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Verfahren zum Löschen eines Wechselstromlichtbogens.
Es ist ein Verfahren zur Löschung eines Wechselstromlichtbogens bekanntgeworden, bei dem durch Ausscheiden von Flüssigkeit aus einem Dampf im Lichtbogenraum während des Stromnulldurchganges die elektrischen Ladungsträger, die Elektronen und Ionen, mit angelagerter Masse beschwert und dadurch nach wiederkehrender Spannung zur Stromleitung unfähig gemacht werden.
Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch den thermodynamischen Prozess, dem der Dampf zwecks Erzeugung des Kondensats unterworfen wird, eine Temperatur-
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grösser ist als der Anstieg der wiederkehrenden Spannung an den Elektroden. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, erfolgt mit Sicherheit die Löschung des Lichtbogens.
Lässt man beispielsweise, wie vorgeschlagen, aus einem Gefäss, in dem Wasser unter dem Einfluss eines zwischen zwei Elektroden im Gefäss gezogenen Lichtbogens verdampft wird, den Dampf nach Erreichen eines bestimmten Druckes plötzlich expandieren, so wird ein (dp)............(dU)
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Kondensation des Dampfes entspricht, nur bei genügend hohem Überdruck des Dampfes während der Dauer der Expansion erreicht.
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Lichtbogenströme wird nicht genügend Dampf mit einem so hohen Druck entwickelt, wie er gerade bei der Expansion zum Erreichen eines besonders grossen Druckgefälles bei einem mit der Höhe der Spannung wachsenden Spannungsanstieg erforderlich wäre.
Die Erfindung besteht nun darin, dass in einem Dampf das zur Lichtbogenli5schung erforderliche Expansionsgefälle unabhängig von der Grösse des Lichthogenstromes durch pli5tz- liche Dampfraumänderung erzielt wird.
Im folgenden sei das Verfahren an Wasserdampf als Beispiel erläutert.
Bezeichnet man mit T, das Anfangsvolumen eines Dampfraumes, mit =-das spezifische Dampfvolumen und mit 1 den Druck des Dampfes, der nach der Abbildung bei der Trennung eines beweglichen Schaltstiftes 6 von einem festen Schaltstück 5 aus der Schaltflüssigkeit 4 in der Schaltkammer 3 entwickelt wird. so lässt sich bei einer Aufwärtsbewegung
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durch Aufwärtsbewegen des Kolbens direkt. dem ursprünglichen Dampfraumvolumen V, indirekt proportional.
Aus dieser Beziehung ergeben sich also zwei Möglichkeiten zum Erreichen eines Druckgefälles bzw. eines Temperaturgefälles. bei dem bei jeder Spannung von beliebiger Höhe unabhängig von der Grösse des Lichtbogenstromes die Löschung des Lichtbogens erreicht wird.
Die erste Möglichkeit besteht in der beispielsweise von aussen herbeigeführten Änderung' des Dampfraumes während der Expansion. Dabei ist die Volumenänderung des Dampfraumes abhängig von der Geschwindigkeit. mit der der Kolben 1 an der hohlen Kolbenstange 2. durch die der Schaltstift 6 hindurchgeführt ist. in der Schaltkammer 3 hochgezogen wird, Ferner ist die Volumenänderung des Dampfraumes auch noch von der Grösse der Kolbenfläche abhängig. Praktisch wird man ein bestimmtes Mass der Kolbenfläche nicht überschreiten. da bei grossen Geschwindigkeiten des Kolbens eine zu grosse Masse des Kolbens von Nachteil ist.
Die zweite Möglichkeit besteht darin. das Druck- und damit das Temperaturgefälle durch die Einstellung des Anfangsvolumens Vo des Dampfraumes zu beeinflussen. Je kleiner Vo ist,
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der Kolben 1 bei eingeschaltetem Schalter die Oberfläche der Sehaltflüssigkeit 4 fast berührt.
In dieser Stellung wird der Kolben elektromagnetisch in Abhängigkeit von dem zu unterbrechenden Strom festgehalten, der in der Figur durch Spulen 9 auf den Schenkeln eines Haltemagneten 7 und von da durch ein Schleifstück N dem Sehaltstift ss zugeführt ist. um bei vorhandenem Kontakt zwischen Schaltstift 6 und Schaltstift 5 über Schaltstück 5 ill die Leitung zu fliessen. Es könnten zum Festhalten des Kolbens in der Anfangsstellung auch zwei Solenoide nach Art eines Solenoidkontaktes verwendet werden.
Die elektromagnetische Festhaltung des Kolbens hat den Zweck, die Vergrösserung des Anfangsvolumens Va des Dampfraumes bei einem Stromnulldurchgang beginnen zu lassen.
Auch bei kleinen Lichtbogenstromen bildet sich vor einem Stromnulldurchgang aus der Flüssigkeit immerhin so viel Dampf mit einem Druck po. dessen Grösse keine Rolle spielt, sondern dessen Vorhandensein lediglich für das Zustandekommen eines Druckgefälles von Bedeutung ist. dass bei dem Stromnulldurchgang der richtige Zeitpunkt da ist, um mit der Vergrösserung des Anfangsvolumens Fo zu beginnen. Dies geschieht selbsttätig dadurch, dass die elektro- magnetische Haltung des Kolbens 1 durch den Magneten 7 gegen den an der Kolbenstange ausgeübten Zug beim Stromnulldurchgang aufgehoben wird und der emporschnellende Kolbell den Dampfraum Vu rash vergrössert.
Bei grösseren Lichtbogenströmen ist der Dampfdruck p grösser. Auf den Kolben 1 wirkt dann durch den Dampfdruck eine zu der an der Kolbenstange 2 angreifenden Zugkraft zusätzliche Kraft. die mit wachsendem Liehtbogenstrom zunimmt. Dabei kann es passieren, dass der Kolben 1 vom Magneten 7 schon vor dem Stromnulldurchgang abgerissen und in der Schaltkammer 3 hochgeschnellt wird, da infolge der Eisensättigung die Anziehungskraft des Magneten 7 auch bei höheren Stromstärken nach Erreichen eines bestimmten Betrages nur ganz unwesentlich wächst. Das vorzeitige Abreissen des Kolbens geschieht bei gleichzeitiger Vermeidung einer unnötigen Druckbeanspruchung der Schaltkammer durch eine weitere Dampfentwicklung mit wachsendem Druck bis zum Stromnulldurchgang im Sinne des Verfahrens.
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erforderliche Druck- bzw.
Temperaturänderung durch Dampfraumänderung erzielt.
Als Dämpfe für die Ausübung des Löschverfahrens nach der Erfindung kommen in erster Linie Wasserdampf, ferner jedoch auch die Dämpfe anderer Flüssigkeiten in Betracht.
Hauptsächlich müssen diese Dämpfe die Bedingung erfüllen, dass sie bei hoher Temperatur sich möglichst wenig chemisch zersetzen, so dass sie wieder kondensiert werden können. Insbesondere gibt es auch Dämpfe, welche sich nicht bei der Expansion, sondern bei der Kompression kondensieren. Es sind dies Dämpfe mit positiver spezifischer Wärme auf der oberen Grenzkurve, beispielsweise Ätherdampf, Chloroformdampf u. ä. Auf solche Dämpfe wird das Verfahren sinngemäss so angewandt, dass das Volumen des Dampfraumes zwecks Kondensation statt vergrössert verkleinert wird.