Elektrischer Hochspannungsschalter. Die Erfindung bezieht sich auf elektri sche Schalter, bei welchen der Lichtbogen durch einen Druckgasstrahl gelöscht wird. Bei bekannten Anordnungen dieser Art ist meistens eine Elektrode hohl ausgebildet und dient zur Abführung des Druckgasstromes und der Schaltgase. Der Lichtbogen tritt entweder durch die Hohlelektrode hindurch oder man macht den Innendurchmesser der selben so klein, dass ein Wandern des Licht bogens in den Hohlkontakt nicht eintreten kann. Wenn die Hohlelektrode hierbei eine düsenförmige Ausbildung erhält, so bewirkt dies in dem ersteren Fall, dass der Licht bogen an der engsten Stelle der Düse eine in tensive Beblasung erfährt.
Jedoch tritt mit wachsender Betriebsspannung immer mehr die unerwünschte Neigung ein, dass der Lichtbogen nicht frei durch die Öffnung der Düse emporsteigt, sondern sich an den Wan dungen kurzschliesst; es sei denn, dass man den Durchmesser der engsten Stelle verhält nismässig gross ausführt, wodurch sich wie derum ein grosser Gasverbrauch ergibt. Bei der andern bekannten Ausführungsform mit solch enger Hohlelektrode, dass der Licht bogen nicht in sie hineintritt, fehlt über haupt die günstige Blaswirkung der Düse. Ausserdem wächst in beiden Fällen mit stei gender Spannung die Gefahr der Rückzün dung. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit einen elektrischen Hochspannungsschalter. bei dem der Lichtbogen durch einen Druck gasstrahl gelöscht wird und bei dem die Kontaktbewegung in Achsrichtung einer vom Druckgas durchströmten, wenigstens an den dem Lichtbogen ausgesetzten Stellen, aus Isolierstoff bestehenden Hülle erfolgt. Er findungsgemäss ist hierbei die Hülle durch eine Düse mit mindestens einer Verengung gebildet, wobei der feststehende Kontakt in Strömungsrichtung gesehen - hinter der Verengung der Düse angeordnet ist, derart, dass der Lichtbogen beim Abschalten von diesem Kontakt aus gegen die Verengung der Düse hin ausgezogen wird.
Durch diese Anordnung wird die bei b7e- talldüsen bestehende Neigung des Licht- Bogens, sich an den Wandungen der Diise kurzzuschliessen, völlig unterdrückt.
Man kann also den Düsendurchmesser mit Rück sicht auf die Beschränkung des Druckgas verbrauches beliebig eng halten; ohne dass die Gefahr besteht, dass sich der Lichtbogen in dem verengten Teil der Düse kurzschliesst oder Rückzündungsüberschläge von der Ver engung der Düse nach dem Kontaktstift auf treten, da die wenigstens an den dem Licht bogen ausgesetzten Stellen aus Isolierstoff bestehende Hülle erfindungsgemäss durch eine Düse mit mindestens einer Verengung gebildet ist und der feststehende Kontakt - in der Strömungsrichtung gesehen - hin ter dieser Verengung angeordnet ist.
Ausser dem hat man die Möglichkeit, die Strecke, auf welcher man den Lichtbogen der Ein wirkung des Gasstromes bei verhältnismässig hohem Druck aussetzt, nach Bedarf beliebig zu vergrössern. Man braucht also nicht mehr - womit man sich bei den bekannten Aus führungen bis zu einem gewissen Grade hel fen kann - den Betriebsdruck mit wach sender Betriebsspannung zu steigern, son dern beherrscht die unmittelbar nach dem Erlöschen des Lichtbogens wiederkehrende Spannung durch Vergrössern der Isolier strecke zwischen den Elektroden auch bei konstantem Druck.
Die Verwendung von Isolierdüsen ist bei Druckgasschaltern zwar an sich bekannt. Jedoch befindet sich bei den bekannten Iso- lierdüsen der feststehende Kontakt oder Teile desselben gerade an der engsten Stelle der Düse, so dass bei dieser Konstruktion die oben erwähnten und durch die Erfindung beseitigten Nachteile -Rückzündungsgefahr und grosser Druckgasverbrauch - in erhöh tem Masse vorhanden sind.
