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Elektrischer Stromunterbrecher.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Stromunterbrecher, bei denen der Unterbrechunglichtbogen in einem geschlossenen, röhrenförmigen Schaltraum gezogen wird, dessen lichte Weite nicht wesentlich grösser ist als der Durchmesser der beweglichen Sehaltelektrode, die im Verlauf der
Ausschaltbewegung aus dem röhrenförmigen Schaltraum herausgezogen wird.
Bei den bekannten Schaltern dieser Art erfolgt die Liehtbogenlösehung durch Erwärmung der in der Röhre eingeschlossenen Luft vermittels des Unterbreehungslichtbogens, wodurch ein gewisser Druck erzeugt wird, der bei dem Austreten des Kontaktes aus der Röhre eine Ausströmung und Beblasung des Lichtbogens hervorruft. Nun ist die Blasung um so wirksamer, je höher der Überdruck des Blasgases ist. Anderseits ist der Überdruck um so höher, je grösser die zur Gasentwicklung und zur Gaserwärmung (Energiesienmg) verwandte Lichtbogenenergie ist. Es ergibt sich deshalb die
Schwierigkeit, kleine Ströme zu unterbrechen, da die Lichtbogenenergie in diesem Falle nicht zur Erzeugung des erforderlichen Blasdruckes in dem verhältnismässig grossen Schaltraum ausreicht.
Die Mindestabmessungen des Schaltraumes sind dabei durch die Abmessungen der durch den Schaltraum hindurchbewegten Elektrode begrenzt, die ihrerseits aus Gründen der mechanischen Festigkeit und mit Rücksicht auf den zu übertragenden Strom nicht unter ein bestimmtes Mass verkleinert werden kann.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu vermeiden und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des Sehalters auch zur Unterbrechung grosser Ströme zu erhöhen.
Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäss die Wandungen des röhrenförmigen Schaltraumes aus gasabgebenden Stoffen hergestellt und gleichzeitig werden besondere Mittel in Form von Füllstücken vorgesehen, die eine innige Berührung des Lichtbogens mit den gasabgebenden Wandungen der Schaltröhre hervorrufen. Erst durch diese Kombination gelingt es, wirklich brauchbare und leistungsfähige Röhrenschalter zu bauen, die ohne Flüssigkeit und ohne fremde Löschmittelquelle sowohl grosse Ströme abschalten als auch bei kleinen Strömen eine sichere Unterbrechung gewährleisten.
Durch die Verwendung von Füllstücken in Verbindung mit gasabgebenden Wandungen wird nämlich nicht nur die Druckerzeugung bei kleinen Strömen infolge Verkleinerung des Schaltraumvolumens verstärkt, sondern auch die dem Lichtbogen ausgesetzte Fläche im Verhältnis zum Querschnitt vergrössert, so dass der Lichtbogen in innigere Berührung mit den ihn kühlenden und entionisierenden Flächen kommt. Besonders vorteilhaft ist es hiebei, wenn auch die Isolierfüllstüeke selbst aus solchen Stoffen bestehen, die unter der Einwirkung des Lichtbogens Gase bzw. Dämpfe abgeben, wie z. B. Hartgummi oder Fiber, da hiedurch die Druckerhöhung noch weiter gesteigert wird.
Es ist zwar bei Flüssigkeitsschaltern bekannt, dem bewegten Kontakt einen Isolierkörper nachzubewegen ; doch erfolgt dort keine Erzeugung des Löschdruckes durch gasabgebende Wände des Schaltraumes. Die Aufgabe, den Lichtbogen auch bei kleinen Strömen zwecks Druckerzeugung in innige Berührung mit den Wandungen zu bringen, liegt dort nicht vor. Auch die an sich bekannte
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tragung grosser Ströme besitzt. Es kann also ein Schalter mit einer einzigen Unterbrechungsstelle, der grosse Ströme abzuschalten vermag, auch zum Unterbrechen ganz kleiner Ströme dienen.
Für eine wirksame Löschung müssen ausser den ! oben angeführten Voraussetzungen bei einem
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Ein möglichst grosser Teil des Lichtbogens soll im engen Schaltraum liegen, da längs des engen Schaltraumes der Spannungsgradient des Lichtbogens hoch ist und der Lichtbogen die Entwicklung von Gasen längs des gesamten Schaltraumes bewirkt.
Bei einer Ausführungsform, die diese Bedingungen in besonders hohem Masse erfüllt, besteht der Schalter aus einer Röhre aus Isolierstoff (Sehaltröhre), die den Austrittskanal eines geschlossenen zur Druckspeicherung dienenden Raumes (Nebenraumes) darstellt. Im Nebenraum befindet sich der feste Kontakt. Das bewegte Schaltstück verschliesst im Einsehaltzustand und beim Ausschalt- vorgang während der ersten Zeit die Öffnung der Röhre. Nach der Kontakttrennung wird der Lichtbogen durch das Schaltstück in die Sehaltröhre hineingezogen. Dem Schaltstück folgend bewegt sich ein Isolierstück aus dem Nebenraum axial in die Röhre.
