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Verfahren und Einrichtung zum Lösehen von Wechselstromhocleistungsliehtbögen in Schaltern,
Sicherungen od. dgl.
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bevor der Lichtbogen hineingezogen wird.
Es sind auch Schalter bekannt, bei welchen in den brennenden Lichtbogen Flüssigkeit hineinge- drückt werden soll. Soweit der hiezu erforderliche Druck durch den Lichtbogen selbst erzeugt werden soll, lässt sich keine brauchbare Löschwirkung erzielen, da der Lichtbogen einen Gegendruck erzeugt, welcher dem auf die Flüssigkeit ausgeübtem Druck die Waage hält, und ausserdem heisse, hochionisierte Lichtbogengase in den Lichtbogenraum gelangen, die zur Lichtbogenlösehung nicht geeignet sind.
Soweit dagegen bei bekannten Schaltern die Flüssigkeit durch einen äusseren Druck in die Löschvorrichtung hineingedrückt werden sollte, wurde der Druck auf eine grosse in einem Vorratsbehälter befindliche Flüssig- keitsmenge ausgeübt, wodurch für jeden Lösehvorgang der ganze Flüssigkeitsvorrat in Bewegung gesetzt werden musste und infolgedessen nur relativ sehr kleine Beschleunigungen der Flüssigkeit erzielbar waren.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Löschung des Wechselstromliehtbogens in Schaltern, Sicherungen und ähnlichen Unterbrechungsvorrichtungen, die aus einem in einem Gasraum angeordneten Löschkanal besteht, durch den der Lichtbogen hindurchgezogen wird und in den während des Bestehens des Lichtbogens ein in unmittelbarer Nähe des Löschkanals bereitgehaltenes flüssiges Löschmittel durch einen äusseren Druck hineingedrückt wird. Der Lichtbogen wird dadurch einer unmittelbaren Einwirkung des Lösehmittels ausgesetzt, welches im Lösehkanal einen gewissen Druck erreicht und an den Expansionsmündungen des Löschkanals frei und schnell expandieren muss.
Unter Löschkanal ist dabei eine verhältnismässig enge Isolierhülle zu verstehen, in die an einer geeigneten Stelle die Zuführungsleitung für die Flüssigkeit mündet.
Die Erfindung besteht in dem Verfahren, dass in den Lichtbogen eine derart beschränkte Menge Flüssigkeit durch von aussen zugeführtes Druckgas hineingedrückt wird, dass noch während des Abschaltvorganges die ganze vor dem Druckgas befindliche Flüssigkeit in den Löschkanal hineingetrieben wird.
Unter Abschaltvorgang ist dabei nicht nur der Vorgang der Lichtbogenlöschung, sondern darüber hinaus der ganze für die Einschaltung einer durchschlagsicheren Unterbrechungsstreeke erforderliche Vorgang verstanden. Nach der Erfindung wird also gewissermassen ein Flüssigkeitspfropfen, hinter dem das elastische Druckgas sitzt, während des Unterbrechungsvorganges in den Löschkanal vollständig hinein-und vorzugsweise ganz hindurchgedrückt. Es ergibt sich hiebei eine besonders gute Lösehwirkung, so dass sehr hohe Abschaltleistungen unterbrochen werden können, u. zw. mit an sich beliebigen, insbesondere auch halbleitenden Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser. Als Druckgas kann Druckluft verwendet werden.
Dem Druckgas wird vorteilhafterweise ein mässiger Druck gegeben, damit der Gegendruck des Lichtbogens nicht zu hoch ansteigt. Mit Drücken in der Grössenordnung von 10 at wurden gute Ergebnisse erzielt.
Die Druekgabe soll so frühzeitig erfolgen, dass das Ausströmen der Flüssigkeit aus dem Löschkanal schon vor Eintritt des Sehaltstiftendes in den Löschkanal beginnt. Damit sich die Flüssigkeit rechtzeitig in Bewegung setzen kann, soll der Stift in dem Löschkanal Spiel haben.
