DE1057201B - Hochspannungs-Luftschalter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf HochspannungsLuftschalter mit trennbaren Kontakten, zwischen denen beim Öffnen des Schalters ein Lichtbogen entsteht, der durch einen senkrecht zur Öffnungsrichtung gerichteten Kühlluftstrom in einen Lichtbogenschacht überführbar ist, wo- er der Kühlwirkung des Luftstromes ausgesetzt ist.

Hochspannungsschalter dieser Art sind zahlreich bekannt. Bei einem bekannten Schalter sind mehrere parallele Metallscheiben auf dem Weg des Lichtbogens angeordnet, welche von diesem durch ein zentrisches Loch durchsetzt werden. Ein quer zur Lichtbogenerstreckung gerichteter Luftstrom drückt den Lichtbogen gegen die Scheiben, wodurch dieser in Teillichtbögen zerlegt wird. Bei einem anderen bekannten Unterbrecher ist eine Düse vorgesehen, welche aus leitendem Material besteht. Der Durchmesser der Düse ist so groß bemessen, daß sich der Lichtbogen infolge der Gasströmung in diese öffnung hineinbiegen kann. Eine Aufrechterhaltung der Lichtbogenschleifen wird bei der Düse dieser bekannten Vorrichtung dadurch verhindert, daß diese aus leitendem Material besteht, so daß die Lichtbogenschleifen an der Wandung der Düse kurzgeschlossen werden. Es ist weiter ein Luftschalter mit senkrecht zur Lichtbogenerstreckung angeordneter Isolier trennwand bekannt, an deren unterem Ende auf gegenüberliegenden Seiten Metallbeläge angeordnet sind, welche auch über einen Widerstand kurzgeschlossen sein können. Die Beläge dienen dazu, eine unnötige Längung des Lichtbogens zu verhindern. Der Lichtbogen kann sich daher nur über das untere Ende der Isolierwand als U-förmige Schleife legen, wobei die Länge seiner durch der Blaswirkung ausgesetzten Schenkel durch die Metallbeläge begrenzt ist. Bei anderen Schaltern hat man zur Erleichterung der Löschung den Lichtbogen gegenüber dem Elektrodenabstand in die Länge gezogen, um damit den Gradienten der Lichtbogenspannung zu vergrößern. In einem solchen Fall hat man dem Lichtbogen auch schon durch Luft oder Magnetfeld eine stabilisierte Schraubenform aufgedrückt. Schließlich erfolgt bei einer anderen solchen bekannten Vorrichtung die Löschung des Lichtbogens dadurch, daß die Lichtbogenlöschkammer eine Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Platten aus Isolierstoff aufweist, zwischen die der Lichtbogen durch den Kühlgasstrom hineingedrückt wird, so daß er die Form einer Kette zusammenhängender Schleifen annimmt. Die Löschung erfolgt normalerweise dadurch, daß die einzelnen Schleifen tief zwischen die Platten hineingedrückt werden und dabei der Kühlwirkung der Kühlluft, welche über die U-förmigen Schleifen hiffivegstreieht, ausgesetzt sind. Dabei wird der Licht-

Anmelder:
A. Reyrolle & Company Limited,
Hebburn (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. Ε. Frhr. ν. Pechmann,
Patentanwälte,
München 9, Schweigerstr. 2

Beanspiuclite Priorität:
Großbritannien vom 16. März 1954

Duncan Legg, South Shields,
und Austin Frederick Brabant Young,
Kenton, Newcastle-on-Tyne
(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

bogen durch die Enden von in den Platten vorgesehenen Schlitzen daran gehindert, vollständig durch die Platten hindurchzuwandern.

Eine der eigentlichen Lichtbogenkammer nachgeschaltete, mit Ausnehmungen versehene Sperre hat mit der eigentlichen Lichtbogenlöschung normalerweise nichts zu tun, sondern stellt lediglich eine Sicherungsmaßnahme dar, die verhindern soll, daß der Lichtbogen in dem Falle, in dem die Lichtbogenschleifen bei starken Ausschaltströmen die Zwischenräume zwischen den Platten vollständig durchdringen, sich hinter diesen Platten wieder zu einem großen Lichtbogen vereinigt oder daß einzelne Teile des Lichtbogens aus der Lichtbogenkammer entweichen.

