Druckgassehalter. Die Erfindung betrifft einen Druckgas schalter, bei dem das zur Lichtbogenlöschung dienende Druckgas während des Schaltvor ganges aus einem Druckgasraum durch den Schaltraum in einen Ausblaseraum strömt. Erfindungsgemäss ist hierbei der Ausblase- raum bis auf im Verhältnis zum Ganzen kleine Öffnungen geschlossen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird ein der artiges Volumenverhältnis b des Ausblase raumes zum Druckgasraum gewählt, dass bei einem bestimmten Anfangsdruckverhältnis a und einem bestimmten engsten Strömungs querschnitt q des Schaltraumes das Druck verhältnis bis zur vollendeten Lichtbogen löschung nicht unter den kritischen Wert k fällt.
Bei einem überkritischen Verhältnis der Gasdrücke stellt sich nämlich im Schaltraum eine Gasgeschwindigkeit ein, die der Schall geschwindigkeit im betreffenden Gas ent spricht. Wird also der Ausblaseraum in der oben angegebenen Weise bemessen, so findet während der Dauer der Lichtbogenlöschung tk, die bekanntlich bei Druckgasschaltern stromunabhängig und etwa konstant ist, die Beblasung mit der Schallgeschwindigkeit statt. Es tritt also der Gegendruck überhaupt nicht nachteilig für die Löschung in Erschei nung.
Anderseits ist es mit Rücksicht auf eine günstige Abriegelung erwünscht, dass der sich bei der Lichtbogenlöschung nach dem Blasstoss einstellende Enddruck möglichst hoch ist. Die Durchschlagsfestigkeit der Gase ist umso höher, je höher ihr Druck ist, so dass eine Wiederzündung umso wirksamer verhin dert wird, je höher der Gasdruck, also je kleiner der Ausblaseraum ist.
Während also durch die Löschbedingun gen Mindestabmessungen des Ausblaseraumes vorgeschrieben werden, verlangen die Ab riegelungsbedingungen nach einem möglichst kleinen Ausblaseraum. Es wird also zweckmässigerweise das Volumen des Ausblasera.umes nur gleich oder unwesentlich grösser als dieser Mindestwert gewählt. Das Volumen des Ausblaseraumes ergibt sich dabei angenähert zu
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Dabei bedeutet z die Schallgeschwindigkeit im zur Löschung benutzten Gas.
So ergibt sich zum Beispiel bei Luft mit v = 30000 cm/s tj; - 0,02 s q = \2 cm' b - 3 a = 5 k - 2 das Ausblasevolumen T' pro Phase I' __ 2690 cm', also zirka 2.7 Liter.
Dieser Wert stellt ein Maximum dar, da infolge der Abkühlung der Gase bei ihrer Entspannung eine zusätzliche Druckminde rung im Ausblaseraum erfolgt.
Anderseits erfolgt bei Unterbrechung grosser Ströme eine Erwärmung der Lösch- gase, die zu einer unerwünschten Druckstei gerung im Ausblaseraum führen kann. Es ist deshalb zweckmässig, im Ausblaseraum Kühlvorrichtungen, in.zbesonderN Kühlbleche, anzuordnen, durch die diese Wärme sofort abgeführt wird.
Es ist zweckmässig. den Ausblaseraum mit der Aussenluft derart zu verbinden, dass er während des Löschvorganges praktisch ge- schIossen ist, jedoch so, dass nach dem Lösch vorgang ein Druckausgleich nach der Aussen luft erfolgt. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass er über Gaswege grossen Strömungswiderstandes mit. der Aussenluft verbunden wird. Hierdurch wird einerseits vermieden, dass bei mehreren kurz aufeinan der folgenden Schaltungen der Druck im Ausblaseraum zu hoch anwächst. anderseits treten keine leitenden und auch keine heissen Schaltgase aus dem Schalter heraus.
Als Gasaustrittsmittel können einzelne kleine Öffnungen dienen, z. B. Rundlöcher oder Schlitze und dergl., oder auch Netze. Es können Kühler hohen Strömungswiderstandes davorgeschaltet -erden, z. B. Raschigringe oder Metallspäne, ferner mehrere durch kleine Öffnungen miteinander verbundene Entspannungskammern. Durch derartige A.ii- ordnungen wird die kinetische Energie der Schaltgase vernichtet.
Die Austrittsöffnun gen können durch Klappen, Hauben und dergl. vor dem Eindringen von Schmutz, Wasser usw. geschützt werden. Sie können ferner durch Isolierröhren zu geerdeten Tei len geführt werden. Diese Anordnung ist be sonders bei eisengekapselten Schaltanlagen vorteilhaft.
Der Ausblaseraum lässt sich umso kleiner bauen, je kleiner der Zähler<I>b .</I> r <I>. q .</I> tk wird. Durch eine Verkleinerung des Volumenver hältnisses b wächst der Energiebedarf des Schalters. Diese Massnahme ist daher nur zweckmässig bei zugeführtem Druckgas.
Dagegen lässt sich stets det Ausström- querschnitt q, der an sich durch das Schalt stück gegeben ist, durch Einführung von be- weglichen Isolierteilen in die Lichtbogen- bahn vermindern. Dies ist besonders vorteil haft bei Anordnungen, bei denen der Licht bogen in einem röhrenartigen Schaltraum brennt und axial beblasen wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
Fig. 1 zeigt einen Druckgasdüsenschalter. 1 ist der feststehende, düsenförmige Kontakt, 2 der bewegte, stiftförmige Kontakt. Der Lichtbogen wird in dem röhrenförmigen Schaltraum 4 gezogen. Das Druckgas zur Löschung wird im Raum 3 gespeichert. Es, kann bei mehreren Schaltern durch Röhren leitungen von einer zentralen Kompressor anlage zugeführt werden. Es kann auch che misch oder mechanisch erzeugt werden. Der Behälter kann für drei Phasen gemeinsam sein. Bei der Abschaltung wird das Ventil 9 geöffnet.
Das Gas strömt durch das Isolier- rohr 10 in den Schaltraum 4, wo es den Lichtbogen bebläst. Von dort strömt es in den Ausblaseraum 5.
Der Ausblaseraum 5 ist derart ausgebil det, dass das Gas erst durch einen Kühler 11 geringen Strömungswiderstandes strömt. Dann strömt es nacheinander durch mehrere Ent spannungsräume 12, 13, 14, die durch kleine Öffnungen 15 und 16 miteinander verbun den sind. Es strömt dann durch kleine Off nungen 17 ins Freie. Die Beblasung des Lichtbogens erfolgt also durch Druckaus gleich der beiden Räume 3 einerseits und 5 anderseits, wobei als Strömungsquerschnitt des Schaltraumes dessen engster Querschnitt, das heisst also der Öffnungsquerschnitt des Düsenkontaktes 1 anzusehen ist.
Da der Ausblaseraum 5 im wesentlichen, das heisst bis auf im Verhältnis zum Ganzen kleine Öffnungen geschlossen ist, so vollzieht sich der Schaltvorgang innerhalb des vollzieht sich ohne nach aussen in Erscheinung zu tre ten. Da ferner in dem Druckgasraum 3 eine bestimmte Druckgasmenge zur Verfügung steht, welche durch eine zweckmässige Aus bildung des Schaltraumes optimal zur Be- blasung des Lichtbogens ausgenutzt wird, er gibt sich die Möglichkeit, den Ausblaseraum wesentlich kleiner als bei bekannten Kon struktionen zu gestalten,
bei denen die Druckgaszufuhr durch Ventile oder dergl. begrenzt wird. Dieser bedeutende Grössen unterschied ist insbesondere deshalb wesent lich, weil er es ermöglicht, die Ausblase- gefäss'e isoliert an den Schalterpolen anzuord nen. Da ferner die zur Verfügung stehende Druckgasmenge genau bekannt ist, ist es möglich, durch richtige Bemessung der Räume und des Durchtrittsquerschnittes be sonders günstige Lösch- und Abriegelungs bedingungen herzustellen.
Der Antrieb erfolgt durch einen pneuma tischen Motor 18, der die Welle 19 antreibt. 20 ist der feststehende Schleifkontakt, 21 die Scha.ltstiftführung. 7 und 8 sind die Strom anschlüsse.
Fig. 2 zeigt einen Druckgasdüsenschalter mit Blasung in Richtung der Aussenschalt- bewegung. Dargestellt ist hier die Verdich- tung der Luft bei der Schaltbewegung durch einen Kolbenkompressor, dessen Kolben 23 in einem Zylinder 24 gleitet. Der Antrieb des Kolbens 23 kann durch dieselbe Welle 19 er folgen wie der Antrieb des Schaltstückes 2. Die Luft wird im Raum 3 verdichtet. Sie ge langt durch das vorzugsweise elastisch aus gebildete Isolierrohr 10, das Rückschlagven- til 29 und den Kontaktraum 30 zur Schalt stelle.
Das Schaltstück 2 wird durch eine Iso lierröhre 25, die vorteilhaft düsenartig aus gebildet wird, herausgezogen. Eine Bebla- sung des Lichtbogens erfolgt im wesentlichen erst, wenn der Schaltstift 2 die Öffnung der Düse 25, die den Schaltraum bildet, frei gegeben hat. Die Gase strömen dann in den Ausblaseraum 5, wo sie in ähnlicher Weise wie bei Fig. 1 gekühlt werden, und den sie allmählich durch kleine Öffnungen 17 ver lassen. Anstatt der Entspannungsräume ist in Fig. 2 eine Schicht 31 sogenannter Raschigringe angeordnet.
Der Ausblaseraum umgibt die Schaltstift- führung 21 von beiden Seiten (vor und hin ter der Zeichenebene).
Der im Raum 30 entstehende Lichtbogen erhöht die Temperatur des darin eingeschlos senen Gases, so dass der Gasdruck darin vor übergehend höher werden kann als der Druck im Raum 3. Damit die@erhitzten und ionisier ten Gase nicht in das Isolierrohr 10 gelangen, ist das Rückschlagventil 29 vorgesehen. Bei der Bemessung der Räume und Drücke muss als wirksames Blasvolumen die Summe der Inhalte der Räume 3, 10 und 30 betrachtet werden.
Fig. 3 zeigt einen Druckgasschalter, bei dem nach der Trennung der Kontakte das Gas quer zur Schaltrichtung und zum Licht bogen in den Schaltraum 4 hineinströmt. Der Raum 4 ist als ein Schlitz ausgebildet und so eng, dass(die Blasgase den Lichtbogen, ihn längend, vor sich herpressen. Die Gase strö men dabei in den Ausblaseraum 5, 6,
wo sie gekühlt werden und allmählich entweichen. Diese Anordnung ist besonders zweckmässig für Schalter für nicht sehr hohe Spannungen und dafür höhere Stromstärken. Da die Gase durch den Lichtbogen stark erwärmt werden, ist es vorteilhaft, die Lichtbogenenergie zii begrenzen. Zu diesem Zwecke sind Hilfselek troden 32 und 33 vorgesehen, die mit den Kontakten 1 und \? durch Widerstände<B>3,3</B> und 36 verbunden sind.
Der nach oben ge blasene Lichtbogen geht im Laufe des Lösch- vorganfies nacheinander von einem Elektro- denpaar zum nächsten. Dabei erfolgt durch die Widerstände eine wirksame Stromdämp fung. die gleichzeitig bei Kurzschlüssen eine Verringerung der Phasenverschiebung ergibt. Durch die Widerstände wird der Strom und damit die Energie des Lichtbogens herab gesetzt, so dass die Erwärmung der in die Ausblaseräume gelangenden Gase nicht über ein bestimmtes Mass steigen kann.
