Elektrischer Leistungsschalter mit Erzeugung des Löschmittels durch den Lichtbogen oder den Unterbrechungsstrom. Die Erfindung betrifft elektrische Lei stungsschalter, bei welchen das Löschmittel durch den Unterbrechungslichtbogen oder den Kurzschlussstrom selbst erzeugt wird, zum Beispiel Löschkammerölschalter, Expansions schalter, Dampfblasschalter. Bei derartigen Schaltern zeigt sich, dass mit zunehmender Abschaltleistung mehr Löschmittel (Gas und Dampf) erzeugt wird, als zur sicheren Löschung des Lichtbogens erforderlich wäre.
Dieses Übermass an Löschmittel ergibt eint: unerwünschte Beanspruchung der Konstruk tionselemente des Schalters (Kessel von Öl schaltern, Löschkammern, Blasdüsen oder ähnlichen), die so hoch ist, dass die Grenz- leistung eines Schalters bei Anwendung zweckmässiger Löschmethoden nicht mehr durch die Beherrschung der Liehtbogen- löschung, sondern durch die mechanische Festigkeit der Kessel- und Sehaltkammer- konstruktionen gegeben ist.
Man hat bei Flüssigkeitsschaltern schon vorgeschlagen, eine Entlastung der Gefässe. in denen die Abschaltung vor sich geht, da durch herbeizuführen, dass man Abzugwege für das Gas-Dampfgemisch vorsah. Durch das vorzeitige Abziehen des Löschmittels wird jedoch immer die gute Löschwirkung der betreffenden Einrichtung, zum Beispiel der Schaltkammer, beeinträchtigt.
Die Erfindung löst nun die Aufgabe, unter Wahrung der besten Löschwirkung der Einrichtung, zum Beispiel der Schaltkammer, eine mechanische Überbeanspruchung zu ver meiden und dadurch die Konstruktionen leistungsfähiger zu gestalten. Dies wird nach der Erfindung dadurch erzielt, dass die Löschmittelbildung verringernde Mittel bei höherer Abschaltleistung zur Wirkung ge bracht werden.
Wenn hier und im nach folgenden von einer Verringerung der Lösch- mittelbildun, der Lichtbogenleistung, -span e nun-, -länge etc. gesprochen wird, so ist dar unter keineswegs in jedem Falle eine Ab nahme in absolutem Sinne zu verstehen, son dern im allgemeinen nur eine Abnahme im Vergleich zu einem nicht künstlich beein flussten Zustand. Eine Verringerung im Sinne der Erfindung kann daher in absolutem Sinne Abnahme, Beharrungszustand oder Zu nahme bedeuten.
Da die Wirkung der die Löschmittelerzeugung vermindernden Mittel auf den Bereich höherer Abschaltleistungen beschränkt ist, wird die zur Löschung er forderliche Löschmittelerzeugung bei An wendung entsprechender Löschkonstruktionen nicht gefährdet, sondern die Löschung kann im Gegenteil noch wirkungsvoller gestaltet werden.
Bei Wechselstromschaltern steigert sich die Erzeugung des Löschmittels durch den Lichtbogen insbesondere in der Umgebung des Stromhöchstwertes über das gewünschte Mass hinaus. Es ist daher für Wechselstrom besonders zweckmässig, die Mittel, welche die Löschmittelbildung verringern, in der Um gebung des Stromhöchstwertes zur Wirkung kommen zu lassen.
Besonders vorteilhaft wird die von der Abschaltleistun- abhängige Lichtbogenbewe- gung dazu benutzt, um die die Löschmittel bildung verringernden Mittel in Wirkung zu setzen. Der Lichtbogen biegt sich bekannt lich in dem Masse, wie die Stromstärke zu nimmt, seitlich aus der Achse der Unter brechungsstrecke aus. Bei Wechselstrom er folgt diese Bewegung synchron mit der Periodenzahl. Sie kann unmittelbar, zum Beispiel zum Einschalten von Überbrückun gen für den Lichtbogen oder für die Kontakt herstellung mit Stoffen, in deren Dampf er eine geringere Licbtbogenspannung benötigt, benutzt werden.
Man kann aber auch die die Löschmittel- bildung verringernden Mittel durch andere Einrichtungen. die in Abhängigkeit von der Abschaltleistung gesteuert werden, zur Wir kung bringen, zum Beispiel durch Kontakt anordnungen, bei denen der Kontaktweg mit telst der Stromstärke beeinflusst wird. Die Verringerung der Löschmittelbildung bei zunehmender Abschaltleistung kann ent weder durch Verringerung der Lichtbogen leistung oder durch Verringerung des Wir kungsgrades der Löschmittelerzeugung er folgen.
Zur Verringerung der Lichtbogenleistung kann man die Lichtbogenspannung herab setzen, zum Beispiel dadurch, dass der Licht bogen von einer bestimmten Leistung an ganz oder teilweise überbrückt wird, so dass nur entsprechend kleine Lichtbogenteile mit einer kleinen Löschmittelerzeugung pro 1.V A wirksam sind bezw. die Löschmittelerzeu- gung ganz unterbunden wird.