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Die Flüssigkeitszuleitung, welche die für jedesmalige Abschaltung benötigte kleine Flüssigkeitsmenge enthält, steht zweckmässigerweise mit einem Vorratsbehälter durch eine enge oder mit Rückschlag- ventil versehene Öffnung in kommunizierender Verbindung. Die Achse des Löschkanals wird dann zweckmässig gegen die Vertikale geneigt, um die untere Mündung des Löschkanals aus der Flüssigkeit herauszuheben und so die Expansion zu verbessern.
Die Flüssigkeitszuführungsleitung zum Löschkanal soll von seinen Expansionsöffnungen räumlich getrennt münden. Die Längen des Löschkanals, welche bei dieser räumlichen Trennung zwischen die Mündung des Druckmittels und die Mündungen in den Expansionsraum eingeschaltet sind, hängen von den Umständen, insbesondere von der Spannung desStromkreises ab und können von wenigen Zentimetern bis'zu mehreren Dezimetern schwanken. Der Zuflussquerschnitt für die Flüssigkeit soll dort, wo die Flüssigkeit in den Löschkanal mündet, etwa gleich gross sein wie die Summe der Querschnitte der Expansionsmündungen.
. Eine besonders vorteilhafte Lösehwirkung erzielt man dadurch, dass man den Zuflussquerschnitt für die Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe des Löschkanals auf ein Vielfaches seines Mündungsquerschnittes erweitert. Der Übergang zu dieser Erweiterung soll stetig sein. Die Zuführungseinriehtung kann sich in Form eines gekrümmten Rohres an diese Erweiterung anschliessen, wobei in dem Krümmer die Flüssigkeit steht.
Dem Löschkanal kann verschiedene Form gegeben werden. Er kann einfache zylindrische Form haben, man kann ihm auch die Form einer Doppeldüse geben, in deren Mitte das Löschmittel zugeführt wird.
Die Löscheinrichtung kann in einer Kammer angeordnet sein, um Flüssigkeitsverlust zu vermeiden.
Die Kammer kann unter Umständen auch ohne Auspuff ausgeführt sein, weil die Einrichtung mit sehr geringen Flüssigkeitsmengen betrieben werden kann und die Löschung in der Regel schon in der ersten Halbwelle des Wechselstromes erfolgt, so dass wenig Dampf und daher auch nur ein geringer Gegendruck entsteht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 ist auf einem
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das feststehende Schaltstück M leitend verbunden. Der bewegliche Schaltstift 14 ist durch die Isolierhaube 12 hindurchgeführt. Der Strom wird dem Gefäss 11 und dem damit leitend verbundenen Schalt- stück L3 durch die Leitung J ! 5 zugeführt und aus dem Schaltstift 14 durch den Gleitkontakt 16 abgenommen.
17 ist eine Platte aus Isoliermaterial, welche mit einer zylindrischen engen Bohrung 18 für den Schaltstift und einer grossen Öffnung 19 versehen ist und in die Kammer 11, 12 eingebaut ist. Die Bohrung 18 bildet den Löschkanal für den Lichtbogen. In der Mitte des Löschkanals befindet sich die Mündung 20 der Flüssigkeitszuführungsleitung. Diese besteht aus dem Rohrkrümmer 21. Der Mündungsquerschnitt 20 erweitert sich rasch auf den wesentlich grösseren Querschnitt des Rohres 21. Der Rohrkrümmer kommuniziert durch die enge Verbindungsöffnung 22 mit dem Vorratsbehälter 11. In der Verbindungsöffnung kann ein Rückschlagventil 2. 3, z. B. ein Kugelventil angebracht sein. Der Spiegel der Schaltflüssigkeit ist mit 24 bezeichnet.
An das äussere Ende des Rohrkrümmers 21 ist ein Pressluftbehälter oder eine Press- lufterzeugungsanlage angeschlossen. 25 ist ein Auspuffrohr, 26 eine Ablenkplatte, welche das Auswerfen von Flüssigkeit verhindert.
