Gasschalter. Bei elektrischen Schaltern, bei denen die Lichtbogenlöschung durch Gase erfolgt, die durch die Lichtbogenwärme aus den Wan dungen des Schaltraumes erzeugt werden, findet beim Abschalten grosser Ströme eine starke Erwärmung der Löschgase statt. Da ein freies Abströmen heisser und oft leitender Gase unerwünscht ist, ist vorgeschlagen wor den, die Gase durch Kühler zu leiten, wobei sie ihre Wärmeenergie an die Wandungen der Kühler abgeben. Damit kein schädlicher Gegendruck entsteht,- werden die Kühler in der Regel derart ausgebildet, dass sie den Gasen einen nur geringen Strömungswider stand entgegensetzen.
Die Gase kommen infolge ihrer hohen Geschwindigkeit nur während einer ausser ordentlich kurzen Zeit mit den kühlenden Wandungen in Berührung. Um eine wirk same Kühlung zu erreichen, müssen die Wege, auf denen die Gase gekühlt werden, sehr lang werden; die Kühler selbst also gross und teuer. Ferner wird die Wärmekapazität der Kühleinrichtungen in einem nur geringen Masse ausgenutzt, da die Wärme in der kur zen Kühlzeit nicht ins Innere der Kühlkör per eindringen kann.
Aus diesen Beobachtungen ergibt sich die Aufgabe, die Gase möglichst lange in Berührung mit den Kühlkörpern zu halten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe für Schalter, bei denen die Löschgase durch die Lichtbogenwärme aus den isolierenden Wan dungen eines vorzugsweise röhrenförmigen Schaltraumes erzeugt werden. Die Erfindung besteht darin, dass die Schaltgase in einen Raum, den sogenannten Ausblaseraum, aus strömen, der mit der Aussenluft durch so kleine Öffnungen verbunden ist, dass die Schaltgase nur allmählich und erst nach ihrer Abkühlung auf Temperaturen von höchstens 300 C heraustreten können. Der Ausblase räum wird also mit der Aussenluft über Gas wege hohen Strömungswiderstandes verbun den.
Die Gase strömen in den Ausblaseraum und verlassen ihn wegen des hohen Strö mungswiderstandes nur allmählich.
Da die Abkühlung eine gewisse Zeit er fordert, tritt bei der Schaltung im Ausblase raum ein Gegendruck auf. Der Ausblase raum wird deshalb zweckmässigerweise druck fest ausgebildet. Dieser Druckanstieg bedeu tet einen Gegendruck, der das Nachströmen der Gase zu hemmen sucht. Die Hemmung ist selbstverständlich umso geringer, je grösser der Ausblaseraum ist und je kleiner der Raum ist, aus dem das Löschgas strömt. Eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit. unter den grösstmöglichen Wert, nämlich die Schallgeschwindigkeit im betreffenden Gas, tritt jedoch nur auf, wenn das Verhältnis des Druckes an der Schaltstelle zum Druck im Ausblaseraum unter das kritische Verhältnis sinkt.
Liegt das Druckverhältnis höher, so erfolgt die Ausströmung mit einer Geschwin digkeit, die der Schallgeschwindigkeit im be treffenden Gas entspricht.
Der Ausblaseraum wird also zweckmässig nur so gross bemessen, dass während der Lichtbogenlöschung das Druckverhältnis nicht unter den kritischen Wert sinkt.
Bei der besonders zweckmässigen Ausfüh rungsform, bei welcher eine Schaltröhre ver wendet wird, die in den Ausblaseraum mün det, und an der andern Seite durch einen den feststehenden Kontakt aufnehmenden, dicht verschlossenen Raum, den Kontaktraum, ab geschlossen wird, ist es zweckmässig, das Vo lumen des Ausblaseraumes 10- bis 100mal so gross zu machen, wie das Volumen des Kon taktraumes. Hierdurch wird eine ausreichende Absenkung des Gasdruckes erzielt.
Die Austrittsöffnungen, die aus dem Aus blaseraum führen, können verschieden ausge bildet sein. Es können einzelne runde, schlitz artige oder anders geformte Öffnungen in den Wandungen des Ausblaseraumes vorge sehen werden. Die Öffnungen können durch Gitter, Netze oder dergl. überdeckt werden. Wesentlich ist, dass diese Öffnungen einen so grossen Strömungswiderstand besitzen, d. h. so klein sind, dass die Schaltgase Zeit haben, sich bis auf Temperaturen von höchstens <B>300'</B> C abzukühlen, bevor sie den Äusbla.se- raum verlassen.
Ihr Gesamtquerschnitt wird in der Regel kleiner als ein Hundertstel des Strömungsquerschnittes des Ausblaseraumes gewählt. Es ist zweckmässig, ihren Gesamt querschnitt gleich oder kleiner als den Strö mungsquerschnitt der Schaltstelle auszu führen.
Infolge der Kühlung der austretenden Gase auf höchstens<B>-300'</B> und des allmäh lichen Austrittes denselben in die Aussenluft wird stets erreicht, dass das Austreten ;der Gase in die freie Luft ohne wesentliches Ge räusch und ohne jede Lichterscheinung er folgt.
Es kann ferner zweckmässig rein, die Sehaltgase durch isolierende Röhren zu den geerdeten Teilen zu leiten. Dies ist besonders vorteilhaft heim Einbau derartiger Schalter in gekapselte :Schaltanlagen.
Es ist zweckmässig, die Austrittsöffnun gen durch Hauben oder selbstschliessende Klappen zu überdecken oder zu verschliessen, damit insbesondere bei Freiluftanordnungen keine Feuchtigkeit (vor allem Regen) in den Ausblaseraum hineingelangt. Die Klappen können durch leichte Federn oder dureh eige nes Gewicht geschlossen gehalten und durch den Druck im Ausblaseraum geöffnet wer den.
Es ist ferner vorteilhaft. Kühlvorriehtun- gen im Ausblaseraum so anzuordnen"dass sie möglichst bald den Druck des Gases durch Abkühlung herabsetzen. Es ist also zweck mässig, am Austritt aus dem Schaltraum Kühlplatten mit grosser Oberfläche und ge ringem @Strömungswidewtand anzuordnen.
Hierdurch wird der Gegendruck auf ein Minimum herabgesetzt und das Volumen des Ausblaseraumes durch Füllung mit bereits vorgekühltem Gas besser ausgenutzt. Die weitere Abkühlung erfolgt vorteilhafterweise unter gleichzeitiger Verminderung der Bewe gungsenergie des Gases.
Sie erfolgt zum Bei- spiel in günstiger Weise, indem das Gas durch mehrere Räume hindurchtreten muss, die miteinander nur durch verhältnismässig enge Öffnungen verbunden sind. Es ist stets vorteilhaft, wenn dabei eine wirkungsvolle Vermischung der Schaltgase mit der den Ausblaseraum füllenden Luft erfolgt.
Dies kann zum Beispiel dadurch er reicht werden, dassGase in mehreren nicht zusammengehaltenen Strahlen niedriger Ge schwindigkeit in die luftgefüllten Räume eintreten, so dass sie die Luft durchdringen und nicht vor sich her .schieben. Dies ist be sonders wichtig bei solchen Schaltern, bei denen die aus den 8chaltraumwandungen er zeugten Gase brennbar sind.
Bei diesen iSchal- tern werden vorteilhaft organische Stoffe verwendet (besonders günstig ist, wie bereits vorgeschlagen wurde, die Verwendung von Aminoplasten mit gleichfalls organischen Füllstoffen zur Erhöhung der Festigkeit), welche beim Zerfall Wasserstoff und unter Umständen Kohlenoxyd abgeben.
Der Aus blaseraum wird vorteilhafterweise so bemes sen, .dass er so grosse Mengen Sauerstoff ent hält, dass die 'brennbaren Gase darin vollstän dig verbrennen können. Kühlvorrichtungen verhindern dann ebenso wie bei den ur sprünglich heissen Gasen, dass diese VeTbren- nungsvorgänge nach aussen in Erscheinung treten. ' Besonders günstig ist .die Anwendung der Erfindung bei gekapselten Schaltanlagen, bei schlagwettergefährdeten Anlagen und bei Freiluftanlagen. Sie ergibt die Möglichkeit; besonders einfache Überstromschalter zu bauen.
Die Figuren zeigen einige beispielsweise Ausführungsformen .gemäss der Erfindung. Die Fig. 1- und 2 stellen einen Überstrom sehalter dar, d. h. ein Gerät, das bei Auftre ten eines einstellbaren Überstromes selbst tätig abschaltet. Derartige Schalter können mit Vorteil an Stelle der ;Sicherungen in Zu sammenarbeit mit Trennleistungsschaltern verwendet werden.
Fig. 1 zeigt einen ganzen Pol des Über- stromschalteTs, Fig. 2 die Unterbrechungs stelle in vergrössertem Massstabe. Es stellen dar: 1 den festen Kontakt;
2 den beweglichen, als Schaltstift ausgebildeten Kontakt. 3 ist ein rohrförmiger Körper aus Isolierstoff, des- sen Wandungen unter dem Einfluss des Lichtbogens Gase und Dämpfe abgeben. 4 ist der mit dem !Schaltstück '2 verbundene Füll stift aus Isoliermaterial. 5 ist der .Sch-altraum und 6 -der Ausblaseraum. 21 ist der Schleif kontakt, 23 und 24 sind die iStromanscMüsse.
Mit dem Schaltraum kann, wie darge stellt, der Überstromauslöser 7 verbunden werden. Die dargestellte, besonders zweck mässige Verbindung wirkt derart, dass die Kontaktbacken 1 selbst -die Ausechaltbewe- gung, die durch ,die Feder 8 erfolgt, verhin dern. Es dient dabei die Federkraft, mit der sich das verdickte Ende 9 des ;Schaltstüökes 2 gegen die Kontaktbacken 1 presst, zur Er zeugung des Kontaktdruckes. Die Kontakt backen sind an Achsen 10 schwenkbar ange ordnet.
Ihre Schwenkung wird. jedoch im Einschaltzustand durch den Ringanker 11 verhindert.
Die vom Hauptstrom durchflossene Aus lösespule 12 befindet sich in einem 'Topf magneten, dessen Kern als Aufnahmerohr 13 für den Füllstift 4 dient. Das äussere Joch 14 dient als Umhüllung,der Spule und gleieh- zeitig als Abbrennring.
Bein Auftreten eines Überstromes wird der Ankerring 11 angezogen, :der Ausschalt mechanismus freigegeben. Es entsteht der Liohtbo.gen in der durch ,
das F'üllstÜck 4 ver engten iSchaltröhre 3 zwischen dem Abbrenn- ring 14 und dem Endstück 9 .des Schalt- stiftes. Die Schaltgase strömen !dabei den Lichtbogen beblasend und löschend ,aus dem Schaltraum, der durch den Ringspalt im Zen- trum der Röhre 3 gebildet wird;
in .den Aus blaseraum 6, zu welchem auch der konische Raum oberhalb der Röhre 3 und der die Kühlvorrichtungen 15 enthaltende Raum ge hören. Die Sehaltgasedurchstreichen zuerst die Kühlvorrichtungen 15 geringen iStrö- mungswiderstandes, z. B.
Metallplatten, Zy linder, Röhren oder dergl. D'ebei verlieren sie einen grossen Teil ihrer Wärme und damit ihres Druckes. Dann treten sie durch kleine Öffnungen 16 und 17 nacheinander in die Entspannungsräume 18 und 19. Durch .die engen Öffnungen strömen sie in der Regel mit Schallgeschwindigkeit.
Die Menge der durchströmenden Gase ist also lediglich durch den Querschnitt dieser Öffnungen bestimmt. In den aufeina:nderfolgenden Räumen er folgt hierdurch eine stufenweise Absenkung des Druckes, deren Stufen durch Bemessung der Volumina und der Durchtrittsquerschnitte in weiten Grenzen -geregelt werden kann.
Gleichzeitig verlieren die Gase ihre kinetische Energie, so dass die durch die Austrittsöff- nungen 20 allmählich ins Freie gelangenden Gase Temperaturen von höchstens 300 C besitzen und nur eine geringe Geschwindig keit aufweisen.
Das Volumen des Ausblaseraumes ist so gross bemessen, dass während der Lichtbogen löschung das Verhältnis der Drücke im Schaltraum und im Ausblaeeraum nieht un ter den kritischen Wert :
sinkt. Da die Licht bogenlöschung in der Regel dann erfolgt. wenn der Kontaktteil 9 und damit der eine Lichtbogenfusspunkt in den als Düse wirken den konischen obern Teil der Röhre 3 ,ge langt, wo infolge der Q.uerschnittserweiterung die höchste Strömungsgeschwindigkeit der Schaltgase herrscht, so sind für die Bemes- sung,des Ausblaseraumes die Drücke in die- sein Zeitpunkt zugrunde zu legen,
und zwar einerseits der Druck vor dem Austritt der Schaltgase in den konischen Teil und ander seits der Druck in dem konischen Teil. Die Ausströmungsgesahwindigkeit vom Schalt raum in den Ausblaseraum ist an derjenigen Stelle zu messen, wo der zylindrische Teil der Röhre @3 in den konischen Teäl übergeht.
Fig. 3 und 4 stellen einen Sehalter mit feststehendem Füllstück 4 und Lufttrenn- stelle dar. Die Trennstelle ist als Gelenk trennschalter ausgebildet, indem die Gelenke 25 und 26 gleichzeitig als Drehschleifkon- takte dienen. Der konstruktive Aufbau ent spricht dem naeh Fig. 1 und 2. Das Trenn messer nimmt bei der Ausschaltung das rohr förmige Schaltstück 2 über den Stift 27 am Bolzen 28 mit.
Zu diesem Zweck ist die Ge lenkanordnung 29, 30, 31 als Geradführung für den Bolzen 28 ausgebildet, der .durch eine Klinke 32 mitgenommen wird. Die Klinke 32 wird durch eine nieht dargestellte Feder in Richtung des Anschlages 36 ge drückt.
Gleichzeitig werden das Ende des Schalt messers 30 und .das Ende 34 des Stiftes 27 als Kontakt ausgebildet. Vorteilhafterweise besteht hierzu ein Endstück aus zwei gegen einander federnden Baeken.
In Fig. 3 ist die Einschaltstellung dar gestellt. Bei der Mitnahme wird die R.ück- stellfeder 33 gespannt. Beim Erreichen der Ausseha.ltstellung 34' wird der Hebel 32 dureh die Anschläge 35 und 36 schlagartig entklinkt. Das Schaltstück 2 und die mit ihm verbundenen Teile 27 und 34 werden durch die Feder 33 in die Einschaltstellung zurück bewegt.
Da der Strom vorher unterbrochen worden ist, erfolgt jetzt ohne Strom die Schaffung einer Lufttrennstelle. Die Aus schaltstellung zeigt Fig. 4.
In der Einschaltstellung .dient die Feder 27 zur Erzeugung des Druckes für .die Kon takte 1 und 2.
Die Löschung des Unterbrechungslicht- bogens erfolgt in der Weise, dass beim Ab wärtsbewegen des Rohrkontaktes 2 der Licht bogen in den engen Ringraum zwischen den gasabgebenden Wandungen der Schaltröhre 3 und des Füllstückes 4 .gezogen und durch die hierbei erzeugten Gase beblasen wird. Die Schaltgase strömen nach unten in den Raum 6 und die Kühlvorrichtung 15, werden dann umgelenkt und gelangen durch einen Raum 37 hohen Strömungswiderstandes zu den Austrittsöffnungen 20, -die durch Klappen 38 gegen das Eindringen von Schmutz ab gedeckt sind.