DE1095916B - Elektrischer Fluessigkeits-Hochdruckschalter - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Flüssigkeits-Hochdruckschalter, bei dem der Schaltermechanismus derart ausgeführt ist, daß beim Schaltvorgang das der fluiden Materie in der Schaltkammer zur Verfugung stehende Volumen keine Vergrößerung erfährt. Unter »fluide Materie« wird in Übereinstimmung mit dem Gebrauch dieses Begriffes in der Fachsprache die Schaltflüssigkeit plus eventuell vorhandener Gase und Dämpfe verstanden. Als Schalterflüssigkeit kommen die für Hochleistungsschalter bekannten Löschflüssigkeiten in Frage. Vorzugsweise wird Wasser verwendet. Hierdurch ist erreicht, daß sich der Schaltlichtbogen seinen Brennraum nur durch Verdampfung und Kompression der Schalterflüssigkeit schaffen kann. Dadurch bleibt der Brennraum verhältnismäßig klein, bei einem verhältnismäßig sehr hohen Druck.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Brennspannung eines Lichtbogens mit wachsendem Druck ansteigt, ferner, daß eine weitere Erhöhung der Brennspannung durch eine Einschnürung des Lichtbogens, also durch eine Verkleinerung des Brennraumes, eintritt. Durch die Kombination beider Effekte, Drucksteigerung und Querschnittsverkleinerung, ist eine erhebliche Erhöhung der Brennspannung eines Lichtbogens zu erreichen. Die diesbezüglichen Untersuchungen an wasserstabilisierten Hochdruckbogen wurden von den Erfindern in der Zeitschrift für Physik, Bd. 129 (1951), S. 108, 369 und Bd. 135 (1953),' S. 573, veröffentlicht. Erfindungsgemäß wurde aus diesen Erkenntnissen gefolgert, daß die Lichtbogenausbildung, insbesondere dessen Brenndauer, bei einem Hochleistungsschalter stark herabgesetzt werden kann, wenn man den Schaltermechanismus so ausbildet, daß der Schaltlichtbogen den vorgenannten Effekten unterworfen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Schalter sind die Voraussetzungen für das Auftreten der beiden Effekte in hohem Maße dadurch erfüllt, daß beim Schaltvorgang das der fluiden Materie in der Schaltkammer zur Verfügung stehende Volumen keine Vergrößerung erfährt. Die bekannten Flüssigkeitshochleistungsschalter weisen diese Eigenschaften nicht auf, die vorgenannten Vorteile können bei diesen daher auch nicht ausgenutzt werden.

Bei der Verwendung von Wasser als Schalter- üüssigkeit wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß bei Anwesenheit von Wasserstoff die "Brennspannung verhältnismäßig sehr hoch liegt, was auf die große Wärmeleitfähigkeit und die hohe lonisierungsenergie des Wasserstoffes zurückzuführen ist. Hierdurch wird die Wirkung der beiden Effekte unterstützt.

• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Elektrischer Flüssigkeits-Hochdruckschalter

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Heinz Maecker und Dr. Theo Peters, Erlangen,
sind als Erfinder genannt worden

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Schalter,

Fig. 2 eine Darstellung des Vorganges beim Ein- und Ausschalten des Schalters,

Fig. 3 ein Abschaltdiagramm mit Strom-, Spannungs- und Druckverlauf.

In Fig. 1 ist das hochdruckfeste Schaltergehäuse mit la bezeichnet. Das freie Volumen des Schaltergehäuses, das bei la angedeutet ist, ist mit Wasser oder mit einer der bekannten Löschflüssigkeiten gefüllt. Diese bilden zusammen mit beim Schaltvorgang auftretenden Gasen oder Dämpfen die oben definierte »fluide Materie«. Auf Grund der vorgenannten Vorteile des Wassers wird dieses bevorzugt verwendet. Die spezifischen Schalterteile, das Tulpenstück und der Schaltstift, sind mit 2 bzw. 3 bezeichnet. Der Schaltstift ist durch die Querverbindung 4 so geführt, daß zwar eine Auf- und Abwärtsbewegung, aber keine Drehbewegung des Stiftes möglich ist. Der Ein- und Ausschaltvorgang wird durch die Feder 5 bewerkstelligt, deren Federteller 6 und 7 zwischen den Begrenzungsringen 8 und 9 des Schaltstiftes 3 beweg-Hch sind. Das Federgehäuse 10 sitzt in einem becherförmigen Gehäuse 11, das mit dem äußeren Schaltmechanismus starr verbunden ist und durch diesen um 180° gedreht werden kann. Das Gehäuse 11 besitzt zwei schraubenförmige Nuten 12, die, um 180° gegen-