Der jetzt entstehende Schaltraum, dessen Wandungen also die Schaltröhre und das eingeführte Isolierstück darstellen, kann völlig unabhängig vom Querschnitt des Schaltstückes so geformt werden, dass zuverlässig kleine und kleinste Ströme gelöscht werden. Bei der Weiterbewegung des Schaltstückes tritt es aus der Röhre aus und gibt plötzlich den gesamten Querschnitt des verengten Schaltraumes zur Blsung frei. Der nun erfolgende intensive Blasstoss mit der gespeicherten Druekgasenergie ergibt die Lichtbogenlöschung beim ersten Null- durchgang des Stromes. Eine derartige Anordnung ergibt bei geeigneter Bemessung des Füllstückes günstige Löschverhältnisse für alle Ströme von Null an.
Die Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verstanden, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Im einzelnen zeigt : Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Schalter nach der Erfindung. Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines insbesondere für Leistungstrennschalter geeigneten Schalters nach der Erfindung, ebenfalls im Schnitt. Fig. 3 einen Schnitt durch die Sehaltkammer und den Schaltstift einer dritten Ausführungsform. Fig. 4 eine Abänderung der Ausführung nach Fig. 2. Fig. 5 einen Schnitt nseh Linie 1-1 der Fig. 4 durch den mit dem Schaltstift verbundenen Füllkörper. Fig. 6 eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 3 mit feststehendem Füllstück. Fig. 7 eine weitere Verbesserung der Konstruktion eines Sehalters nach der Erfindung.
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform mit Dämpfungswiderstand. Fig. 9 eine andere Ausbildung der Sehaltkammer, die auch auf alle andern Formen sinngemäss verwendbar ist.
Fig. 10 eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 9. Fig. 11 eine Ausführungsform, bei der der Schaltstift fest steht und in dem die Schaltkammer mit dem in dieser befindlichen Gegenkontakt beweglieh ist. Fig. 12 eine Ausführungsform, bei der besondere Zusatzgase Verwendung finden und bei der die Sehaltkammer mit einer besonderen Ausblasöffnung versehen ist. Fig. 13 teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht, einen Schalter mit zwei hintereinander geschalteten Schaltstellen und säulenartigem Aufbau. Fig. 14 einen Schalter mit säulenartigem Aufbau, der besonders für hohe Spannungen und nicht sehr grosse Ströme geeignet ist. Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung im Schnitt.
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Isolator ? bildet die Schaltkammer und trägt zugleich die Kontaktanordnung.
Die Befestigung erfolgt mittels einer Grundplatte 6 an einer Wand, doch ist auch jede andere Befestigungsart für die Zwecke der Erfindung in gleicher Weise verwendbar. Der Isolierkörper J hat bei 7 einen rohrartigen Teil, in dem sieh der Schaltstift 2 mit nur geringem Spiel bewegt. Der Hohlraum 8 dient als Druckspeicherraum (nachfolgend auch Nebenraum genannt) für die durch den Lichtbogen erzeugte Druekerhöhung. In dem zylindrisehen Teil : ; ist ein aus Isoliermaterial bestehender Stift 9 angeordnet, der unter der Wirkung von Federn 10 dem Kontakt 2 bei der Ausschaltbewegung naehfolgt. Der Stift 9 dient als Füllstift für die Schaltröhre 7 und verringert deren Querschnitt nach dem Austreten des Kontaktes 2.
Das Füllstück 9 hat einen etwas geringeren Durchmesser als der Kontakt 2 und besteht vorzugsweise aus Stoffen, die unter dem Einfluss des Lichtbogens Gase oder Dämpfe abgeben, z. B. Hartgummi oder Fiber. Es ist zweckmässig, den Unterschied der Durchmesser möglichst gering zu wählen, damit der Spalt, in dem der Lichtbogen brennt, möglichst eng wird. Man kann den Spalt so schmal machen, wie es mit Rücksicht auf die leichte Beweglichkeit der Füllstückes in der Röhre zulässig ist. Ein Kanal 11 dient zur Abführung der aus dem Sehaltraum austretenden Gase und Dämpfe. Der Kanal besitzt eine Umlenkung von etwa 180 , damit keine heissen Gase an die unterhalb der Schaltkammer befindlichen Teile gelangen.
Der Stiftkontakt 2 gleitet in einem Schleifkontakt 12, der auf einer Metallarmatur 13 sitzt, die mit dem zweiten Stromanschluss 14 versehen ist. Der Teil 1. 3 ist durch einen Isolator 15 an der Grundplatte 6 befestigt. In dieser ist auch der zum Antrieb des Kontaktes 2 dienende Hebel 16 gelagert, dessen Welle 17 durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung beliebiger an sich bekannter Art bewegt wird. Der Isolator 18, der die Sehaltkammer 5 trägt, kann mit dieser aus einem Stück bestehen, wie dargestellt, oder auch einen besonderen Bauteil bilden, wie dies z. B. die Fig. 2 zeigt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende : Im Einschaltzustand fliesst der Strom von dem Anschluss 4 über den Metallkörper 3 nach dem festen Kontakt 1, tritt von da in den Stiftkontakt 2 ein, von dem er über den Schleifkontakt 12 und den Tragkörper 13 zu dem Anschluss 14 fliesst.
