Egpansionssehalter. Die Erfindung betrifft einen Expansions schalter, bei dem der für den Expansionsvor gang benötigte Dampfdruck vom Lichtbogen selbst in einer während des ersten Teils des Unterbrechungsvorganges geschlossenen Schaltkammer erzeugt wird. Es ist bekannt, dass durch die Wirkung einer plötzlichen Druckentlastung der durch den Lichtbogen gebildeten und ihn umgebenden Dämpfe, wel- ehe entsteht, sobald die Schaltkammer geöff- uet wird, der Unterbrechungslichtbogen im ersten Stromnulldurchgang des Wechselstro mes gelöscht wird.
Es ist ein Expansionsschalter bekannt, in dessen Löschraum nur für den Unterbre- eliungsvorgang Flüssigkeit in begrenzter Menge hineingedrückt wird. Die Flüssigkeits zuführung beschränkt sieh jedoch auf die Zeit vor dem Löschvorgang. Dagegen wird während der Druckentlastung keine Flüssig keit mehr unter äusserem Druck in den Lösch- raum eingeführt. Es sind auch Schalter bekannt, die ohne Expansion arbeiten, bei welchen die Löschung des Unterbrechungslichtbogens durch eine vom Unterbrechungslichtbogen selbst in Be wegung gesetzte Flüssigkeit bewirkt werden soll.
Beim Expansionsschalter gemäss der Er findung wird in einen der Kontak-Krennungs- stelle in Richtung der Ausschaltbewegung vorgelagerten Teil des Löschraumes, in wel chem die Löschung des Lichtbogens durch Expansion stattfindet, während der Druck entlastung Flüssigkeit hineingedrückt.
Man kann während des Expansionsvor ganges durch den an der Trennstelle der Kon takte durch Verdampfen von Löschflüssigkeit erzeugten Druck Flüssigkeit in .den vorgela gerten Teil des Löschraumes hineindrücken, die sich in Räumen befindet, welche in den vorgelagerten Teil des Löschraumes münden.
Der an der Trennstelle der Kontakte durch Verdampfen erzeugte Druck kann mit Hilfe von Differentialkolben auf die Flüs sigkeit übertragen werden. Eine derartige Einrichtung hat den Vorzug, dass auch bei Lichtbögen niedriger Stromstärke (daher mit verhältnismässig geringer Druckentwicklung) und über die stromlosen Zeiten des Wechsel stromlichtbogens der Löschvorgang wirksam unterstützt wird, da die bewegten Teile und die Flüssigkeitssäule gewissermassen einen Energiespeicher darstellen.
Die Schaltkammer kann so ausgebildet werden, dass sie einem unzulässigen Anwach sen des Druckes nachgeben kann, so dass die Schaltkammer nicht platzen kann.
Die kleinere Fläche des Differentialkol bens kann auf eine mit Flüssigkeit gefüllte Druckleitung wirken, welche Flüssigkeit in den vorgelagerten Teil des Löschraumes leitet.
In den Fig. 1, 2 und 3 sind Ausführungs beispiele der Erfindung dargestellt.
In Fig. 1 bedeutet 10 das feststehende Schaltstück, 11 den beweglichen Schaltstift. Der Isolierkörper 12 hat eine enge Bohrung 9 für den Schaltstift, welche den Löschraum bildet. In einer seitlichen Ausnehmung 14 des Isolierkörpers 12 bewegt sich der Diffe rentialkolben 15, der aus Isoliermaterial be steht. Die grosse Kolbenfläche von 15 ist dem Löschraum 9 zugekehrt, während die kleine Kolbenfläche sich in der Druckleitung 16 bewegt,. die völlig mit Flüssigkeit gefüllt ist und bei 17 in den Löschraum 9 mündet.
Durch die Verbindungskanäle 18, 19 steht der Raum 14 mit einem nicht dargestellten grösseren Nachfüllbehälter in Verbindung, der so ausgebildet ist, dass kein nennenswer ter Gegendruck auf die Gegenseite der gro ssen Kolbenfläche des Differentialkolbens ge äussert wird, wenn sich dieser abwärts be wegt. Der Spiegel des Nachfüllbehälters steht so hoch, dass auch der Löschraum 9 zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt wird.