Als Isoliermaterialien für die Düse kom men solche in Frage, die eine kurzzeitig Be rührung mit dem Lichtbogen vertragen kön nen. Von organischen Isolierstoffen sind dies vor allen Dingen solche wie Hartgummi oder Fiber, die verdampfen, ohne Kohlerück- stände auf der Oberfläche zu bilden, und da her im Betriebe an Isolationswert längs der Oberfläche nur unwesentlich einbüssen. Von anorganischen Isolierstoffen sind in erster Linie solche wie Quarz und Magnesit brauch bar, die starken Temperatursprüngen ge wachsen sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt. Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einer düsenförmigen Ausbildung des Isolierrohres, bei welcher die Verengung 4 verhältnismässig kurz, jedoch der erweiterte Raum 15 hinter derselben bis zu dem feststehenden Tulpen kontakt 2 recht lang ausgebildet ist. Unter der Verengung 4 der Düse wird hierbei der zylindrische, also die gleichbleibende lichte Weite aufweisende engste Stelle und unter dem Abstand der Kontakte von der Ver engung, die Entfernung der Kontakte von dem dem feststehenden Kontakt am nächsten liegenden Querschnitt der Verengung der Düse verstanden.
Der vor der engsten Stelle in dem Raum 5 herrschende Druck hat sich durch Entspannung in der Düse in dem Raum 15 in Geschwindigkeit umgesetzt, so dass in diesem vor allem eine Kühlung des Lichtbogens durch den Gasstrahl erfolgt. Das Gas strömt an dem Hohlkontakt 2 vorbei und teilweise auch durch denselben, und über nicht dargestellte Schalldämpfer bezw. Kühl einrichtungen ins Freie.
Der Gegenkontakt 3 wird durch die Verengung der Düse zweck mässigerweise so weit vor dieselbe bewegt, dass der Lichtbogenfusspunkt auf seiner Kon taktspitze einer kräftigen Beblasung durch den konvergierenden Druckgasstrahl aus gesetzt ist. Die Form der Isolierdüse ist hierbei so gewählt, dass in Strömungsrichtung gesehen die hinter der Düsenverengung lie genden Querschnitte der Ausflussöffnung ste tig zunehmen.
Vor dem Einlauf in die Dü senverengung nimmt der Druck (Überdruck) allmählich ab, wobei er in Geschwindigkeit umgesetzt wird, die allmählich ansteigt. An schliessend, im Einlauf bezw. in der Ver engung der Düse, findet eine rasche, aber stetige Abnahme des Druckes und zugleich eine Zunahme der Geschwindigkeit statt; wobei nach dem Verlassen der Verengung infolge der Expansionswirkung der Druck allmählich abnimmt und die Geschwindig keit bis auf ihren Höchstwert ansteigt.
In der Düse gibt es somit ein bestimmtes Ge biet, in dem trotz der ansteigenden Geschwin digkeit ein hoher Druck von zum Beispiel mindestens 5 atü herrscht, der für die not wendige Isolierfestigkeit ausreicht. In einer solchen Düsenzone, in der, wie angegeben, in bezug auf die Geschwindigkeit und den Druck des strömenden Mediums die günstig sten Löschbedingungen herrschen, kann der bewegliche Gegenkontakt festgehalten werden.
In Fig. 2 ist die Einrichtung so getrof fen, dass sich der Druck in der Düse nur teil weise entspannt. Herrscht beispielsweise in dem Raum 5 vor der Verengung ein Druck von 20 atü, so kann man durch nicht dar gestellte Reduktionseinrichtungen innerhalb des Abzugsrohres 16 den Druck hinter der Düse auf beispielsweise 10 atü einregulieren. Auf den Lichtbogen wirkt daher sowohl Ge schwindigkeit, als auch Druck ein.
In Fig. 3 ist die Verengung 4 der Iso- lierhülle recht lang gehalten, insbesondere derart, dass die Verengung länger ist als der Abstand des feststehenden Kontaktes und des beweglichen Gegenkontaktes im ausgeschal teten Zustand bis zur Verengung der Düse. Dies hat zur Folge, dass sowohl Druck, als auch Geschwindigkeit auf eine verhältnis mässig grosse Strecke hoch bleiben. Auch in diesem Falle wird man, wie in Fig. 2, den Druck durch Reduktionseinrichtungen in dem Abzugsrohr 16 einstellen.
Sowohl die Lage des feststehenden Kontaktes 2, als auch die beim Ausschaltvorgang erreichte dauernde oder während des Ausschaltvorganges kurz zeitig erzwungene Ruhestellung des beweg lichen Gegenkontaktes 3 zwischen seiner An fangs- und Endstellung ist zweckmässiger weise in einem der sich erweiternden Teile der Isolierhülle gewählt, in denen die Lösch- wirkung besonders günstig ist.
In Fig. 4 ist eine Anordnung dargestellt, die man sich aus einer grösseren Anzahl von Düsen zusammengesetzt denken kann. Es wechseln mehrere Verengungen 4 mit einer entsprechenden Anzahl erweiterter Stellen 15 ab, welche der bewegliche Kontakt 3 der Reihe nach durchläuft. Bei einem derart be schaffenen Isolierrohr entstehen infolge der mehr oder weniger scharfkantigen Absätze Wirbel, die für eine gute Durchmischung des erhitzten Druckgases mit dem kalten sorgen.
Ausserdem werden die beim Stromnulldurch- gang zwischen den Elektroden verbliebenen Ionen auf dem kürzesten Wege aus der Lichtbogenbahn entfernt.
In den vorstehenden Ausführungsbeispie len ist angenommen, dass sich der konische Kontakt 3 bewegt und der Tulpenkontakt 2 feststeht. Die Einrichtung kann aber auch umgekehrt getroffen werden. In den Figuren sind die Gasströmungen durch Pfeile ange deutet. Man wird für die Kontakte zweck mässigerweise Formen wählen, welche sich weitgehend Strömungslinien anpassen. Aus dem Strömungsbild ergibt sich, dass sich bei dem in Richtung des Druckgasstromes wei senden Kontakt 3 der Lichtbogenfusspunkt ohne weiteres auf der Kontaktspitze festset zen wird.
Bei dem tulpenförmigen Kontakt 2 besteht hingegen die Neigung, dass der Lichtbogenfusspunkt vom Gasstrom abgetrie ben wird und an der Kontaktoberfläche wan dert. Dies kann dadurch verhindert werden, dass man den Luftstrom ganz oder teilweise durch den als Hohlkontakt ausgebildeten Kontakt 2 abströmen lässt.
Besonders günstig werden die Verhält nisse, wenn man, wie in den Fig. 5 bis 11 dargestellt, die Abflussseite der Isolierdüse von der Verengung bis zum Austrittsquer schnitt des Druckgases lang ausbildet und die Kontakttrennung auf dieser Seite der Düse vornimmt. Hierbei wird der Licht bogen in seinem ganzen Verlauf einem Druckgasstrahl ausgesetzt, dessen Strömungs geschwindigkeit grösser als die Schall geschwindigkeit ist; es wird also die in der Düse in Geschwindigkeit umgesetzte Druck energie wesentlich besser ausgenutzt.
Der Lichtbogen kann gleich bei seinem Entstehen dieser Gasströmung ausgesetzt werden. Auch sind in räumlicher und zeitlicher Beziehung der Länge der Einwirkung des Gasstrahls vom Augenblick der Entstehung des Licht bogens an keine engen Grenzen gesetzt, ins besondere wenn man den festen Kontakt am Ende der konisch erweiterten, langen Aus flussseite der Isolierdüse gegenüber der Aus flussöffnung anordnet, oder gar die konische Erweiterung in einem zylindrischen Teil fortsetzt, der alsdann den festen Kontakt aufnimmt.
Eine sehr zweckmässige Anordnung er hält man, wenn die erweiterte Ausflussseite gekrümmt ist und der feststehende Kontakt sich in der aussenliegenden Wand des Krüm mers befindet. Hierdurch wird die Tendenz des Lichtbogens, in der Nähe des festen Kon taktes infolge der Blaswirkung des Druck gases bezw. infolge dieser und der Einwir kung des elektrischen Feldes auszubiegen, berücksichtigt und ausgenützt und der Licht bogen von dem eigentlichen Kontaktsitz fern gehalten.
Eine weitere Verbesserung wird hierbei durch Anbringen eines Abbrennstük- kes neben dem festen Kontakt nach der Aus flussseite zu erzielt. Das Übergehen des einen Lichtbogenfusspunktes auf das Abbrennstück kann noch durch eine elektromagnetische Beblasung unterstützt werden.
Den Zeitpunkt, in welchem der gezogene Lichtbogen dem Druckgasstrahl ausgesetzt wird, kann man weitgehend durch Bemes sung der Stärke des beweglichen Kontaktes im Verhältnis zum engsten Querschnitt der Düse beeinflussen, indem man zwischen Düse und Stiftkontakt entweder genügend Spiel vorsieht, so dass die Beblasung gleich bei der Kontakttrennung vorhanden ist, oder indem der Kontaktstift einen Durchmesser annähernd gleich der lichten Weite der Ver engung der Düse besitzt, so dass dei Druck gasstrahl erst bei Durchtritt des beweglichen Kontaktes durch die Verengung auf den Lichtbogen einwirkt,
oder auch indem man den so bemessenen Stift an der Spitze ver jüngt und durch die Längenbemessung des verjüngten Teils den Zeitpunkt bestimmt, in welchem der Druckgasstrahl auf den Licht bogen auftrifft. Der Lichtbogen kann zwar bereits er loschen sein, bevor die Spitze des bewegli chen Kontaktes die Verengung der Düse er reicht hat.
Sollte das aber nicht der Fall sein, beispielsweise wenn der bewegliche Kontakt einen Durchmesser gleich der eng sten Offnung der Düse besitzt und infolge dessen der Druckgasstrahl erst beim Durch tritt der Kontaktspitze durch die engste Stelle zustande kommt, so wird vor der Düse immerhin nur ein kleiner Teil des Licht bogens vorhanden sein, während sich der weitaus grössere Teil des Lichtbogens in dem sich erweiternden Teil der Düse befindet, wo er ohne Gefahr einer Rückzündung grosse Längen annehmen kann.
Das Ausziehen des Lichtbogens auf eine grosse Länge hat den Vorteil, dass die beim ersten oder einem nach folgenden Nulfdurchgang des Stromes durch den Druckgasstrom entionisierte Strecke ent sprechend gross und damit auch die Rück zündungsgefahr vermindert wird.
Im einzelnen ist zur Erläuterung der Fig. 5 bis 11 folgendes zu bemerken: In Fig. 5 bedeutet 1 eine Düse, die aus Isolier material besteht oder auch aus einem Metall gerippe mit einer Umpressung aus Isolier material bestehen kann. Die Masslinie in Fig. 5 rechts gibt die Länge der eigentlichen Düse, also des Teils der Hülle an, in dem Druck in Geschwindigkeit umgesetzt wird. 2 ist wieder der feststehende Kontakt, der am äussern Ende des obern erweiterten Teils der Düse befestigt ist. 3 ist der bewegliche Schaltstift.
Sein Durchmesser ist erheblich kleiner als die Einschnürung der Düse bei 4, so dass das Druckgas durch das Zuführungs rohr 5 bereits strömen kann, wenn der be wegliche Kontakt sich noch in der gestri chelt gezeichneten Einschaltstellung befin det. Ein bei der Kontakttrennung gezogener Lichtbogen wird sofort einem Druckgas strahl mit überkritischer Geschwindigkeit ausgesetzt und gelöscht. Es gelangt also die ganze Geschwindigkeitsenergie des Druck gases zur Wirkung, welche sich auf dem Wege6-7 aus derDruckenergieumgesetzthat.
Die Fig. 6 zeigt im Prinzip die -gleiche Anordnung wie Fig. 5, mit der Änderung, dass hier der Durchmesser des beweglichen Kontaktes 3 annähernd gleich der Einschnü- rung 4 der Düse 1 ist. Infolgedessen kann eine nennenswerte Druckgasströmung erst dann zustande kommen, wenn der zylindri sche Teil des beweglichen Schaltstiftes 3 die engste Stelle 4 der Düse passiert hat. Die Fig. 6 zeigt diesen Augenblick. Wie ersicht lich, befindet sich die Stiftspitze noch in dem Bereich der überkritischen Geschwindig keit.
Der zwischen dem feststehenden Kon takt 2 und dem beweglichen Stift 3 gezogene Lichtbogen wird auf seiner ganzen Länge von einem Druckgasstrahl mit überkritischer Geschwindigkeit bespült.
Bei der Anordnung nach Fig. 7 ist der bewegliche Kontakt 3 an seinem Ende 8 ab gesetzt. Die kräftige Beblasung setzt hierbei an der beliebig wählbaren Stelle 9 ein, so bald der entsprechend gewählte Absatz an dem beweglichen Kontakt die engste Stelle der Düse passiert. Man kann im übrigen die selbe Wirkung auch bei der Anordnung der Li' ig. 5 erreichen, wenn man das Druckgas in dem Augenblick zuführt, in welchem die Spitze des Stiftes 3 die Stelle 9 erreicht hat.
In Fig. 8 ist der erweiterte Teil der Düse gekrümmt, wobei der feststehende Kontakt in der Aussenwand des Krümmers angeord net ist. Der umgelenkte Gasstrahl löst den Lichtbogen von dem feststehenden Kontakt 2 ab und drängt ihn zu dem daneben in Rich tung des abströmenden Gases angeordneten Abbrennstück 10. In den Fig. 9 und 10 ist ein vom Betriebsstrom durchflossenes Mag netsystem etwa in Höhe des festen Kontak tes vorgesehen.
Es besteht aus einer Strom schleife 11 und einem Eisenkern 12, dessen offene Schenkel ein kräftiges Magnetfeld (Pfeile 13) senkrecht zur Lichtbogenbahn durch den freien Raum entwickeln und da durch den Lichtbogen durch den Krümmer -lach aussen treiben.
In Fig. 11 ist noch eine Düsenanordnung gezeigt, bei welcher sich an die konische Er weiterung auf der Ausflussseite ein gerades
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zylindrisches <SEP> Stück <SEP> anschliesst. <SEP> In <SEP> diesem <SEP> ist
<tb> der <SEP> feststehende <SEP> Kontakt <SEP> 2 <SEP> angeordnet. Bei den beschriebenen Anordnungen ist es wichtig, dass der bestehende Kontakt die Ausflussseite der Düse möglichst wenig ver baut und das Druckgas ohne erhebliche Stauung und Wirbelung abströmen lässt, wo bei der Druckgasstrahl an der Kontaktstelle selbst möglichst wenig gestört werden soll.
Es ist daher zweckmässig, wie in den Fig. 12 bis 14 .dargestellt, für den feststehenden Kontakt senkrecht zur Schaltrichtung be wegliche und unter Federdruck stehende Kontaktstücke vorzusehen, die zusammen mit den zugehörigen Federn je in einer läng lichen, sich in Schalterachse erstreckenden und frei in den Schaltraum hervorstehenden Hülse gelagert sind, aus der sie mit ihrer kontaktmachenden Fläche hervortreten.
Fig. 12 zeigt einen Längsschnitt, Fig. 13 einen Grundriss und Fig. 14 eine Seitenansicht auf eine Kontakthülse. Es ist 21 ein ringförmi ger Kontaktträger mit mehreren am Umfang angeordneten und in Richtung der Düsen achse vorstehenden Hülsen 24. Diese sind an ihrem über den Träger 21 vorstehen den Ende geschlitzt, um eine gewisse Nachgiebigkeit zum Einspannen der Kon taktfinger 22 zu erhalten. Die Kontakt finger 22 sind je in einer Hülse 24 mittels Bolzen 27 so gelagert, dass sie sich zugleich auf der Kontaktfläche 28 der Hülsen 24 ab wälzen und daran den Strom übertragen.
Eine zweite Auflagestelle für jeden Kontakt finger bildet in der Einschaltstellung der bewegliche Kontakt 33 oder in der Aus schaltstellung der mittels einer Schraube 29 am Träger 21 befestigte Halter 23. Jeder Kontaktfinger 22 steht unter der Wirkung von Federn 25, die sich ,durch eine von der Lasche 26 verschlossene Öffnung einbringen lassen. Der Träger 21 ist mittels Verschrau bung und dergleichen auf dem U-förmigen Metallring 30 befestigt, .der seinerseits über das entsprechend ausgebildete Hartpapier rohr 31 geschoben und mit .diesem ver schraubt ist. Das Hartpapierrohr 31 trägt unterhalb des feststehenden Kontaktes die Isolierdüse 32.
In den Fig. 12 bis 14 besitzen die Kon taktfinger 22 eine durchwegs gleichbleibende Stärke. Man kann sie jedoch auch nach der Kontaktfläche zu verdicken oder mit An sätzen versehen, so dass sie insgesamt den beweglichen Kontakt ringförmig umgeben. Hierbei findet alsdann keine punktförmige Auflage der Kontaktstücke mehr statt. Es empfiehlt sich, in allen Fällen den Durch messer des beweglichen Kontaktes recht gross zu machen, da auf diese Weise Stauungen und Wirbelungen des Druckgases besser ver mieden werden, als wenn man einen kleinen Durchmesser ausführt.
Die den feststehenden Kontakt bildenden Kontaktfinger 22 bilden zusammen mit den sie tragenden Kontakthülsen 24 längliche, parallel zur Schaltrichtung frei in den Schaltraum hineinragende, räumlich vonein ander getrennte Körper, derart, dass sie zwi schen sich einen möglichst grossen Teil des Strömungsquerschnittes für das Löschgas frei lassen. Eine in strömungstechnischer Hinsicht besonders günstige Anordnung kann dadurch erzielt werden, dass man jede Kon takthülse tropfenförmig mit in Strömungs richtung ständig abnehmendem Querschnitt ausbildet.