Versuche haben gezeigt, daß in den bekannten Vorrichtungen, bei denen der Lichtbogen mittels eines Querluftstroms in Blaskammern hineingebogen wird, so daß Teile desselben vorwiegend in Längsrichtung beblasen werden, zwar eine schnelle Entionisierung stattfindet, daß aber ein solcher Schalter gleichzeitig dazu neigt, den Strom abzuschneiden, d. h. die Unterbrechung in einem Punkt der Wechselstromperiode zu erzwingen, der nicht dem normalen Stromwert »Null« entspricht, wobei die bekannten Nachteile auftreten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Hochspannungs-Luftschalter mit Querluftstrom zu schaffen, bei dem die Löschung des Lichtbogens in erster Linie

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nicht durch eine Längung, sondern durch Abkühlung im Querluftstrom erfolgt und ein Umströmen des Lichtbogens oder Teile desselben in Längsrichtung vermieden wird.

Die Erfindung geht von einem Hochspannungs-Luftschalter mit trennbaren Kontakten aus, zwischen denen beim Öffnen des Schalters ein Lichtbogen entsteht, der durch einen senkrecht zur öffnungsvorrichtung gerichteten Kühlluftstrom in einen Lichtbogenschacht überführbar ist, in welchem mehrfach durchlochte Wände aus Isolierstoff im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung vorgesehen sind. Das Neue bei diesem Hochspannungs-Luftschalter besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Wände aus einer porösen bzw. perforierten, für den Kühlluftstrom durchlässigen Sperre bestehen, deren öffnungen so bemessen sind, daß der von der Luftströmung gegen die der Strömung entgegengerichtete Stirnseite der Sperre getriebene Lichtbogen durch die Sperre in seiner Lage quer zur Luftströmung festgehalten wird, ohne daß die Luftströmung in die öffnungen hineinbiegen kann.

Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß der Lichtbogen durch die oben gekennzeichnete Anordnung dadurch gelöscht wird, daß er durch einen Gasstrom abgekühlt wird, während er zugleich durch denselben Gasstrom quer vor einer porösen Sperre aus isolierendem Material gehalten wird, ohne daß der Luftstrom den IJchtbogen oder Teile desselben in die Poren bzw. öffnungen der Sperre hineinbiegen kann. Die sich an dem Lichtbogen erwärmenden Gase können unbehindert durch die poröse Sperre entweichen, so daß die Löschung dieses Lichtbogens in erster Linie durch eine Kühlung durch den Gasstrom, nicht aber durch Verlängerung des Lichtbogens in Form von Schleifen oder Bögen — wie es in den meisten bekannten Ausschaltern der Fall ist — erfolgt.

Die Erfindung läßt sich bei Schaltern mit nur einem Lichtbogenschacht sowie bei Schaltern anwenden, bei denen mehrere Lichtbogenschachtkammern hintereinandergeschaltet sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen Ausschalter mit einem fischschwanzförmigen Lichtbogenschacht;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch einen Ausschalter mit einem Lichtbogenschacht, der einen Stapel von mit Öffnungen versehenen Scheiben umfaßt;

Fig. 3 zeigt perspektivisch und in zerlegter Form vier der bei dem Aggregat nach Fig. 2 verwendeten Scheiben in der vorgesehenen gegenseitigen Winkellage;

Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung der vier Scheiben nach Fig. 3, die hier zusammengesetzt sind, um einen Teil des Stapels zu bilden.

Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel einen Hochspannungsschalter mit einem feststehenden Kontakt 10 und einem mit diesem axial fluchtenden und in axialer Richtung zurückziehbaren beweglichen Kontakt 11; die nicht dargestellten Klemmen dieses Schalters sind mit den beiden Kontakten leitend verbunden, und es sind Mittel vorgesehen, um die Kontakte voneinander zu trennen, damit bei der Be- tätigung des Schalters ein Lichtbogen zwischen den Kontakten entsteht. Den Kontakten 10 und 11 ist eine fischschwanzförmige Lichtbogenschachtkonstruktion 12 zugeordnet, die Kontakte befinden sich in der Nähe der engsten Stelle des Schachtes. Der Körper 13

des Lichtbogenschachtes besteht aus Isoliermaterial, er besitzt eine abgeflachte Form, so daß er einen Innenraum 15 umschließt, der im Vergleich zu seiner Breite längs seiner Längsachse eine geringe Tiefe besitzt. In der Nähe des engsten Teils des Körpers 13 sind die beiden Kontakte 10 und 11 so angeordnet, daß die durch den Pfeil 14 angedeutete Achse der Trennungsbewegung quer zur Längsachse des Licht bogenschachtes verläuft. Mit den beiden Kontakten sind Lichtbogenleitschienen 16 und 17 leitend verbunden, wobei sich diese Leitschienen divergierend längs der divergierenden Seitenwände des Körpers bzw. Gehäuses 13 des Lichtbogenschachtes erstrecken. Am weiten Ende des Lichtbogenschachtes, d. h. an dem von den Kontakten am weitesten entfernten Ende, erstreckt sich über die ganze Querschnittsfläche des Innenraums 15 des Schachtes quer zur Längsachse des Körpers 13 eine poröse Sperre 18 aus Isoliermaterial.

An das engere Ende des Körpers 13 des Lichtbogenschachtes ist eine Druckluftleitung 20 angeschlossen, die es ermöglicht, einen Druckluftstrom aus einem Behälter oder einer anderen Quelle in einer zur Achse 14 der Trennungsbewegung der Kontakte allgemein senkrechten und zur Längsachse des Lichtbogenschachtes allgemein parallelen Richtung durch die Zone des zwischen den Kontakten 10 und 11 anfänglich entstehenden Lichtbogens hindurch in den Innenraum 15 des Lichtbogenschachtes einzuleiten. Es sind Mittel vorgesehen, um die Zufuhr von Luft durch die Leitung 20 zu regeln bzw. zu steuern, am Eintritt des Lichtbogenschachtkörpers 13 sind Leitbleche 21 angebracht, die den Luftstrom über die ganze Querschnittsfläche des Lichtbogenschachtes verteilen.

Wenn der Schalter während des Betriebes ausgelöst wird, bewegt sich ein Luftstrom durch die Leitung 20 und von hier aus durch den Innenraum 15 des Schachtes, und die Luft entweicht durch die poröse Sperre 18 nach außen. Die Luftleitung 20 ist im Verhältnis zu der Größe des Schachtkörpers 13 und zur Porosität der Sperre 18 so bemessen, daß im Inneren des Lichtbogenschachtes ein Luftdruck entsteht, der das Löschen des Lichtbogens begünstigt. Sobald die Luft durch den Schalter strömt und sich in dem Schacht der gewünschte Druck eingestellt hat, wird der bewegliche Kontakt 11 zurückgezogen, um einen Lichtbogen zwischen den Kontakten 10 und 11 zu zünden, wie es bei 1 angedeutet ist. Wie bei 2 angedeutet, wird der Lichtbogen auf die Lichtbogenleitschienen 16 und 17 übertragen und dann durch den Luftstrom in Richtung auf das weite Ende des Lichtbogenschachtes vorwärts getrieben, wobei der Lichtbogen in die Länge gezogen wird, jedoch allgemein seine Querrichtung zu dem Luftstrom beibehält.