Compressed gas holder. The invention relates to a pressurized gas switch in which the pressurized gas used to extinguish the arc flows from a pressurized gas chamber through the switch room into a blow-out chamber during the switching process. According to the invention, the blow-out space is closed with the exception of openings that are small in relation to the whole.
In a preferred embodiment of the subject matter of the invention, such a volume ratio b of the blow-out space to the compressed gas space is selected that at a certain initial pressure ratio a and a certain narrowest flow cross-section q of the switching room, the pressure ratio does not fall below the critical value k until the arc is completely extinguished.
In the case of a supercritical ratio of the gas pressures, a gas speed occurs in the switch room that corresponds to the speed of sound in the gas in question. If the blow-out space is dimensioned in the manner indicated above, then during the duration of the arc extinction tk, which is known to be independent of current and approximately constant in compressed gas switches, the blowing takes place at the speed of sound. So the counter pressure does not appear at all, which is disadvantageous for the deletion.
On the other hand, with a view to a favorable interlocking, it is desirable that the final pressure that is established when the arc is extinguished after the blow is as high as possible. The dielectric strength of the gases is higher, the higher their pressure, so that reignition is more effectively prevented the higher the gas pressure, i.e. the smaller the blow-out space.
So while the Löschbedingun conditions stipulate minimum dimensions of the blow-out space, the locking conditions require the smallest possible blow-out space. The volume of the Ausblasera.umes is therefore expediently chosen to be only equal to or insignificantly greater than this minimum value. The volume of the blow-out space is approximated to
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Here z means the speed of sound in the gas used for extinguishing.
For example, for air with v = 30000 cm / s tj; - 0.02 s q = \ 2 cm 'b - 3 a = 5 k - 2 the discharge volume T' per phase I '__ 2690 cm', i.e. about 2.7 liters.
This value represents a maximum because, as the gases cool down, an additional pressure reduction takes place in the exhaust chamber when they are released.
On the other hand, when large flows are interrupted, the extinguishing gases heat up, which can lead to an undesirable increase in pressure in the exhaust area. It is therefore advisable to arrange cooling devices in the exhaust space, in particular cooling plates, through which this heat is dissipated immediately.
It is practical. to connect the exhaust space with the outside air in such a way that it is practically closed during the extinguishing process, but in such a way that pressure equalization to the outside air takes place after the extinguishing process. This can be achieved, for example, by having a large flow resistance via gas paths. the outside air is connected. On the one hand, this prevents the pressure in the exhaust chamber from growing too high in the event of several switching operations in quick succession. on the other hand, no conductive or hot switching gases emerge from the switch.
Individual small openings can serve as the gas outlet means, e.g. B. round holes or slots and the like., Or networks. Coolers with high flow resistance can be connected upstream, e.g. B. Raschig rings or metal shavings, furthermore several expansion chambers connected to one another through small openings. The kinetic energy of the switching gases is destroyed by such arrangements.
The Ausittsöffnun conditions can be protected from dirt, water, etc. by flaps, hoods and the like. They can also be led to earthed parts through insulating tubes. This arrangement is particularly advantageous in the case of iron-enclosed switchgear.
The smaller the meter <I> b. </I> r <I>, the smaller the exhaust space can be. q. </I> tk will. By reducing the volume ratio b, the energy requirement of the switch increases. This measure is therefore only useful when compressed gas is supplied.
On the other hand, the outflow cross-section q, which is given by the contact piece, can always be reduced by introducing movable insulating parts into the arc path. This is particularly advantageous in arrangements in which the light arc burns in a tubular switch room and is blown axially.
In the drawing, Ausführungsbei are games of the subject invention provides Darge.
Fig. 1 shows a pressurized gas nozzle switch. 1 is the fixed, nozzle-shaped contact, 2 is the moving, pin-shaped contact. The arc is drawn in the tubular switch room 4. The compressed gas for extinguishing is stored in room 3. If there are several switches, it can be supplied through pipes from a central compressor system. It can also be generated chemically or mechanically. The container can be common for three phases. When switching off, the valve 9 is opened.
The gas flows through the insulating tube 10 into the switch room 4, where it blows the arc. From there it flows into the discharge space 5.
The blow-out space 5 is designed in such a way that the gas only flows through a cooler 11 with low flow resistance. Then it flows one after the other through several Ent tension spaces 12, 13, 14, which are verbun through small openings 15 and 16 to each other. It then flows through small openings 17 into the open air. The arc is blown out by pressure equalization of the two spaces 3 on the one hand and 5 on the other hand, whereby the flow cross section of the switching space is its narrowest cross section, i.e. the opening cross section of the nozzle contact 1.
Since the exhaust space 5 is essentially closed, that is, except for small openings in relation to the whole, the switching process takes place within the takes place without appearing to the outside. Furthermore, since a certain amount of compressed gas is available in the compressed gas space 3 , which is optimally used to blow the arc through a suitable design of the switch room, it gives the possibility of making the blow-out space much smaller than with known constructions,
where the supply of pressurized gas is limited by valves or the like. This significant difference in size is particularly important because it makes it possible to isolate the blow-out vessels at the switch poles. Furthermore, since the available amount of compressed gas is precisely known, it is possible to produce particularly favorable extinguishing and locking conditions by correctly dimensioning the rooms and the passage cross-section.
It is driven by a pneumatic motor 18 which drives the shaft 19. 20 is the fixed sliding contact, 21 is the pin guide. 7 and 8 are the power connections.
2 shows a compressed gas nozzle switch with blowing in the direction of the external switching movement. The illustration shows the compression of the air during the switching movement by a piston compressor, the piston 23 of which slides in a cylinder 24. The drive of the piston 23 can be followed by the same shaft 19 as the drive of the contact piece 2. The air is compressed in space 3. You ge reached through the preferably elastic insulating tube 10, the check valve 29 and the contact space 30 to the switching point.
The switching piece 2 is pulled out through an Iso lierröhre 25, which is advantageously formed like a nozzle. The arc is essentially only blown when the switch pin 2 has released the opening of the nozzle 25, which forms the switch room. The gases then flow into the exhaust space 5, where they are cooled in a manner similar to that of FIG. 1, and which they gradually let through small openings 17 ver. Instead of the relaxation spaces, a layer 31 of so-called Raschig rings is arranged in FIG.
The blow-out space surrounds the switch pin guide 21 on both sides (in front of and behind the plane of the drawing).
The resulting arc in space 30 increases the temperature of the gas enclosed therein, so that the gas pressure therein can temporarily be higher than the pressure in space 3. So that the heated and ionized gases do not get into the insulating tube 10, the check valve is 29 provided. When dimensioning the rooms and pressures, the sum of the contents of rooms 3, 10 and 30 must be considered as the effective blowing volume.
Fig. 3 shows a gas pressure switch, in which after the separation of the contacts, the gas flows transversely to the switching direction and to the light arc into the switching room 4. The space 4 is designed as a slot and is so narrow that (the blowing gases press the arc, elongating it, in front of them. The gases flow into the blow-out space 5, 6,
where they are cooled and gradually escape. This arrangement is particularly useful for switches for not very high voltages and therefore higher currents. Since the gases are strongly heated by the arc, it is advantageous to limit the arc energy zii. For this purpose, auxiliary electrodes 32 and 33 are provided, which are connected to contacts 1 and \? are connected by resistors 3,3 and 36.
The arc blown upwards goes from one pair of electrodes to the next one after the other in the course of the extinguishing process. The resistors effectively dampen the current. which simultaneously results in a reduction in the phase shift in the event of short circuits. The current and thus the energy of the arc are reduced by the resistors, so that the heating of the gases reaching the exhaust areas cannot rise above a certain level.