permanent magnet (9) in front of the end face outline of the quenching laminations (2) and the insulating material plate (5) above the permanent magent (9) is formed by a rising staircaselike thickening (5b, 5c) from the planar region (5d), which flanks the contact place (3, 4), to the quenching laminations (2). Quenching equipment according to claim 5, characterised thereby, that the staircaselike thickening rises out of the planar region (5d) with bevelled transition in a first step (5b) before about three quarters of the number of the quenching laminations, which lie further away from an arc-spreading horm (3a) of the fixed contact member (3). Quenching equipment according to one of the claims 5 and 6, characterised thereby, that the staircaselike thickening (5b, 5c) is formed in the region, which is situated behind the arc-spreading horn (3a), before the remaining about quarter of the quenching laminations (2) in a second step (5c), which is higher than the first step (5b) and reaches almost to the centre plane of arc-spreading horn (3a) and thereby also of the V-slot (2a). Quenching equipment according to one of the claims 5 to 7, characterised thereby, that the insulating material plate (5) flanks the fixed contact member (3) laterally by the planar region (5d) and is led by the thickened second step (5c) directly to the arc-spreading horn (3a). Quenching equipment according to one of the claims 5 to 8, characterised thereby, that the second step (5c) of the thickening is led bevelled about parallely to the arc-spreading horn (3a) and the first step (5b) is thereby enlarged in trapezium shape towards the quenching laminations (2).

Inventors: OSTERMANN, WERNER, DIPL.-ING.
Applicants: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH
Application year: 1986
Main classification: H01H9
IPC codes: H01H9