Die Einrichtung wirkt folgendermassen : Zuerst wird die an das Rohr 27 angeschlossene Pressgaszuführung geöffnet. Knapp darauf wird das Kommando zur Auslösung des Schaltstiftes 14 gegeben. Die verhältnismässig geringe Flüssigkeitsmenge 28 in dem Rohrkrümmer 21 setzt sich daher vorzeitig in Bewegung und beginnt schon durch den Löschkanal M auszuströmen, während sich der Stift 14 noch in diesem befindet. Da der Stift mit Spiel durch den Löschkanal hindurchgeführt ist, steht dem Aus-
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erlangt daher in dem Löschkanal eine gewisse Strömungsgeschwindigkeit, bevor der Lichtbogen hindurchgezogen wird. Wenn der Stift 14 die obere Mündung des Löschkanals verlässt, soll die ganze Flüssigkeit aus dem Rohrkrümmer 21 schon nahezu ausgestossen sein.
Jedenfalls muss sich in diesem Zeitpunkt die Löschmittelströmung in vollem Gang befinden. Anderseits muss die zeitliche Folge der Kommandogabe, Pressgaszufuhr und Stiftauslösung, unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwinidgkeit, welche das Lösehmittel annimmt, so abgestimmt sein, dass, solange der Lichtbogen besteht, noch Flüssigkeit vorhanden ist. Bei der Kommandogabe muss daher ausser auf die Stiftgeschwindigkeit auch auf die Form der Durchflussquerschnitte, welche die Flüssigkeit zu passieren haben, also sowohl auf die Form des Rohrkrümmers 21 wie auch auf die Form und Weite des Löschkanals und den Druck des Pressgases, Rücksicht genommen werden, weil von allen diesen Faktoren die Strömungsgeschwindigkeit abhängt.
Die Unterbrechung des Stromkreises vollzieht sich in der Regel beim ersten Stromnulldurchgang des Wechselstromes, der stattfindet, während der Lichtbogen durch den Löschkanal gezogen ist. Die besondere Güte der Löschwirkung hängt mit der kleinen Flüssigkeitsmenge, welche im Augenblick der Unterbrechung vorhanden ist, zusammen, denn, wie Versuche ergeben haben, ist das Maximum der Unterbrechungsleistung immer dann erreicht, wenn durch genaue Abpassung der Kommandogabe diese Flüssigkeitsmenge im Unterbrechungsmoment auf einen Mindestwert gebracht wird.
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- Nach der Unterbrechung des Stromkreises füllt sich der Rohrkrümmer 21 aus dem Vorratsbehälter 11 wieder mit Flüssigkeit, die durch die Öffnung 22 einströmt, sobald die Pressgaszuführung unterbrochen wurde. Währenddem das Pressgas auf die Flüssigkeit drückt, schliesst sich das Rückschlagventil 23, so dass keine Flüssigkeit aus dem Rohrkrümmer in das Gefäss 11 gedrückt wird. Der durch den Lichtbogen aus der Flüssigkeit entwickelte Dampf expandiert mit grosser Schnelligkeit nach beiden
Seiten in den flüssigkeitsfreien Raum der Kammer. Da sich die untere Öffnung durch die Schrägstellung der Löschkanalachse in weiter Entfernung vom Flüssigkeitsspiegel 24 befindet, wird die Expansion auch nach dieser Richtung nicht durch die Flüssigkeit gehemmt.
Der Lichtbogen kommt ausserdem mit der Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter nicht in Berührung, was vorteilhaft ist, da hiedurch nur eine schädliche Dampfbildung und daher Gegendruckbildung entsteht. Durch die Öffnung 19 kann der nach unten aus dem Löschkanal expandierende Dampf rasch abströmen. Der Dampf verlässt die Kammer durch das Auspuffrohr 25.
Die Flüssigkeitsoberfläche in dem Behälter 11 kann durch eine Platte 29 aus Holz, Isoliermaterial od. dgl. abgedeckt sein, um zu verhindern, dass durch die heftige Expansion der Gase aus der Löscheinrichtung die Flüssigkeit aufgewirbelt wird.
