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Elektrischer Flüssigkeitsschalter Es ist ein Schalter bekannt, bei
dem mit Hilfe eines Hilfslichtbogens Löschmittel gegen eine Hauptunterbrechungsstelle
gedrückt wird. Der Schalter ist so ausgeführt, daß der Hilfslichtbogen nur bei kleinen
Strömen gezündet bzw. bei großen Strömen kurzgeschlossen wird. Dadurch soll eine
Anpassung der Löschmittelströmung an die Schaltbedingungen erreicht werden. Bei
Flüssigkeitsschaltern ist es nämlich im allgemeinen unerwünscht, wenn der Unterbrechungsstelle
bei der Ausschaltung großer Ströme viel Löschmittel zugeführt wird, weil dann durch
den Lichtbogen ein zu großer Druck erzeugt werden kann. Nachteilig ist bei dem bekannten
Schalter, daß für die Anpassung der Löschmittelwirkung eine aufwendige Steuerung
benötigt wird. Der Schalter wird dadurch verteuert und anfällig für Störungen.
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Bei einem anderen Schalter mit einer Löschkammer und einem Pumpkolben,
der bei der Abschaltung kleiner Ströme zusätzlich Löschmittel in die Löschkammer
drücken soll, hat man versucht, durch Ventile eine Anpassung der Löschmittelströmung
an die Schaltverhältnisse zu erreichen. Bei einem durch einen großen Strom hervorgerufenen
Druck verschließen die Ventile die Löschkammer, so daß die von dem Pumpkolben erzeugte
Löschmittelströmung nicht in die Kammer gelangen kann. In diesem Fall muß das vom
Pumpkolben verdrängte Löschmittel außerhalb der Löschkammer aufgenommen werden.
Der Schalter ist deshalb mit einer sehr komplizierten Pumpeinrichtung ausgerüstet.
Nachteilig ist ferner; daß der Pumpkolben bei der Abschaltung großer Ströme nutzlos
gegen den großen, durch die Ventile in der Löschkammerwand bestimmten Druck fördern
muß.
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Es ist ferner bekannt, das feststehende Schaltstück eines Schalters
durch eine mit Hilfe eines Druckraumes vom Lichtbogen hervorgerufene Löschmittelströmung
zu bespülen, während das bewegliche Schaltstück nach Zurücklegen eines bestimmten
Weges einen Pumpzylinder mitnimmt und über einen feststehenden Kolben zieht. Der
Zylinder dient dabei zugleich als Düse und lenkt die aus dem Zylinder austretende
Löschmittelströmung axial längs des Lichtbogens gegen die aus dem Druckraum austretende
Strömung, gegen deren Druck. der vom Schaltstift mitgenommene Zylinder fördern muß.
Daher sind bei dem bekannten Schalter sehr große Antriebskräfte erforderlich, wenn
mit Sicherheit vermieden werden soll, daß der Schalter bei einer schweren Abschaltung
in einer Zwischenstellung steckenbleibt.
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Man hat auch bereits bei einem Schalter; bei dem ein Differentialkolben
zur Löschung stromstarker Lichtbögen vorgesehen ist, einen zusätzlichen Kammerteil
für die Löschung stromschwacher Lichtbögen vorgesehen. Bei dem bekannten Schalter
besitzt aber nur der Kammerteil für die Löschung stromschwacher Lichtbögen quer
zum Lichtbogen verlaufende Kanäle. Der andere Kammerteil ist so ausgebildet, daß
das von dem Differentialkolben geförderte Löschmittel raidal gegen den Lichtbogen
geführt wird. Im Bereich des Lichtbogens kann es dann nur axial ausweichen. Dabei
tritt es entweder in einen das Schaltstück. enthaltenden Raum oder in den für die
Löschung stromschwacher Lichtbögen vorgesehenen Kammerteil. Dies ist nachteilig.
In dem das Schaltstück enthaltenden Raum herrscht ein großer Druck, und das Löschmittel
muß daher gegen diesen hohen Druck gefördert werden. Wenn das Löschmittel andererseits
in den für die Löschung stromschwacher Lichtbögen vorgesehenen Kammerteil ausweicht,
so wird die Löschfähigkeit dieses Kammerteiles herabgesetzt, weil das Löschmittel
zuvor mit dem Lichtbogen in Berührung gekommen und mindestens zum Teil ionisiert
ist.
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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsschalter mit quer zum Ausschaltlichtbogen
verlaufenden Kanälen zur Führung der Löschmittelströmung. Gemäß der Erfindung sind
voneinander getrennte Kanäle vorhanden, und zwar ist der eine Kanal in bekannter
Weise mit einem Druckraum verbunden, in dem der Ausschaltlichtbogen eine die Löschmittelströmung
erzeugende Drucksteigerung hervorruft, während der andere Kanal in bekannter Weise
mit dem Zylinder einer vom Schaltstift betätigten Pumpeinrichtung verbunden ist,
die erst wirksam wird, wenn der Schaltstift eine bestimmte Strecke zurückgelegt
hat.
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Die voneinander unabhängige Führung der beiden Löschmittelströmungen
durch die getrennten Kanäle vermeidet eine gegenseitige Beeinflussung. Deshalb
kann
die stromabhängige Löschmittelströmung so ausgelegt werden, daß sie bei großen Strömen
am besten wirkt. Unter großen Strömen sind dabei die Ströme zu verstehen, die bei
normalem Last oder Leistungsschalten zu unterbrechen sind: Die stromunabhängige,
durch die Pumpeinrichtung erzeugte Löschmittelströmung kann dagegen so bemessen
werden, daß das Abschalten kleiner Ströme sicher und xückzündungsfrei erfolgt. Unter
kleinen Strömen werden die beim Abschalten von leer laufenden Leitungen, von Kondensatoren
oder von Transformatoren vorkommenden Ströme verstanden.
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Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß jeder der beiden Löschmittelströmungen
nur ein Kanal zugeordnet ist. Man kann auch für jede Löschmittelströmung mehrere
Kanäle vorsehen. Die Zahl der Kanäle richtet sich nach der optimalen Löschwirkung.
Zweckmäßig wird dabei von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß stromstarke Lichtbögen
mit Hilfe einer quer zum Lichtbogen gerichteten Strömung schon bei verhältnismäßig
geringer Lichtbogenlänge mit großer Sicherheit gelöscht werden. Deshalb wird mau
die dem Druckraum zugeordneten Kanäle näher am feststehenden Schaltstück anordnen
als die der Pumpeinrichtung zugeordneten Kanäle. Bei kleinen Strömen ergibt sich
dann ein längerer Lichtbogen, wenn die stromabhängige Löschmittelströmung zur Löschung
zunächst nicht ausreicht. Die größere Lichtbogenlänge ist aber-wegen der geringen
Lichtbogenarbeit für den Schalter ungefährlich. Mit Hilfe der später einsetzenden
Pumpeinrichtung werden auch diese stromschwachen Lichtbögen sicher gelöscht. Die
Strecke, die der Schaltstift zurücklegt, bevor die Pumpeinrichtung zu wirken beginnt;
macht man also etwa gleich der Lichtbogenlänge beim Abschalten großer Ströme.
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Ein besonders einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Schalters ergibt
sich, wenn der Druckraum auf der einen und der Zylinder der Pumpeinrichtung auf
der anderen Seite der Kanäle angeordnet ist. Bei Sehaltern mit einem beim Ausschalten
von unten nach oben zu ziehenden Schaltstift liegt der Druckraum, in dem im allgemeinen
das'feststehende Schaltstück angeordnet ist, somit unterhalb der Kanäle, während
sich oben an die Kanäle der Zylinder anschließt.
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Für den Fall, daß die zur Führung des querströmenden Löschmittels
notwendige Länge der Kanäle nicht ausreicht, um eine genügende Trennung der beiden
Löschmittelströmungen zu erreichen, wird man eine entsprechende Verlängerung vorsehen.
Durch die Verlängerung ist dafür gesorgt, daß sich die aus den Kanälen austretenden
Löschmittelströme erst nach Durchlaufen einer bestimmten Entfernung vereinigen können.
Mit besonderem Vorteil bildet man den Schalter so aus, daß die Verlängerung im wesentlichen
in axialer Richtung, d. h. parallel zur Bewegungsrichtung des Schaltstiftes, verläuft.
Eine entsprechende Anordnung mit ausreichenden Strömungsquerschnitten erhält man
. B. leicht bei einem Schalter, i bei dem der Zylinder für die Pumpeinrichtung und
der Druckraum von vorzugsweise konzentrisch zum Schaltstift ineinandergeschachtelten
Zylindern gebildet werden. Es ergeben sich dann kreis- oder halbkreisförmige Strömungskanäle;
die beispielsweise den i Zylinder der Pumpeinrichtung umgeben.
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Um eine nicht zu große Bauhöhe des Schalters zu erhalten, kann, man
gemäß der Erfindung ein Rückschlagventil in der Trennwand zwischen den Kanälen anordnen.
Das Rückschlagventil ist so einzubauen, daß es den übertritt des Löschmittels aus
dem der Pumpeinrichtung zugeordneten Kanal in den anderen Kanal gestattet. Beim
Abschalten kleiner Ströme fördert die Pumpeinrichtung dann Löschmittel in alle Querkanäle.
Somit wird der stromschwache Lichtbogen ebenfalls über seine gesamte Länge beeinflußt.
Durch diese intensive Beeinflussung des Lichtbogens wird vorteilhafterweise ein
rückzündungsfreies Schalten auch kleiner kapazitiver Ströme ermöglicht.
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Im Zylinder der Pumpeinrichtung kann man ein oder mehrere Ventile
vorsehen; die bei einem bestimmten Druck Entlastungsöffnungen freigeben. Dadurch
wird erreicht, daß auch bei Umschlagstörungen keine Zerstörungen des Schalters auftreten
können. Der im Schalter auftretende maximale Druck ist durch die Ventile auf einen
gewünschten Wert festgelegt.
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In den Fig. 1, 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Dabei zeigt Fig. 1 den wesentlichen Teil eines Schalters gemäß der Erfindung in
einem Längsschnitt; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der in der Fig. 1 eingezeichneten
Linie II-II; Fig: 3 ist eine geänderte Ausführungsform eines Schalters gemäß der
Erfindung.
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Für übereinstimmende Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Mit 1 ist der äußere rohrförmige Mantel der Schaltkammer eines ' Flüssigkeitsschalters
bezeichnet. Die Schaltkammer ist unten durch einen metallischen Boden 2 abgeschlossen.
Am Boden 2 ist ein feststehendes Schaltstück 3 angebracht. Der obere Teil der Schaltkammer
ist ebenfalls in geeigneter nicht dargestellter Weise verschlosssen, wobei Führungen
und Antriebsglieder für den beweglichen Schaltstift 4 vorgesehen sind. Der Schalter
ist in der Einschaltstellung dargestellt. In. der Ausschaltstellung befindet sich
die -Schaltstiftspitze in der bei 5 gestrichelt gezeichneten Lage.
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Konzentrisch zum Schaltstift 4 und zum Mantel 1 sitzt ein ebenfalls
aus Isolierstoff bestehendes Rohr 7, das unten durch den Boden 2 und oben durch
eine Isolierstoffplatte 8 abgeschlossen ist. Eine in das Rohr 7 eingesetzte Platte
9 begrenzt einen Druckraum 10 nach oben. In diesem Druckraum ist zum Abbau von Druckspitzen
ein aus elastischem Material bestehender Toruskörper 11 vorgesehen, der mit einem
Gas gefüllt ist. Oberhalb des Druckraumes verläuft der dem Druckraum zugeordnete
Kanal 12 für eine quer zum Lichtbogen gerichtete Löschmittelströmung: Er ist durch
eine Trennwand 13 von dem darüberliegenden Kafä114- getrennt, der einer als Ganzes
mit 15 bezeichneten Pumpeinrichtimg zugeordnet ist. Die Pumpeinrichtung besteht
aus einem konzentrisch zum Schaltstift sitzenden Zylinder 16 und einem Kolben 17,
der unter der Wirkung einer Feder 18 nach unten gegen einen Ansatz 19 gedrückt wird.
Beim Ausschalten wird der Kolben 17 von einem am Schaltstift 4 vorgesehenen Ansatz
20 mi=tgenommen, wenn der Schaltstift eine- vorbestimmte Strecke, in diesem Fall
den Abstand zwischen dem Ansatz 20 und dem Kolben 17, zurückgelegt hat.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist der von dem Rohr 7 und dem Zylinder 16 gebildete
Ringraum 22 durch Trennwände 23 und 24 in zwei Hälften 25 und 26 geteilt. Durch
den Teil 26 wird das aus dem Zylinder beim Ausschalten geförderte Löschmittel
dem Kanal 14
zugeführt. Nach Durchlaufen des Lichtbogens strömt
es von dort durch den Teil 25 nach oben ab. Der in Fig. 1 linke Bereich des Rohres
7 dient dabei als Verlängerung der Trennwand 13 in axialer Richtung. Die aus den
Kanälen 12 und 14 austretenden Löschmittelströme können sich erst oberhalb der Platte
8 vereinigen. Der Schalter arbeitet wie folgt: Zum Ausschalten wird der Schaltstift
4 von unten nach oben bewegt. Dabei wird zwischen dem feststehenden Schaltstück
1 und dem Schaltstift ein Lichtbogen gezogen. Der Lichtbogen erhitzt das im Druckraum
10 befindliche Löschmittel. Durch die sich bildenden Schaltgase wird eine erhebliche
Drucksteigerung erzeugt. Dies führt zu der durch die Pfeile 30 angedeuteten Löschmittelströmung.
Bei großen Strömen ist die Löschmittelströmung so intentiv, daß der Lichtbogen gelöscht
wird, bevor der Anschlag 20 den Kolben 17 erreicht. Bei kleinen Strömen dagegen
reicht die stromabhängige Löschmittelwirkung zunächst nicht aus. Es wird ein längerer,
über den Kanal 14 hinausreichender Lichtbogen gezogen. In diesem Bereich wird der
Lichtbogen durch die von der Pumpeinrichtung 15 erzeugte stromabhängige Löschmittelströmung
becinflußt. Der Verlauf der stromabhängigen Löschmittelströmung ist durch die Pfeile
31 angegeben. Diese Löschmittelströmung ergibt eine sichere Löschung kleiner Ströme.
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Beim Einschalten wird der Kolben 17 durch die Feder 18 nach unten
gegen den Anschlag 19 gedrückt. Durch die Rückschlagventile 33 ist dafür gesorgt,
daß die Bewegung nicht durch die im Zylinder 16 stehende Löschflüssigkeit gebremst
wird. Der Füllspalt 40, durch den beim Ausschalten Öl eingesaugt wird, wird zweckmäßig
so angebracht, daß sich der Zylinder 16 stets mit frischem Öl füllt. Wie in Fig.
2 gestrichelt dargestellt ist, kann man dies z. B. durch Wände 41 und 42 erreichen,
die vom Raum 22 eine Zuflußleitung 43 abtrennen.
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Wie in der Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, kann derSchalter nach
derErfindung auch leicht mit einem Widerstand 34 ausgerüstet werden. Der Widerstand
34 ist mit dem metallischen Boden 2 und einer in der Trennwand 13 vorgesehenen Zwischenelektrode
verbunden. Dadurch kann in bekannter Weise eine Verringerung von Schaltüberspannungen
und eine Stabilisierung des Lichtbogens erreicht werden. Der Widerstand ist so zu
bemessen, daß der Lichtbogen des über den Widerstand fließenden Reststromes durch
die Strömung 31 im Kanal 14 sicher gelöscht wird.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Schalter ist in der Trennwand 13 ein
Rückschlagventil 35 vorgesehen. Das Rückschlagventil ist so angeordnet, daß nur
eine Löschmittelströmung aus dem Teil 26 in den Kanal 12 erfolgen kann, nicht
aber aus dem Druckraum 10 in den Kanal 14. Bei dieser Anordnung können lange Lichtbögen
kleiner Ströme im wesentlichen über ihre gesamte Länge bespült werden. Die Zufuhr
frischen Löschmittels sorgt dabei für eine schnelle Verfestigung der elektrischen
Festigkeit der Schaltstrecke. Der Schalter ist daher besonders für das rückzündungsfreieSchalten
von kapazitiven Strömen geeignet. Im Rohr 7 ist ein überdruckventil 36 vorgesehen,
das unter der Wirkung einer Feder 37 steht. Die Feder 37 bestimmt die Höhe des Druckes,
bei der die Öffnung 38 freigegeben wird. Das Ventil 36 dient zur Entlastung des
Zylinders 16 bei zu hohen Drücken.