Wenn beim Ausschalten der Kontakt 2 nach unten bewegt wird, so erwärmt der zwischen den Kontakten 1 und 2 entstehende Unterbreehungslichtbogen die Luft in dem Raum 8, so dass sich ein gewisser Überdruck bildet. Der Kontakt 2 zieht dann den Lichtbogen in das Rohr 7 hinein, wobei eine weitere Druckerhöhung stattfindet, besonders wenn die Wandungen dieses Rohres aus solchen Stoffen bestehen, die bei Erwärmung Gase oder Dämpfe abgeben. Beim Austreten des Kontaktes 2 aus dem Rohr 7 folgt also dem Kontakt 2 ein Strom komprimierter Gase nach, wodurch bei hinreichendem Druck der Lichtbogen gelöscht wird. Die Gase strömen dann durch den Kanal 11 ab.
Durch die soeben beschriebenen Massnahmen wird nun bei Unterbrechung kleiner Ströme noch keine genügende Druckerhöhung zur Lichtbogenlöschung erzielt. Dies wird erst durch den beweglichen Isolierstift 9 erreicht, der dem Kontakt 2 in die Schaltröhre 7 hinein nachfolgt. Dieser Stift verengt den Ausströmquerschnitt für die Gase aus dem Nebenraum 8 und verstärkt dadurch die Strömung bei geringerem Druck. Zugleich wird auch der Weg, der dem Lichtbogen in der Röhre 7 zur Verfügung steht, verengt und dadurch der Lichtbogen in innigere Berührung mit den Wandungen gebracht, die ihn infolgedessen stärker kühlen und entionisieren. Auch die Gasabgabe aus den Wandungen und aus dem Füllstück 9 wird durch die innige Berührung des Lichtbogens verstärkt.
Es werden daher durch diese Anordnung auch kleine Ströme mit Sicherheit unterbrochen.
Die Federn 10 sind unter Berücksichtigung der Schaltgeschwindigkeit des Kontaktes 2 so bemessen, dass das Füllstück 9 schwächer beschleunigt wird als der Kontakt, ihm also erst in einem gewissen Abstand nachfolgen kann. Dies hat den Vorteil, dass bei grossem Strom die ausströmenden Gase während des Lösehvorganges oder nahezu während dieser Zeit den vollen Röhrenquersehnitt 7 zur Verfügung haben, wodurch eine zu starke Druckerhöhung in der Schaltröhre und dem Nebenraum 8 vermieden wird. Diese Wirkung wird noch dadurch unterstützt, dass der Lichtbogendruck der Bewegung des Isolierstücke 9 entgegenwirkt. Dadurch wird also die Bewegung des Füllstückes 9 stromabhängig gemacht.
Grosse Ströme werden dann durch die Schaltröhre bei vollem Querschnitt gelöscht und es wird durch das Füllstück die an sich für die Löschung grosser Ströme bemessene Anordnung in optimaler Weise zur Löschung beliebig kleiner Ströme befähigt.
Beim Einschalten drückt das Schaltstück das Füllstüek zurück. Beim Ausschalten folgt, wie schon oben erwähnt, das Füllstück dem Schaltstück mit einer von der Stromstärke abhängigen Verzögerung. Es ist auch möglich, die Füllstüeke bei Mehrphasenschaltern durch ein gemeinsames geerdetes Antriebsgestänge zu bewegen. Die Bewegung der Füllstücke kann dabei beliebig spät durch die Ausschaltbewegung ausgelöst werden, oder das Antriebsgestänge der Füllstücke wird durch den Schaltantrieb nach Zurücklegung eines bestimmten Weges mitgenommen.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform ähnlich der Fig. 1 dargestellt, die sowohl für Leistungtrennschalter (Schalter mit sichtbarer Trennstelle zur Abschaltung der Normallast) als auch zur Abschaltung von Überströmen (Leistungsschalter) benutzt werden kann. Das Isolierfüllstück 9 ist hier mit dem Schaltstift 2 fest verbunden und bildet eine Verlängerung desselben. Das Füllstück 9 kann eine metallene Einlage 21 erhalten, wodurch der Lichtbogenfusspunkt, der sich beim Schalten an einem Abbrennring 22 festsetzt, vom elektrischen Feld entlastet wird. Der Ring 22 besteht vorzugsweise aus schwer schmelzbarem Stoff, z. B. Wolfram oder einer Legierung dieses Metalls. Der Isolierstift 9 befindet sich im Einschaltzustand in dem Nebenraum 8, der möglichst eng gewählt wird.
Der Körper 5 der Schaltröhre, der feststehende Kontakt 1 und der Stromanschluss 4 werden von einem den Nebenraum 8 bildenden Metallkörper 23 getragen, der seinerseits vermittels des Isolators 18 gegen Erde isoliert befestigt ist. Die Schaltbewegung erfolgt beim Ausschalten nach oben, also umgekehrt, wie bei Fig. 1 ; sonst ist jedoch der Aufbau und die Wirkungsweise gleich. Die Schaltröhre 7 besitzt am Austrittsende eine düsenförmige Erweiterung, die die Strömungsgeschwindigkeit der Schaltgase vergrössert und gleichzeitig das Einführen des Schaltstiftes beim Einschalten erleichtert. Die Röhre 7 kann auch bedeutend schlanker ausgeführt werden als dargestellt.
Wenn beim Ausschalten das Isolierfüllstück 9 in die Röhre 7 gelangt, so ist der Lichtbogen gezwungen, in dem engen Ringraum zwischen dem Isolierstift 9 und der Wandung 7 zu brennen, wodurch eine gute Löschwirkung erzielt wird. Das Schaltstück kann, wie bei 9'gestrichelt dargestellt, so weit herausgezogen werden, dass eine freie Lufttrennstrecke entsteht.
Da es möglich ist, die Erzeugung bzw. Druckerhöhung des Gases dadurch zu steigern, dass der Lichtbogen länger in dem geschlossenen Schaltraum brennt, d. h. dadurch, dass das Schaltstück langsamer bewegt wird, so ist es vorteilhaft, bei Schaltern, bei denen eine Erhöhung der Löschwirkung erwünscht ist, die Schaltgeschwindigkeit vor dem Löschblasstoss niedrig zu wählen, 1-3 mlsek, und sie gegebenenfalls nach der Löschung zur Erreichung besserer Abriegelung zu steigern. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft bei Schaltern, die keine sehr hohen Ströme schalten sollen (Trennleistungsschalter). Es ist vorteilhaft, die Schaltgeschwindigkeit mit dem Strom zu erhöhen, so dass sie bei hohen Strömen hoch und bei kleinen Strömen niedrig wird. Dies kann durch zusätzliche elektromagnetische Kräfte oder durch den Gasdruck selbst erfolgen.
Insbesondere wird der bewegliche
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hohem Druck ergibt das letzte Verfahren die einfachste Anordnung.
Da bei Kleinstromlöschung der Nebenraum nicht notwendig ist, sogar infolge seiner druckerniedrigenden Wirkung die Löschverhältnisse verschleclitern kann, empfiehlt eS sieh, ihn von der Sehaltröhre bei der Kleinstromlöschung abzuschliessen. Zu diesem Zweck kann das Füllstück bei Beginn der Kleinstromlöschung den Nebenraum von der Sehaltröhre dichtend abschliessen. Bei Trennleistungsschaltern wird zweckmässig der Raum zur Aufnahme der Kontakte, des Füllstückes usw. möglichst eng gemacht.
In Fig. 3 ist der aus gassbgebendem Stoff bestehende Isolierstift 9 feststehend innerhalb des hohlen bewegten Schaltstückes 2 angeordnet. Die Röhrenwandung 7 besteht ebenfalls aus gasabgebenden Stoffen, kann jedoch auch aus nicht gasabgebenden Stoffen bestehen. Damit der Lichtbogen an dem Füllstück 9 anliegt, kann dieses eine Einlage aus Eisen erhalten. Da das Füllstück leicht auswechselbar ist, kann es aus Stoffen bestehen, die vom Lichtbogen in kurzer Zeit aufgezehrt werden. Bei der nach oben erfolgenden Ausschaltbewegung des rohrförmigen Schaltstückes 2 wird zwischen der Schaltröhre und dem Füllstück 9 ein ringförmiger Raum frigegeben. in welchen der Lichtbogen hineingezogen wird.
Die Wirkungsweise ist also dieselbe wie bei dem Schalter nach Fig. 2, lediglich mit dem Unterschied, dass das Füllstück dauernd in der Schaltröhre verbleibt. Die Höhe des Füllstückes ist bestimmt durch die erforderliche Dauer der Gasentwicklung sowie durch die Strömungsverhältnisse. Die dargestellte Länge, bei der das Füllstück in die düsenförmige Erweiterung der Sehaltröhre 7 sich erstreckt, ergibt eine besonders vorteilhafte Gasströmung in dem Ringquerschnitt.
Bei den bisher beschriebenen konzentrischen Anordnungen ist die Lage der Liehtbogenbahn nur in der Längsrichtung festgelegt. Da der Lichtbogen sich bemüht, seinen etwa runden Querschnitt beizubehalten, füllt er nicht etwa den ihm zur Verfügung gestellten Ringquerschnitt aus, sondern konzentriert sich auf eine Stelle. Er wird dabei in der Regel unter dem Einfluss der elektrodynamischen Kräfte je nach Leitungsführung und magnetischer Verhältnisse der Umgebung eine bestimmte Lf. ge bevorzugen, so dass an dieser Stelle die Sehaltraumwandungen von dem Lichtbogen stärker angegriffen werden als an den andern Stellen. Bei konzentrischer Anordnung bleibt-wie bereits erwähnt- ein grosser Teil des Ringquerschnittes frei.
Ds d-rin befindliehe Gas wird vom Lichtbogen weder durch Strahlung noch durch Leitung wesentlich energisiert. Deshalb ist eine Anordnung vorteilhaft, bei der der Lichtbogen gezwungen wird, (n einer bestimmten Stelle des Röhrenumfanges zu brennen.
Dieses Ziel kann man entweder durch die Anordnung von Einlagen aus magnetischem Material in der Wand der Schaltröhre oder durch unsymmetrische Ausbildung des Fiillstilekes erreichen. Letztere Anordnung zeigen die Fig. 4 und 5. Wie man sieht, ist bei dieser Ausführungsform, die im übrigen der Fig. 2 entspricht, das mit dem Schaltstift 2 fest verbundene Füllstück 9 über eine gewisse Länge mit einer Rille-1 versehen. so dass durch das Füllstück und die Wandungen 7 der Schaltröhre ein freier Raum gebildet wird, in welchem sich der Lichtbogen fängt. Wenn beim Ausschalten das Fiill- stÜck 9 in die Schaltröhre 7 gelangt, so bleibt der erwähnte Querschnitt für den Lichtbogen und die nach dem Austritt des SchaltstÜckes : 2 aus der Röhre 7 ausströmenden Gase frei.
Dadurch werden die Lichtbögen bei der Unterbrechung grosser Ströme schnell gelöscht. Der Lichtbogen selbst verbleibt in der Rille. Die Lichtbogengase jedoch treten in den Ringquerschnitt hinein und verursachen darin eine zusätzliche Gasbildung. Es ist ferner vorteilhaft, zwei oder mehr Rillen durch Rippen getrennt anzubringen. Der Lichtbogen brennt in einer Rille, die sich auch durch die Abreissstelle der Kontakte vorschreiben lässt. Die Lichtbogengase gelangen jedoch durch den Ringspalt in die andern Rillen, so dass dort das Druckgas in den Nebenraum abströmen kann. Versuche zeigen, dass bei Rillen von 10 bis 50 ïmn2 auch kleinste Ströme gelöscht werden, wenn die Schaltröhre etwa 00 MM lang ist. Je grösser der Querschnitt, um so länger muss die Röhre sein.
Besonders vorteilhaft wird diese Anordnung, wenn überhaupt keine sehr grossen Ströme gelöscht werden (z. B. bei Trennleistungsschaltern, Schaltern für besonders hohe Spannungen usw.).
Soll bei derartigen Schaltern eine Lufttrennstrecke vorgesehen werden, so muss bei Verbindung des Schaltstüekes mit dem Füllstück dieses mit herausgezogen werden. Die Löschung stromsehwacher Lichtbögen erfolgt dadurch, dass im weiteren Verlauf der Sehaltbewegung das untere nicht ausgesparte Ende des Füllstüekes 9 den Querschnitt der Schaltröhre nahezu vollständig ausfüllt und dabei den Lichtbogen gewissermassen zerquetscht. Dadurch, dass das Füllstück und die Wandung der Schaltröhre aus gasabgebenden Stoffen bestehen, werden diese Teile vor Zerstörung durch den Lichtbogen geschützt, da die austretenden Gase und Dämpfe eine wärmeisolierende Schutzschicht für die benachbarten Oberflächen bilden.
In Fig. 6 steht das Füllstück 9 fest. Ein umgelenkter Austrittskanal 11 ist für die Schaltgase entsprechend Fig. 1 vorgesehen. Das Besondere dieser Ausführungsform besteht in der Anordnung
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stück keine heissen Gase nachfolgen können. Die Klappe : J5 wird zwecks Erhöhung der Lebensdauer und besseren Löschwirkung zweckmässig ebenfalls aus gasabgebenden Isolierstoffen hergestellt. Der Austrittskanal 11 besitzt hier eine besondere Kühlvorrichtung 37, die aus metallenen Warden od. dgl. besteht und gleichzeitig sehalldämpfend wirkt.
In Fig. 7 wird, um den Abbrand und Ungenauigkeiten auszugleichen, eine Wandung 40 der Schaltröhre 7, die einen rechteckigen Querschnitt besitzt, durch Federn 41 gegen das Schaltstück 2 bzw. das Isolierstück 9 gedrückt. Der zwischen dem Isolierstück 9 und dem Wandungsteil ? freibleibende Schaltraum kann beliebige Form, z. B. auch U-Form, Kreuzform, Doppel-T-Form, E-Form besitzen. Insbesondere kann sein Querschnitt praktisch zu Null gemacht werden, indem der Teil 40 in voller Breite sich gegen das Füllstück. 9 presst, da es gleichfalls die volle Breite der Schaltröhre besitzt. Unter Breite ist dabei die Erstreckung in Richtung senkrecht zur Bildebene zu verstellen.
Der tatsächliche Schvltraum hängt dann vom Gegendruck des Lichtbogens ab, da bei grossen Strömen der Teil 40 stärker nach aussen gedrückt wird als bei kleinen Strömen.
In Fig. 8 werden die Ströme durch Vorschalten eines Widerstandes 46 in dem zu unterbrechenden
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Teil des Schaltweges wird der Lichtbogen vom Schaltstück 2 an dem Zwischenkontakt 47 abgegeben.
Beim Nulldurchgang des Stromes erlischt der Lichtbogen zwischen den Kontakten 1 und 47 und wird, da die Liehtbogenspannung infolge Gasbildung in der Vorröhre 48 bereits hoch ist, nicht wieder gezündet.
Nun erfolgt die Löschung in der früher beschriebenen Weise als Kleinstromlöschuug im Schaltraum, der durch die Schaltröhre 7 und das Füllstück 9 gebildet wird.
In Fig. 9 besitzt das Isolierfüllstück 9 einen sich allmählich vergrössernden Querschnitt, wodurch der Übergang von der Grossstrom- zur Kleinstromlöschung allmählich erfolgt. Die Längen der Isolier- stücke usw. können bedeutend grösser als dargestellt bei gleichen Querschnittsabmessungen ausgeführt werden. Das Schaltstück besitzt Spitzen 50 aus schwer schmelzbarem Metall, wie Wolfram od. dgl., wodurch die Metalldampfbildung stark herabgesetzt wird.
Das Füllstück 9 ist porös und taucht in eine Flüssigkeit 51 ein, die sieh im Nebenraum 8 befindet.
Vorteilhafterweise wird die Flüssigkeit durch eine Zwischenwand 52 vom eigentlichen Nebenraum 8 abgetrennt, um das Herumspritzen zu vermeiden. Die Flüssigkeit kann aber auch so hoch stehen. dass auch die Kontakte in sie eintauchen. Die Flüssigkeit, die sich in das Füllstück 9 hochsaugt, wird in der Seh : Itrohre 7 unter dem Einfluss des Lichtbogens verdampft. Die Flüssigkeit dient gleichzeitig als Schmiermittel zur Verminderung der mechanischen Reibung.
In Fig. 10 ist ein feststehendes Füllstück 9 und ein rohrförmiges Schaltstück 2 vorhanden.
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Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die besondere Vorteile in der Kinematik und in der Gasführung aufweist. Die Anordnung besitzt vor allem Vorteile, wenn das Füllstück dem Schaltstück in einem bestimmten Abstand nachfolgen soll. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Anordnungen werden nämlich diese beiden Teile festgehalten und die Sehaltkammer mit dem Nebenraum und dem Ringkontakt bewegt. Das Schaltstück 2 ist konstruktiv mit dem Kühler bzw. Schalldämpfer 37 verbunden.
Der bewegte Schaltteil, bestehend aus der Schaltröhre 7 und dem Nebenraumbehälter 23, bewegt sich beim Ausschaltvorgang nach unten in dem Gasabführungsrohr 56, das gleichzeitig den Stromanschluss 14 des SchaUstückes 2 trägt und beispielsweise aus Hartpapier bestehen kann, in den Führungskörper 57, der gleichzeitig zum Stromübergang dient, hinein. Zum Antrieb dient ein Hebel 16. Das Füllstück 9 wird von einem Stift 58 getragen, der dichtend bei 59 in den Nebenraumbehälter 23 eingeführt ist. Bei der Abwärtsbewegung des Schaltteiles 7-23 wird beim Blasstoss die Öffnung 7 durch das Schaltstück 2 freigegeben. Die Schaltgase strömen ungehindert durch das Rohr 56.
Eine besondere Eigenart ist die metallische Seele 60 des Füllstückes 9, die das Potential des Nebenraumkontaktes 1 besitzt und beim Hindurchtreten durch diesen Kontakt den daran haftenden Lichtbogenfusspunkt beim Nulldurchgang des Stromes vom elektrischen Feld entlastet. 12 ist ein Schleifkontakt, der den Stromübergang von dem den Kontakt 1 tragenden Metallgehäuse 23 auf die mit dem Stromansehluss 4 versehene Metallarmatur 57 vermittelt.
Die besonderen Vorteile der Anordnung nach Fig. 11 bestehen darin, dass das Füllstück 9 und das Schaltstück : 2 einen konstanten Abstand besitzen, wobei der Zwischenraum frei von Verbindungsoder Befestigungsteilen ist. Dadurch wird erreicht, dass der Querschnitt der Sehvltröhre 7 nach dem Austritt des Schaltstücks 2 zunächst vollständig freigegeben wird, so dass grosse Ströme ohne übermässige Druckerhöhung gelöscht werden können. Dann erst schiebt sich das Isolierstück 9 zur Löschung von Kleinströmen in die Sehaltröhre 7 ein.
Bei der Anordnung nach Fig. 12 ist der Nebenraum 8 mit einer besonderen Ausblaseöffnung 65 versehen. Der Raum 8 steht ausserdem, wie bei den andern Anordnungen, mit der Srhvltröhre 7 in
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Verbindung. Das Schaltstück 2 wird nach der Kontakttrennung in die Röhre 7 hineinbewegt, während das Füllstüek 9 unmittelbar (wie dargestellt) oder in Abstand folgt. Die Löschung erfolgt auch hier durch Freigabe der Blasung aus der Röhre und dem Nebenraum 8 ; jedoch wird hier die Blasung durch das Füllstück 9 freigegeben, das in der Zeit der Druekerzeugung die düsenförmige Ausblasöffnung 65 verschliesst. Die Düsenöffnung kann, wie dargestellt, aus Isolierstoff bestehen.
Dann bildet sich der Lichtbogen unter dem Einfluss der Blasung zu einer Schleife aus. Es kann auch die gesamte Düse aus Metall bestehen. Dann wandert der eine Lichtbogenfusspunkt von dem feststehenden Kontakt 1 aus durch die Düse nach oben. Die Kontakte können dabei selbst die Öffnung 65 dicht abschliessen, insbesondere dann, wenn der bewegte Kontakt 2 selbst federnd ausgeführt wird. Der Nebenraum 8 braucht die Schaltröhre 7 nicht unbedingt zu umfassen. Diese gezeichnete Anordnung besitzt jedoch den Vorteil, dass an der Innen-und Aussenseite der Röhre beim Schalten eine Drueksteigerung erfolgt, so dass die Röhre durch die im Innern stattfindende Drucksteigerung weit weniger beansprucht wird, als wenn sie von der Aussenluft umgeben wäre.
Es ist sogar möglich, in der Röhre zur Entlastung Öffnungen vorzusehen, um den Druck im Innern der Röhre auf den Druck des Nebenraumes herabzusetzen. Es muss jedoch dann durch Vorsprünge, Schirme od. dgl. dafür gesorgt werden, dass der Lichtbogen nicht um die Röhre herumsehlagen kann. Derartige Anordnungen des Nebenraumes sind auch bei den sonstigen Ausführungsformen der Erfindung möglich.
Ein Isolierrohr 66, das gleichzeitig den Schalterkörper trägt, kann dazu verwendet werden, zusätzlich Druckgas der Sehaltstelle von aussen derart zuzuführen, dass beide Blasströme sich gleich- sinnig an der Löschung beteiligen. Für die Löschung genügt die Bewegung des Sehaltstüekes bis in die bei 9'gestrichelt angedeutete Stellung des Isolierfüllstüekes 9. Es kann auch eine Lufttrennstrecke durch das vollständige Herausziehen des Schaltstückes mit dem Isolierstück geschaffen werden.
Vorteilhafter ist jedoch eine Anordnung, bei der das Isolierstück 9 in der Röhre verbleibt, während das Sehaltstück 2 auf den Trennabstand bewegt wird.
Das Fremdgas kann beim Schaltvorgang mechanisch verdichtet werden und zur Löschung kleiner Ströme benutzt werden, indem es vom Nebenraum aus, der eventuell als Druckgaskompressionszylinder dienen kann, nach Freigabe der Blasung Kleinstromlichtbögen löscht. Die Schaltröhre und das Füllstüek werden derart abgestimmt, dass sie die darüberliegenden Ströme bis zum Grenzstrom beherrschen. Es genügen geringe Druckgasmengen niedrigen Druckes. Erfolgt die Fremdgasblasung nach Löschung grosser Ströme (z. B. indem das Füllstück die Einströmöffnung in den Nebenraum freigibt), so dient sie zur Reinigung der Sehaltstrecke.
Es genügt, wenn das Fremdgas zur Erhöhung der Sehaltleistung nur bei grossen Strömen zur Löschung benutzt wird. Kleinere Ströme werden dann in beschriebener Weise durch das Zusammenwirken der Schaltröhre mit dem Füllstüek gelöscht. Dabei kann insbesondere bei grösseren Strömen eine verminderte Blasung hinzutreten. Das strömende kalte Fremdgas schützt dabei die Wandungen vor zu weitgehender Gasabgabe. Die Erfindung lässt sich vorteilhaft auch für Schalter für niedrigere Spannungen gebrauchen, z. B. als Motorschalter, Installationssehalter u. dgl.
Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform mit Reihenschaltung zweier Schaltstellen, die vollkommen gleich ausgebildet sind. Jede Sehaltstelle besitzt einen Tragisolator 70, der auf der gemeinsamen Grundplatte 71 sitzt und die Sehaltkammer trägt. Diese besteht aus einem metallenen Zwischenstück 69, das den Stromanschluss 72 und den feststehenden Kontakt 73 trägt, und aus der Schaltröhre 74 sowie dem Füllstück 75, die beide ebenfalls an dem Zwischenstück 69 befestigt sind. Die beiden bewegten Sehaltstücke 76 sind durch eine Traverse 77 miteinander verbunden.
Da die beiden Schaltstücke gleiches Potential besitzen, können die aus den beiden Schaltröhren austretenden Gasströme gemeinsam auf die Traverse 77 auftreffen. Es sind lediglich Trennwände 78 zwischen den Sehaltstellen verschiedener Phasen erforderlich, die, vom Beschauer aus betrachtet, hintereinander liegend zu denken sind. Der Antrieb erfolgt über ein Gestänge 79 mit Kurbel 80 von einer beliebig angetriebenen Welle 81.
Wenn die Füllstücke nicht feststehend, sondern z. B. entsprechend Fig. 1 oder 2 beweglich angeordnet sind, können die Isolatoren 70 gleichzeitig auch die Nebenräume (Druckspeicherräume) bilden.
Der Aufbau nach Fig. 14 eignet sich besonders für höhere Spannungen und nicht sehr grosse Ströme, z. B. Leistungstrennschalter. Auf der Grundplatte 71 sitzt der Isolator 70, der den feststehenden Kontakt 73 mit Stromanschluss 72 trägt. 74 ist die Schaltröhre, 76 der bewegliche Kontakt, der mit dem Isolierfüllstüek 75 verbunden ist. Letzteres steht unter der Wirkung einer Druckfeder 85.
Ein Anschlag 86 begrenzt den Hub des Schaltstückes 76, indem er sich nach einem gewissen Aussehaltweg gegen den Kontakt 73 legt. Das obere Ende des Sehaltstückes 76 trägt eine Strahlungskappe 87 und einen Luftkontakt 88. Das zugehörige Schaltmesser 89 ist um eine Achse 90 drehbar und über ein Metallstück M mit Stromanschluss 92 auf einem Tragisolator 93 befestigt. Der Antrieb erfolgt über ein Gestänge 79 mit Kurbel 80 von einer Welle 81 aus.
Im Einschaltzustand fliesst der Strom von dem Anschluss 72 über die Kontakte 7. 3 und 76 zum Luftkontakt 88 und von da über das Schaltmesser 89 und den Teil 91 zum Anschluss 92.
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den Kontakten 88 und 89 zunächst bestehen und es findet eine Stromunterbrechung zwischen den Kontakten 73 und 76 statt. Das Füllstück 75 schiebt sich in die Schaltröhre 74, bis der Anschlag 86 die weitere Bewegung der Teile 75 und 76 hemmt. Jetzt bewegt sich der Schaltarm 89 allein weiter und trennt sich dabei von dem Kontakt 88. Es bilden sich also zwei in Reihe geschaltete Lichtbögen.
Der in der Röhre 74 brennende Lichtbogen wird gelöscht, wodurch der in freier Luft brennende Lichtbogen erlischt. Es wird hiedurch bei relativ geringer Länge der Schaltröhre eine grosse Lufttrennstrecke geschaffen. Der Anschlag 86 ist kolbenartig ausgebildet und verkleinert bei seiner Aufwärtsbewegung den über ihm befindlichen Druekspeicherraum 94. Hiedurch wird die Blaswirkung der durch die Schaltröhre 74 ausströmenden Gase noch weiter verstärkt und die Lichtbogenlöschung entsprechend verbessert. Die Strahlungskappe 87 dient gleichzeitig als Ablenker für die austretenden Gase und hält sie von den Luftkontakten 88 und 89 fern. In der Ausschaltstellung nehmen die Teile 88 und 89 die gestrichelt angedeutete und mit 88'bzw. 89'bezeichnete Lage ein.
Es ist nicht erforderlich, dass das Füllstück über seine ganze Länge gleichen Durchmesser besitzt. Besondere Vorteile ergeben sich vielmehr, wenn man, wie dies beispielsweise die Fig. 15 zeigt, einen Teil des Füllstückes, der in der Einschaltstellung in die Schaltröhre hineinragt, mit einem Durchmesser versieht, der geringer ist als die lichte Weite der Schaltröhre, während ein anderer Teil des Füllstückes auf einen grösseren Durchmesser ansteigt, der annähernd gleich dem Durchmesser
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der Unterbrechung in die Schdtröhre hineinbewegt.
In Fig. 15 ist 1 der feststehende, 2 der bewegliche Kontakt, der röhrenförmig ausgebildet ist und im Einschaltzustand, ähnlich wie bei Fig. 3, über den entsprechend dünnen Teil 101 des Isolier- füllstückes 9 greift. Das Füllstück besitzt noch einen erweiterten Teil 102, dessen Durchmesser annähernd gleich dem der Sehaltröhre 7 ist. Das Füllstück besitzt eine Metalleinlage 103 und wird
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die Hülle des Druckspeicherraumes. Die rechte Seite der Figur zeigt den Ausschaltzustand, die linke Seite den Einschaltzustand des Schalters.
Beim Einschalten wird das Füllstück 9 durch den massiven Schaltstückteil 107 nach unten gedrückt. Dabei werden die Federn 104 und 105 zusammengepresst, wobei der Federteller 108 die an der linken Seite gestrichelt angedeutete Lage einnimmt. Beim Ausschalten wird der Kontakt 2 nach oben bewegt. Dabei folgt das Füllstück unter dem Druck der Federn entweder sofort oder, wenn der Gegendruck des Lichtbogens entsprechend hoch ist, mit Verzögerung nach. Auf alle Fälle wird durch den verstärkten Teil 102 des Füllstückes der Schaltraum ganz verengt und kleine Ströme mit Sicherheit gelöscht. Da im Einschaltzustand schon ein Teil des Füllstückes in die Sehaltröhre hineinragt, so kommt man mit einem verhältnismässig kleinen Hub für das Füllstück aus.
Man kann auch den Rohrquerschnitt des Schaltstückes 2 reichlich bemessen und damit einen verhältnismässig grossen
Querschnitt des Ringraumes in Kauf nehmen, weil zu der Löschwirkung des Ringraumes die des nachgeschobenen Füllstückteiles 102 hinzukommt. Dabei kann dieser verstärkte Teil verhältnismässig kurz sein, z. B. nur Vg-ymal so lang, wie die Schaltröhre. Beim Übergang zwischen den Teilen 101 und 102 kann der Füllstiftquerschnitt entweder allmählich, z. B. konisch, oder auch sprungweise zunehmen, so dass die Verengung des Schaltraumes im Verlaufe der Füllbewegung dementsprechend allmählich oder auch plötzlich zunimmt.
An Stelle des Antriebes durch die Feder 104 bzw. 105 kann man das Füllstück auch durch ein Gestänge antreiben, das zweckmässig mit dem Antrieb des Schaltstückes 2 gekuppelt wird. In diesem Falle kommen die Federn in Fortfall und es wird gleichzeitig an Bauhöhe gespart. Durch geeignete Steuerung des Gestänges kann der Weg des Füllstückes in Abhängigkeit vom Schaltweg beliebig geregelt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann beliebig abgeändert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Stromunterbrecher, bei welchem der Unterbrechungslichtbogen in einem geschlossenen röhrenförmigen Schaltraum gezogen wird, dessen lichte Weite nicht wesentlich grösser ist als der Durchmesser der beweglichen Sehaltelektrode, die im Verlauf der Ausschaltbewegung aus dem röhrenförmigen Schaltraum herausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen des röhrenförmigen Schaltraumes aus solchen formfesten Stoffen bestehen, die unter dem Einfluss des Lichtbogens Gase bzw.
Dämpfe abgeben und dass Isolierteile füllstücke ] in dem röhrenförmigen Schaltraum derart angeordnet sind oder dem bewegten Schaltstück nachfolgend in den röhrenförmigen Schaltraum hineinbewegt werden, dass der Querschnitt des Schaltraumes über den grössten Teil seiner Länge während des Schaltvorganges kleiner ist als die von den äusseren Umrissen der beweglichen Sehaltelektrode umschlossene Fläche.