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Elektrischer Schalter mit Schaltkammer und Widerstand Es ist bekannt,
elektrische. Schalter mit einem Widerstand auszurüsten, der beim Ausschalten in
den Stromkreis eingeschaltet wird, bevor dieser unterbrochen wird. Der Widerstand
hat den Zweck, die Ausschaltbedingungen zu verbessern. Er verringert den zu unterbrechenden
Strom und setzt die Steilheit der wiederkehrenden Spannung herab.
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Bei einem Druckluftschalter besteht der Widerstand aus zwei konzentrischen
Porzellanzylindern, die gegensinnig mit Draht bewickelt sind, um eine geringe Induktivität
zu erhalten. Die Zylinder sind in ein Glasgehäuse eingebaut, das mit Wasserstoff
oder Stickstoff gefüllt ist. Der bekannte Widerstand mit seinem Gehäuse kann deshalb
nicht innerhalb eines normalen Schalters untergebracht werden. Er muß also außerhalb
als zusätzliches Element isoliert angebaut und durch besondere Leitungen mit den
Schaltstücken des Schalters verbunden werden.
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Zur Steuerung der Spannung hat man bei einem anderen Druckluftschalter
einen Widerstand in einem besonderen Isolator angeordnet, der aus einem Textilgewebe
mit einem eingewebten mäanderförmigen Widerstandsdraht besteht. Das Band ist in
mehreren Lagen zu einer Scheibenspule gewickelt. Mehrere solcher Scheibenspulen
liegen, durch Isolierstoffplatten voneinander getrennt, in Richtung der Isolatorachse
übereinander. Die verbleibenden Hohlräume im Isolator sind mit einer Vergußmasse
ausgegossen. Auch dieser Widerstand besitzt beträchtliche Abmessungen. Er wäre deshalb
nur schlecht an einer Schaltkammer anzubringen, wenn man ihn nicht zur Spannungssteuerung,
sondern zur Verbesserung der Ausschaltbedingungen verwenden und in den Schalter
einbauen wollte. Ungünstig ist ferner, daß der Widerstand durch das Vergießen praktisch
unlösbar im Isolator festgelegt ist.
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Bei einem anderen bekannten Schalter ist auf eine aus Metall bestehende
Schaltkammer eine Isolierstoffhülse aufgeschoben, auf die eine einzelne Lage Widerstandsdraht
gewickelt ist. Der Widerstandsdraht wird mit einer zweiten Hülse abgedeckt, die
über die erste geschoben ist. Der Widerstand erfordert deshalb in radialer Richtung
einen großen Raum. Er ist deshalb praktisch nur für Schalter mit einem großen ölkessel
geeignet, weil es bei diesen Schaltern nicht auf die Abmessungen des Widerstandes
in radialer Richtung ankommt.
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Durch die Erfindung soll dagegen ein Widerstand geschaffen werden,
der bei großer Belastbarkeit ein kleines Volumen hat, so daß er auch bei modernen
Schaltern, z. B. bei ölarmen Leistungsschaltern, angewendet werden kann, bei denen
nur ein kleiner Raum zwischen der Schaltkammer und dem die Schaltkammer umgebenden
Gehäuse vorhanden ist.
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Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der
Widerstand aus zwei in an sich bekannter Weise gegensinnig gewickelten Wicklungsteilen
besteht, die die Schaltkammer mit gleichem Abstand umgeben und mit einer Umhüllung
aus Gießharz versehen sind, die als Abstandstücke dienende Vorsprünge aufweist.
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Der neue Widerstand zeichnet sich durch eine geringe Induktivität
aus, da die gegensinnig gewickelten Teile nahe beieinander in der gemeinsamen Gießharzumhüllung
untergebracht sind. Der Strom kann deshalb beim Einschalten des Widerstandes ohne
nennenswerte Spannungserhöhung auf den Widerstand kommutiert werden.
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Der neue Widerstand ist auch in mechanischer Hinsicht vorteilhaft.
Die Umhüllung ist nicht nur Träger der Wicklungsteile. Sie bildet auch deren Abstützung
gegenüber der Schaltkammer. Dabei wird durch die Vorsprünge der Umhüllung ein Zwischenraum
geschaffen, in dem das Löschmittel zirkulieren und den Widerstand wirksam kühlen
kann. Dies ermöglicht eine hohe Belastbarkeit.
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Die radialen Abmessungen des Widerstandes, d. h. die Abmessungen in
Richtung senkrecht zur Schaltkammerachse, sind trotz des Zwischenraumes für die
Löschmittelzirkulation vorteilhaft klein, weil die Wicklungsteile bei der Erfindung
mit gleichem Abstand von der Schaltkammer angeordnet sind. Der Widerstand erstreckt
sich im wesentlichen in Richtung der Schaltkammerachse. In dieser Richtung ist üblicherweise
genügend Platz vorhanden.
