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Elektrischer Flüssigkeitssehalter.
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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitssehalter, bei dem zur Löschung des Lichtbogens die
Energie des Lichtbogens selbst benutzt wird bzw. die vom Lichtbogen hervorgerufene Druckerhöhung.
Diese Druckerhöhung wird benutzt, um mit Hilfe eines Differentialkolbens eine Flüssigkeitsströmung zu erzeugen, die den Lichtbogen zum Erlöschen bringt. Zweckmässig wird dieser Differentialkolben in einer besonderen Löschkammer, die auch den beweglichen und festen Schalterkontakt aufnimmt, angeordnet, die in das ganz oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllte Schaltergehäuse eingesetzt wird.
Von dieser Bauweise des Flüssigkeitssehalters macht man mit Vorteil dann Gebrauch, wenn es auf die
Ausbildung eines ölarmen Schalters ankommt, d. h. eines Schalters, der nur eine ganz geringe Flüssigkeits- menge enthält. Bei diesen Schaltern besteht das Schaltergehäuse gewöhnlich aus einem aus Isoliermaterial hergestellten Zylinder oder aus einem Porzellanisolator, in den die Löschkammer eingesetzt ist und in den der bewegliche Schaltstift von oben eintaucht. Das Gehäuse ist geschlossen, aber nur zum Teil mit der Schalterflüssigkeit gefüllt.
Die Betriebssicherheit der bisherigen Ausführungen dieser ölarmen Schalter ist nicht ausreichend.
Einer der Hauptgründe für die mangelnde Zuverlässigkeit ist die unzureichende Kondensation oder Abfuhr der vom Lichtbogen hervorgerufenen Dämpfe oder Gase, die sich im oberen Teil des Schalter- gehäuses ansammeln, hier einen den Schaltvorgang nachteilig beeinflussenden Gegendruck hervorrufen und gleichzeitig das Schaltergehäuse gefährden. Unter diesen Umständen besteht ferner die Gefahr, dass bei mehreren dicht aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen nicht mehr genügend Flüssigkeit für die Löschung des Lichtbogens zur Verfügung steht.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, die beim Ausschalten sich entwickelnden
Gase auf einem möglichst langem Wege durch die Schaltflüssigkeit zu führen. Um dieses Ziel mit der erwünschten geringen Bauhöhe zu erreichen, wird der in der Löschkammer angeordnete Differential- kolben so ausgebildet, dass die Flüssigkeitsströmung entgegen der Bewegung des beweglichen Kontaktes nach unten erfolgt, so dass der Raum der Löschkammer, aus dem die Lichtbogengase austreten müssen, unten liegt.
Gleichzeitig wird die Löschkammer dicht über dem Boden des Schaltergehäuses angeordnet, und in ihrem unteren Teil werden Öffnungen so angebracht, dass die Lichtbogengase in die untersten
Schichten der die Löschkammer umgebenden Schalterflüssigkeit eintreten, mit der Folge, dass die
Lichtbogengase auf dem längstmöglichen Weg durch die Schalterflüssigkeit geführt werden, bevor sie aus dieser austreten können. Hiedurch wird erreicht, dass nur wenige Gasreste den Flüssigkeitsspiegel verlassen.
Die Erfindung betrifft im Zusammenhang mit der beschriebenen Ausführung noch weitere
Massnahmen, die in Verbindung hiemit oder auch für sich allein geeignet sind, die Zuverlässigkeit und
Betriebssicherheit der ölarmen Schalter zu erhöhen.
Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung, u. zw. zeigen die Fig. 1 und 2 einen Schnitt durch einen Schalter gemäss der Erfindung im ein-bzw. ausgeschalteten Zustande, bei dem mit dem festen Kontakt zusätzlich ein beweglicher Hilfskontakt verbunden ist. Fig. 3 einen
Schnitt durch einen Schalter mit abgeänderter Ausbildung des Schaltergehäuses, Fig. 4 und 5 Schnitte durch Schalter gemäss der Erfindung mit besonderen Vorrichtungen, um eine Gasbildung in der Lösch-
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kammer während des Einschaltens, sowie überhaupt das Ansammeln von Gas in der Löschkammer zu verhindern, Fig. 6 einen Schalter gemäss der Erfindung mit besonderer Ausbildung des Differentialkolbens.
Nach den Fig. 1 und 2 besteht das Schaltergehäuse aus einem Isolierzylinder 1, der unten durch einen Boden 2, oben durch einen Deckel 3 mit einer Bohrung für die Führung des beweglichen Schaltstiftes 4 abgeschlossen ist.
Das Schaltergehäuse ist nur zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt. Die Löschkammer 5 ist dicht über dem Boden 2 des Gehäuses eingebaut und besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Mantel 6, einem topfförmigen Deckel 7 und einem Boden 8, in den Öffnungen 9 für den Austritt der Liehtbogengase angebracht sind. Diese Öffnungen sind durch federbelastete Ventile 10 verschlossen, die erst bei Übersteigen eines bestimmten Druckes öffnen, um die Bewegungen des Differentialkolbens nicht zu beeinflussen.
Der Differentialkolben besteht aus einem Metallzylinderll mit einem unteren Flansch 12 und aus einem oberen Deckel J3 aus Isolierstoff, der mit dem Zylinder 11 fest verbunden ist und in der Mitte
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für gewöhnlich in seine tiefste Stellung. Wie die Zeichnung erkennen lässt, ist die grössere Fläche des Differentialkolbens nach unten gerichtet, die kleinere nach oben. Der Raum zunehmenden Volumens, aus dem die Gase austreten müssen, befindet sieh also unten. In diesem Raum ist auch der feste Kontakt 14 angeordnet, der auf dem Boden 8 aufgebaut ist.
Bei Unterbrechung des Schalters wird der Differentialkolben nach oben getrieben, wobei gleichzeitig das Öl durch Öffnung des Deckels 13 am Sehaltstift vorbei in die untere Kammer strömt. Bei einem bestimmten Überdruck öffnen die Ventile 10. Die Lichtbogengase treten durch die Öffnungen 9 nunmehr in die untersten Schichten der Schalterflüssigkeit ein, so dass sie durch die gesamte Schalterflüssigkeit strömen müssen, bevor sie den Flüssigkeitsspiegel verlassen können. Hiedurch wird trotz geringer Bauhöhe der Schalter mit Sicherheit eine Kondensation des grössten Teiles der vom Lichtbogen hervorgerufenen Dämpfe oder Gase erreicht.
Mit dem festen Kontakt 14, der als Hohlkontakt ausgebildet ist, ist, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ein zweckmässig unter Wirkung einer Feder 15 stehender beweglicher Hilfskontakt 16 in besonderer Weise verbunden. Der Hilfskontakt 16 soll in bekannter Weise als Abreisskontakt dienen, um den feststehenden Hohlkontakt von der Führung des Lichtbogens zu entlasten. Der Kontakt 16 ist in einem zylindrischen Gehäuse 17 federnd gelagert, das durch Stege 18 mit dem Differentialkolben, z. B. mit dessen Flansch 12, verbunden ist. Der Kontakt 16 folgt also der Bewegung des Differentialkolbens.
Die Verbindung des Abreisskontaktes mit dem Differentialkolben, die Lagerung des Kontaktes innerhalb des rohrförmigen festen Kontaktes und schliesslich die federnde Anordnung des Abreisskontaktes hat folgende wichtige Vorteile :
Der Abreisskontakt folgt ebenso wie der Differentialkolben dem beweglichen Kontakt, so dass der Lichtbogen stets kurz gehalten wird und leicht zu löschen ist. Die Anordnung des beweglichen und des Abreisskontaktes in einer Achse verhindert eine Längung des Bogens durch das Lösehmittel.