Wird der Schaltstift 11 aus dem Schalt stück 10 herausgezogen, so entsteht in dem durch den Schaltstift abgeschlossenen, kanal- förmigen Löschraum 9 ein Druck, welcher von den Lichtbogengasen und der im Lösch raum 9 verdampften Flüssigkeit herrührt. Unter der Wirkung dieses Druckes bewegt sich der Differentialkolben 15 abwärts und drückt die Flüssigkeit aus der Druckleitung 16 bei 17 in den Löschraum 9 hinein.
Bei einer bestimmten Spannung der in dem Löschraum 9 befindlichen Gase und Dämpfe ist der an der Mündung 17 herrschende Überdruck der Flüssigkeit um so höher, je grösser das Verhältnis der grossen Kolben fläche zur kleinen Kolbenfläche des Diffe rentialkolbens ist. Dieser Überdruck ist nun durch entsprechende Wahl der Kolbenflächen so gross gemacht, dass eine gewisse Menge Flüssigkeit mit Sicherheit aus der Mündung I7 in den Raum 9 eindringt.
Im Augenblick der an der Mündung - des Löschraumes 9 stattfindenden Druckentlastung tritt plötz lich ein starker Überdruck der an der Mün dung 17 der Druckleitung 16 befindlichen Flüssigkeit ein, so dass diese Flüssigkeit in innige Berührung mit dem Lichtbogen bezw. beim Stromnulldurchgang in den Lichtbogen raum gelangt, wodurch der Lichtbogen ge löscht wird. Dabei wird der kanalartige Löschraum 9 so eng gemacht, dass der Licht bogen der hineingedrückten Flüssigkeit nicht ausweichen kann. Dadurch wird der Flüssig keitsverbrauch klein gehalten.
Nach erfolgter Lichtbogenlöschung fliesst die Flüssigkeit aus dem nicht dargestellten Nachfüllbehälter .durch die Kanäle 18, 19 in den Raum 14, hebt dabei den Differential- holben 1.5 wieder in die gezeichnete Stellung und dringt auch in den Kanal 9 ein.
In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt. Der Lösch- raum 9 wird durch die Bohrungen übereinan- dergeschichteter Isolierringe 20 gebildet, durch die sich der Schaltstift 11 hindurch bewegt. Das feststehende Schaltstück 10 ist in einem Flüssigkeitsbehälter 23 angeordnet, in dem sich der Differentialkolben 15 bewegt. Die kleine Fläche des Differentialkolbens be wegt sich in einem Flüssigkeitsraum 25, an den eine Flüssigkeitsdruckleitung 26 an geschlossen ist. An diese sind wieder die Düsen 27 angeschlossen, welche in die Boh rungen 28 der Scheiben 20 münden.
Diese Bohrungen sind ungefähr in der Mitte der Scheiben angebracht. Die Scheiben 20 sitzen auf einem Teller 29, der sich gegen den Druck von Federn 30 abwärts bewegen kann, wobei er in dem Halse 31 des Behälters 23 abwärts gleitet. Der Flüssigkeitsbehälter 23 und die Scheiben 20 werden von einem zwei teiligen Gefäss 32, 33 umschlossen. Dieses steht durch grosse Ausgleichsöffnungen 34 mit dem unterhalb der grossen Kolbenfläche des Differentiallzolbens gelegenen Raum in Verbindung. Der Spiegel der Flüssigkeit ist mit 35 bezeichnet.
Wenn der Schaltstift nach aufwärts be wegt wird, entsteht beim Trennen der Kon takte der Lichtbogen, der die Flüssigkeit in dem Behälter 23 verdampft und daher einen hohen Druck erzeugt. Bei unzulässigem An wachsen des Druckes heben sich die Platten 20 voneinander ab, wobei die Federn 30 zu- Sammengedrückt werden, so dass die Lösch- kammer nicht überbeansprucht werden kann. Die Federn 30 müssen so eingestellt sein, dass ein gewisser Mindestdruck gewährleistet ist, der für die Förderung der Flüssigkeit durch den Differentialkolben 15 erforderlich ist.
