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Leistungsschalter.
Die meisten zum Schalten grosser Leistungen verwendeten Lichtbogenschalter weisen den
Nachteil auf, dass sie kleine Ströme nicht sicher unterbrechen.
Diese Erscheinung macht sich auch bei Flüssigkeitsschaltern mit leitender Flüssigkeit, auf welche sich die Erfindung in erster Linie bezieht, unangenehm fühlbar. Ströme sehr geringer i Stromstärke werden durch solche Schalter zwar unterbrochen, ohne dass ein Lichtbogen zu- stande kommt. Der Schalter wirkt in diesem Fall als reiner Widerstandsschalter, wobei die
Schaltflüssigkeit die Rolle eines Flüssigkeitswiderstandes spielt. Anderseits werden auch die starken Kurzschluss-Unterbrechungslichtbögen, für die der Schalter berechnet ist, ohne weiteres gelöscht.
Nimmt jedoch der zu unterbrechende Strom Werte an, die grösser sind, als die sehr ) kleinen Stromstärken, die von einem gewöhnlichen Flüssigkeitsschalter noch durch reine Wider- standsschaltung unterbrochen werden und die anderseits einen Abschaltlichtbogen von nur geringer Stärke ergeben, so kann der Schalter versagen.
In Fig. 1 sind diese bei einem Flüssigkeitsschalter mit leitender Schaltflüssigkeit auf- tretenden Verhältnisse dargestellt. In dem Diagramm ist auf der Abszissenachse die zu unter- brechende Stromstärke in Ampere, auf der Ordinatenachse die Unterbrechungszeit t", also die
Kontaktdauer bei Widerstandjschaltung. die Lichtbogendauer bei der Lichtbogenschaltung, auf- getragen. Die Kennlinie 10 kennzeichnet das Verhalten des Schalters bei sehr kleinen Strom- stärken, bei denen er als Widerstandsschalter wirkt. Wie ersichtlich werden Ströme, die kleiner sind als der Wert a, ohne Lichtbogenbildung ausgeschaltet. Die Kennlinie- kennzeichnet das Verhalten des Schalters als Lichtbogenschalter, also bei den grossen Stromstärken.
Man sieht, dass Ströme, die kleiner sind als der Wert b, nicht gelöscht werden. Dies hat seine
Ursache darin, dass der Lichtbogen von einer Stromstärke kleiner als b nicht genügend Druck- energie, die den für die Löschung erforderlichen Druckabfall liefert, entwickelt. In dem Gebiet zwischen a und b versagt somit der Schalter, die Schaltzeit tec ist unendlich gross, d. h. eine
Abschaltung findet überhaupt nicht statt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Schalter mit einer besonderen, als Flüssigkeitswider- stand ausgebildeten Schaltstelle und einer parallel zu ihr liegenden Lichtbogenschaltstelle. Die als Flüssigkeitswiderstand ausgebildete Schaltstelle ist hiebei so bemessen, dass sich die Schalt- leistung, die von ihr übernommen werden kann, mit der von der Lichtbogenschaltstelle be- wältigten kleinsten Schaltleistung überdeckt. Ein Versagen des Schalters ist somit ausgeschlossen.
Die Ausdehnung des Schaltbereiches der Widerstandsschaltstelle des Schalters auf grössere
Ströme wird erfindungsgemäss durch entsprechende Bemessung des Anfangswiderstandes dieser
Schaltstelle erreicht.
Der Anfangswiderstand muss nämlich so gross sein, dass bis zu demjenigen
Minimalstrom, der zur Lichtbogenlöschung erforderlich ist, kein Lichtbogen an den Schalt- stücken entsteht. Der Spannungsabfall im Widerstand darf also nicht hinreichen, einen Licht- bogen aufrechtzuerhalten.
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Im Diagramm Fig. 1 ist die Kennlinie 12 eingetragen, welche einem solchen gemäss der Erfindung gewählten Widerstandsunterbrecher entspricht. Wie man sieht, würde erst ein Strom von einem grösseren Wert als c zur Lichtbogenbildung führen. Die kleineren Ströme werden durch reine Widerstandsschaltung gelöscht, ohne dass ein Lichtbogen zwischen den Schaftstücken des Schalters entsteht. Diese Stromwerte sind aber noch grösser, als der Minimalstrom b, der durch die Lichtbogenschaltung bewältigt werden kann.
Zur einwandfreien Wirkung der Widerstandsunterbrechungsstelle ist es erforderlich, dass durch entsprechende Ausbildung ihrer Elektrodenoberflächen und Wahl der Schaltflüssigkeit dafür gesorgt ist, dass die Stromdichte an den Elektroden während des Schaltvorganges jederzeit unter einem bestimmten Wert liegt. Dieser Wert ist für jede Widerstandsflüssigkeit bestimmbar und wird er nicht überschritten, so wird eine Lichtbogenbildung zwischen den Elektroden des Widerstandsschalters mit Sicherheit vermieden.
In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 10 ist die als Expansionskammer ausgebildete Lichtbogenschaltstelle des Schalters. 11 ist der leitende Mantel der Expansionskammer, 12 ihr Isolierdeckel, 13 ein Zwischendecke, der einen Dampfraum von dem Flüssigkeitsraum der Kammer abtrennt. Der Mantel 14 des Dampfraumes ist aus Isoliermaterial. 15 ist ein Metallboden, 16 ein Isolator, auf welchem die Expansionskammer aufgestellt ist. 17 ist das feste Schaltstück, das mit dem Boden 15 leitend verbunden ist.