Die federnde Anordnung des Abreisskontaktes hat den Vorteil, dass der bewegliche Kontakt verhältnismässig tief in den festen eindringen kann, so dass eine grosse Übergangsfläche für den Strom
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Die Fig. 3 zeigt einen Schalter, bei dem das Schaltergehäuse zugleich als Wandung für die Lösch- kammer benutzt wird, um einen einfachen Aufbau des Schalters zu erhalten. Der gleichzeitig die Wand und den Deckel der Löschkammer bildende Isolator 21 besteht aus einem zylindrischen unteren Teil 22 und einem gleichfalls zylindrischen oberen Teil 23 kleineren Durchmessers.
An der Übergangsstelle ist in dem Isolator eine Querwand 24 ausgebildet, mit einer Bohrung 25 für den beweglichen Schalt-
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An die Querwand 24 schliesst sich nach unten ein ringförmiger Ansatz 28 an, der zusammen mit der Querwand 24 den Raum abnehmenden Volumens der Löschkammer bildet. Der Differentialkolben 29 ist mit seinem grösseren Durchmesser in dem Teil 22, mit seinem kleineren Durchmesser in dem Ansatz 28 geführt, so dass die Kammer zunehmenden Volumens von dem Isolatorteil 22 gebildet wird, so weit nicht durch die Form des Differentialkolbens selbst diese Kammer nach aussen hin, d. h. nach dem Raum 30 hin, abgeschlossen wird, der in üblicher Weise die Feder 81 des Differentialkolbens aufnimmt.
Nach unten hin wird die Löschkammer durch einen Boden 32 abgeschlossen, der sieh abdichtend gegen das untere Ende des Teiles 22 legt. Der Boden 32 bildet in der Mitte einen zylindrischen Ansatz i i,
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Um die Lichtbogengase aus der Löschkammer an einer möglichst tief gelegenen Stelle austreten zu lassen, sind im Boden 32 wiederum Öffnungen 85 angebracht, die durch federbelastete Ventile 36
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dass er öldicht auf den Isolierteil 2. 8 aufgeschoben werden kann. Um diesen Raum mit dem oberen
Raum des Isolatorteils 23 zu verbinden, sind in dem Teil Öffnungen 39 angebracht, die diesen Raum zunächst mit dem Raum 30 und dann über die Öffnungen 27 mit dem oben gelegenen Raum verbinden.
Der Boden 37 dient gleichzeitig als Träger des festen Kontaktes 34. Auf dem Boden ist ein
Sockel 40 angebracht, an diesem wiederum Kupferbleche 41, die den festen Kontakt 34 tragen.
Die Anordnung der federbelasteten Ventile 36 auf dem Boden 37 hat den Vorteil, dass bei der Überwachung des Schalters, z. B. bei Entfernung des Bodens, gleichzeitig die federbelasteten Ventile abgenommen werden, so dass sowohl das Schaltergehäuse wie die Löschkammer entleert wird. Es wird so erzwungen, dass das Öl nach jeder Überwachung erneuert wird.
Der gesamte Querschnitt der Öffnungen 39 in der Wand des Isolators wird zweckmässig kleiner gehalten als der gesamte Querschnitt der Öffnungen 27. Hiedurch wird erreicht, dass etwa auftretende Druckstösse in dem Raum der Kappe 38 abgefangen werden und nur in gemilderter Form zur Auswirkung auf den oberen Raum des Schaltergehäuses kommen. Um eine weitere Sicherung des Schaltergehäuses zu erreichen, wird zweckmässig die Wand der Kappe 8 durchbrochen und die Öffnung durch eine dünne Platte 42 verschlossen, die bei einem bestimmten Überdruck zerstört wird und auf diese Weise als Sicherung für das Schaltergehäuse dient.
