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Schalter zum Unterbrechen von Weehselstromkreisen.
Bei einem Schalter zum Unterbrechen von Wechselstromkreisen ist eine lichtbogenfreie Unterbrechung möglich, wenn es gelingt, den Stromkreis genau im Stromnulldurchgang zu öffnen und gleicheitig die elektrische Festigkeit der Unterbrechungsstelle so schnell zu erhöhen, dass die wiederkehrende Spannung keinen Durchschlag erzwingen kann. Da diese ideale Unterbrechung nicht erreicht werden kann, so bildet sich ein Lichtbogen aus, der in einem ionisierten Gasraum brennt. Bei den zum Unterbrechen von Wechselstrom dienenden Schaltern kommen je nach der Art des Schalters verschiedene Massnahmen zur Anwendung, um den Lichtbogenraum zu entionisieren und den Lichtbogen zu löschen.
So wird beispielsweise bei einem Olschalter eine durchschlagfeste Isolierschicht von Öl in den Lichtbogenraum gebracht, bei einem Pressluftschalter werden die Ladungsträger aus dem Lichtbogenraum herausgeblasen und bei einem Expansionssehalter werden die Ladungsträger durch die Flüssigkeitsteilchen eines kondensierenden Dampfes so mit Masse behaftet, dass sie durch das elektrische Feld bei wiederkehrende Spannung nicht mehr beschleunigt werden und der Lichtbogen nicht wieder zündet.
Beim Stromnulldurehgang ist der Lichtbogenraum am schwächsten ionisiert, da der Lichtbogen erlischt. Die Wirkung aller Entionisierungsmassnahmen wird deshalb erhöht, wenn es gelingt, den Effekt der Entionisierung zeitlich auf die unmittelbare Nähe des Stromnulldurchganges zu konzentrieren, um in diesem Zeitpunkt den Lichtbogenraum durchschlagfest zu machen, so dass die beim Erlöschen des Lichtbogens wiederkehrende Spannung keine Rückzündung herbeiführt und der Lichtbogen erloschen bleibt.
Nach der Erfindung wird diese Konzentration durch schwingfähige Systeme-harmonische oder pseudoharmonische-erreicht, die durch den Strom mit der einfachen oder doppelten Wechselstromfrequenz erregt und in Resonanz- oder resonanzähnliche Schwingungen versetzt werden. Nachstehend ist die Anwendung der Erfindung bei verschiedenen Wechselstromschaltern beschrieben, u. zw. zuerst bei einem Ölschalter.
Wie schon erwähnt, wird bei einem Olschalter der Lichtbogen dadurch gelöscht, dass eine durchschlagfeste Isolierschicht von Öl in den Lichtbogenraum zwischen die Scbaltstücke gebracht wird, was am zweckmässigsten im Stromnulldurchgang geschieht. Um letzteres zu erreichen, ist es erforderlich, die Wirkung der Ölmasse, die durch die beim Abschalten entstehende Gasblase in Bewegung gesetzt wird und zusammen mit der Elastizität der Gasblase ein schwingfähiges System bildet, das durch den pulsierenden Lichtbogenstrom erregt wird, so zu vergrössern, dass die Gasblase resonanzähnliche Schwingungen ausführt und in der Nähe des Stromnulldurchganges eine negative Amplitude von solel : er Grösse erreicht wird, dass sich durchsehlagsfeste Ölfilme zwischen Gasblase und Schaltstücke schieben.
Die Wirkung der Olmasse auf das schwingfäl'ige System wird erfindungsgemäss dadurch vergrössert, dass durch entsprechende Ausbildung des Ölgefässes die Verdrängung des Öles beim Entstehen der Gasblase in einen Raum hinein erfolgt, dessen Querschnitt nur ein Teil der gesamten Öloberfläche ist. Auf diese Weise wird ein Ölkolben gebildet, der zusammen mit der Gasblase schwingt und dessen Masse sich so wählen lässt, dass die gewünschte resonanzähnliche Schwingung des Schwingsystems erreicht wird.
In der Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Ölschalter mit einem Gefäss dargestellt, das einen Ringraum. M zur Bildung eines ringförmigen Olkolbens auf der Öloberfläche besitzt, 15 und 16 sind zwei Schaltstifte, bei deren Trennung ein Lichtbogen gezogen wird und die Gasblase 17 entsteht.
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Die Gasblase ist für den Augenblick des Stromnulldurchganges gezeichnet, in dem bei ihren vom Lichtbogenstrom hervorgerufenen und durch den Ölkolben resonanzähnlich gemachten Schwingungen eine so grosse negative Amplitude erreicht ist, dass sich Ölfilme zwischen die Gasblase und die Schaltstiftspitzen schieben und die Strecke zwischen den. schaltstiftspitzen gegen die im Stromnulldurchgang wiederkehrende Spannung durchschlagfest machen. Der Lichtbogen bleibt dann erloschen.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung ausgebildeten Pressluftschalters dargestellt.
In einem zylinderförmigen Gehäuse 19 wird ein Kolben 20 durch Federn 21 und 22 in einer Mittellage gehalten. Der Kolben 20 unterteilt den Innenraum des Zylinders 19 in zwei Teile. Der linke Teil enthält eine düsenförmige Öffnung 23, die bei eingeschaltetem Schalter durch den Schaltstift 24 verschlossen ist. An den Schaltstift 24 ist die eine Stromzuführung 25 angeschlossen. Die andere Stromzuführung 26 ist mit einem festen Schaltstück 27 im rechten Zylinderraum verbunden, das auf dem gleichzeitig als Durchführung dienenden Isolator 28 sitzt. Das feste Schaltstück 27 befindet sich mit einem Schaltstift 29 in Berührung. Dieser Schaltstift sitzt an einem durch eine Feder 30 nach oben geschobenen Kolben 31, der in dem Zylinder 32 gleitet.
Der Stromschluss wird durch das Metallgehäuse des Pressluftschalters hergestellt.
Beim Abschalten werden die beiden Zylinderräume links und rechts vom Kolben 20 durch das sich verzweigende Rohr 33 mit Druckluft gefüllt, so dass auf beiden Seiten des Kolbens 20 gleicher Druck herrscht. Die Druckluft im rechten Zylinderraum drückt den Kolben 31 im Zylinder 32 gegen die Feder 30 nach unten. Dabei wird ein Lichtbogen zwischen dem festen Schaltstück 27 und dem Schaltstift 29 gezogen. Da unter dem Einfluss der durch den-Lichtbogen erzeugten Druckschwankungen, die mit doppelter Wechselstromfrequenz erfolgen, der rechte Zylinderraum sein Volumen abwechselnd zu vergrössern und dann wieder zu verkleinern sucht, so wird der Kolben 20 zu Schwingungen angestossen und dabei der schon vorhandene Druck im linken Zylinderraum bei Kompression durch den Kolben gesteigert.
Wählt man die Schwingungszahl dieses Sehwingsystems so aus, dass sie ungefähr der doppelten Wechselstromfrequenz entspricht, so werden die Schwingungen des Kolbens 20 durch resonanzähnliche Wirkung grösser und führen zu ganz erheblicher Steigerung des Druckes im linken Zylinderraum. Dabei liegt das Maximum der Drucksteigerung zeitlich in der Nähe des Stromnulldurchganges. Wird nun der Schaltstift 24 aus dem düsenförmigen Schaltstück 23 herausgezogen, so werden beim nächsten Stromnulldurchgang die Ladungsträger aus dem Lichtbogenraum mit besonders hohem Druck herausgeblasen.
Bei einem Druckluftschalter nach der Erfindung kann also die Druckluft, mit der der Schalter gefüllt wird, einen bedeutend kleineren Druck besitzen, als es sonst bei einem normalen Druckluftschalter erforderlich ist. Denn durch den schwingenden Kolben wird der Druck in dem für die Lichtbogenunterbrechung allein geeigneten Augenblick, d. h. im Stromnulldurchgang zu der erforderlichen Höhe gesteigert und damit der Entionisierungseffekt auf diesen Zeitpunkt konzentriert.
Die Erfindung lässt sich auch auf einen Expansionsschalter anwenden, bei dem in einer teilweise mit Sehaltflüssigkeit gefüllten Schaltkammer durch den Abschaltlichtbogen Dampf aus der Flüssigkeit entwickelt wird, der den Lichtbogen durch Expansion und Kondensation löscht. Erfindungsgemäss wird der Schaltkammerraum durch elastische Wände begrenzt, die durch die vom Lichtbogen hervorgerufenen Druckschwankungen in der Kammer in resonanzähnliche Schwingungen versetzt werden und beim Erreichen einer bestimmten Amplitude in der Nähe des Stromnulldurcbganges Öffnungen zum Ausströmen des Dampfes aufmachen.
Bei dem Expansionsschalter. nach Fig. 3 wird der Schaltkammerraum beispielsweise aus mehreren nbereinandergeschiehteten dosenförmigen Kammern 34 gebildet, durch deren mittlere Öffnungen im Deckel und Boden der Schaltstift 35 zu dem festen Schaltstück 36 hindurchgeführt ist. Bestehen die
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stück 36 mit einer Isolierplatte 38 abdichtend aufgesetzt. Gleichzeitig stützen sie sich auf Isolatoren 39 und 40. In den Kammern 34 befinden sich Ringe 41 aus elastischem Material, beispielsweise Gummi, die für die mit Schaltflüssigkeit gefüllten inneren Räume 42 einen elastischen Abschluss nach aussen bilden.
Die inneren zylindrischen Wandungen der Räume 42 besitzen Öffnungen 43, die bei eingeschaltetem Schalter durch den Schaltstift 35 geschlossen gehalten werden.
Wird beim Abschalten der Schaltstift 35 aus dem festen Schaltstück 36 herausgezogen, so wird in dem von den Kammern umschlossenen Raum, der durch den Schaltstift freigegeben wird, ein Lichtbogen gezogen. Da dieser Raum mit den elastisch abgeschlossenen Räumen 42 der Kammern 34 durch die Öffnungen 43 in Verbindung steht, so wird die Schaltflüssigkeit in ihnen durch die Lichtbogenhitze zum Teil verdampft, und die Gummiring 41 werden entsprechend den durch den Lichtbogen hervorgerufenen Druckschwankungen im Rhythmus der doppelten Wechselstromfrequenz ausgedehnt und zusammengezogen.
Bei richtiger Abpassung dieses harmonischen Schwingungssystems lässt es sich erreichen, dass in der Nähe des Stromnulldurchganges die Gummiring so weit ausgedehnt und dabei so stark deformiert werden, dass sie den Dampfraum nicht mehr gegen aussen hin abschliessen und Dampf aus den Kammern 34 ausströmt, wobei eine Expansion des Dampfes, in dem der Lichtbogen brennt, herbeigeführt und der Lichtbogen beim StromnuUdurchgang gelöscht wird.