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Expansionskammer.
Es ist vorgeschlagen worden, zur Unterbrechung eines Wechselstromes eine Expansionskammer zu benutzen, in welcher der Abschaltlichtbogen, der sich zwischen den Elektroden bildet, durch Kondensation eines Dampfes im Lichtbogenraum während des Stromnulldurchganges gelöscht wird. Bedingung für die Löschung ist, dass ein Druckgefälle (dut) für die Expansion d-t) erzeugt wird, das in einem bestimmten Verhältnis zu dem Anstieg der nach der Stromunterbrechung wiederkehrenden Spannung an den Schaltstücken steht.
Dieses Druckgefälle ändert sich im Zeitmoment to, d. h. zu Beginn der Expansion nach der Formel
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worin F'die Expansionsöffnung, v die Ausströmgeschwindigkeit des Dampfes, also-F. v die sekundliche Volumenvergrösserung des Dampfes, Fo das Anfangsvolumen des Dampfes und Po die Anfangsspannung des Dampfes in der Expansionskammer zu Beginn der Expansion bedeuten und k eine Konstante ist. Das Druckgefälle wird also von der Anfangsspannung po in der Expansionskammer massgebend beeinflusst.
Diese Anfangsspannung jpo kommt dadurch zustande, dass der Lichtbogen zu Beginn des Schaltvorganges mehr Dampf aus der Schaltflüssigkeit in der Expansionskammer entwickelt, als aus der Kammer austreten kann. Die am Ende der Drucksteigerung erreichte höchste Dampfspannung ist praktisch zugleich die Anfangsspannung po des anschliessenden Expansionsvorganges.
Bei kleinen zu unterbrechenden Stromstärken ist nur eine kleine Anfangsspannung Po zu erreichen, weil sich bekanntlich der Dampf unter der Einwirkung des Lichtbogens aus der kalten Schaltflüssigkeit bildet und infolge der Eigenart dieses Dampferzeugungsprozesses die Abkühlungsverluste auch bei längerer Einwirkung eine Steigerung der Dampfmenge verhindern.
Bei kleiner Anfangsspannung Po, also kleinen Stromstärken, beeinträchtigt jeder kleine Druckverlust das erzielbare Druckgefälle (--) und damit die Löschwirkung der Expansionskammer in starkem Masse. Soll dagegen die Expansionskammer auch für die Löschung von Lichtbögen grösserer Stromstärke verwendet werden, so kommt bei diesen grösseren Strömen eine Anfangsspannung des Dampfes po zustande, welche die Expansionskammer unnötig stark beansprucht.
Es seien nun die den Anfangsdruck po in der Expansionskammer bestimmenden Verhältnisse bei gegebener Abschaltleistung betrachtet. Einer bestimmten Abschaltleistung entspricht eine bestimmte in der Zeiteinheit entwickelte Dampfmenge. Der Druck des Dampfes in der Expansionskammer wird dann bei gegebener Dauer der Dampfbildung-das ist bei einem festen Zeitintervall zwischen Kontaktöffnung (Zündung des Lichtbogens) und Expansionsbeginn-und gegebenem Dampfraum in der Expansionskammer-das ist der Raum, der nicht von der Schaltflüssigkeit erfüllt ist-umso höher steigen, je kleiner die Dampfverluste sind. Jede Expansionskammer hat gewisse Undichtigkeiten, nämlich insbesondere an der Schaltstiftöffnung.
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Infolgedessen expandiert der Dampf schon von Anbeginn in gewissem Grad durch diese Undichtigkeiten, die zum Unterschied von der z. B. durch den Schaltstift freizugebenden eigentlichen Expansionsöffnung als Vorausströmöffnung bezeichnet werden. Der durch sie eintretende Druckverlust spielt bei den in Betracht kommenden Dampfspannungen eine massgebende Rolle für die zu erzielende Anfangsspannung der-Expansion.
Die Erfindung besteht nun darin, dass die Vorausströmöffnung der Kammer einstellbar bzw. betriebsmässig regelbar gemacht wird. Man hat es damit in der Hand, je nach der Abschaltleistung, die für die Expansion erforderliche Anfangsspannung in gewissen Grenzen einzustellen. Bei der geringsten zu unterbrechenden Stromstärke, bei der jeder Druckverlust schädlich ist, wird die Voraus strömung vollkommen dicht abgeschlossen und bei den grösseren Stromstärken entsprechend weit geöffnet, damit kein überflüssig grosser Anfangsdruck in der Kammer entsteht.
Es ist insbesondere zweckmässig,-die'Einstellung der Vorausströmöffnung in Abhängigkeit von der abzuschaltenden Stromstärke erfolgen zu lassen. Die Einstellung kann jedoch auch in Abhängigkeit vom Druck in der Kammer herbeigeführt werden.
In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Am Boden der Expansionskammer 10 ist das feststehende Schaltstück 11 befestigt.
16 ist die Schaltflüssigkeit. Durch den Isolierdeckel 12 geht der bewegliche Schaltstift 13 hindurch. In die Ausströmungsöffnung 14 im Deckel, durch welche der Schaltstift hindurchgeht, ist eine einstellbare Abdichtung 15, beispielsweise in Art einer Irisblende, eingebaut.
Diese wird durch eine nicht dargestellte Einrichtung in Abhängigkeit vom Druck in der Kammer oder vom Strom gesteuert. Liegt der abzuschaltende Strom unter einem gewissen Mindestbetrag, dann ist die Abdichtung 15 so eingestellt, dass sie den Schaltstift vollkommen abdichtet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Expansionsschalter zum Unterbrechen von Wechselströmen, bei dem der Unterbrechunglichtbogen in einer Schaltflüssigkeit enthaltenden Expansionskammer durch plötzliche Expansion des darin gebildeten Dampfes gelöscht wird, dadurch gekennzeichnet, dass jene Öffnung der Kammer, aus der während der Drucksteigerung vor der Expansion Dampf austreten kann (Vorausströmung), einstellbar bzw. betriebsmässig regelbar ist.