Im oberen Teil des Isolators 21 ist eine Öffnung 43 angebracht, die durch ein Schauglas 44 verschlossen, eine ständige Überwachung des Flüssigkeitsstandes des Schalters gestattet.
Da der Differentialkolben sowohl im oberen wie im unteren Teil im Isolator selbst geführt ist und eine mechanische Bearbeitung des Isolators nur schwer möglich ist, sind in den Differentialkolben
Dichtungsringe 45 eingesetzt.
Die Schalter nach den Fig. 4 und 5 sind ähnlich wie der Schalter nach den Fig. 1 und 2 auf- gebaut. Das Schaltergehäuse besteht aus einem Porzellanisolator 60, der in seinem unteren Teil in einen
Metallring 61 gefasst ist, mit dem ein Flansch 62 durch Schrauben verbunden ist, an dem wiederum mit einem Ring 63 der Boden 64 angeschraubt ist.
Der Flansch 62 besitzt einen nach innen gerichteten ringförmigen Ansatz 65, der als Auflager für die Löschkammer dient und gleichzeitig als Widerlager für die federbelasteten Sicherungsventile 66.
Der Boden der Löschkammer ist mit 67 bezeichnet. Er liegt auf einem Ring 68 auf, der mit dem Teil 65 verbunden ist. Am Umfang besitzt er einen ringförmigen Flanseh, der als Auflager für den oberen
Gehäuseteil 69 der Löschkammer dient.
Am Teil 68 ist ein zylindrischer Ansatz 70 angebracht, in dem der feststehende Kontakt 71 angebracht ist. Als Träger des Kontaktes dient der Teil 72, der in den Ring 68 S eingeschraubt ist. Der
Differentialkolben selbst ist in gleicher Weise wie der des Schalters nach Fig. 3 ausgebildet.
Das Neue an dieser Ausführung des Sehalters sind die in dem beweglichen Kontakt 73 angebrachten
Längs-und Querkanäle 74, 75, 76, die folgenden Zweck haben : Das zuverlässige Arbeiten des Schalters ist ganz wesentlich davon abhängig, dass zu Beginn der Liehtbogenbildung in der Lichtbogenkammer keine Gase vorhanden sind. Bei den bekannten Ausführungen sind aber sehr häufig Gasrückstände vorhanden, die teils vom letzten Sehaltvorgang herrühren, teils aber auch vom Einsehaltvorgang vorher, weil bei höheren Spannungen häufig ein Einschaltliehtbogen entsteht, der eine unter Umständen beträchtliche Gasbildung zur Folge hat.
Gerade beim Einschalten sammeln sich die Gase an der höchsten Stelle der Kammer, d. h. im vorliegenden Falle in der Kammer abnehmenden Volumens, an, weil eine Bewegung des Differentialkolbens nicht eintreten kann. Auch vom Aussehaltvorgang her können sich Gase in der Kammer abnehmenden Volumens befinden, wenn, wie es häufig vorkommt, mehrere Schaltungen schnell hintereinander ausgeführt werden.
Enthält die obere Kammer nennenswerte Gasmengen, so tritt bei Bewegung des Differential- kolbens zunächst keine Spülung ein, sondern die Gase werden komprimiert. Eine Strömung setzt nachteiligerweise erst dann ein, wenn der Lichtbogen eine verhältnismässig grosse Länge angenommen hat, und nur noch schwer zum Erlöschen zu bringen ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird durch den beweglichen Kontakt eine Öffnung, die die Löschkammer mit dem übrigen Schaltergehäuse verbindet, so gesteuert, dass die Löschkammer auch bei eingeschalteten Kontakten mit dem übrigen Schalter- gehäuse in Verbindung steht, so dass die sich beim Einschalten etwa entwickelnden Gase aus der Lösch- kammer entweichen können, während sie kurz vor Trennung der Kontakte wieder geschlossen wird.