Eine Verminderung der Lichtbogen leistung bei steigender Abschaltleistun- er reicht man ferner durch die Stabilisierung des Lichtbogens auf die Achse der Unter brechungsstrecke. Bei schwachen Strömen brennt nämlich der Lichtbogen ungefähr in der Achse. Je stärker jedoch der Strom wird, desto stärker biegt er sich infolge der mag netischen Blasung aus. Mit der durch das Ausbiegen zunehmenden Länge und daher Leistung des Lichtbogens wird die Lösch- mittelbildung vergrössert.
Wenn man daher .den Lichtbogen stabilisierende Mittel an wendet, werden gerade die überflüssigen Spitzen der Löschmittelerzeugung beseitigt.
Man kann ferner die Spannung des Licht bogens dadurch herabsetzen, dass der Licht bogen bei hoher Abschaltleistung mit solchen Stoffen in Berührung gebracht wird, in deren Dampf er eine geringere Lichtbogenspannun (V/cm) besitzt. Ferner kann man eine Steue rung der Kontaktbewegung anwenden, derart, dass der Kontaktabstand bei höherer Ab schaltleistung im Vergleich zu einem nicht künstlich beeinflussten Zustand vermindert wird. Bei Wechselstrom kann man bei höhe ren Abschaltleistungen eine synchron mit dem Wechselstrom schwingende Kontakt bewegung anwenden, derart, dass beim Strom nulldurchgang der Kontaktabstand am gröss ten ist, um die Wiederzündung nach der Löschung zu verhindern.
Eine Verminderung der Lichtbogen- leistung durch Verringerung des Lichtbogen stromes lässt sich beispielsweise dadurch er zielen, dass bei Anwachsen der Abschalt- leistung Widerstand in den Lichtbogen oder andere Teile der Strombahn eingeschaltet wird.
Der Wirkungsgrad der Löschmittelerzeu- gung kann beispielsweise dadurch verringert werden, dass der Abstand der Flüssigkeit, aus der das Löschmittel erzeugt wird, von der Lichtbogenachse in Abhängigkeit von der Absebaltleistung verändert wird. Man kann zum Beispiel eine Schaltkammer mit nach giebigen Wänden anwenden, die in irgend einer Weise, zum Beispiel durch den Dampf druck. so bewegt werden, dass der Raum inhalt der Schaltkammer entsprechend der Lichtbogenleistung vergrössert wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung bei spielsweise dargestellt.
Fig. 1 veranschaulicht diagrammatisch die Verhältnisse bei einem Expansionsschalter. Auf der horizontalen Achse ist die Abschalt- lcistung N" in kVA aufgetragen, auf der vertikalen Achse die vom Lichtbogen inner halb einer bestimmten Zeit entwickelte Dampf-Gasmenge V in Volumeneinheiten.
Die Kurve .4 gibt die ohne Anwendung künstlicher Mittel der jeweiligen Abschalt- leistung <B>N,</B> entsprechende Dampf-Gasmenge j' an. Die Kurve B gibt diejenige Dampf menge an, die zur Löschung des Lichtbogens durch den Expansionseffekt erforderlich ist.
Man sieht, dass von einer gewissen Leitung N" an der Überschuss der Dampfentwicklung über das erforderliche Mass sehr stark an steigt, so dass bei der mit N"_ bezeichneten Leistung die Schaltkammer bereits beträcht lich durch die entwickelte Dampfmenge über beansprucht und auch in ihrer Löschwirkung durch das Übermass der Flüssigkeitsverdamp fung verschlechtert wird.
Die Fig.2 zeigt die Anwendung eines Kurzschlussbügels zur Verminderung der Lichtbogenleistung. 11 und 12 sind die bei den Schaltkontakte, die in einer Flüssigkeit angeordnet zu denken sind. 13, 14 sind die beiden stehengebliebenen Teile des Licht bogens. 15 ist ein metallener Kurzschluss bügel, der in der Nähe der Unterbrechungs strecke angeordnet ist. Der mittlere Teil 16 des Lichtbogens ist erloschen, so dass nur mehr die Teile 13, 14 Dampf entwickeln. Der Lichtbogen wird erst von einer gewissen Stromstärke an durch die magnetische Bla- sung so stark seitwärts ausgebogen, dass er mit dem Bügel 15 in Berührung kommt.
Unterhalb dieser Stromstärke brennt er in der Nähe der Achse der Unterbrechungsstrecke, so dass in diesem Fall die ganze Lichtbogen leistung für die Dampfbildung nutzbar ist.
Anstatt eines Bügels 15 kann auch ein leitender Zylinder angewendet werden, der die Unterbrechungsstrecke in gewissem Ab stand umgibt.
Fig. 3 zeigt die Stabilisierung des Licht bogens auf die Achse der Unterbrechungs strecke durch Anwendung eines Flüssigkeits wirbels. Die Kontakte 17, 18 bewegen sich in einem Isoliergefäss 19, in dessen Boden und Deckel schräge Öffnungen 20, 21 vor gesehen sind. Durch -die obere ,Öffnung wird Flüssigkeit hineingedrückt. Es entsteht in folgedessen ein schraubenförmiger Wirbel 22, der die Unterbrechungsstelle umhüllt und den Lichtbogen in .der Achse der Unter brechungsstrecke stabilisiert. Bei zunehmen der Stromstärke verringert sich damit die Lichtbogenlänge auf die Länge der Unter brechungsstrecke.
1n Fig. 4 ist die Stabilisierung durch An wendung eines porösen Isolierrohres 24, zum Beispiel eines Tonrohres, dargestellt. An Stelle des Tonrohres kann man auch andere poröse Isolierkörper aus Faserstoff, zum Bei spiel aus Papier oder dergleichen, verwenden. Man kann auch guter- oder siebartige Um hüllungen aus Isoliermaterial anwenden.
Ferner kann man den Lichtbogen auch durch zweckmässige Gestaltung des magne tischen Feldes stabilisieren.
Die Fig. 5 zeigt die Verminderung der Lichtbogenspannung für grössere Leistungen durch Anwendung eines ortsfesten zylinder- förmigen Körpers 25 aus einem. alkalihaltigen Material, zum Beispiel einem mit Chlor halium imprägnierten Tonzylinder. Dieser Zylinder ist oben bis an den Kontakt 26 glockenförmig herangezogen, so dass ein ge wisses Gaspolster in dem Zylinder vorhanden ist. Der Kontakt 27 steht fest, während sich der Kontakt 26 nach oben bewegt und dabei in den Tonzylinder hineingezogen wird.
Die Strecke zwischen dem untern Rande des Ton zylinders ?5 und dem festen Kontakt 27 hat die gleiche Länge, die von einem mit der Grenzleistung Na, (Fig. 1) brennenden Licht bogen erreicht wird. In den Fällen, wo die tatsächliche Abschaltleistung kleiner ist, brennt der Lichtbogen unterhalb des Zylin ders 25 in der den Schaltkontakt 27 umgeben den Flüssigkeit, wodurch die Entwicklung der für die Löschung erforderlichen Dampf menge gewährleistet ist. Übersteigt jedoch die tatsächliche Abschaltleistung den,Grenz- wert, so wird der Lichtbogen in den Zylinder 25 hinein verlängert.
Dann kommt er mit dem Zylinder in Berührung und verdampft das Chlorkalium. Da ein Lichtbogen von 1 cm Länge in Wasserstoff mindestens 290 V, in Kaliumdampf dagegen etwa nur 5 V be nötigt, wird die Lichtbogenspannung be deutend herabgesetzt und damit die Dampf entwicklung vermindert.
Fig. 6 zeigt die Einschaltung von Wider stand in den Lichtbogen grösserer Leistung. Zwischen den Metallring 28 und den fest stehenden Kontakt 29 ist der Widerstand 30 eingeschaltet. Sobald daher der bewegliche Kontakt 31 über den Ring 2,8 hochgezogen wird, schaltet sieh der Widerstand 80 ein, und der Lichtbogen 32 brennt vom Kontakt 31 bis zum Ring 28, während der Licht- 2 33 erlischt.
Fig. 7 veranschaulicht eine Ausführungs form, die grundsätzlich sowohl für Gleich-, als auch für Wechselstrom Anwendung fin den kann. 34 ist der festetehende Kontakt, 35 der bewegliche, der mit einer Kurbel 36 von einem Antrieb 37 angetrieben werden kann, der seinerseits beim Abschalten nach oben bewegt wird. Der Antrieb 37 wird bei beiden Strom arten in. Abhängigkeit von der Abschalt- leistung derart gesteuert, dass er nur bei sol chen Abschaltungen in Tätigkeit tritt, bei denen die Abschaltleistung einen bestimmten Wert übersteigt. Die Abschaltungen dagegen. bei denen die Abschaltleistung geringer ist, gehen mit ruhendem Antrieb vor sich.
Der bewegliche Kontakt 35 führt daher bei gmossenAbschaltleistungen neben seiner norma len Abschaltbewegung eine zusätzliche Bewe. gung in entgegengesetzter Richtung aus, und zwar bei Gleichstrom nur einmal während des ganzen Löschvorganges aus der voll ge zeichneten in die gestrichelt angedeutete Lage. Die absolute Bewegung des Kontaktes wird dadurch verzögert und der Kontakt abstand a im Vergleich zum unbeeinflussten Zustand vermindert.
Bei Wechselstrom ist der Antrieb 37 ein Synchronantrieb, durch welchen dem beweglichen Kontakt eiae schwingende zusätzliche Bewegung synchron mit der Periodenzahl des Wechselstromes er teilt wird, die in dem Schaubild (Fig.8) durch die Kurve a. dargestellt ist. i gibt den Stromverlauf im Lichtbogen an. Der Antrieb des Kontaktes 35 ist also bei Wechselstrom so beschaffen, dass zur Zeit des Stromhöchst wertes der Kontaktabstand a den geringsten Wert hat, zur Zeit des Stromnulldurchganges dagegen seinen grössten Wert.