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Flüssigkeitsschalter Die bekannten Flüssigkeitsschalter für Wechselströme
besitzen eine Lichtbogenkammer, die mit Schaltflüssigkeit, z.B. öl, oder
einer anderen isolierenden Flüssigkeit gefüllt ist. Diese Lichtbogenkammer sitzt
in einem Gefäß, das ebenfalls mit der Schaltflüssigkeit gefüllt ist. Bei diesen
bekannten Schaltern wird der Schaltstift entweder nach oben oder nach unten gezogen.
Wesentlich für die Ausbildung der bekannten Kammer ist, daß beim Aus-schalten
der Schaltstift die Kammer verläßt, so daß durch das für den Schaltstift vorgesehene
Loch eine Verbindung zwischen dem Innern der Kammer und dem umgebenden Gefäß hergestellt
wird. Bei elastischen Kammem tritt außerdem bei hohen Drücken im Innern durch öffnen
der Kammer, wodurch Rinspalte entstehen, eine Verbindung zwischen dem Innern der
Kammer und dem diese umgebenden Ge-fäß ein. Die Schaltgase, die durch den
Lichtbogen erzeugt werden, nehmen ihren Weg durch die genannten Verbindungen.
Bevor sie daher ins Freie treten können, müssen sie immer einen verhältnismäßig
weiten Weg durch die Schaltflüssigkeit, mit der das Gefäß gefüllt ist, zurücklegen.
Außerdem müssen sie einen Teil der Schaltflüssigkeit des Gefäßes vor sich herschieben,
nämlich die Menge, die über der Verbindungsstelle steht. Dabei ist zu beachten,
daß im ausgeschalteten Zustand die Spitze des Schaltstiftes noch in der Schaltflüssigkeit
bleibt, damit die Unterbrechungsstelle in der Schaltflüssigkeit liegt.
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Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Flüssigkeitsschalter
für Wechselstrom mit einer Lichtbogenkammer und einem beim Ausschalten nach unten
zu ziehenden Schaltstift. Gemäß der Erfindung weist die, Lichtbogenkammer, gegebenenfalls
einschließlich eines unterhalb der Kammer angeordneten und vollständig mit Löschflüssig
,keit gefüllten Gefäßes nur eine einzige rohr- bzw. düsenfönnige Öffnung auf, in
welcher das feststehende Schaltstück angeordnet ist und durch die Löschflüssigkeit
und Schaltgase nach oben austreten können. Daher wirkt das gesamte durch den Lichtbogen
erzeugte Gas zusammen mit den mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen auf den Lichtbogen.
Das Gas kann leicht nach oben abströmen und bespült den Licht:bogen axial. Auf diese
Weise wird schon bei kleinen Lichtbogenlängen eine außerordentlich gute Löschwirkung
erzielt. Der Weg für das Gas bis zur Mündung in das Gefäß zur Trennung der Schaltflüssigkeit
vom Schaltgas kann durch stetige Vergrößerung des Strömungsquerschnittes mindestens
von der Unterseite des feststehenden Schaltstückes an so gestaltet werden, daß der
Strömungswiderstand sehr gering ist. Die Kammer kann in ein Gefäß mit isolierender
Schaltflüssigkeit, z. B. Öl, gesetzt werden. Zum Unterschied gegenüber den
bekannten Schaltern besteht aber keine Verbindung zwischen dem Innern der Kammer
und diesem Ge-fäß, durch die Schaltgase übertreten könnten. Die Anordnung
ist vielmehr, wie erwähnt, so getroffen, daß kein Gas nach unten und seitlich ausströmen
kann. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kammer besteht darin, daß das Gas frei abströmen
kann, so daß die Drücke herabgesetzt sind. Auch beginnt im Gegensatz zu bekannten
Schaltern eine Strömung der Schaltgase sofort bei Beginn des Ziehens des Lichtbogens
und nicht erst, wenn der Schaltstift aus der Kammer austritt oder der Druck so groß
wird, daß die Kammer öffnet. Die lichtbogenlöschende Einrichtung der Kammer kann
beispielsweise aus einem Stapel von Lochplatten bestehen, von denen in an sich bekannter
Weise jede zweite einen größeren Durchmesser hat, wodurch Hohlräume (Taschen) entstehen,
durch die die Schaltflüssigkeit in der Nähe des Bogens gehalten wird. Es ist vorteilhaft,
die Bohrungen für den Schaltstift in den Lochplatten so auszubilden, daß sich der
Durchmesser der Bohrungen nach oben hin vergrößert. Dadurch wird eine gute Abströmung
der Gase und eine Druckbegrenzung gesichert. Es ist nicht erforderlich, daß besondere
Einsätze verwendet werden, sondern die Kammer kann mit den Einsätzen auch aus einem
Stück bestehen. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Kammer bringt auch den weiteren
Vorteil, daß nur eine kleine Flüssigkeitsmenge hochgeschleudert wird. Infolgedessen
braucht das Gefäß, in dem Flüssigkeit und
Gas getrennt werden, nur
verhältnismäßig klein zu sein. Selbst wenn das gesamte öl bzw. die an Stelle
des öles verwendete Schaltflüssigkeit ausgeschleudert wird, ist dies nur ein Bruchteil
der ölnienge, die bei bekannten Schaltern ausgeschleudert wird. Infolgedessen kann
auch die Anordnung so getroffen werden, daß das ausgeschleuderte öl nicht
wieder in die Kammer zurückkehrt und dafür neues, sauberes öl
eingefüllt wird,
ohne daß die Kosten zu hoch werden. Das verbrauchte öl wird zweckmäßig in
einem Behälter gesammelt und nach einigen Schalthandlungen abgelassen.
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Die oben angegebene Wirkung des erfindungsgemäßen Schalters kann bei
Schaltern mit einem beim Ausschalten von unten nach oben zu ziehenden Schaltstift
nicht auftreten. Schalter mit einem nach unten zu ziehenden Schaltstift, deren Löschkammer
mit seitlichen öfftiungen versehen ist, weisen ebenfalls nicht die vorteilhafte
Wirkungsweise auf. Der Schalter nach der Erfindung unterscheidet sich auch von einem
bekannten Schalter, bei dem die, Schaltgase zum größeren Teil durch das hohle feststehende
Schaltstück und nur zu einem geringen Teil um das feststehende Schaltstück herum
austreten. Dieser bekannte Schalter hat den Nachteil, daß die Berührungsflächen
des feststehenden Schaltstückes mit dem Schaltstift durch den Lichtbogen stark beansprucht
werden, da durch die entstehende Strömung der Lichtbogen in das Schaltstück hineingezogen
wird.
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In den Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Bei dem Schalter nach Fig. 1, die die Lichtbogenkammer
1 im Schnitt zeigt, ist diese rohrförmig ausgebildet. Sie besteht aus einem
Isolierzylinder 2, in welchem Lochplatten 15 und 16 eingesetzt sind.
Die Lochplatten 15 enthalten Bohrungen für den Schaltstift 5, der
beim Ausschalten nach unten gezogen wird. Der Durchmesser der Bohrungen der
Lochplatten 15 ist kleiner als der Innendurchmesser der Lochplatten
16. Dadurch entstehen in bekannter Weise Taschen für die Löschflüssigkeit.
Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, nimmt der Durchmesser der Bohrungen der Platten
15 von unten nach oben zu. Dadurch ensteht ein düsenförmiger Kanal, und der
Querschnitt ist der jeweils durchfließenden Menge der Schaltgase angeglichen, was
den Vorteil hat, daß der Druck auch bei großen Strömen und großen Lichtbogenlängen
verhältnismäßig klein bleibt. Die Schalt-kammer besitzt oben eine einzige
öffnung, die durch das Einsatzstück 17 aus Isoliermaterial gebildet wird.
In dieser düsenförmigen öffnung ist das feststehende Schaltstück 6 angeordnet.
Dieses ist in einen Metallkörper 7 eingeschraubt, der über Rippen
8 mit dem Metallzylinder 3 verbunden ist, der sich an die Schaltkammer
anschließt und in das Gefäß 13 mündet, das in bekannter Weise zum Abscheiden
des öles vom Schaltgas dient und dem Gas den Austritt ins Freie gestattet. Der erwähnte
Plattenstapel aus den Platten 15 und 16 stützt sich unten auf einen
Isolierzylinder 18 ab. Ein Meallkörper 4 bildet den Boden für die Kammer
und trägt das Gleitschaltstück 10. Eine Dichtung 11 verhindert den
Austritt von Gas und öl nach unten. Der eine elektrische Anschluß ist mit
9, der andere mit 12 bezeichnet. Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels ist durch
eine Marke 19 angegeben. Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, sind das Einsatzstück
17 und der Metallkörper 7 so gestaltet, daß vom unteren Ende des feststehenden
Schaltstükkes an der Ausströmquerschnitt für die Gase und das mitgerissene
öl sich stetig erweitert.
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Wird der Schaltstift nach unten gezogen, so entsteht ein Lichtbogen
20, der um so mehr Gas entwickelt, je länger er ist. Die Gasströmung beginnt
bereits beim Auftreten des Lichtbogens. Das Gas kann
leicht nach oben abströmen
und nimmt, je nach der Stärke der Gasentwicklung, das über dem Schaltstift
stehende öl zum Teil oder vollständig mit. Die Gasströmung in der Kammer
erfolgt in axialer Richtung. Durch die erwähnte Erweiterung der Ausströmquerschnitte
wird das Gas-öl-Gemisch ohne wesentlichen Strömungswiderstand in das Innere des
Abscheidegefäßes hineingeführt. Das Öl in den Taschen dagegen bleibt zum
großen Teil zurück. Das ist, wie bekannt, zur Stromunterbrechung günstig. Wenn der
Lichtbogen in einem Nulldurchgang erlischt und nicht wieder zündet, zieht sich der
Stift in das verbleibende ruhende öl zurück. Dafür ist es wesentlich, daß
beim. Ausführungsbeispiel durch die öffnung für den Stift im Boden kein
öl und kein Gas austreten können. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel ein Dichtungsring
11 vorgesehen.
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Es ist vorteilhaft, das Volumen, daß der Schaltstift in der Lichtbogenkammer
bei der Abwärtsbewegung freigibt, durch Schaltflüssigkeit zu ersetzen. Dadurch wird
das Löschen des Lichtbogens bei kleinen Strömen, die, z. B. beim Abschalten von
leerlaufenden Leitungen auftreten, erleichtert. Man kann zu diesem Zweck beispielsweise
mit dem Schaltstift einen zu diesem gegenfäufig bewegten Kolben koppeln, der in
an sich bekannter Weise jeweils so viel Schaltflüssigkeit in die Kammer drückt,
wie dem Volumen entspricht, das der Schaltstift freigibt.
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Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der Schaltflüssigkeit entsprechend
dem Volumen, das der Schaltstift freigibt, in die Kammer 1 gedrückt wird,
ohne daß ein besonderer Kolben verwendet ist. Soweit die Teile mit denen der Fig.
1 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt. An die Schaltkammer
1
ist ein Stahlgefäß 25 angesetzt, das vollständig mit Schaltflüssigkeit
gefüllt ist und das Getriebe für den Schaltstift enthält. Dieses besteht im Ausführungsbeispiel
in an sich bekannter Weise aus dem Lenker 26 und der Kurbel 27, die
von der Drehwelle 28 angetrieben wird. Mit 29 ist eine Aussparung
bezeichnet, in welcher in an sich bekannter Weise der Endpunkt 30 des Lenkers
26 gleiten kann. Das Innere des Gefäßes 25 ist durch Bohrungen
31 mit dem Innern der Kammer 1. verbunden. Bei Abwärtsbewegung des
Schaltstiftes verdrängt der Schaltstift in dem Gefäß 25 so viel
öl, wie dem Volumen, das er in der Schaltkammer freigibt, entspricht. Das
öl strömt daher durch die Bohrungen 31 in das Innere der Schaltkammer
1 ein. Auch bei der Anordnung nach Fig. 2 kann kein Schaltgas und keine Schaltflüssigkeit
nach unten aus der Kammer austreten, da das Innere des Gefäßes 25 vollständig
mit Schaltflüssigkeit gefüllt ist. Eine Dichtung 11 des Schaltstiftes ist
nicht mehr erforderlich, dafür muß die Einführung der Welle in das Gefäß
25 abgedichtet sein.
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In Fig. 2 ist noch angedeutet, daß zur Erhöhung der äußeren überschlagsfestigkeit
der Kammer diese in einem Isoliergefäß, z. B. einem Porzellangefäß 32,
angeordnet
sein kann, wobei der Zwischenraum zwischen beiden mit Isolierflüssigkeit gefüllt
ist. Es besteht aber im Gegensatz zu bekannten Schaltern zwischen dem Innem der
Kammer und diesem Raum
keine Verbindung. Man kann auch den Zwischenraum
mit einem Gas mit hoher elektrischer Festigkeit, z. B. mit Schwefelhexafluorid (SF6)1
füllen-In Fig. 2 ist ferner noch der Stützer 33 angedeutet, auf dem das Gefäß
25 und die Kammer ruhen.
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Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Soweit die Teile mit denen der Fig. 1
übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen
gewählt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht die Lichtbogenlöscheinrichtung
aus einem Einsatz 40 mit einem inneren Hohlraum, dessen Durchmesser sich nach oben
verjüngt. An diesen schließt sich die düsenförmige Öffnung an, die durch das Einsatzstück
17 gebildet wird. Der Kanal, der das Innere des Einsatzstückes
17 mit dem Gefäß 13 zur Abscheidung der Flüssigkeit vom Gas verbindet,
ist mit 41 bezeichnet und tulpenartig ausgebildet. Die Außenwand dieses Kanals entspricht
dem Teil 3 der Fig. 1.
Das Gefäß 13 enthält einen ringförmigen
Raum 42 mit kreisförmigem Querschnitt, in den der Kanal 41 tangential einmündet.
Das Gas und das mitgerissene Öl, die in diesen Ringraum eintreten, werden
durch die Zentrifugalkraft geschieden. Das sich im Innern des Ringraumes sammelnde
Gas wird durch einige Rohrstutzen 43 in den Gassammelraum 44 eintreten. Dieser ist
durch Öffnungen 45 mit der umgebenden Luft verbunden. Das sich abscheidende
Öl gelangt durch Bohrungen 46 in einen Sammelraum 47, der über ein Ventil
48 entleert werden kann.
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Zum Unterschied von der Anordnung nach Fig. 1
ist der Tragteil
7 für den feststehenden Kontakt nicht an Rippen befestigt, sondern bildet
einen Teil des Gefäßes 13 und der Innenwand des Kanals 41. Mit 49 ist ein
Frischölbehälter bezeichnet, der über eine kleine Bohrung 50 mit dem Innern
der Kammer verbunden ist. Er wird von Zeit zu Zeit mit Hilfe des Füllstutzens
51 aufgefüllt. Auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind das
Einsatzstück 17, der Metallteil 7 und das dem Teil 3 der Fig.
1 entsprechende Stück so ausgebildet, daß sich der Abströmquerschnitt, von
der Unterseite des feststehenden Schaltstückes an gerechnet, nach oben stetig erweitert.
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Im Ausführungsbeispiel ist vor die durch das Einsatzstück
17 gebildete Öffnung eine Einengung 52 in der Schaltkammer vorgesehen,
in der sich eine starke Löschmittelströmung ausbildet, die zum Erlöschen des Lichtbogens
beiträgt. Dadurch, daß sich das Innere des Einsatzstückes 40 nach unten erweitert,
wird beim Herunterziehen des Schaltstiftes immer mehr Öl an der Gasbildung
beteiligt, so daß mit größer werdender Lichtbogenlänge die Löschwirkung vergrößert
wird. Das beim Ausschalten auftretende Gas-öl-Gemisch strömt nach oben ab. Durch
die stetige Erweiterung des Ausströmquerschnittes wird der Strömungswiderstand für
das Gas-öl-Gemisch gering gehalten. Das mitgerissene Öl wird in dem Ringraum
42 vom Gas geschieden.
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Nach Erlöschen des Lichtbogens fließt aus dem Frischölbehälter 49
durch die Bohrung 50 Öl nach, und die Kammer wird wieder gefüllt. Dieser
Frischölbehälter 49 ist so groß, daß er zu mehrmaligem Auffüllen der Kammer genügt,
ohne daß sich der Ölspiegel merklich senkt.
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Es kann zweckmäßig sein, den Querschnitt der Einengung 52 der
Stärke des auszuschaltenden Stromes anzupassen und damit die Höhe des auftretenden
Druckes zu begrenzen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 4 dargestellt.
In Fig. 4 besteht im linken Teil der Einsatz 40 an der genannten Stelle aus einer
elastisch verformbaren Masse, die einen mit Gas, beispielsweise mit Luft oder Schwefelhexafluorid,
vorzugsweise mit Druckgas, gefüllten Ringraum 54 aufweist, an dessen Stelle mehrere
im Kreis angeordnete Räume treten können. Dadurch wird bei hohem Druck ün Lichtbogenraum
der Querschnitt der Einengung vergrößert und somit ein zu großes Anwachsen des Druckes
verhindert.
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Eine andere Möglichkeit ist auf der rechten Seite der Fig. 4 dargestellt.
Hier wird die engste Stelle durch aneinanderliegende Formstücke 55 gebildet,
auf die das Einsatzstück 17 durch Federn 56 gedrückt wird. überschreitet
der Druck im Innern der Kammer einen bestimmten Wert, so werden die Formstücke schräg
nach oben gedrückt und heben dabei das Einsatzstück 17 etwas an. Durch das
Herausdrücken der Formstücke wird der Querschnitt der Öffnung erweitert. Fällt der
Druck, so gehen sie wieder nach innen zusammen.