Eine besonders einfache Ausführung des Erfindungsgedankens wird erzielt, wenn der bewegliche
Kontakt selbst mit Überströmkanälen 74, 75, 76 derart versehen wird, dass im eingeschalteten Zustand
Gase und Dämpfe aus der Löschkammer durch den beweglichen Kontakt hindurch aus dieser austreten können, während bei der Kontakttrennung die Überströmkanäle in dem beweglichen Kontakt durch die Führung des Kontaktes im oberen Teil des Löschkammergehäuses verschlossen sind.
Die Fig. 4 zeigt die Einschaltstellung. In dieser Stellung ist der obere Teil der Löschkammer durch die Kanäle 74, 75, 76 mit dem übrigen Sehaltergehäuse verbunden. Beim Ausschalten werden die Kanäle 75 durch die Führung des beweglichen Kontaktes im Gehäuse 69 geschlossen, so dass bei
Bewegung des Differentialkolbens das im oberen Teil der Löschkammer befindliche 01 nicht durch den
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löschen muss.
Die Fig. 5 zeigt den gleichen Schalter wie die Fig. 4, nur sind hier die Kanäle im beweglichen Kontakt durch ein federbelastetes Ventil 80 ersetzt worden, das durch einen Bund 81 des bewegliehen Kontaktes 82 gesteuert wird. In der Schliessstellung des Schalters ist das Ventil geöffnet, der obere Löschkammerraum und das Sehaltergehäuse stehen in freier Verbindung. Die Ansammlung von Gas
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entsteht.
Die Ansammlung von Gas in dem oberen Löschkammerraum hat nicht nur den Nachteil, dass die Lösehmittelströmung verspätet einsetzt ; sie vermindert auch das zur Löschung zur Verfügung stehende Flüssigkeitsvolumen. Bei schweren Kurzsehlussabschaltungen kann es dann vorkommen, dass der Lösehmittelvorrat nicht mehr ausreicht, um den Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen, so dass der Schalter durch das nachfolgende Stehfeuer zerstört wird.
Die Fig. 6 zeigt einen Schalter etwa wie nach den Fig. 1 und 2, mit einem Differentialkolben abgeänderter Form. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei hoher Schallgeschwindigkeit und bei etwaiger
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Raum abnehmenden Volumens, u. zw. unter dem Kolbenboden ansammeln können, so dass bei nachfolgender Bewegung des Differentialkolbens nicht sogleich wiederum eine Ölströmung einsetzt. Um dies zu verhindern, wird dem Differentialkolben nach der Fig. 6 eine besondere Form gegeben, die das Ansammeln von Gasen unter dem Kolbenboden verhindert.
Der Differentialkolben 90 besteht aus einem flachen Kegelmantel 91 und einem trichterförmigen Ansatz 92. Die Öffnung des trichterförmigen Ansatzes entspricht ungefähr dem Durchmesser des beweglichen Kontaktes 93, der zudem in dem Differentialkolben durch die am Kolben angegossenen Rippen 94 geführt ist.
Bei der neuen Ausführungsform des Differentialkolbens ist das Ansammeln von Gasen unter dem Kolbenboden verhindert. Die sich etwa in dem trichterförmigen Raum bildenden Lichtbogengase werden ohne weiteres in den Raum zunehmenden Volumens getrieben, da dort der Druck, unter dem die Flüssigkeit steht, geringer ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Flüssigkeitsschalter mit einem zum Teil mit Flüssigkeit gefüllten Schaltergehäuse, in das von oben her der bewegliche Kontakt eintaucht, und einer im Schaltergehäuse angeordneten, den beweglichen und festen Schaltkontakt aufnehmenden Löschkammer, in der durch einen in der Kammer angeordneten Differentialkolben eine den Lichtbogen löschende Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkolben in der Löschkammer so angeordnet ist, dass
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vorgesehen sind, durch die die Gase in die untersten Schichten der die Löschkammer umgebenden Schalterflüssigkeit eintreten.