CH161413A - Elektrischer Leistungsschalter nach dem Expansionsprinzip. - Google Patents

Elektrischer Leistungsschalter nach dem Expansionsprinzip.

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CH161413A
CH161413A CH161413DA CH161413A CH 161413 A CH161413 A CH 161413A CH 161413D A CH161413D A CH 161413DA CH 161413 A CH161413 A CH 161413A
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steam
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Inventor
Aktieng Siemens-Schuckertwerke
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Siemens Ag
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  Elektrischer Leistungsschalter nach dem     Expausionsprinzip.       Die Erfindung betrifft einen elektrischen  Leistungsschalter nach dem Expansionsprinzip,  dessen Dampfkammer mindestens eine von  der     Schaltstiftöff        nung    getrennte     Ausströmstelle     für den Dampf hat, die bei Erreichung eines  bestimmten Expansionsdruckes für die     Dampf-          ausströmuDg    freigegeben wird. Die Expan  sionslöschung erfolgt also bei einer so aus  gebildeten     D.ampfkammer    im allgemeinen,  während sich das bewegliche Schaltstück  noch in der Austrittsöffnung in der Kammer  befindet.  



  Die Erfindung geht von der den Expan  sionsvorgang beschreibenden Formel  
EMI0001.0008     
    aus, worin  K eine Konstante,  v die mittlere     Ausströmgeschwindigkeit    des  Dampfes,    <I>F</I> den     Austrittsquersehnitt    des Dampfes aus  der Kammer,  den Expansionsdruck (vor Eintritt der       Druckeritlastung),          V.    das Volumen, das der Dampf vor der  Expansion einnimmt,  bedeutet.  Der Expansionsdruck     p"    sei dadurch fest  gelegt,     dass    eine Expansionskammer verwen  det wird, bei der die Expansion bei Erreichung  eines bestimmten     Innenüberdruekes    einsetzt.

    Aus der Formel geht dann hervor,     dass    die  Geschwindigkeit der Druckänderung
EMI0001.0017  
   zur  Zeit t     =:    o, das ist zu Beginn der Expansion  um so grösser ist,<B>je</B> kleiner unter sonst  gleichen Verhältnissen das     Anlangsvolumen          V"    des Dampfes ist.

   Dies bedeutet,     dass    man  zur Erzielung einer möglichst starken Druck  änderung, also einer möglichst günstigen     Lösch-          wirkung    bei gegebenem Expansionsdruck<B>p.</B>  die Dampfmenge möglichst klein halten     muss.         Um dies zu erreichen, ist nach der Er  findung bei einem Expansionsschalter mit  einer Dampfkammer, die mindestens eine  von der     Schaltstiftöffnung    getrennte     Aus-          strönistelle    für den Dampf hat, die Kammer  in Richtung auf den beweglichen Schaltstift  zu so ausgestaltet beziehungsweise mit solchen  Einrichtungen ausgerüstet,     dass    der Schalt  flüssigkeit in der Richtung.,

   in der der Schalt  stift aus<U>der</U> Kammer     Austritt.        ein    starker  Drosselwiderstand geboten wird. Infolge der  starken Drosselung wird der für die     Licht-          bogenlöschung    erforderliche Druck in der  kürzesten Zeit erreicht, das heisst unter Bildung  einer nur kleinen Dampfmenge in der Kammer.  Die Folge davon ist eine starke Druckände  rung bei Einsetzen der Expansion und daher  eine besonders günstige Löschung. Ausserdem  hat diese Ausbildung den Vorteil,     dass    der  Rauminhalt der Expansionskammer ohne Ge  fahr, den Dampf durch völliges Verdampfen  der Flüssigkeit     züi    überhitzen, klein gemacht  werden kann.

