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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Expansionsprinzip.
Das Expansionsprinzip für die Löschung von Wechselstromliehtbögen besteht darin, dass in einer den Lichtbogen umgebenden Dampfatmosphäre eine plötzliche starke Druekverminderung, also eine Expansion des Dampfes, erzeugt wird, welche über mindestens einen Stromnulldurchgang andauert.
Es sind nun auf diesem Prinzip beruhende Schalter bekanntgeworden, bei denen die Kontakttrennung in einer mit leitender oder isolierender Schaltflüssigkeit gefüllten Kammer erfolgt, welche zunächst während des Dampfbildungsprozesses so lange geschlossen gehalten wird, bis sich Dampf von hoher Spannung gebildet hat, und die dann plötzlich gegen den umgebenden Raum, in dem ein niedrigerer Druck herrscht, geöffnet wird, wobei der Lichtbogen durch die heftige Expansion gelöscht wird. Es ist schon vorgeschlagen worden, in der Schaltkammer von der Sehaltstiftöffnung unabhängige Ausströmstellen für den Dampf vorzusehen, um auf diese Weise die die Expansion steuernden Ausströmorgane nur ihrer Funktion gemäss und ohne Rücksichtnahme auf andere Funktionen bemessen zu können.
Bei einer bekannten Ausführung erfolgt die Steuerung der Ausströmstellen durch einen glocke-
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vergrössert werden. Die den Expansionsvorgang steuernde Wirkung des Innendrucks wird auf diese Weise im Augenblick, wo die Expansion einsetzt, vervielfacht. Infolge der Geschwindigkeit, mit welcher sich der Druck in der Kammer fortpflanzt, ist diese Wirkung eine augenblickliche, und der vergrösserte Expansionsquersehnitt kommt daher für die Löschung voll zur Geltung.
Es ist zweckmässig, die die Expansionsöffnung steuernden Teile dem Innendruck zugängliche Spalten mit grossen Grenzflächen öffnen zu lassen, da zur Öffnung eines Spaltes eine sehr kleine Zeit erforderlich ist und trotzdem bei entsprechend grossen Grenzflächen grosse Angriffsflächen für den Druck entstehen.
Nach der weiteren Erfindung sollen mehrere längs des Lichtbogens verteilte Dampfausströmungs- stellen im Mantel der Dampfkammer vorgesehen sein. Durch diese Ausbildung kann in kurzer Zeit ein grosser Expansionsquerschnitt gebildet werden, und ausserdem kann die Expansion aus verschiedenen Teilen der Kammer gleichzeitig einsetzen, wodurch der Ausströmwiderstand verkleinert und der Grad
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Der nach der Kontaktöffnung unter der Schaltflüssigkeit gezogene Unterbrechungslichtbogen verdampft Flüssigkeit, welche je nach der Leistung des Unterbrechungslichtbogens in kürzerer oder längerer Zeit die Expansionsspannung erreicht, d. h. einen solchen Überdruck, der hinreicht, um bei dem gegebenen Aussendruck die für die Löschung erforderliche plötzliche Druckabsenkung zu erzeugen.
Der Raum, in den der Dampf expandiert, kann etwa ein Kondensationsgefäss sein, in welchem etwa nor- maler Atmosphärendruck herrseht. Die Federn 27, M sind nun so eingestellt, dass, sobald dieser Expansions- druck erreicht ist, der Deckel 14 vom Rand der Expansionskammer 10 abgehoben wird, so dass der in der Kammer befindliche Flüssigkeitsdampf durch den freigegebenen Ringquersehnitt unter dem herr- sehenden Druckgefälle mit grosser Geschwindigkeit ausströmt, so dass sich beim Stromnulldurchgang in der Kammer eine kräftige Druckentlastung ausbildet, die die günstigen Löschbedingungen für den Lichtbogen herbeiführt. Für die Geschwindigkeit der Druckverminderung bei der Expansion ist auch die Geschwindigkeit massgebend, mit welcher der Expansionsquerschnitt geöffnet wird.
Um eine mög- lichst plötzliche Öffnung zu erreichen, sind die zusätzlichen Druckflächen zwischen Flansch 11 und dem überstehenden Teil des Deckels 14, und um eine Vorausströmung vor der Erreichung des Expansions- druekes zu vermeiden, ist die Dichtungsleiste 19 am Deckel vorgesehen. Die Dichtungsleiste verhindert das Ausströmen des Dampfes durch die immer vorhandenen Undichtigkeiten und damit ein vorzeitiges
Abheben, welches durch die Undiehtigkeitsverluste bewirkt werden könnte. Die Expansion setzt daher in vollem Masse in dem Augenblick ein, wenn beim Abheben des Deckels die untere Kante der Dichtungs- leiste die Oberkante des Flansches 11 erreicht. In diesem Augenblick ist nun ein ringförmiger Spalt zwischen Flansch 11 und Deckel 14 geöffnet, der sofort von dem gespannten Dampf gefüllt wird.
Die
Dampfspannung wirkt von diesem Augenblick an auf eine um diese Ringfläche vergrösserte Angriffs-
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der Angriffsfläche für den gespannten Dampf verhindert, dass sich der Deckel unter der Wirkung der Federn 17, 18 nach einer geringen Absenkung des Drucks wieder schliesst. Erst bis der Dampfdruck auf einen Bruchteil des Betrages gefallen ist, den er bei der Öffnung des Expansionsquerschnittes hatte, reicht die Federkraft aus, den Deckel wieder auf die Expansionskammer 10 aufzusetzen.
In Fig. 2 bedeuten : 26 die Expansionskammer aus Isoliermaterial, die mittels der Stifte 27, 28
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Federn 32, 3, 3, die sich gegen die Schraubenköpfe und den Ringflansch abstützen, drücken die Lösch- kammer in der Ruhelage nach unten gegen die Sitzfläche am Boden. 34 ist das feststehende Schaltstück, 35 ist der bewegliche Schaltstift, 36 ist der Spiegel der Schaltflüssigkeit, welche innerhalb und ausserhalb der Expansionskammer im Kondensationsgefäss 25 gleich hoch steht, da die beiden Gefässe durch eine kleine Öffnung 37 miteinander kommunizieren.
Die Öffnung 37 ist so klein, dass der Drues- verlust, der durch das Ausströmen aus ihr bei der Dampfbildung stattfindet, keine Rolle spielt. 38 ist
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Diese Expansionskammer wirkt ähnlich der im vorigen Ausführungsbeispiel geschilderten, mit dem Unterschied, dass der Dampf aus der Kammer nicht unmittelbar in den Gasraum des umgebenden Kondensationsgefässes 25 expandiert, sondern durch die Schaltfüssigkeit hindurch, die den unteren Teil von : 25 fÜllt.
Die Expansion wird durch die intensive Kühlung unter Kondensation des ausströmenden Dampfes in der umgebenden Flüssigkeit wirksam unterstützt.
Die Expansionskammer nach Fig. 3 besteht aus einem Isoliergefäss, dessen Zylinderwa, ndung teilweise aus Ringen zusammengesetzt ist, welche sich in Richtung der Zylinderachse gegeneinander bewegen können. Das Zylindergefäss ist mit dem an einem Isolator 40 befestigten Isolierboden 41 verbunden
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bunden ist, und den lose aufeinandergeschiehteten Isolierringen 44-48 mit den dazwischenliegenden scheibenartigen Isolierringen 49.50 ist der Deckel der Kammer, der ebenfalls aus Isoliermaterial besteht und die Öffnung 51 für den Schaltstift 52 hat. Der Deckel 50 ist durch die in ihm verankerten Spannbolzen 5. 3, 54 mit dem Boden 41 verbunden. Die Spannbolzen können im Boden 41 gleiten und sind mit Isolierhülsen 55,56 umgeben und halten zwischen sich die Ringe 44-49 fest.
Gegen die Teller 57, 58 der Bolzen 53,54 stützen sieh die Federn 59,60, welche die Bolzen nach unten ziehen und dadurch die Expansionskammerringe und den Deckel zusammenpressen. 61 ist das feststehende Schaltstück. 6 : ! ist der Boden des die Expansionskammer umgebenden Flüssigkeitsbehälters (Kondensationsgefäss), der durch die Öffnung 51 für den Schaltstift mit der Schaltkammer kommuniziert, 6. ist der Spiegel der Schaltflüssigkeit.
Diese Expansionskammer wirkt folgendermassen :
Nach der Kontaktöffnung kann sich in der vollständig gefüllten Expansionskammer unterhalb des kritischen Druckes nur dann Dampf entwickeln, wenn Flüssigkeit durch die Undichtigkeiten der
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widerstand der Undichtigkeiten (d. i. hauptsächlich der Schaltstiftoffnung) und wird anderseits den
Expansionsdruck je nach der Leistung des Lichtbogens, d. i. je nach der sekundlich erzeugten Dampf- menge, früher oder später erreichen. Der nach der Kontaktöffnung entstehende Dampfdruck wirkt zu- nächst nur auf den kleinen Innendurchmesser "d" der Kammer.
Bei grosser Sehaltleistung wird die Dampfspannung schon nach einem kurzen Weg des Schaltstiftes die Expansionsspannung erreichen, beispielsweise dann, wenn die Schaltstiftspitze die unterste Platte 49 erreicht hat. Der Schaltdampf füllt also nur den untersten Teil der Kammer. Die Federn 59, 60 sind so bemessen, dass die vom Expansions- druck auf die Kreisfläche vom Durchmesser "d" ausgeübte Kraft ihre Gegenkraft überwindet, mithin wird der Deckel 50 nach oben bewegt, die Ringe lockern sich, indem die Bolzen im Boden 41 gleiten und die Federn 59, 60 zusammendrücken.
Da der im unteren Teil der Kammer befindliche Dampf zunächst die untersten Ringspalten, die sich zu beiden Seiten des Ringes bilden, füllen wird und die entstehenden Ringspalten durch die dem grösseren Durehmesser #D" entsprchende vergrösserte Kraft erweitert werden, bleiben die oberen Ringe 45-48 aufeinandergepresst und der Expansionsquerschnitt öffnet sich also im wesentlichen nur im unteren Teil der Kammer in Form von zwei Ringspalten. Aus diesen expandiert der Dampf sehr rasch durch die vorgelagerte Flüssigkeit hindurch in den umgebenden Raum.
Auch hier wird also durch die zusätzliche Spaltfläche die auf die Vergrösserung des Expansionsquerschnittes hinwirkende Kraft, welche die nebeneinander liegenden ringförmigen Scheiben voneinander zu entfernen sucht, im Sinne einer raschen Expansion vergrössert.
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