Für die Isolierung des zu umgießenden
Widerstandsdrahtes hat sich eine Umspinnung mit zwei gegenläufigen Lagen einer Polyterephthalsäureesterfolie
bewährt. Sie ergibt bei hoher Wärmebeständigkeit und kleinen Abmessungen eine große
elektrische Festigkeit.
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Es kann zweckmäßig sein, einen Widerstand für eine Schaltkammer aus
mehreren Teilwiderständen zusammenzusetzen, die für sich jeweils in der erfindungsgemäßen
Weise ausgebildet sind. Bei dem letzten Teilwiderstand an den Enden eines solchen
zusammengesetzten Widerstandes macht man den äußeren Wicklungsteil zweckmäßig nur
halb so groß wie den anderen Wicklungsteil. Man erhält dadurch eine gleichmäßige
räumliche Verteilung der magnetischen Spannungen, die sich insgesamt zu Null addieren.
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Die Vorsprünge, die die Spalte zwischen den Teilwiderständen untereinander
bzw. den Widerständen und der Schaltkammer ergeben, kann man auf zwei Seiten der
Widerstandskörper beschränken. Es genügt, wenn Vorsprünge auf der der Schaltkammer
zugekehrten Innenseite und auf einer der beiden Stirnseiten vorhanden sind. Man
kann dann die Widerstände so schichten, daß sich die Vorsprünge immer auf eine ohne
Vorsprünge ausgeführte, im wesentlichen also ebene Fläche des benachbarten Teilwiderstandes
abstützen. Die Größe der Vorsprünge richtet sich nach der Größe der Spalte, die
zwischen den einzelnen Teilwiderständen und gegenüber der Wand bestehen sollen,
die die Teilwiderstände in radialer Richtung führt.
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Das Wickeln der Widerstände kann von Hand oder mit Maschinen erfolgen.
In. beiden Fällen kann man die gegensinnig gewickelten Wicklungsteile so anordnen,
daß die größte längs der Oberfläche der Gießharzummantelung vorkommende elektrische
Feldstärke an einer Seite auftritt, die nicht mit Vorsprüngen versehen ist. Bei
Teilwiderständen, die von der Schaltkammer getragen werden, ist dies die Außenseite.
An dieser Seite kann man durch besondere Mittel dafür sorgen, daß die hohe längs
der Oberfläche verlaufende Feldstärke, die durch den Spannungsabfall an den beiden
Wicklungsteilen gegeben ist, nicht zur Entladungserscheinung führt. Man kann zu
diesem Zweck beispielsweise Rippen vorsehen, wenn dafür genügend Raum zur Verfügung
steht. Man kann aber auch zwischen den beiden Wicklungsteilen eine Rinne an der
Oberfläche der Gießharzummantelung vorsehen, die so auszubilden ; ist, daß die elektrischen
Feldlinien möglichst senkrecht zur Oberfläche der Gießharzummantelung verlaufen.
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Wenn mehrere Teilwiderstände auf einer Schaltkammer zu befestigen
sind, wird man die Teilwiderstände mit Hilfe von Klemmringen gegeneinander verspannen.
Die Teilwiderstände wird man untereinander gleich ausführen. Nur an den Enden des
zusammengesetzten Widerstandes wird man, wie oben ausgeführt wurde, je einen Teilwiderstand
vorsehen, der zwei Wicklungsteile unterschiedlicher Windungszahlen enthält. Die
Form des Widerstandes paßt man der Form der Schaltkammer an. Im allgemeinen wird
man dabei zu zylindrischen Widerständen kommen. Die Erfindung ist aber auch für
andere Widerstandsformen geeignet, wie sie z. B. bei Schaltkammern mit quadratischem
Querschnitt erforderlich sind. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung der Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt ist.
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In der Fig. 1 ist der die Schaltkammer enthaltende Teil eines ölarmen
Leistungsschalters dargestellt. Die mit 1 bezeichnete Schaltkammer ist in einem
aus Porzellan bestehenden Isolator 2 untergebracht. Im Inneren der Schaltkammer
befindet sich das feststehende Schaltstück 3, das mit dem Schaltstift 4 zuzuammenwirkt.