Durch den in dem Gefäss 23 entstehenden Druck wird der Kolben 15 nach abwärts ge drückt, so .dass Flüssigkeit durch die Leitung 26 und die Düsen 27 in die Bohrungen 28 der Platten 20 mit hohem Druck hinein gedrückt wird. Bei dem weiteren Aufwärts gang des Schaltstiftes 1.1 wird der Licht bogen durch die zentrale Bohrung 9 in den Platten hindurchgezogen. Wenn dabei der Druck einen bestimmten Wert erreicht, auf welchen die Federn 30 eingestellt sind, heben sich zwei Platten 20 voneinander ab.
An der Stelle des entstehenden Ringspaltes entsteht dabei eine sprunghafte Druckentlastung, die sich wellenförrnig nachdem untern Teil des Löschraumes fortpflanzt. Infolge des in der Schaltkammer 23 besonders starken Nach- dampfens der heissen Flüssigkeit greift die Druckentlastung nicht in voller Grösse bis in den untern Teil des Druckbehälters 23 hin ein, so dass dort ein gewisser Druck bestehen bleibt. Daher herrscht an den Mündungen der Leitungen 27 in dem vorgelagerten, ka nalartigen Teil des Löschraumes 9 ein Über druck, wodurch während der Druckentlastung Flüssigkeit in diesen Löschraum hinein gedrückt wird.
Das Andauern der Flüssig keitszuführung wird auch dadurch unter stützt, dass der Masse des Differentialkolbens 15 und der im Raum 25 und in den Leitun gen 26 und 27 befindlichen Flüssigkeitssäule während des ersten Teils des Unterbrechungs vorganges eine gewisse lebendige Energie mitgeteilt wurde, die sich während der. Druckentlastung auswirkt.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungs beispiel der Erfindung. 55 ist die Schaltkam mer des Expansionsschalters, die sich in einem bis zur Marke 56 mit Schaltflüssigkeit gefüllten Behälter befindet,,der in der Zeich nung nicht dargestellt ist. In dem Deckel 57 der Dampfkammer befindet sich ein langer Durchtrittskanal 9 für den beweglichen Schaltstift 11, der einen vorgelagerten Teil des Löschraumes bildet, in welchen für die Löschung Schaltflüssigkeit mit Hilfe des Dif ferentialkolbens 15 durch Verbindungslöcher 60, 61 aus einem Raum 62 hineingedrückt wird. Der Differentialkolben besteht aus Iso liermaterial.
Er bildet einerseits den Ab schluss der Schaltkammer und sitzt normaler weise auf Vorsprüngen 64, 65 in der Schalt kammer auf. Der Ringraum 69 oberhalb der grossen Kolbenfläche steht durch Ausgleichs öffnungen 66, 67 mit dem umgebenden Be hälter in Verbindung. 10 ist das feststehende Schaltstück. Der Raum 62 füllt sich voll kommen mit der Schaltflüssigkeit. Nach der Kontakttrennung treibt der unterhalb des Differentialkolbens 15 vom Lichtbogen er zeugte Dampfdruck den Kolben in die Höhe, wodurch die Flüssigkeit aus dem Raum 62 in den Schaltstiftkanal 9 gedrückt wird.
In die sem wird beim Durchgang des durch den Schaltstift gezogenen Lichtbogens aus der hineingepressten Flüssigkeit sehr lebhaft Dampf entwickelt, der beim Austritt des Schaltstiftes 11 aus der Öffnung des Kanals 9 plötzlich expandiert. Infolge der Druck entlastung kommt der Überdruck im Raum 62 und die in den bewegten Massen des Kol bens aufgestapelte lebendige Energie zur Auswirkung, wodurch die Flüssigkeit aus dem Raum 62 durch die Bohrungen 60, 61 in den Löschkanal 9 hineingedrückt wird. Unter der gleichzeitigen Wirkung der hef tigen Dampfexpansion, verbunden mit dem Hineindrücken von Flüssigkeit, wird der Lichtbogen gelöscht.
Als Flüssigkeit kommen beispielsweise Wasser, wässerige Lösungen, Tetrachlorkoh- lenstoff und dergleichen in Betracht.
Expansion switch. The invention relates to an expansion switch in which the vapor pressure required for the Expansionsvor gear is generated by the arc itself in a switching chamber closed during the first part of the interruption process. It is known that the effect of a sudden pressure relief of the vapors formed by the arc and surrounding it, which arises as soon as the switching chamber is opened, causes the interruption arc to be extinguished in the first current zero passage of the alternating current.
An expansion switch is known, into the extinguishing chamber of which a limited amount of liquid is only pressed for the interruption process. However, the supply of liquid is limited to the time before the extinguishing process. On the other hand, no more liquid is introduced into the extinguishing chamber under external pressure during the pressure relief. There are also known switches that work without expansion, in which the quenching of the interruption arc is to be effected by a liquid set in motion by the interruption arc itself.
With the expansion switch according to the invention, liquid is pressed into one of the contact disconnection points in the direction of the switch-off movement, in which part of the quenching chamber in which the arc is quenched by expansion takes place while the pressure is relieved.
During the expansion process, the pressure generated by the evaporation of extinguishing liquid at the point of separation of the contacts pushes liquid into the upstream part of the extinguishing space, which is located in spaces that open into the upstream part of the extinguishing space.
The pressure generated by evaporation at the point of separation of the contacts can be transferred to the liquid with the help of differential pistons. Such a device has the advantage that the extinguishing process is effectively supported even with arcs of low current strength (therefore with relatively low pressure development) and during the currentless times of the alternating current arc, since the moving parts and the liquid column represent an energy store to a certain extent.
The switching chamber can be designed in such a way that it can yield to an impermissible increase in pressure so that the switching chamber cannot burst.
The smaller area of the differential piston can act on a pressure line filled with liquid, which guides liquid into the upstream part of the extinguishing chamber.
In Figs. 1, 2 and 3 execution examples of the invention are shown.
In Fig. 1, 10 denotes the fixed contact piece, 11 the movable switch pin. The insulating body 12 has a narrow bore 9 for the switch pin, which forms the quenching space. In a lateral recess 14 of the insulating body 12, the differential piston 15 moves, which is made of insulating material. The large piston area of 15 faces the quenching space 9, while the small piston area moves in the pressure line 16. which is completely filled with liquid and opens into the extinguishing chamber 9 at 17.
Through the connecting channels 18, 19, the space 14 communicates with a larger refill container, not shown, which is designed so that no significant counter pressure is exerted on the opposite side of the large piston surface of the differential piston when it moves downwards. The level of the refill container is so high that the extinguishing chamber 9 is also partially filled with liquid.
If the switching pin 11 is pulled out of the switching piece 10, a pressure arises in the channel-shaped quenching space 9, which is closed off by the switching pin, which comes from the arc gases and the liquid evaporated in the quenching space 9. Under the effect of this pressure, the differential piston 15 moves downwards and presses the liquid from the pressure line 16 at 17 into the quenching space 9.
At a certain voltage of the gases and vapors in the extinguishing chamber 9, the excess pressure of the liquid at the mouth 17 is higher, the greater the ratio of the large piston area to the small piston area of the differential piston. This overpressure is now made so large by appropriate selection of the piston surfaces that a certain amount of liquid penetrates with certainty from the orifice I7 into the space 9.
At the moment of the pressure relief taking place at the mouth of the quenching chamber 9, a strong overpressure of the liquid located at the mouth 17 of the pressure line 16 suddenly occurs, so that this liquid is in intimate contact with the arc. enters the arc chamber when the current passes through zero, which extinguishes the arc. The channel-like extinguishing space 9 is made so narrow that the light arc of the pressed liquid cannot escape. This keeps the liquid consumption low.
After the arc has been extinguished, the liquid flows out of the refill container, not shown, through the channels 18, 19 into the space 14, lifting the differential lever 1.5 back into the position shown and also penetrating the channel 9.
In Fig. 2, another Ausführungsbei is shown game of the invention. The quenching space 9 is formed by the bores of stacked insulating rings 20 through which the switching pin 11 moves. The stationary contact piece 10 is arranged in a liquid container 23 in which the differential piston 15 moves. The small area of the differential piston be moved in a liquid space 25 to which a liquid pressure line 26 is closed. The nozzles 27, which open into the holes 28 of the discs 20, are connected to this again.
These holes are made approximately in the middle of the discs. The disks 20 sit on a plate 29 which can move downwards against the pressure of springs 30, sliding downwards in the neck 31 of the container 23. The liquid container 23 and the disks 20 are enclosed in a two-part vessel 32, 33. This is connected to the space located below the large piston surface of the differential piston through large compensating openings 34. The level of the liquid is denoted by 35.
If the switch pin is moved upwards, when the contacts are disconnected, the arc occurs, which evaporates the liquid in the container 23 and therefore generates a high pressure. If the pressure increases in an impermissible manner, the plates 20 lift from one another, the springs 30 being compressed so that the extinguishing chamber cannot be overstressed. The springs 30 must be set in such a way that a certain minimum pressure is guaranteed which is necessary for the conveyance of the liquid through the differential piston 15.
The pressure generated in the vessel 23 pushes the piston 15 downwards, so that liquid is forced through the line 26 and the nozzles 27 into the bores 28 of the plates 20 at high pressure. In the further upward gear of the switching pin 1.1, the light arc is pulled through the central hole 9 in the plates. When the pressure reaches a certain value at which the springs 30 are set, two plates 20 lift off from one another.
At the point of the resulting annular gap there is a sudden pressure relief, which propagates in a wave-like shape to the lower part of the extinguishing space. As a result of the particularly strong post-evaporation of the hot liquid in the switching chamber 23, the pressure relief does not reach the full extent into the lower part of the pressure vessel 23, so that a certain pressure remains there. Therefore, there is an overpressure at the mouths of the lines 27 in the upstream, channel-like part of the extinguishing chamber 9, whereby liquid is pressed into this extinguishing chamber during the pressure relief.
The continuation of the liquid supply is also supported by the fact that the mass of the differential piston 15 and the liquid column in the space 25 and in the lines 26 and 27 was given a certain amount of living energy during the first part of the interruption process . Pressure relief affects.
Fig. 3 shows another embodiment example of the invention. 55 is the switching chamber of the expansion switch, which is located in a container filled with switching fluid up to the mark 56, which is not shown in the drawing. In the lid 57 of the steam chamber there is a long passage 9 for the movable switching pin 11, which forms an upstream part of the extinguishing chamber, into which switching fluid is pressed with the help of the differential piston 15 through connecting holes 60, 61 from a space 62 for the deletion. The differential piston is made of insulating material.
On the one hand, it forms the end of the switching chamber and is normally seated on projections 64, 65 in the switching chamber. The annular space 69 above the large piston area is connected to the surrounding container through compensation openings 66, 67. 10 is the fixed contact. The space 62 is completely filled with the switching fluid. After the contact separation, the vapor pressure generated below the differential piston 15 drives the piston upwards by the arc, whereby the liquid is pressed from the space 62 into the switch pin channel 9.
During the passage of the arc drawn through the switching pin from the pressed liquid, very vigorous vapor is developed in this, which suddenly expands when the switching pin 11 emerges from the opening of the channel 9. As a result of the pressure relief, the overpressure in space 62 and the living energy piled up in the moving masses of the piston come into play, whereby the liquid is pressed from space 62 through holes 60, 61 into extinguishing channel 9. The arc is extinguished under the simultaneous effect of the strong steam expansion, combined with the forcing in of liquid.
For example, water, aqueous solutions, carbon tetrachloride and the like come into consideration as the liquid.