Wenn der Lichtbogen das Ende des Schachtes erreicht, wird er durch den Luftstrom gegen die Innenfläche der porösen Sperre 18 gedrückt, so daß er die bei 3 angedeutete Lage einnimmt; hierbei bewegt sich der Luftstrom genau quer zur Längserstreckung des Lichtbogens. Wenn der Lichtbogen diese Lage einnimmt, wird ihm durch seine innige Berührung mit der porösen Sperre 18 und den Seitenwänden des Schachtkörpers 13, zwischen denen im Bereich der Sperre nur ein sehr geringer Abstand vorhanden ist, Wärme entzogen. Zusätzlich gibt der Lichtbogen eine gewisse Wärmemenge an den Luftstrom ab. Die Sperre 18 ist genügend porös, um einen Luftstrom durchzulassen, der ausreicht, um den Lichtbogen in der bei 3 angedeuteten Lage zu haken, ohne jedoch zu

bewirken, daß der Lichtbogen in bemerkbarer Weise in die Sperre hineingebogen wird; gleichzeitig soll der Luftstrom ausreichen, um das von der die Sperre durchströmenden Luft mitgerissene ionisierte Gas so weit abzukühlen, daß ein erneutes Zünden des Lichtbogens außerhalb des Schachtes 12 jenseits der Sperre 18 verhindert wird.

Der Luftstrom trägt zu einer schnellen Entionisierung der Gassäulen bei, die vorher die verschiedenen aufeinanderfolgenden Lichtbogenwege 1, 2 und 3 bildeten, zusätzlich verhindert er durch seine Kühl- und Spülwirkung ein erneutes Zünden des Lichtbogens zwischen den sich öffnenden Kontakten. Dieses erneute Zünden wird weiter durch den im Inneren des Lichtbogenschachtes entstehenden Luftdruck verhindert.

Die Lichtbogenleitschiene 16 ist mit dem zugehörigen Kontakt 10 unmittelbar verbunden. Der bewegliche Kontakt 11 ist dagegen von der zugehörigen Lichtbogenleitschiene 17 durch einen kleinen Luftspalt 23 getrennt, über den hinweg sich ein kleiner in Reihe geschalteter Lichtbogen bildet, wenn der Hauptlichtbogen von dem Kontakt 11 auf die Leitschiene 17 übergesprungen ist. Dieses Überspringen wird durch die Konstruktion des beweglichen Kontaktes 11 unterstützt, der geschlitzt ist und einen kleinen Finger 24 umfaßt, der sich parallel zur Längsachse des Kontaktes 11 erstreckt, jedoch nach außen gerichtet und dem Ende der zugeordneten Leitschiene 17 zugewandt ist. Auf diese Weise ist das durch den aufgeladenen Finger 24 erzeugte elektrische Feld bestrebt, die Wurzel des Hauptlichtbogens in Richtung auf die Lichtbogenleitschiene 17 vorwärts zu treiben.

Bei dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Hochspannungsausschalter, dessen Lichtbogenschacht 30 aus einer Anzahl einzelner Schachtelemente oder Kammern zusammengesetzt ist, wobei diese Kammern in der Umgebung der Bewegungsbahn des beweglichen Kontaktes angeordnet sind und miteinander in Verbindung stehen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Luft aus einem Behälter oder einer anderen Quelle in das eine Ende eines rohrförmigen Isolators 31 eingeleitet, dessen anderes Ende durch die aus Metall bestehende Bodenplatte 32 des zugehörigen Lichtbogenschachtaggregats 30 verschlossen ist. Durch eine genau passende zentrale Öffnung in dieser Bodenplatte erstreckt sich ein den beweglichen Kontakt des Schalters bildendes AietaIlrohr 33 aus dem Innenraum des Isolators 31 in das Innere des Lichtbogenschachtaggregats. Der mit diesem beweglichen Kontakt zusammenwirkende feststehende Kontakt 34 ist an der aus Metall bestehenden Deckplatte 35 des Aggregats befestigt; diese Deckplatte befindet sich in einem Abstand von der Bodenplatte 32, auch ist an der Deckplatte die eine Klemme 36 des Schalters angebracht. Um die beiden Kontakte voneinander zu trennen, läßt sich der bewegliche Kontakt 33 in Längsrichtung derart von dem feststehenden Kontakt 34 zurückziehen, daß er vollständig in das Innere des rohrförmigen Isolators 31 gelangt. Derjenige Teil des beweglichen Kontaktes 33, der dann, wenn der Schalter geschlossen ist, innerhalb des Isolators 31 liegt, ist mit Öffnungen 37 versehen, um zu ermöglichen, daß Druckluft durch diese öffnungen in das Innere des Kontaktes'33 und von hier aus weiter durch das offene Ende 38 in den zwischen der Deckplatte 35 und der Bodenplatte 32 der Löschkammer 30 liegenden Raum