18 ist der bewegliche Schaltstift. Mit dem Schaltstift ist die Elektrode 19 verbunden, die eillell Zylindermantel hat. Der untere Rand des Zylinders ist verdickt. um die Stromdichte zu be- grenzen. Wie aus der Abbildung ersichtlich, ist der Schaltstift 18 um ein Stück länger als
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durch den Boden 15 mit dem festen Schaltstück 17 leitend verbunden ist. Er bildet mit diesen Teilen zusammen den feststehenden Schalterpol. Der Innenmantel 11 und der Aussenmantel 20 schliessen einen ringzylinderförmigen Raum 21 ein. der mit Widerstandsflüssigkeit gefüllt ist und zusammen mit der Zylinderelektrode 19 die Widerstandsschaltstelle bildet. Der obere Rand 22 des Aussenmantels 20 ist stark nach aussen gebogen. 23 ist ein Isolierzylinder.
Der unterhalb des Zwischendeckels 13 liegende Teil der Expansionskammer 10 ist mit Schalt- flüssigkeit gefüllt. Der Strom wird etwa durch eine am Boden 15 befestigte Klemme dem feststehenden Schalterpol zugeführt und vom beweglichen Schaltstift 18 etwa mit Hilfe eines Gleitkontakts abgenommen.
Die Wirkungsweise dieses Schalters ist folgende :
Der zu unterbrechende Strom liege unter dem Wert c nach dem Diagramm der Fig. 1.
In dem Augenblick, wo der sich nach oben bewegende Schaltstift 18 das feste Schaltstück 17 verlässt, besteht zwischen den beiden Schaltstücken eine sehr geringe Spannungsdifferenz. Der Spannungsabfall in dem parallel zur Unterbrechungsstelle liegenden Flüssigkeitswiderstand ist nämlich, weil die in die Flüssigkeit eintauchenden Elektrodenflächen gross sind, bei der kleinen Stromstärke klein. Er genügt nicht, um einen Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Da zu Anfang kein Lichtbogen entsteht, wird ein solcher auch bei zunehmender Entfernung der Schaltstücke, trotzdem sich infolge des gleichzeitigen Herausziehens der Elektrode 19 aus der Widerstandsflüssigkeit der Widerstand vergrössert, nicht gezündet werden.
Der sich zwischen die Schalter-
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ganz allmählich an und damit nimmt der Strom, ohne einen Lichtbogen zu bilden, bis auf Null ab. Der Schaltvorgang ist beendet, wenn der Schaltstift 18, der mit dem Mantel 11, dem Boden 15 und dem Schaltstück 17 zusammen ebenfalls als Widerstandsschalter wirkt, die Widerstandsflüssigkeit 21 verlässt.
Der andere Fall ist der, dass der zu unterbrechende Strom grössere Werte annimmt als e, bei denen eine Lichtbogenschaltung erfolgt. In diesem Falle liegt an den Schaltstücken 17, 18 sofort nach ihrer Trennung eine Spannung, die zur Zündung und Aufrechterhaltung eines Lichtbogens führt. Der Fall tritt dann ein, wenn bei dem gegebenen Anfangswiderstand der Widerstandsschaltstelle der zu unterbrechende Strom eine Grösse erreicht, welche einen entsprechenden Spannungsabfall in dem Widerstand hervorbringt. Der Lichtbogen wird beim Fortschreiten des Ausschaltvorganges nicht mehr erlöschen, da der Flüssigkeitswiderstand mit austauchender Elektrode immer mehr anwächst. Der Lichtbogenwiderstand ist gegenüber diesem Parallelwiderstand klein. Es wird sich also an der Zylinderelektrode 19 ein Lichtbogen nicht bilden.
Um die Lichtbogenbildung auch am Ende des Abschaltvorganges zu vermeiden. ! nuss der Schaltstift ein genügendes Stück länger sein als die Elektrode 19. Im Augenblick, wo der bewegliche Schalterpol die in der Zeichnung punktiert eingetragene Lage erreicht, der Schaltstift also aus der Öffnung im Zwischendecke 13 heraustritt. erfolgt die Expansion des vom Lichtbogen aus der Scha1tflüssigkeit im unteren Teil der Kammer entwickelten Dampfes durch die Öffnung im Zwischendeckel.
Infolge der bei der Expansion erfolgenden Kondensation des Dampfes im Lichtbogenpfad erfolgt beim Stromnulldurchgang die Löschung des Lichtbogens.
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Wie ersichtlich, ist in diesem Augenblick der untere Rand der Widerstandselektrode 19 bereits ein so grosses Stück über den Spiegel der Flüssigkeit 21 herausgetreten und vom Rand 22 des Gefässes entfernt, dass eine Rückzündung nicht mehr stattfinden kann.
Um die Bedingung für lichtbogenfreies Arbeiten der Widerstandsunterbrechungsstelle zu erfüllen, dass nämlich die Stromdichte jederzeit einen bestimmten Betrag nicht überschreitet, muss auch auf die elektrischen Grössen des äusseren Stromkreises, insbesondere seine Selbstinduktion, Rücksicht genommen werden. Unter Umständen wird es sich empfehlen, die Elektrodenoberfläche 19 so auszubilden, dass sich der Widerstand mit fortschreitender Schaltbewegung nicht gleichmässig, sondern zuerst rascher und gegen Ende sehr langsam vergrössert. Beispielsweise kann der Zylindermantel der Elektrode 19 mit den in Fig. 3 gekennzeichneten Ausschnitten versehen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Lichtbogenunterbrechungsstelle, welche die Abschaltung grosser Leistungen übernimmt. eine als Flüssigkeitswiderstand ausgebildete Unterbrechungsstelle parallelgeschaltet ist. welche die kleineren Leistungen ohne Lichtbogenbildung abschaltet.