Fig. 2 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem die Flüssigkeit auf mindestens zwei in Reihe geschaltete Löschkanäle verteilt ist, die derart gespeist sind, dass die Flüssigkeit frühestens beim Hindurchgehen des beweglichen Schaltstückes durch den letzten Liehtbogenlöschkanal aus den Löschkanälen vollständig ausgestossen wird.
110 ist die auf einem Isolator aufgestellte metallene Schaltkammer, 111 ist eine Isolierhaube, die auf die Schaltkammer aufgesetzt ist und diese abschliesst, 112 ist das feststehende Schaltstück, das mit der Metallkammer 110 leitend verbunden sein kann, so dass der Stromanschluss an der Metallkammer angeordnet sein kann. 113 ist der bewegliche Sehaltstift, 114 ein Gleitkontakt, durch den der Strom aus dem Schaltstift abgenommen wird. Die Lösehvorriehtungen bestehen aus den beiden Platten 115, 116, die aus einem Isolierstoff sind und enge zylindrische Bohrungen 117, 118 für den Schaltstift 114 besitzen.
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gemeinsame Leitung 121 vereinigen. Die Leitung 121 ist als Rohrkrümmer ausgebildet, in dem die Schaltflüssigkeit bis zur Marke 122 steht.
Durch ein Rückschlagventil 123 steht das Rohr mit der Flüssigkeit in der Kammer 110 in Verbindung. Die Leitung 124 führt zu einer Druckgasquelle. In ihr ist ein geeignetes Anschlussorgan angeordnet, das durch den Auslöser des Schalters gesteuert wird. 125 ist ein Auspuffrohr. In den Platten 115, 116 befinden sich grosse Öffnungen 126, 127, durch die der vom Lichtbogen entwickelte Dampf abströmen kann. 128 ist eine Isolierplatte, die den Flüssigkeitsspiegel abdeckt.
Die Einrichtung wirkt folgendermassen : Auf ein Auslösekommando wird zuerst die Druckgaszuführung durch das Rohr 124 geöffnet. Knapp darauf wird das Kommando für die Auslösung des Schaltstiftes 114 gegeben. Die in dem Rohr 121 befindliche Flüssigkeit 129 setzt sich daher frühzeitig in Bewe-
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eintritt. Frühestens wenn der Schaltstift 114 sieh mitten in dem Löschkanal befindet, soll die ganze Flüssigkeit 129 vollständig aus den beiden Löschkanälen 117 und 118 ausgestossen werden. Spätestens soll dies der Fall sein, wenn der Schaltstift die obere Mündung des Löschkanals 118 verlassen hat.
Die Löschung des Lichtbogens vollzieht sich dann beim ersten Stromnulldurchgang des Wechselstromlichtbogens, der beim oder knapp nach dem Passieren der Schaltstiftspitze durch den oberen Löschkanal stattfindet. In diesem Augenblick ist die Flüssigkeitsmenge, die sich in den beiden Löschkanälen 117 und 118 vor dem Druckgas befindet, ein Minimum und die auf dem Lichtbogen in diesen beiden Kanälen ausgeübte Löschwirkung ist dabei ein Maximum. Durch die Hintereinanderschaltung der beiden Löschkanäle wird nun die Unterbrechungswirkung so vergrössert, dass auch Stromkreise von sehr hoher Spannung mit geringer gesamter Lichtbogenlänge unterbrochen werden. Um die Unterbrechung möglichst zu beschleunigen, kann die Geschwindigkeit des Schaltstiftes sehr hoch gewählt werden.
Diese Anordnung hat besondere Vorteile für die Unterbrechung von Stromkreisen sehr hoher Spannung, wo grössere Löschlängen benötigt werden, weil durch die Unterteilung der Lichtbogenunterbrechung mehrere hintereinanderliegende Stellen des Lichtbogens einer sehr wirksamen Löschwirkung unterworfen sind. In jeder einzelnen Unterbrechungsstelle ist nämlich die vor dem elastischen Druckmittel befindliche Flüssigkeitsmenge im Unterbrechungsmoment auf einen Mindestwert gebracht, so dass sich eine Anzahl maximaler Unterbrechungsleistungen addieren.
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