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Schnellschalter Es sind bereits Druckluftschalter verschiedener Ausführungen
bekannt, bei denen der beim Ab-
schalten zwischen den Schaltstücken auftretende
Lichtbogen mit Druckluft beblasen wird. Eine Ausführungsforin besitzt beispielsweise
ein stiftförmiges bewegliches Schaltstück, das mit einem düsenartigen feststehenden
Schaltstück zusammenwirkt. Die beiden Schaltstücke sind in einer Schaltkammer untergebracht,
die mit einem Zylinderraum verbunden ist. In dem Zylinderraum ist ein Kolben für
den Antrieb des beweglichen Schaltstückes untergebracht. Zum Ausschalten wird Druckluft
in die Schaltkammer eingelassen. Dadurch wird das bewegliche Schaltstück vom feststehenden
getrennt. Der zwischen den beiden Schaltstücken auftretende Lichtbogen wird durch
Beblasung mit der Druckluft zum Erlöschen gebracht.
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Die bekannten Druckluftschalter benötigen wegen der Trägheit der als
Antriebskraft benutzten Druckluft eine lange Unterbrechungszeit. Zum Beispiel dauert
es sechs bis zwölf Halbwellen nach dem Auftreten einer Störung, bis die Aussehaltung
vollzogen ist. Will man die Schaltzeit durch eine Vergrößerung der Antriebskraft
verringern, so muß man Druckluft mit höherem Druck verwenden. Damit müssen auch
die für die Druckluft notwendigen Einrichtungen, z. B. Luftkompressoren, Luftbehälter,
Rohrleitungen, Ventile usw., für den höheren Druck ausgelegt sein. bies ist sehr
kostspielig.
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Die Erfindung geht von einem Schnellschalter mit Druckgas als Löschmittel
und zum Betätigen des mit einem Kolben versehenen beweglichen Schaltstückes aus.
Bei einem solchen Schalter kann die Schaltgeschwindigkeit wesentlich dadurch erhöht
werden, daß erfindungsgemäß ein mit dem beweglichen Schaltstück zusammenwirkendes
Gegenschaltstück als Ventilteller zum Steuern der Druckluftzufuhr ausgebildet ist,
der dadurch von -einer als Ventilsitz dienenden Wand abgehoben wird, daß eine an
der Wand dem Ventilteller gegenüber angebrachte Spule, für die der Ventilteller
einen Kurzschlußring bildet, in bekanter Weise durch die Entladung des Kondensators
gespeist wird.
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Die Betätigung des Gegenschaltstückes mit Hilfe der Kondensatorentladung
ergibt sehr große Beschle,unigungswerte. Man kann etwa mit dem 10 000fachen
der Erdbeschleunigung rechnen. Deshalb ist es möglich, den Stromkreis innerhalb
zweier HalbweHen zu unterbrechen. Die Beanspruchung im Schalter ist deshalb nur
gering. Die kurze Schaltzeit ermöglicht es ferner, den Schalter synchron zu steuern,
beispielsweise also beim Stromnulldurchgang zu öffnen. Hierdurch können die Beanspruchungen
des Schalters weiter herabgesetzt werden.
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Die Druckluft dient bei der Erfindung nicht nur als Löschmittel, sondern
auch als Antriebsmittel. Sie wirkt auf die Kolbenfläche des beweglichen Schaltstückes,
bringt das bewegliche Schaltstück in die Ausschaltstellung und hält es dort so lange,
fest, bis der Lichtbogen mit Sicherheit erloschen ist. Der Schalthub des Gegenschaltstückes
und damit die für die Bewegung benötigte Energie kann deshalb sehr klein gehalten
werden. Außerdem kann man eine Feder vorsehen, die das Gegenschaltstück ohne zusätzliche
Antriebsmittel wieder in die Einschaltstellung zurückführt und damit die Druckluftzufuhr
sperrt, weil das bewegliche Schaltstück unter der Wirkung der in der Schaltkammer
vorhandenen Druckluft und der Trägheit noch genügend lange in der Ausschaltstellung
bleibt, um eine Spannungstrennstelle zu öffnen.
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Für hohe Spannungen kann es ferner zweckmäßig sein, auch den Kolben
des beweglichen Schal-tstücke#s ebenso wie den Ventilteller des Gegenschaltstückes
als Kurzschlußring für eine Spule zu verwenden. Das bewegliche Schaltstück wird
dann ebenso wie das Gegenschaltstück zunächst durch die elektrodynamischen Kräfte
bewegt. Ein besonders einfacher Auf-
bau ergibt sich für den Fall, wenn man
die beiden Spulen in Reihe schaltet.
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Es ist zwar bereits bekannt, als Antriebsmittel für einen elektrischen
Schalter einen Kondensator auf
eine Spule zu entladen, der eine
leitende Scheibe gegenübersteht,. so daß sich elektrodynamis-che Kräfte ergeben.
Bei dem bekannten Schalter handelt es sich um ein Schaltgerät, das in stromlosen
Pausen leistungslos, geöffnet werden soll. Der bekannte Schalter besitzt weder Druckgas
noch ein anderes Löschmittel. Seine Ausschaffleistung ist deshalb sehr gering.
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In, der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Der bewegliche Schaltstab 1 ist an dem einen Ende als schirinartiger
Teil 2 ausgebildet, an dem ein Kontaktstück 3 aus lichtbogenbeständigem Metall
angeordnet ist. Am Leitring 4 des Schaltstabes 1 ist ein ringförmiger Gleitkontakt
5 befestigt, der mit dem Schaltstab 1 in Berührung bleibt. Zwischen
dem Schirmteil 2 und dem Leitring 4 ist eine schwache Feder 6 eingeschaltet,
die den Schirmteil 2 an Ringteil 11 des Porzellanrohres 10 andrückt.
Das Metallrohr 7 dient zur Befestigung des Leitringes 4 und ist mit einem
nicht dargestellten Druckluftbehälter verbunden. Das ins MetaHrohr 7 eingeschraubte
Porzellanrohr 10 besitzt an der Verbindungsstelle mit dem Metallrohr
7 bzw. in der Mitte zwei Ringteile 11 und 12, zwischen denen bzw.
zwischen dem letzteren Ringteil und der Metallkappe 13 zwei Räume 14 und
15 ausgebildet sind. Mit 16 ist das düsenartige bewegliche Schaltstück
bezeichnet, das vom Ringteil 12 geführt ist und am einen Ende eine Kolbenscheibe
17 bzw. am anderen Ende ein ringförmiges Kontaktstück 18 aus lichtbogenbeständigem
Metall hat. Zwischen der Kappe 13 und der Scheibe 17 ist eine Feder
19 vorgesehen, die die Scheibe 17
an den Ringteil 12 andrückt. Die
Metallplatte 20, mit der das Porzellanrohr 10 im Raum 15 überzogen
ist, ist an die Metallkappe 13 angeschlossen. Die Klemme an dem Metallrohr
7 trägt das Bezugszeichen T, die Klemme an der Metallkappe 13 das
Bezugszeichen 1. An den Ringteilen 11 und 12 des Porzellanrohres
10 ist gegenüber dem Schirmteil 2 des Schaltstabes 1 bzw. der Kolbenscheibe
17 des Schaltstückes 16 je eine Abschaltwicklung 21, 22 vorgesehen.
Die Wicklungen sind niiteinander in Reihe und über eine Dreifachfunkenstrecke
23 an einen Kondensator 24 angeschlossen. Die Zündelektrode 230 der
Funkenstrecke 23 ist elektrisch mit der im Stromkreis eingeschalteten, nicht
dargestellten Einrichtung zur Abgabe des Schaltbefehls verbunden. 25 ist
eine Einrichtung zum Aufladen des Kondensators 24.
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Ist der Schirmteil 2 des stabartigen Schaltstückes 1,
wie in
Fig. 1 gezeigt, mittels der Feder 6 und durch die Druckluft innerhalb
des Metallzylinders 7 an den Ringteil 11 angedrückt, so kann die Druckluft
ins Porzellanrohr nicht hineinströmen. Zur Erhöhung der Ventilwirkung kann der Schirmteil
2 oder der Ringteil 11 mit einer Dichtung versehen sein. Der Kolben
17 des düsenartigen Schaltstückes 16 ist an den Ringteil 12 des Porzellanrohres
10 angedrückt. Hierbei besteht, wie aus der Zeichnung zu ersehen, ein Stromkreis.
Klemme T - MetaHrohr 7 - Leitring 4 - Schleifring
5 - Schaltstück 1 - Schaltstück 16 - Metallplatte 20
- Metallkappe 13 - Klemme 7.
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Tritt im Stromkreis eine Störung, z. B. ein Kurzschluß, ein, wird
ein Ausschaltimpuls über eine im Kreis eingeschaltete, nicht dargestellte Befehlsvorrichtung
der Zündelektrode 230 gegeben. Infolge dieses Impulses arbeitet die Dreifachfunkenstrecke
23, so daß die gespeicherte Ladung des Kondensators 24 über die Funkenstrecke
und die Abschaltwicklungen 21 und 22 entladen wird. Durch den augenblicklichen Entladungsstrom
entsteht in dem Schirmteil 2 des Schaltstückes 1 und dem Kolben
17
des Schaltstückes 16, die als Kurzschlußring der Abschaltwicklung
wirken, ein großer Induktionsstrom, dessen große elektromagnetische Abstoßungskraft
mit großer Beschleunigung, z. B. etwa der 10 000fachen der Erdbeschleunigung,
den Schirmteil 2 und den Kolben 17 von den Abschaltwicklungen 21 und 22 abtrennt.
Somit nehmen die beiden Schaltstücke 1
und 16 die in Fig. 2 gezeigte
Aussehaltstellung ein. Durch die Bewegung des Schaltstückes 1 nach rechts
entfernt sich der Schirmteil 2 vom Porzellanrohrring 11, so daß die Druckluft
im Metallzylinderraum durch die öffnung 110 des Ringteiles 11 in den
Raum 14 und den Hohlraum 160 des Schaltstückes 16 hineindringt und
bewirkt, daß der zwischen den Kontaktstücken 3 und 18 auftretende
Lichtbogen zum Erlöschen gebracht wird, und zwar wird er bei einem Stromnulldurchgang
gelöscht. Dabei erreichen die beiden Schaltstücke 1 und 16 eine genügende
Entfernung, in der keineWiederzündung des Lichtbogens mehr auftreten kann, so daß
der Stromkreis vollständig abgeschaltet werden kann. Gleichzeitig mit der Auftrennung
der Schaltstücke oder kurz danach wird der in Reihe mit einem der Schaltstücke liegende,
hier nicht dargestellte Trennschalter des Stromkreises geöffnet.
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Sinkt der Entladungsstrom des Kondensators 24, der durch die Abschaltewicklungen
21 und 22 fließt, auf Null, wird der Schirmteil 2 des Schaltstückes 1
unter
Wirkung der Druckluft und der Feder 6 selbsttätig an den Ringtell 11 des
Porzellanrohres 10 angedrückt, so daß die öffnung 110 verstopft und
damit das Einströmen der Drucklust versperrt wird. Die Feder 6, die zur Verstopfung
der öffnung 110
dient, braucht nicht so stark zu sein. Wird der Schirmteil
2 des Schaltstückes 1 zurückgestellt und wird die Einströmung der Druckluft
versperrt, so kehrt das düsenartige Schaltstück in die vorige Stellung zurück, so
daß die Kontaktstücke 3 und 18 wieder in Berührung kommen. Da der
nicht dargestellte Trennschalter des Stromkreises, wie oben beschrieben, geöffnet
ist, bleibt der Kreis im unterbrochenen Zustand.
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Fig. 3 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Kurzschlußstroms.
Tritt in einem Zeitpunkt to eine Störung, z. B. ein Kurzschluß, auf, ändert sich
der Kurzschlußstrom in der dargestellten Weise, da diesem ein Gleichstromanteil
überlagert wird. Um innerhalb von zwei Halbwellen den Kurzschlußstrom zu unterbrechen,
müssen die Schaltstücke in einem Zeitpunkt t. des ersten Stromnulldurchganges eine
Entferung erreichen, in der keine Wiederzündung des Lichtbogens mehr auftreten kann.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es zwemäßig, wenn die Auftrennung der Schaltstücke
nur in einem Zeitpunkt ti vor dem Nulldurchgang um einen geringen Zeitraum T erfolgt,
da die öffnungsgeschwindigkeit sehr groß ist. Man kann somit eine einwandfreie Unterbrechung
innerhalb einer Halbwelle des Kurzschlußstroms erreichen.
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Wie oben beschrieben, kann man mit dem Schalter gemäß der Erfindung
eine große Trennbeschleunigung bis zu etwa der 10 000fachen Erdbeschleunigung
erreichen, d. h., ein genügender Isolierabstand wird in sehr kurzer Zeit
erreicht. Ferner kann die
Auftrennung der Kontaktstücke, da die
Trennbeschleunigung groß ist, kurz vor dem NuRdurchgang des Kurzschlußstroms erfolgen,
so daß eine lange Lichtbogendauer und damit eine große Lichtbogenarbeit nicht entstehen
kann. Weiterhin wird die Druckluft gleichzeitig mit der Kontakttrennung eingeführt
und kühlt kräftig den Lichtbogen. Dadurch kann der Lichtbogen leicht zum Erlöschen
gebracht werden, was zu geringerem Verbrauch des Kontaktmaterials führt.
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Es ist eine Abschaltung eines normalen Belastungsstroms dadurch möglich,
daß ein Schaltkommando durch eine zusätzliche Vorrichtung der Zündelektrode gegeben
wird. Statt des Schirmteiles, der im dargestellten Beispiel sowohl als Druckluftventil
als auch als Kurzschlußring dient, kann man zwei besondere Teile für die beiden
Aufgaben vorsehen. Die beiden Abschaltwicklungen können parallel geschaltet und
an den Kondensator angeschlossen werden. Statt der Druckluft kann man andere Druckgase
verwenden.
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Wird eine Verriegelung, die nach der Auftrennung der Kontaktstücke
das düsenartige bewegliche Schaltstück in einem Ausschaltzustand anhält, vorgesehen,
so kann ein Trennschalter eingespart werden.