Zwischen den beiden Schaltstücken ist eine aus einzelnen Gliedern 5 zusammengesetzte
elastische Löschkammer 6 angeordnet. Etwa in der Mitte der Schaltstrecke ist zwischen
den Gliedern eine Zwischenelektrode 8 vorgesehen. Die Zwischenelektrode besteht
aus einem metallischen Ringkörper 9 mit einer Bohrung 10. Mit dem Ringkörper ist
über Arme 11 ein weiterer Ring 12 verbunden, der, wie bei 13 angedeutet ist, zur
Festlegung der Zwischenelektrode in der Schaltkammer 1 dient. Ferner übernimmt der
Ring 12 die Verbindung des Zwischenkontaktes mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Widerstand. Die Durchführung durch die Wand der Schaltkammer 1 erfolgt mit einem
Zwischenglied 17, dessen Kontakte 18 und 19 in geeigneter, nicht dargestellter Weise
federnd ausgebildet sind.
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Der als Ganzes mit 20 bezeichnete Widerstand besteht aus drei Teilwiderständen
21 und zwei an den Enden vorgesehenen Teilwiderständen 22. Die äußeren Abmessungen
der Teilwiderstände 21 und 22 sind gleich. Die Teilwiderstände unterscheiden sich
dadurch, daß die Teilwiderstände 20 zwei gegensinnig gewickelte Wicklungsteile 24
gleicher Größe, d. h. gleicher Windungszahl, haben, während bei den Teilwiderständen
22 der eine Wicklungsteil 25 nur halb soviel Windungen wie der andere Wicklungsteil
26 besitzt. Die Teilwiderstände sind, um die Montage zu erleichtern, nicht direkt
auf die Schaltkammer 1 aufgeschoben, sondern um ein Rohr 30 geschichtet. Am unteren
Ende des Rohres 30 ist ein Rohrstück 31 vorgesehen, das mit dem Rohr 30 verklebt
ist. Eine Nut 32 dient zur Aufnahme des Anschlußstückes 33. Das Anschlußstück ist
am unteren Ende des Rohres 30 nach außen abgeknickt. Der Kontakt 19 wird deshalb
beim Aufschieben des Rohres nach innen gedrückt, so daß sich ein ausreichender Kontaktdruck
ergibt. Der andere Anschluß des Widerstandes erfolgt in geeigneter, nicht dargestellter
Weise an einem mit dem feststehenden Schaltstück 3 verbundenen Teil.
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Die Wicklungen der einzelnen Teilwiderstände werden miteinander durch
Löten oder Schweißen verbunden, wie bei 34 gezeigt ist. Nach dem Verbinden werden
die aus der Gießharzummantelung vorstehenden Drahtstücke zwischen die Spalte gedrückt,
die zwischen den Teilwiderständen bestehen, wie bei 35 dargestellt ist. Mit 36 ist
ein auf das Rohr 30 gepreßter Klemmring bezeichnet, der ein Abheben der Widerstände
nach oben verhindert.
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In der Fig. 2 ist ein einzelner Teilwiderstand 21 in vergrößertem
Maßstab dargestellt. Wie die Figur erkennen läßt, bestehen die beiden Wicklungsteile
aus je neun Lagen mit jeweils zehn Windungen. Der Wicklungsverlauf ist durch den
strichpunktiert eingezeichneten Linienzug angedeutet. Wie sich aus dem Linienzug
ergibt, liegt bei einem Spannungsabfall am Teilwiderstand die ganze Spannung zwischen
den mit
43 und 4.4 bezeichneten, sich gegenüberliegenden Ecken der
beiden Wicklungsteile 24. Bei großen Strömen kann der Spannungsabfall längs der
Wicklungsteile beträchtliche Werte annehmen, so daß auch entsprechend große Feldstärken
zwischen den beiden Wicklungsteilen auftreten. Diese Feldstärken sind in dem mit
Gießharz gefüllten Bereich 45 zwischen den beiden Wicklungsteilen verhältnismäßig
ungefährlich. Sie können aber an der Oberfläche der Gießharzummantelung zu Entladungserscheinungen
führen. Deshalb ist in der mit 46 bezeichneten Außenfläche eine Ringnut 47 vorgesehen,
die so geformt ist, daß die Feldlinien möglichst senkrecht zur Oberfläche der Gießharzummantelung
verlaufen.
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Die aus der Fig. 1 ersichtlichen Spalte zwischen den Teilwiderständen
werden durch die an der Stirnseite. 48 vorgesehenen Abstandsstücke 49 erreicht (Füg.
2). Die an der Innenseite der ringförmigen Teilwiderstände vorgesehenen Vorsprünge
50 zentrieren die Teilwiderstände in einiger Entfernung von dem Rohr 30. Die Teilwiderstände
können deshalb auf allen Seiten von dem im Schalter vorhandenen Löschmittel, im
Ausführungsbeispiel Öl, umspült und gekühlt werden.