   Bei kleiner Ausdehnung der  Kammer werden ausserdem die     Ausströmwege     aus der Kammer kurz, ihr Strömungswider  stand also gering, was den Vorteil hat,     dass     man hohe     Ausströmungsgeschwindigkeit   <B>V</B>  erzielen kann. Wenn man ausserdem die Fläche,  durch welche die Expansion der Dämpfe aus  der Expansionskammer erfolgt, im Verhältnis  zu dem Rauminhalt des Dampfes gross macht,  erzielt man nach obiger Formel eine starke  Druckänderung.  



  Die Erklärung für den     Einfluss    der Drosse  lung auf die zur Bildung des Expansions  druckes erforderliche Zeit liegt in den mit  der Verdrängung der Flüssigkeit aus der  Expansionskammer bei der Dampfbildung zu  sammenhängenden Verhältnissen. Durch die  sich an der Kontaktstelle bildende Dampf  blase von hoher Spannung wird ein Flüssig  keitspfropfen in die     Undichtigkeiten    der     Aus-          trittsöffnung    für das bewegliche Schaltstück  getrieben. Die Drosselung ist für den Wider  stand massgebend,<B>-</B> den die<B>*</B> aus der Kammer  verdrängte, dem Dampf raumgebende Flüssig  keit findet.

   Damit ist die Drosselung auch  massgebend für den Innendruck, der sich nach    der dynamischen und     Widerstandsdruckhöhe     der ausströmenden Flüssigkeit richtet. Je  grösser sie ist, ein desto höherer     Maximaldruck     entsteht, beziehungsweise in desto kürzerer  Zeit wird ein bestimmter Innenüberdruck  erreicht.  



  Eine starke Drosselung kann dadurch  erreicht werden,     dass    die     Schaltstiftöffnung     sehr lang und von kleiner lichter Weite ge  macht wird. Der Schaltstift kann in seiner  Austrittsöffnung durch bewegliche Teile, die  an den     Schaltstift        angepresst    werden, gedichtet  sein. Die     Durchtrittsöffnungen    für den Schalt  stift in den Isolierwänden der Kammer be  grenzt man zweckmässig durch einen gegen  den Lichtbogen beständigen Stoff, um zu  erreichen,     dass    die     Durchtrittsöffnungen.    für  den Schaltstift trotz der Einwirkung des  Lichtbogens immer eng passend bleiben.

   Ins  besondere können bei Anwendung von senk'  recht zur     Lichtbogenbahn    stehenden, in die  Kammer eingebauten Isolierwänden diese  Isolierwände     zweckmässigerweise    aus kera  mischem Material hergestellt sein.  



  Der     Schaltstiftdurchmesser    wird     zweck-          mässig#rweise    möglichst klein gemacht. Das  Volumen des Schaltstiftes ist nämlich von  besonderem     Einfluss    auf die Druckbildung in  der Expansionskammer während der ersten  Halbwelle des Wechselstromes, weil zu Beginn  der Kontakttrennung der vom Schaltstift frei  gegebene "tote" Raum relativ gross ist, gegen  über der gebildeten Dampfmenge. Für die  weitere Druckbildung bei fortschreitender  Kontakttrennung kommt noch hinzu,     dass    die       Verdämmung    bei einem Schaltstift von kleinem  Durchmesser infolge der kleineren Ringfläche  um einen solchen     Sebaltstift    gross ist.  



  In den Figuren sind Ausführungsbeispiele  der Erfindung dargestellt.  



       Fig.   <B>1</B> zeigt eine zweiteilige     Expanslons-          kammer,    deren Teil<B>10</B>     ail    dem     Stromzu-          führungsbolzen   <B>11</B> befestigt ist und deren  Teil 12 federnd mit dem Teil<B>10</B> verbunden  ist, so     dass    er sich von dem Teil<B>. 10</B> abheben  kann.     DiefederndeVerbindungwird    gebildet  durch Schraubenbolzen<B>13,</B> 14, zwischen deren  Anker<B>15, 16</B> und den Flansch<B>17,</B> Druck-      federn<B>19,</B> 20 eingeschaltet sind. 22 ist das  feststehende     Tulpensehaltstück,   <B>23</B> der beweg  liche Schaltstift.

   24 ist die Austrittsöffnung  für den beweglichen Schaltstift. In einer       ringfürmigen        Ausnehmung    des Teils 12 der  Expansionskammer sind     segmentförmige    be  wegliche Teile<B>25, 26</B> rund um den Schalt  stift<B>23</B> angeordnet. Sie werden durch Druck  federn<B>27, 28</B> gegen den Schaltstift     gepresst          und    dichten die     Austrittsöffnung    ab. Der  Innenraum der Expansionskammer ist mit       Schaltflüssigkeit    gefüllt. Die Expansionskam  mer ist dabei in einem die Schaltflüssigkeit  enthaltenden Behälter angeordnet, so     dass    sie  sich nach der Abschaltung wieder mit Flüs  sigkeit füllt.

   In ihrer Wandung können zu  diesem Zweck kleine     Offnungen   <B>29</B> vorge  sehen sein.  



  -In der gezeichneten Stellung des Schalt  stiftes hat der Schaltlichtbogen bereits eine  solche     Dampfmenge    pro Zeiteinheit verdampft,       dass    der Innenüberdruck in der Expansions  kammer die Kraft der Druckfedern<B>19,</B> 20  überwunden hat. Die sich an der Kontakt  stelle bildende Dampfblase drängt nämlich  bei geschlossener Kammer einen Flüssigkeits  pfropfen in die enge und lange Austritts  öffnung 24, die ausserdem noch durch die an  den Schaltstift     angepressten    Teile<B>25, 26</B> ge  dichtet ist.

   Dieser Flüssigkeitspfropfen findet  bei der sehr hohen Geschwindigkeit, die er  annehmen     muss,    um der Dampfblase Raum  zu machen, einen so hohen Widerstand,     dass     die Dampfspannung im Innern der Kammer  rasch auf den der Federspannung entsprechen  den Wert anwächst. Nun geben die Federn  nach, der Teil 12 hebt sich vom Teil<B>10</B>  nach oben ab, es entsteht eine grosse ring  förmige Expansionsöffnung<B>30,</B> durch welche  der Dampf aus der Umgebung des Licht  bogens plötzlich expandiert. Dabei findet er  einen verhältnismässig kleinen     Strörnungs-          widerstand,    weil die Flüssigkeit den grossen  Expansionsspalt nicht verstopfen kann.

   Infolge  der plötzlichen Expansion des Dampfes in  der Umgebung des Lichtbogens     erlischt    der  Lichtbogen in dem Augenblick, wo er durch  den     Stromnullwert    geht.         Fig.   <B>2</B> stellt ein anderes     Ausfübrungsbei-          spiel    der Erfindung dar.  



  Die Expansionskammer besteht aus einem  zylindrischen Teil<B>31</B> und aus den     aufein-          andergeschichteten    Ringen<B>32</B> und     33.    Diese  bestehen ebenso wie der Mantel<B>31</B> aus Iso  liermaterial. Den     Abschluss    bildet eine stär  kere Deckelplatte 34.<B>35</B> und<B>36</B> sind Spann  bolzen, deren Muttern<B>37, 38</B> in der Platte  34 liegen und zwischen deren Anker<B>39,</B> 40  und die Expansionskammer Druckfedern 41,  42 eingeschaltet sind. 43 ist das feststehende       Schaltstück,    44 der     Stromzuführungsbolzen,     45 ist der bewegliche Schaltstift.  



  Die Platten 32 und 34, die eng an den  Schaltstift herantreten, bilden eine starke  Drosselung für die     Schaltflüssigkeit    längs des  ganzen     Schaltstiftweges.    Wird ein Lichtbogen  von grosser Leistung unterbrochen, dann kommt  nur der unterste Teil der Kammer zur Gel  tung, weil sich dann der Druck bereits bei  einem kurzen Lichtbogen, das heisst kleinem  Kontaktweg gebildet hat.

   Es hebt sich dann  der unterste Ring<B>32</B> ab und bildet die ring  förmige Expansionsöffnung zwischen dem  Mantel<B>31</B> und dem Ring<B>32.</B> Bei     'Unter-          breehung    von Lichtbögen kleinerer Leistung  dagegen entwickelt sich der Druck erst bei  längerem Lichtbogen, also entsprechend grö  sserem     Schaltstiftweg.    Dann bildet sich die  Expansionsöffnung durch Abheben eines der  obern Ringe<B>32,</B> weil sich die erforderliche  Dampfspannung in einer der obern Taschen  auswirken wird, die zwischen<B>je</B> zwei Ringen  <B>32</B> liegen.  



  In jedem Fall ist die Drosselung gross,  so     dass    der nötige Dampfdruck in der     m6g-          lichst    kürzesten Zeit entsteht. Auch die  Kammer nach     Fig.    2 ist in einem mit der  Schaltflüssigkeit gefüllten Behälter angeord  net zu denken, so     dass    ihr Innenraum voll  ständig mit     Schaltflüssigkeit    gefüllt ist.  



  Vorzugsweise werden die Expansionskam  mern mit nach oben gekehrten Austrittsöff  nungen des Schaltstiftes angeordnet. Auch  wenn der Innenraum der Expansionskammer  nicht vollständig mit     Schaltflüssigkeit    gefüllt  ist, tritt die Drosselwirkung ein, da der unter      der Flüssigkeit in der Schaltkammer gezogene  Lichtbogen sofort eine Gasblase um sich  entwickelt, welche einen Flüssigkeitspfropfen  <B>in</B> die     Austrittsöffnung    treibt.  



  Als Schaltflüssigkeit kann man mit Vorteil  Wasser oder eine andere nicht brennbare  Flüssigkeit verwenden.  



  In den     Fig.   <B>3</B> und 4 ist ein weiteres  Ausführungsbeispiel dargestellt.  



  Die Dampfkammer besteht aus dem obern  Teil<B>110</B> und dem untern Teil<B>111,</B> welche  beide aus einem     Faserstoff-Isoliermaterial    her  gestellt sind. In dem untern Teil ist das  feststehende Schaltstück 112 befestigt, in dein  obern Teil befindet sich die Austrittsöffnung  <B>113</B> für den Schaltstift 114.<B>115</B> ist eine  Isolierwand aus     kerarnischem    Material, zum  Beispiel Steingut. Sie hat eine enge     Durch-          trittsöffnung   <B>116</B> für den Schaltstift. Die Teile  der Dampfkammer werden durch die Bolzen  <B>117</B> federnd zusammengehalten.

   Die Bolzen  sind zu diesem Zweck mit ihrem obern Ende  bei<B>118</B> in dem obern Teil der Kammer ver  schraubt und besitzen an ihrem untern Ende  Anschläge<B>119.</B> Die starken Schraubenfedern  120 stützen sich gegen den Flansch des Teils  <B>111</B> der Dampfkammer und drücken die  Bolzen nach unten. Die Dampfkammer ist  mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser,  gefüllt.  



  Dieser Schalter wirkt auf folgende Art  und Weise:  Wenn der Schaltstift 114 nach oben be  wegt und der Kontakt geöffnet wird, entsteht  ein Lichtbogen zwischen dem Schaltstift 114  und dem festen Schaltstück 112, der die in  der Dampfkammer befindliche Flüssigkeit ver  dampft. Die Öffnung<B>116</B>     passt    eng um den       S.chaltstift.    Infolgedessen findet, solange sich  der Schaltstift in der Öffnung befindet, eine  starke Drosselung der     Schaltflüssigkeit        8tatt,     die aus dem untern Teil der Kammer durch  den hier entwickelten Dampf in den obern  Teil der Kammer     gepresst    wird.

   Die starke  Drosselung der Schaltflüssigkeit hat zur Folge,       dass    der Dampf im untern Teil der Kammer    rasch eine hohe Spannung erlangt. Ist die  unterbrochene Leistung genügend gross, um  zu bewirken,     dass    die Dampfspannung in der  Zeit, während welcher sich der     Schaltstift     noch in der Öffnung<B>116</B> der Zwischenwand  <B>115</B> befindet, grösser wird als die Kraft der  Federn 120, dann wird die Isolierwand<B>115</B>  nach oben abgehoben, es bildet sich also ein  ringförmiger Spalt, aus dem der gespannte  Dampf mit grosser Geschwindigkeit     expan        di-ert.     In dem Augenblick,

   in welchem der     Licht-          bogenstrom    während dieser Expansion durch  seinen Nullwert hindurchgeht, wird der     Licht-          bogenraum        entionisiert    und dadurch der Licht  bogen zum Erlöschen gebracht.  



  Ist die     Lichtbogenleistung    zu klein, um  eine solche Dampfmenge zu entwickeln,     dass     die nötige Dampfspannung im untern Teil  der Dampfkammer entsteht, während sich  der Schaltstift 114 noch in der Zwischen  wand<B>115</B> befindet, dann wird der Lichtbogen  durch die Öffnung<B>116</B> hindurchgezogen. Die  zur Öffnung der Dampfkammer erforderliche  Dampfspannung entsteht also erst, während  sich der     Schaltstift    114 im obern Teil der  Kammer befindet. Nunmehr hebt sich der  obere Teil<B>110</B> der Kammer gegen die Kraft  der Federn 120 ab und     lässt    Dampf nach  aussen expandieren.

   Auf jeden Fall erfolgt  die     Lichtbogenlöschung    noch bevor der Schalt  stift die Kammer durch die obere Austritts  öffnung<B>113</B>     verlässt.  

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCII- Elektrischer Leistungsschalter nach dem Expansionsprinzip, dessen Dampfkammer min destens eine von der Schaltstiftöffnung ge trennte Ausströmstelle für den Dampf hat, die bei Erreichung eines bestimmten Expan sionsdruckes für die Dampfausströmung frei gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer in Richtung auf den beweglichen Schaltstift zu so ausgestaltet beziehungsweise mit solchen Einrichtungen ausgerüstet ist, dass der Schaltflüssigkeit in der Richtung, in der der Schaltstift aus der Kammer aus tritt, ein starker Drosselwiderstand geboten wird.
    UNTERANSPRVCM.: <B>1.</B> Elektrischer Leistungsschalter nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines starken Drosselwiderstandes die Austrittsöffnung der Dampfkammer für den beweglichen Sebaltstift im Verhältnis zum Schaltstiftdurchmesser lang ist und den Schaltstift eng umfasst. 2.
    Elektrischer Leistungssehalter nach Patent anspruch, dadureh gekennzeichnet, dass der Schaltstift in seiner Austrittsöff nung durch bewegliche Teile, die an den Schaltstift angepresst werden, gedichtet ist. <B>3.</B> Elektrischer Leistungssehalter nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Durchtrittsöffnungen für den Schaltstift von einem gegen den Lichtbogen bestän digen Stoff begrenzt werden. 4.
    Elektrischer Leistungssehalter nach Unter- anspruch3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung von senkrecht zur Schaltstift- bahn, stehenden in der Kammer eingebauten Isolierwänden die Isolierwände aus kera mischem Material bestehen.
CH161413D 1930-10-18 1931-10-02 Elektrischer Leistungsschalter nach dem Expansionsprinzip. CH161413A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE767713C (de) * 1938-02-05 1953-04-09 Aeg Elektrischer Gasschalter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE767713C (de) * 1938-02-05 1953-04-09 Aeg Elektrischer Gasschalter

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