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einander versetzt, jeweils einen halben Schraubengang bilden und durch die jeweils ein mit dem Federgehäuse 10 fest verbundener Bolzen 13 hindurchgreift. Die beiden Bolzen 13 werden durch die zwei senkrechten Nuten 14 im Druckgehäuse geführt. Dadurch wird bewirkt, daß bei einer Drehung des Gehäuses 11 das Federgehäuse 10 auf- bzw. abwärts bewegt wird. Der obere Teil des Gehäuses 11 weist eine Bohrung 15 auf, die das obere Ende des Schaltstiftes 3 führt. Diese Bohrung 15 hat zwei gegenüberliegende Nuten 16, die zur Führung des am oberen Teil des Schaltstiftes 3 befindlichen Querbolzens 17 dienen. Der Deckel 18 schließt das Schaltergehäuse druckfest ab. Eine Ergänzung der Schaltflüssigkeit im Normalbetrieb ist nicht vorgesehen.

Die Wirkungsweise des .Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 wird an Hand der Darstellung der Fig. 2 beschrieben. Die Fig. 1 zeigt den Schalter in der »Ein«- Stellung. In Fig. 2 sind zur Verdeutlichung der Vorgänge beim Schalten dargestellt die Stellungen des unteren und oberen Endes des Schaltstiftes 3, der Schaltfeder 5, der Bolzen 13 in der abgewickelten schraubenförmigen Nut 12 im Gehäuse 11 sowie in der obersten Reihe eine Aufsicht auf die Bohrung 15, Nuten 16, Schaltstifte 3 und Querbolzen 17. Und zwar zeigt Fig. 2 a die »Ein«-Stellung (0). Fig. 2b die Stellung bei einer Drehung des äußeren Schaltmechanismus um 90°, Fig. 2c die »Ause-Stellung, die bei Drehung des äußeren Schaltmechanismus um 180° erreicht wird; ferner Fig. 3 d die Stellung bei einer Rückdrehung des äußeren Schaltmechanismus um 90° und schließlich Fig. 2e wieder die »Ein«-Stellung.

Aus schal t Vorgang

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Wird bei der Stellung nach Fig. 2 a der äußere Schaltmechanismus in dem durch den Pfeil angegebenen Sinne gedreht, so verstellen sich die Nuten 16 gegenüber dem Querbolzen 17 am feststehenden Schaltstift und verhindern somit eine Aufwärtsbewegung des Schaltstiftes. Gleichzeitig wird das Federgehäuse 10 und damit auch der Federteller 7 angehoben, während der obere Federteller 6 durch den Begrenzungsring 8 des Schaltstiftes 3 in seiner Lage gehalten wird; die Feder 5 wird also gespannt. Nach einer Drehung um 180° stehen die Nuten 16 und der Querbolzen 17 wieder übereinander, und der Schaltstift 3 kann durch die Bohrung 15 hindurchtreten. In dieser Lage reißt die gespannte Feder den Schaltstift 3 aus dem Tulpenstück 2 heraus: der Schalter ist ausgeschaltet.

Ein schalt Vorgang

Bei Drehung des äußeren Schaltmechanismus in entgegengesetzter Richtung verstellen sich wiederum die Nuten 16 und der Querbolzen 17 gegeneinander, so daß der Schaltstift 3 in der »Aus «-Stellung festgehalten wird und damit auch der untere Federteller 7, während der obere Federteller 6 mit dem Gehäuse 10 nach unten verschoben wird; die Feder wird also wieder gespannt. Bei Drehung bis in die Stellung 0, also wiederum bei einer Drehung um 180°, stehen sich die Nuten 16 und der Querbolzen 17 wieder gegenüber, die Arretierung des Schaltstiftes 3 ist damit beseitigt, und er wird durch die gespannte Feder 5 in das Tulpenstück hineingetrieben: der Schalter ist eingeschaltet.

Dadurch, daß die Feder nur verhältnismäßig kleine .Masse des Schaltstiftes zu bewegen hat, sind verhältnismäßig kurze Schaltzeiten möglich. Durch zahlreiche Bohrungen in den feststehenden und beweglichen Teilen des Schalterinnern ist die Möglichkeit gegeben, daß ein Ausgleich der bei den Schaltvorgängen verdrängten Flüssigkeit leicht stattfinden kann.

In Fig. 3 ist ein Abschaltdiagramm dargestellt, das mit dem erfindungsgemäßen Schalter in der in Fig. 1 dargestellten Ausführung bei einer Belastung mit 2400V und 160A mit Hilfe eines Dreischleifenoszillographen aufgenommen worden ist. In Abhängigkeit von der Zeit in Millisekunden (msec) — 0 ist der Zeitpunkt der Schalterauslösung — ist der Spannungsverlauf in Volt (V) und der Stromverlauf in Ampere (A) am bzw. durch den Schalter sowie der Druckverlauf in Atmosphären (at) im Schaltergehäuse aufgetragen. Wie aus dem Diagramm zu entnehmen ist, beträgt die Schaltzeit, also die Zeit von der Schalterauslösung bis zum Erlöschen des Schaltbogens, etwa 5 bis 6 msec; sie liegt also unterhalb der Halbwellenzeit bei einer Wechselspannung von 50 Hz und erfüllt damit die diesbezügliche in der Schalttechnik gestellte Forderung.

Die Schaltzeit läßt sich durch die Wahl der Federstärke variieren. In Fällen, bei denen auf längere Schaltzeiten Wert gelegt wird, kann im Schalterinneren ein freies Luft- oder Gasvolumen vorgesehen und mit dessen Größe die Schaltzeit bemessen werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Flüssigkeits-Hochdruckschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltermechanismus derart ausgeführt ist, daß beim Schaltvorgang das der fluiden Materie in der Schaltkammer zur Verfügung stehende Volumen keine Vergrößerung erfährt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser vorgesehen ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsmechanismus für die translatorische Bewegung des Schaltstiftes ganz im Inneren des Schaltergehäuses angeordnet ist.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Schalters von außen ein Rotationsmechanismus und im Inneren des Schaltergehäuses ein Mechanismus zur Übertragung der Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung vorgesehen ist.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rotationsmechanismus mit einem becherförmigen Gehäuse im Gehäuseinneren (11) starr verbunden ist, das zwei um 180° gegeneinander versetzte, jeweils einen halben Schraubengang bildende schraubenförmige Nuten

(12) aufweist, durch die zwei mit einem konzentrisch in das Bechergehäuse (11) eingelagerten zylindrischen Gehäuse (10) verbundene Bolzen

(13) hindurchgreifen und in zwei senkrechten Nuten des Druckgehäuses (14) geführt sind, und daß in dem zylindrischen Gehäuse (10) eineFeder(5) angeordnet ist, deren Federteller (6, 7) zwischen zwei Begrenzungsringen (8, 9) des Schaltstiftes (3) beweglich sind, und daß ferner der Oberteil des Bechergehäuses (11) eine Bohrung (15) mit zwei senkrechten Nuten (16) zur Durch-

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führung des Schaltstiftes (3) und dessen .Querbolzens (17) aufweist, derart, daß der Querftolzen (3) und damit der Schaltstift — der so geführt ist, daß er sich bei der Translationsbewegung nicht verdrehen kann — nur bei einer bestimmten Stellung des Bechergehäuses (11) durch die Bohrung

(15) aus der unteren bzw. oberen Ruhelage hindurchtreten kann.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 850 189, 714 592; schweizerische Patentschriften Nr. 182 814, 96 251.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen