DE1107766B - Elektrischer Fluessigkeitsschalter - Google Patents

Description

Flüssigkeitsschalter mit fremderzeugter Löschmittelströmung sind bekannt. Bei diesen bekannten Schaltern wird die Löschmittelströmung beispielsweise durch einen Kolben erzeugt. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß in dem Zeitpunkt, in dem die Löschmittelströmung einsetzen soll, in einen Behälter für die Löschflüssigkeit Druckluft eingelassen wird, wodurch die Flüssigkeit in den Schaltraum gepreßt wird.

Gemäß der Erfindung dient zur Erzeugung der Löschmittelströmung ein Hydraulikspeicher. Ein solcher besteht aus einem geschlossenen Speichergefäß, in dem die Löschflüssigkeit ständig unter dem Druck eines Gases steht und das durch eine Flüssigkeitspumpe aufgeladen wird. Dabei kann man das Gas in eine elastische Blase einschließen, um eine Berührung von Löschflüssigkeit und Gas zu vermeiden. Derartige hydraulische Speicher sind beispielsweise in den Transactions AIEE 1953, Bd. 72, Teil III, S. 874 ff., beschrieben.

Die Erzeugung der Löschmittelströmung durch den Hydraulikspeicher hat gegenüber bekannter Anordnungen, bei denen die Flüssigkeitsströmung durch einen mit dem beweglichen Schaltstift verbundenen Kolben erfolgt, den Vorteil, daß die mechanische Ausschaltarbeit für den Schalter nicht vergrößert wird. Auch gegenüber Anordnungen, bei denen beim Einschalten eine Feder gespannt wird, die beim Ausschalten den Kolben bewegt, ist die Anordnung eines Hydraulikspeichers vorteilhaft, da die hohe spezifische Speicherfähigkeit des Hydraulikspeichers eine raumsparende Anordnung gestattet und der konstruktive Mehraufwand gering ist. Da in dem Hydraulikspeicher die Flüssigkeit ständig unter hohem Druck steht, setzt die Flüssigkeitsströmung, wenn ein Ventil geöffnet wird, sofort ein. Dies ist günstiger, als wenn, wie oben erwähnt, die Flüssigkeit erst durch ein eingefülltes Gas unter Druck gesetzt wird, weil hierbei erst eine gewisse Menge des Gases einströmen muß, bevor der gewünschte Druck erreicht ist. Auch erlaubt der Hydraulikspeicher bei relativ großer Menge von bewegtem Löschmittel die Verwendung von sehr hohen Drücken, wie beispielsweise von 200 atü, die mit den bisher verwendeten Anordnungen zur Erzeugung einer Strömung wirtschaftlich kaum erreicht werden können.

Die elastische Blase des Hydraulikspeichers wird beispielsweise mit Stickstoff von einem Druck gefüllt, der kleiner ist als der zulässige Mindestarbeitsdruck der Löschflüssigkeit. Nach dem Einfüllen des Gases wird durch die Pumpe Löschflüssigkeit, ζ. B. Öl, in den Behälter gegen den Druck der Speicherblase ge-

Elektrischer Flüssigkeitsschalter

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Josef Behringer, Berlin-Spandau,

Dipl.-Ing. Rudolf Prätsch, Berlin-Wilmersdorf,

und Willi Ohlsen, Berlin-Siemensstadt,

sind als Erfinder genannt worden

pumpt, bis der maximale Arbeitsdruck erreicht ist. Die Gasblase wird dabei zusammengedrückt, während sie sich beim Ausströmen der Flüssigkeit ausdehnt.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 und 2 Expansionsschalter, in denen eine fremderzeugte Löschmittelströmung hervorgerufen wird, während

Fig. 3 einen Ölstrahlschalter zeigt.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Expansionsschalter bezeichnet, mit 2 die elastische Expansionskammer, mit 3 das feststehende Schaltstück, mit 4 der bewegliche Schaltstift und mit 6 das aus Isoliermaterial bestehende Schaltkammergehäuse, auf dessen Vorsprung 5 sich die elastische Kammer 2 abstützt. 10 ist der Porzellanüberwurf, zwischen ihm und dem Schaltkammergehäuse 6 wird ein Ringraum 11 gebildet, der mit der Löschkammer über Öffnungen 12, 13 und 14 verbunden ist. Die Gerade 9 zeigt die Höhe des Ölspiegels an. Das Schaltkammergehäuse mit dem Porzellanüberwurf wird von einem Stützer

16 getragen, der hohl ausgeführt ist. Der Hohlraum

17 dient als Vorratsbehälter für das Öl. Der Hohlraum 17 ist über das Filter 15 mit dem Ringraum 11 verbunden.

Der schematisch dargestellte Hydraulikspeicher besteht aus dem Gehäuse 20 und der Gasblase 21. Er wird über ein Rückschlagventil 26 von der Zahnradpumpe 29 aufgeladen, die durch die Leitung 30 mit dem Vorratsraum 17 in Verbindung steht. Diese füllt, wie bereits erwähnt, entgegen dem Druck der

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Gasblase das Speichergefäß mit öl. Da nur wenige Nach vollendeter Ausschaltbewegung oder etwas

Abschaltungen unmittelbar hintereinander folgen, später wird der Elektromagnet des Schiebers entregt,

steht genügend Zeit zur Wiederauffüllung des Spei- so daß die Verbindung zwischen den Leitungen 22

chers zur Verfügung. Es kann daher eine Zahnrad- und 24 unterbrochen wird.

pumpe kleiner Leistung verwendet werden, deren 5 Man kann aber auch beim Abschalten kleiner

Antriebsmotor 28 durch einen Druckregler 27 ein- Ströme als auch beim Abschalten von Kurzschluß-

und ausgeschaltet wird. Ein Sicherheitsventil 25 ver- strömen eine zusätzliche Kühlung des Lichtbogens

hindert auch bei Störungen am Druckregler unzu- durch die Flüssigkeitsströmung bewirken, wenn man

lässig hohe Überdrücke. Durch das Rückschlagventil den Druck der Flüssigkeit im Hydraulikspeichel

26 wird die Zahnradpumpe beim Stillstand vom io größer wählt als den Druck, den der Lichtbogen in

Druck im Speicher entlastet. Vom Speichergefäß der Expansionskammer auch beim Abschalten von

führt eine Leitung 24 zu einem Schieber 23. Von Kurzschlußströmen erzeugt. Hierbei kann man den

dort führt eine Leitung 22 über ein Rückschlagventil Schieber 23 wieder etwas nach Beginn des Ausschalt-

31 zu dem Raum 7, der sich unterhalb der Expan- Vorganges öffnen, man kann ihn aber auch gleich-

sionskammer befindet und gegen den Vorratsraum 17 15 zeitig mit der Schaltstiftbewegung öffnen lassen. Es

abgeschlossen ist. tritt dann eine zusätzliche Bespülung des Lichtbogens

Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der während des Abschaltvorganges ein, wodurch die Durchmesser der Innenbohrung der Expansions- Lichtbogenlänge verkleinert wird. Nach der Unterkammer größer ist als der Durchmesser des Schalt- brechung des Lichtbogens erfolgt dann die Spülung Stiftes, so daß der Raum 7 mit dem Inneren der 20 der Kammer. Dadurch wird, wie schon früher er-Expansionskammer durch den Ringraum zwischen wähnt, die Kammer von Gasen, Dämpfen und Ver-Schaltstift und Innenbohrung in Verbindung steht. brennungsrückständen befreit.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wird der Schalter Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, den ausgeschaltet, so wird z. B. der nicht näher bezeich- Schaltvorgang auch bei kleinen Strömen nicht zu nete Elektromagnet des Schiebers 23 erregt, wenn der 25 beeinflussen, sondern lediglich die Kammer zu Schaltstift seine Bewegung beginnt oder schon einen spülen. Das kann man beispielsweise dadurch ergewissen Weg zurückgelegt hat. Dadurch wird die reichen, daß der Zwischenraum zwischen Schaltstift Leitung 22 mit der Leitung 24 verbunden. Wählt und Schaltstiftbohrung sehr gering ist, so daß der man nun den Druck der Schaltflüssigkeit im Hy- Schaltstift selbst als Ventil wirkt. Es tritt dann erst draulikspeicher so, daß beim Abschalten von Kurz- 30 eine Strömung ein, wenn nach Unterbrechung des schlußströmen der Lichtbogen einen größeren Druck Stromes der Schaltstift aus der Kammer heraustritt, erzeugt als der Druck des Hydraulikspeichers, so wodurch nunmehr eine Spülung der Kammer eintritt, findet zunächst kein Einströmen von Flüssigkeit In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der statt, und der Lichtbogen erlischt in an sich bekann- Erfindung dargestellt. Soweit die Teile mit denen der ter Weise durch den Expansionseffekt. Nach dem 35 Fig. 1 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugs-Erlöschen des Lichtbogens geht aber der Druck in zeichen verwendet. Die Anordnung nach Fig. 2 der elastischen Kammer zurück. Jetzt strömt Öl aus unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß dem Raum 7 in die elastische Kammer ein und spült die Expansionskammer eine Bohrung 33 besitzt, die diese. Sie reinigt die Kammer von Restgasen und einerseits mit dem Raum 7 in Verbindung steht, an-Rückständen des Lichtbogens. Das überschüssige Öl 40 dererseits durch Bohrungen 34 mit dem Inneren der strömt durch die Öffnungen 12, 13 und 14 in den Expansionskammer. Außerdem ist noch ein WiderZwischenraum 11 zwischen Porzellanüberwurf und stand in Form von Kohlestäben 35 vorgesehen, die Schaltkammergehäuse und von dort über das Filter auf der einen Seite mit dem festen Kontaktstück 3, 15 in den Vorratsraum 17. Die Spülung der Kammer auf der anderen Seite mit einer Zwischenelektrode ist vorteilhaft, weil beim erneuten Ausschalten der 45 36 verbunden sind. Beim Ausschaltvorgang wird Lichtbogen die gleichen Bedingungen vorfindet wie daher zunächst im oberen Teil der Löschkammer vorher. Auch bei einem auf das Ausschalten kurz- der Lichtbogen gezogen, wobei parallel zu diesem zeitig wieder erfolgenden Einschalten ist die Spü- der Widerstand liegt. Nach dem Erlöschen des Lichtlung der Kammer günstig, weil der Überschlag, der bogens in dieser Hauptschaltstrecke wird ein zweiter zwischen Schaltstift und festem Schaltstück statt- 50 Lichtbogen im unteren Teil der Löschkammer zwifindet, bei einer geringeren Entfernung zwischen sehen Elektrode und Schaltstift gezogen, wobei jetzt beiden eintritt, als wenn die Spülung nicht vorge- der Widerstand in Reihe zum Lichtbogen liegt (Restnommen, die Kammer also noch verunreinigt wäre. schaltstrecke).

Der Schalter eignet sich daher gut für die Kurz- Auch hier kann man die Bemessung so treffen,

unterbrechung, bei der bei einem Kurzschluß aus- 55 daß beim Abschalten von Kurzschlußströmen der

geschaltet und nach einer spannungslosen Pause Druck des Hydraulikspeichers nicht ausreicht, um in

wieder zugeschaltet und erneut ausgeschaltet wird, den oberen Kammerteil, in dem der Hauptlichtbogen

wenn der Kurzschluß nicht beseitigt ist. brennt, Öl einzupressen. Der Lichtbogen in der

Anders wie beim Schalten von Kurzschlußströmen Hauptschaltstrecke mit dem parallel liegenden Wider-

Iiegen die Verhältnisse beim Ausschalten kleiner 60 stand erlischt also dann, wie üblich, durch den

Ströme, z. B. von leer laufenden Leitungen; denn Expansionseffekt. Erst wenn der Hauptlichtbogen

dann erzeugt der Lichtbogen nur einen Druck, der erloschen ist, strömt das Löschmittel in den Oberteil

geringer ist als der Druck des Speichers. Infolge- der Kammer ein und säubert diesen, so daß seine

dessen strömt während des Ausschaltvorganges das frühere Festigkeit wiederhergestellt ist. Gleichzeitig

Löschmittel in die Kammer ein, sobald der Schieber 65 strömt auch das Löschmittel durch die Kanäle 31 in

23 die Leitungen 22 und 24 verbunden hat. Der den unteren Teil der Löschkammer ein, in dem der

Lichtbogen wird zusätzlich gekühlt, so daß er schon Restlichtbogen brennt, und hilft bei dessen Löschung

bei einer verhältnismäßig kleinen Länge abreißt. mit. Nach Erlöschen des Restlichtbogens wird auch

die Restschaltkammer durch das einströmende Öl gespült, wobei, sobald der Schaltstift die Kammer verläßt, die Spülwirkung für die ganze Kammer verstärkt wird. Sobald die Kammer genügend gespült worden ist, also beispielsweise nach Beendigung des Ausschaltvorganges, wird der Schieber 23 wieder in Schließstellung gebracht.

Bei Unterbrechen von kleinen Strömen, also beispielsweise von leer laufenden Transformatoren, wird auch der Hauptlichtbogen, da er nur einen geringen Druck erzeugt, durch die durch die Bohrungen 31 einströmende Flüssigkeit zusätzlich gekühlt und zum Erlöschen gebracht.

Will man auch bei Kurzschlußströmen eine zusätzliche Beeinflussung des Lichtbogens durch das Einströmen des Löschmittels durch die Kanäle 31 erreichen, so muß man den Druck der Flüssigkeit im Hydraulikspeicher entsprechend hoch wählen. Dann strömt auch bei Brennen des Hauptlichtbogens Öl in den oberen Kammerteil ein, wodurch zusätzlich der Lichtbogen gekühlt und zum Erlöschen gebracht wird.

Während bei den bisherigen Ausführungsbeispielen die fremderzeugte Löschmittelströmung dazu dient, entweder nur die Schaltkammer zu spülen oder zusätzlich neben dem Expansionseffekt eine Löschwirkung auf den Lichtbogen auszuüben, zeigt Fig. 3 einen Schalter, bei dem praktisch die Löschmittelströmung zur ausschließlichen Löschung des Lichtbogens dient. Bei dem Schalter gemäß Fig. 3 wird gleichzeitig der Hydraulikspeicher zum Antrieb des Schaltstiftes verwendet. Der Schalter 40 besitzt ein feststehendes Schaltstück 41 und einen beweglichen Schaltstift 42. Mit 43 ist ein aus Isoliermaterial bestehender Rotationskörper, der eine Öffnung 49 besitzt, durch die der Schaltstift hindurchgeht, bezeichnet. Das Schaltgefäß trägt die Bezeichnung 44, der Porzellanüberwurf die Bezeichnung 45. Der Ringraum 50 zwischen beiden steht durch Öffnungen 48 mit dem Innern des Schaltgefäßes 44 in Verbindung. Mit 47 ist der Zylinder für den Kolben 46 des Schaltstiftes bezeichnet. Der Schalter wird von einem Stützer 51 getragen, der hohl ist und einen Vorratsraum 52 bildet, der mit dem sich nach unten erweiternden Ringraum 50 über ein Filter 60 in Verbindung steht. Der Hydraulikspeicher mit seinen Ventilen und Antrieben trägt die gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile in Fig. 1. Der Hydraulikspeicher ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 in einem Raum 53 untergebracht, der sich an den Raum 52 anschließt. Zum Unterschied von der Anordnung nach Fig. 1 saugt die Zahnradpumpe über ein Filter 54 das Öl an. Mit 55 ist die vom Hydraulikspeicher wegführende Leitung bezeichnet, die nach dem Ein- bzw. Ausschalten durch das Steuerventil 56 abgeschlossen ist. Mit 57 und 58 sind die Ein- bzw. Ausschaltleitung bezeichnet. Soll eingeschaltet werden, so wird durch Erregung einer der nicht näher bezeichneten Steuerspulen des Steuerventils 56 der Steuerschieber nach rechts gezogen, wobei die Einschaltleitung 57 mit der Leitung 55 und die Ausschaltleitung 58 mit dem Raum 53 verbunden wird. Durch die Leitung 57 strömt das Öl unter den Kolben 46 und schaltet den Schalter ein. Das durch den Kolben verdrängte Öl fließt über die Öffnung 59 zur Leitung 58 und durch diese in den Raum 53 zurück. Nach dem Einschalten kommt das Steuerventil wieder in die Mittelstellung. Soll ausgeschaltet werden, so wird durch die Erregung der anderen Spule des Steuerventils dieses nach links geschoben, so daß nunmehr die Ausschaltleitung 58 mit der Leitung 55 und die Einschaltleitung 57 mit dem Vorratsbehälter 53 in Verbindung kommt. Infolgedessen strömt das Öl durch die Leitung 58 und die Bohrung 59 in den Zylinder 47 für den Schaltstift und bewegt diesen in die Offenstellung. Das durch den Schaltstiftkolben verdrängte Öl fließt über die Leitung 57 zurück. Sobald der Schaltstift die vorher von ihm verschlossene Öffnung 49 verlassen hat, tritt ein Teil des Öls und nach Erreichen der Endstellung das gesamte Öl, das durch die Leitung 58 fließt, durch die Öffnung 49 aus, so daß der Lichtbogen stark gekühlt und gelöscht wird. Das überschüssige Öl kehrt wieder in den Vorratsbehälter zurück.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrischer Flüssigkeitsschalter mit einer fremderzeugten Löschmittelströmung, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiespeicher für die Löschmittelströmung ein Hydraulikspeicher dient.

2. Flüssigkeitsschalter mit Expansionskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Löschvorganges Löschmittel in die Kammer gedrückt wird.

3. Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach Erreichen einer bestimmten Entfernung zwischen feststehendem und beweglichem Schaltstück das Löschmittel in die Kammer gedrückt wird.

4. Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Löschflüssigkeit im Hydraulikspeicher so gewählt wird, daß während des Löschvorganges nur bei kleinen Strömen, nicht aber bei Kurzschlußströmen Löschmittel in die Kammer gedrückt wird.

5. Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Höhe der Stromstärke erst nach Unterbrechen des Stromes Löschmittel in die Kammer gepreßt wird.

6. Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fremderzeugte Löschmittelströmung ausschließlich zur Löschung des Lichtbogens dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 607 606;
französische Patentschrift Nr. 735 677;
Techn. Rundschau Nr. 29 vom 25.11. 1955, S. 21.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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