strömt. Im Inneren des Isolators 31 ist ein Kontaktring 39 aus Metall unterstützt, durch welchen sich der Kontakt 33 hindurchbewegt und mit dem die andere Klemme 40 des Schalters leitend verbunden ist. Ein weiterer Kontaktring 41 stellt eine leitende Verbindung zwischen dem beweglichen Kontakt 33 und der Bodenplatte 32 her, die eine Lichtbogenleitschiene 42 trägt, die sich in der weiter unten beschriebenen Weise radial nach außen längs der Innenfläche der ίο Bodenplatte 32 erstreckt.

Zwischen der Bodenplatte 32 und der Deckplatte 35 des Aggregats ist ein Stapel aus kreisrunden Scheiben 44 aus Isoliermaterial angeordnet; diese Scheiben besitzen gleichachsige kreisrunde Mittellöcher 45 (Fig. 2) , die in dem Stapel miteinander fluchten, um eine Mittelbohrung 46 zu bilden, durch die sich der bewegliche Kontakt 33 in Richtung auf den feststehenden Kontakt 34 erstreckt. Gemäß den Fig. 3 und 4 besitzt jede Scheibe 44 eine fächerförmige Öffnung 47, die sich über einen Winkel von etwa 30° erstreckt, deren engeres inneres Ende mit der Mittelbohrung 45 in Verbindung steht und die sich radial nach außen in Richtung auf den Umfang der betreffenden Scheibe erstreckt ; die Öffnung 47 reicht jedoch nicht bis zum Umfang der Scheibe, sondern am Umfang ist das weitere Ende der Öffnung 47 durch einen kleinen Steg 48 überbrückt; der Steg 48 besitzt an der Ober- und Unterseite jeweils mehrere radiale Rillen 49.
Die Scheibeni 44 sind derart aufeinandergelegt bzw. -gestapelt, daß die fächerförmigen Öffnungen 47 nach einer die Achse des Stapels umgebenden Schraubenlinie orientiert sind, wobei jede Öffnung die darunterliegende jeweils um nur wenige Grade überlappt, so daß gemäß Fig. 4 ein schmaler radialer Schlitz 50 verbleibt, der die einander benachbarten Öffnungen 47 miteinander verbindet. Diese Anordnung ist aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, wobei Fig. 3 vier der Schei ben,44 in zerlegter Form, jedoch in ihrer gegenseitigen Orientierung, zeigt, während Fig. 4 die gleichen vier Scheiben darstellt, die hier in Form eines Stapels angeordnet sind. Jede der oben und unten durch die betreffenden Flächen der benachbarten Scheiben 44 begrenzten Öffnungen 47 bildet eine Kammer, die eines der Lichtbogenschachtelemente des Aggregats 30 darstellt. Die dem beweglichen Kontakt zugeordnete Lichtbogenleitschiene 42 erstreckt sich radial in die unterste Kammer 47, während eine zweite Lichtbogenleitschiene 51, die mit dem feststehenden Kontakt 34 verbunden ist, längs der Innenfläche der Deckplatte 35 in die oberste Kammer 47 hineinragt. Auf diese Weise wird zwischen den Lichtbogenleitschienen 42 und 51 eine durch die miteinander verbundenen Kammern 47 verlaufende langgestreckte schraubenlinienförmige Bahn geschaffen, in die der Lichtbogen durch den Luftstrom in Querrichtung hineingetrieben werden kann, um den Lichtbogen in die Länge zu ziehen und ihn zu löschen.

Wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der durch die radialen Rillen 49 in den Stegen 48 gebildete Durchtrittsquerschnitt so auf die Querschnittsfläche des rohrförmigen Isolators 31 abgestimmt, daß innerhalb der Lichtbogenlöschkammern 47 und der Mittelbohrung 46 ein Luftdruck entsteht, wobei der größte Teil des Druckabfalls in den als Entlüftungsöffnungen dienenden radialen Rillen 49 stattfindet.

Bei der Betätigung des Schalters entsteht zuerst ein Luftstrom durch den Isolator 31 und den beweglichen Kontakt 33, um einen Luftdruck innerhalb des Löschkammeraggregats 30 hervorzurufen. Nunmehr beginnt

Claims (1)

1. das bewegliche Kontaktrohr 33, sich zurückzuziehen, wobei zwischen den Kontakten 33 und 34 ein Lichtbogen entsteht. Der Luftstrom, der sich radial nach außen durch die fächerförmigen Kammern 47 und die radialen Rissen 49 in den Stegen 48 der Scheiben 44 fortsetzt, drückt den Lichtbogen gegen die Innenfläche der Mittelbohrung 46 des aus den Scheiben gebildeten Stapels, wobei der obere Ansatzpunkt des Lichtbogens auf die dem feststehenden Kontakt zugeordnete Lichtbogenleitschiene 51 überspringt, während der untere Ansatzpunkt des Lichtbogens an der Außenfläche des beweglichen Kontaktes 33 entlangläuft. Der radiale Luftstrom drückt nunmehr den Lichtbogen nacheinander in die verschiedenen fächerförmigen Kammern 47, um ihn zu zwingen, der durch diese Kammern gegebenen schraubenlinienförmigen Bahn zu folgen, so daß der Lichtbogen in die Länge gezogen und abgekühlt wird. Wenn der Lichtbogen vor dem Löschen genügend lange bestehenbleibt, erstreckt sich der Lichtbogen schließlich über die ganze Länge der schraubenlinienförmigen Bahn zwischen der oberen Lichtbogenleitschiene 51 und der unteren Leitschiene 42, und er wird durch den Luftstrom gegen die die äußeren Enden der Kammern 47 bildenden ventilierten Stege 48 gedrückt.

   Je nach den Umständen wird der Lichtbogen gelöscht, wenn er teilweise oder vollständig in die Länge gezogen worden ist, und danach liegt die wiederkehrende Spannung zwischen der Deckplatte 35 und der Bodenplatte 32 an dem Löschkammeraggregat. Die sich hierbei ergebende elektrische Beanspruchung

   wird durch die zuletzt erfolgende Bewegung des beweglichen Kontaktes 33, der sich durch die Bodenplatte 32 hindurch vollständig in den hohlen Isolator zurückzieht, weitgehend herabgesetzt. Der Luftstrom kann in einem geeigneten Zeitpunkt nach dem Löschen des Lichtbogens unterbrochen werden.

   Patentanspruch:

   Hochspannungs-Luftschalter mit trennbaren Kontakten, zwischen denen beim Öffnen des Schalters ein Lichtbogen entsteht, der durch einen senkrecht zur öffnungsvorrichtung gerichteten Kühlluftstrom in einen Lichtbogenschacht überführbar ist, in welchem mehrfach durchlochte Wände aus Isolierstoff im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände aus einer porösen bzw. perforierten, für den Kühlluftstrom durchlässigen Sperre bestehen, deren Öffnungen so bemessen sind, daß der von der Luftströmung gegen die der Strömung entgegengerichtete Stirnseite der Sperre getriebene Lichtbogen durch die Sperre in seiner Lage quer zur Luftströmung festgehalten wird, ohne daß die Luftströmung den Lichtbogen in die öffnungen hineinbiegen kann.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 272 742, 579 295,
   810, 596 746, 602 544, 693 538, 738 526, 745 120, 760 936, 762 739, 926146;

   USA.-Patentschriften Nr 2 604564, 2 614193.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen