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Lasttrennschalter oder Leistungsschalter für elektrische Hochspannung
Die guten lichtbogenlöschenden Eigenschaften einer Anzahl von Isolierstoffen auf organischer Kunst- harzbasis sind bekannt. Solche Stoffe, wie z. B. Harnstoff- oder Melamin- oder Acrylharze, entwickeln unter der Einwirkung der Lichtbogenwarme Gase und Dampft :, die eine kühlende Wirkung ausüben und auch zur Erzeugung einer Löschströmung ausgenützt werden können, wenn die aus einem dieser Isoler- stoffe hergestellte Schalterlöschkammer eine entsprechende Formgebung aufweist.
Nach diesem Prinzip lassensichsowohlLeistungsschalter, d.h., Schalter, dieder Bewältigung hoher Kurzschlussströme gewach- sen sind, als auch insbesondere sogenannte Lasttrennschalter oder Lasttrenner, d. h., Schalter, deren Auf- gabe auf das Schalten der normalen, in einem Netzteil fliessenden Betriebsströme beschränkt ist, bauen.
Bei jedem lichtbogenlöschenden organischen Isolierstoff tritt wegen der Zersetzung durch den Licht- bogen als Begleiterscheinung eine mehr odar weniger starke Ausscheidung von Kohlenstoff auf, z. B. in Form einer regelrechten Verkohlung der dem Lichtbogen ausgesetzten Oberfläche einer Löschkammer oder auch in Form eines dünnen, durch Abwischen entfernbaren Russbelages, der sich infolge der Aufspaltung der Gase und Dämpfe bildet, die von der Löschkammerwandung abgegeben werden. Durch eine Kohlenstoffausscheidung wird jedoch die Isolierfähigkeit einer Löschkammer gegenüber ihrem Neuzustand erheb- lich verschlechtert.
Eine Russ- oder Kohlebildung in einer Löschkammer erschwert nämlich den Ausschaltvorgang vor allem bei höheren Spannungen und besonders dann, wenn schon eine grössere Zahl von Ausschaltungen vorgenommen worden ist. Beim Einschalten kann es ferner bereits bei einer schwach verrussten Kammer zu einer Vorzündung, d. h., zu einem Überschlag zwischen dem in die Löschkammer eindringenden beweglichen Schaltstück und dem in der Löschkammer angeordneten festen Schaltstück, und somit zu einem Stromfluss lange vor der eigentlichen Kontaktberührung kommen.
Das Auftreten einer Vorzündung ist verhältnismässig unbedenklich, solange der hiedurch eingeleitete Strom von der gleichen Grössenordnung ist wie der Nennaussehaltstrom des Schalters. Dies ist zwar bei Leistungsschaltern im allgemeinen der Fall, ebenso auch in der Regel bei Lasttrennschaltern, wenn es sich um normale Betriebsströme handelt. Es muss jedoch stets mit der Möglichkeit gerechnet werden, dass mit einem Lasttrennschalter auch auf einen bestehenden Kurzschluss eingeschaltet wird. Der in einem solchen Falle durch eine Vorzündung innerhalb der Löschkammer eingeleitete Kurzschlusslichtbogen führt nun ei- nen Strom, der um ein Vielfaches grösser ist als der zulassige Ausschaltstrom des Schalters.
Durch die heftige Zersetzung des Löschkammermateriales und durch die Erhitzung der eingeschlossenen Luft entstehen dabei Drücke, die bei geschlossenen Löschkammern eine völlige Zerstörung des Schalters und bei teilweise offenen Löschkammern schwere Beschädigungen hervorrufen können, ganz abgesehen von den dadurch entstehenden Gefahren für eine Hochspannungsanlage, in der solche Schalter eingebaut sind, sowie auch für das Bedienungspersonal.
Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich nun auf einen Lasttrennschalter oder einen Leistungsschalter für elektrische Hochspannung, der eine Löschkammer aus organischem Isolierstoff sowie ein innerhalb der Löschkammer angeordnetes festes Kontaktstück und ein bewegliches Schaltelement aufweist, wobei das letztere beim Ausschalten aus der Löschkammer herausbewegt und beim Einschalten in die Löschkam-
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mer hineinbewegt wird.
Die Löschung des Lichtbogens erfolgt durch Gase und Dämpfe, die infolge der LichtbogenwärmeausdenWandungenderLöschkammerfreigemacht werden. Das Erfinderische besteht darin, die dem Lichtbogen ausgesetzten Wandungen der Löschkammer in der Umgebung des festen Kontakt- stückes vorzugsweise in Form von Einsatzelementen aus einem anorganischen Isolierstoff herzustellen, dessen gegebenenfalls unter der Lichtbogeneinwirkung auf seiner Oberfläche sich bildenden Rückstände elektrisch isolierend sind.
Vorzugsweise bestehen die dem Lichtbogen ausgesetzten Wandungsteile der Löschkammer in der Umgebung des festen Kontaktstückes aus anorganischem Isolierstoff, während die eigentliche Löschkammer, wie bereits erwähnt, aus organischem Isolierstoff hergestellt ist. Als anorganischer Isolierstoff eignen sich z. B. lichtbogenbeständige keramische Materialien oder mineralische, körnige Materialien, die mit einem geeigneten Bindemittel verfestigt sind. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, hiezu gepresste Borsäure zu verwenden. Ausserdem ist es aus Herstellungsgründen zweckmässig, die genannten Teile der Wandungen als Einsatzelemente auszubilden, die in Aussparungen der Löschkammer eingesetzt sind.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung eines Lasttrennschalters oder eines Leistungsschalters werden die eingangs erwähnten Schwierigkeiten behoben, die bei der Verwendung von Lichtbogenlöschkammern a. ns organischen Isolierstoffen auftreten. Eine Vorzündung kann beim Gegenstand der Erfindung nicht mehr auftreten, weil der in der Umgebung des festen Kontaktstückes befindliche Teil der Wandung der Löschkammer aus einem anorganischen Isolierstoff besteht, auf dessen Oberfläche sich unter der Lichtbogenein- wirkunggegebenenfallsnurRUckstände bilden, die elektrisch isolierend sind. Leitende Rückstände irgendwelcher Art werden also durch die Lichtbogeneinwirkung nicht gebildet.
Die genannten Einsatzelemente sind so bemessen, dass der von diesen gebildete Teil der Löschkammer der beim Einschalten des Schalters auftretenden Spannung standhält. Durch den Gegenstand der Erfindung wird somit die Aufgabe gelöst, bei Lasttrennschaltern und Leistungsschaltern für elektrische Hochspannung mit Löschkammern aus organischen Isolierstoffen die Schwierigkeiten und Gefahren zu beseitigen, die bei einer Kurzschlusseinschaltung auftreten.
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näheren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung dienen die in der Zeichnung schematisch dar-oder eines Leistungsschalters mit röhrenförmiger Löschkammer und mit einem Schaltstift als Schaltele- ment.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 handelt es sich um einen Lasttrennschalter in üblicher
Bauweise, der einen Rahmen 9 mit Stützern 8 aufweist, auf denen der feste Gegenkontakt 5 und der
Schwenkkontakt 7 befestigt sind. An dem letzteren ist das Hauptmesser 6 schwenkbar gelagert, das mit dem als Hilfsmesser ausgebildeten Schaltmesser 2 versehen ist. Die Betätigung erfolgt durch das Gestänge
10. Auf dem festen Gegenkontakt 5 bzw. auf dem zugehörigen Stützer 8 ist die Löschkammer 1 befe- stigt, die aus zwei in geringem Abstand voneinander parallel zueinander liegenden, plattenförmigen Wän- den besteht und als Flachkammer ausgebildet ist.
In der Löschkammer 1 ist als festes Kontaktstück 4 ein zylindrischer Bolzenfedernd so eingesetzt, dass dahinter in eingeschaltetem Zustand das Schaltmesser oder
Schaltelement 2 einrastet und beim Schalten der Lichtbogen in der Löschkammer 1 zwischen den Teilen
2 und 4 entsteht. Die Löschkammer 1 ist aus einem Gas abgebenden organischen Isolierstoff hergestellt, wozu sich z. B. Acrylharze, Harnstoffharze oder Melaminharze eignen.
Erfindungsgemäss sind nun die dem Lichtbogen ausgesetzten Wandungen der Löschkammer 1 in der Umgebung des festen Kontaktstückes 4 aus einem Isoliermaterial hergestellt, an dessen Oberfläche sich im Gegensatz zu den Wandungen der eigentlichen Löschkammer 1 keine leitenden Rückstände infolge der Lichtbogeneinwirkung bilden. Diese Teile der Wandungen sind als Einsatzelemente 3 ausgeführt, die auf der Innenseite der Wände der Löschkammer leingelassensind. Am einfachstenist es, die Einsatzelemente 3 als kreisförmige Scheiben auszubilden und sie exzentrisch zu dem Kontaktstück 4 anzuordnen, um ihre isolierende Wirkung voll auszunützen und in Richtung auf das bewegliche Schaltermesser 2 eine möglichst grosse Isolierstrecke zu erhalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 handelt es sich um einen Lasttrennschalter oder einen Lei- stungsschalter mit einer rohrförmigen Löschkammer 11. Der feste Gegenkontakt 15 ist mit Kontaktstücken 14, bestehend aus federnden Kontaktfingern versehen, in die beim Einschalten der Schaltstift 12 als Schaltelement eingreift, der sich innerhalb der rohrförmigen Löschkammer 11 aus organischem Isolierstoff bewegt. Erfindungsgemäss ist derjenige Teil der Innenwandung der Löschkammer 11 mit einem rohrförmigen Einsatzelement 13 versehen, der. bis unmittelbar an die Kontaktstücke 14 reicht.
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Die bei beiden Ausführungsbeispielen verwendeten Einsatzelemente 3 bzw. 13 müssen so beschaffen sein, dass sie der Temperatur des Lichtbogens standhalten und durch dessen Einfluss keine nachteiligen Veränderungen irgendwelcher Art erleideil. Bei Lasttrennschaltern ist diese forderung ohne weiteres zu erfüllen, denn es eignen sich hiefür Isolierstoffe verschiedener Art. So lassen sich z. B. feuerfeste keramische Einsatzelemente verwenden. Auch körnige mineralische Materialien sind geeignet, so z. B. Quarzmehl oder Asbest, wenn sie mit einem anorganischen Bindemittel, wie z. B. Wasserglas, gebunden und in eine geeignete Form geb : ächt werden.
Als Bindemittel eignet sich auch Silikonharz, das bekanntlich trotz einem gewissen Kohlenstoffgehalt keine leitenden Rückstände unter Lichtbogeneinwirkung bildet.
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dem noch dazu kommen, dass sich an seiner Oberfläche leitende Bestandteile der Lichtbogenatmosphäre, z. B. Metalldampf oder Kohlenstoff, der sich bei der Zersetzung des Löschgases bildet, niederschlagen.
Die Wirkung eines Einsatzelementes lässt sich daher erheblich verstärken, wenn zu diesem Zweck ein Isolierstoff verwendet wird, der gleichfalls durch den Lichtbogen zur Abgabe von Gasen und Dämpfen veran- lasst wird. Ein solcher wäre z. B. Schwefel ; auch Marmor kann für bestimmte Anwendungsbereiche brauchbar sein, da der in ihm enthaltene Kohlenstoff mit dem bei der Zersetzung gleichzeitig freiwerdenden Sauerstoff zu Kohlendioxyd verbrennt. Noch besser erscheint eine Gruppe anorganischer, kohlenstofffreier Verbindungen, die bei Erhitzung Wasser in Dampfform abbpalten. Da die gutt : n l1chtbogenlòschenden bigenschaften von Wasserdampf bekannt sind, wird eine ganze Anzahl derartiger Stoffe zur vollständigen Auskleidung von Löschkammern von Schaltern und Sicherungen verwendet.
Hiezu gehören beispielsweise Aluminiumhydroxyd. Ammoniumpentaborat, Ammoniumalaun, Borsäure u. a. Wenn nun solche Materia- lien als Einsatzelemente im Sinne der Erfindung verwendet werden, ist'es möglich, die Lichtbogenlöschung beim Ausschalten durch die zusätzliche Abgabe von Wasserdampf in gewissem Umfang zu unterstützen.
Als ganz besonders vorteilhafthat sich erwiesen, die Einsatzelemente im Sinne der Erfindung aus Bor-
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ser in Dampfform übergeführt wird. Infolge der sofortigen Verdampfung auf der Oberfläche der Einsatz- elemente wird verhindert, dass sich Teile des freiwerdenden Kohlenstoffes, die von den angrenzenden or- ganischen Löschkammerwänden stammen, darauf niederschlagen. Darüber hinaus ist sogar eine weitere zusätzliche Wirkung festzustellen, denn der von den Einsatzelementen abströmende Wasserdampf bespült die angrenzenden organischen Wandteile der Löschkamme : und hält sie von Russniederschlag frei.
Die Aufspaltung des Wasserdampfes durch den Lichtbogen bewirkt ferner die Bildung von Sauerstoff, der sich mit einem Teil des sich aus den organischen Wandteilen austretenden Gasen und Dämpfen bildenden Kohlenstoffes zu gasförmigen Bestandteilen (CO und Cd) verbindet, so dass die Menge der freiwerdenden Russteilchen reduziert wird.
Eingehende Versuche bestätigen eindeutig, dass unter sonst gleichen Bedingungen bezüglich Ausschalt- strom, wiederkehrende Spannung, Leistungsfaktor und Einschwingungsfrequenz die Verrussung einer Löschkammer aus organischem Isolierstoff durch die Anbringung von Einsatzelementen aus Borsäure in der Umgebung der festen Kontaktelemente ganz erheblich vermindert wird und dass es gelingt, auf diese Weise die Überschlagsentfernung zwischen den sich nähernden Kontakt-und Schaltelementen auf dasjenige Mass zu beschränken, das durch die Durchschlagsfestigkeit der Luft gegeben ist.
Borsäure besteht im Ausgangszustand aus Kristallen, die sich unter Anwendung hohen Druckes ohne jedes Bindemittel zu Körpern von einfacher geometrischer Gestalt pressen lassen. Platten oder rohrförmige Einsatzelemente aus gepresster Borsäure können in passende Aussparungen in einer Löschkammer eingebettet und darin mit einem geeigneten Bindemittel befestigt werden. Auf diese Weise werden mechanische Beanspruchungen von den Einsatzelementen ferngehalten, so dass ihre nur mässige Zug- und Biegefestigkeit nicht nachteilig in Erscheinung tritt.
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