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Elektrischer Schalter Bei bekannten elektrischen Flüssigkeitsschaltern
ist häufig die Unterbrechungseinrichtung in einem Gehäuse untergebracht, das in
einem mit der Schaltflüssigkeit gefüllten Behälter angeordnet ist. Das Gehäuse dient
üblicherweise als Löschkammer, die die Einwirkung der Schaltflüssigkeit auf den
Ausschaltlichtbogen verstärkt. Außerdem bildet es einen Schutz des Behälters gegen
hohe Drücke, die der Lichtbogen durch Zersetzen der Schaltflüssigkeit hervorrufen
kann.
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Bei einem bekannten derartigen Schalter ist an Öffnungen im Boden
und Deckel des Gehäuses eine Pumpe angeschlossen, mit der ein Umlauf der Schaltflüssigkeit
durch das Gehäuse hervorgerufen werden kann. Dadurch wird die in den Kontakten entstehende
Wärine aus dem Gehäuse schnell an die Behälterwand gebracht, so daß die Stromtragfähigkeit
des Schalters erhöht wird. Nachteilig ist jedoch der zusätzliche Aufwand, den die
Pumpe mit dem zugehörigen Pumpenmotor und gegebenenfalls einer Steuereinrichtung
darstellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, zur Kühlung der Kontakte einen Umlauf
der Schaltflüssigkeit mit einfacheren Mitteln zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft
demnach einen elektrischen Schalter, dessen Unterbrechungseinrichtung in einem Gehäuse
untergebracht ist, das in einem mit Schaltflüssigkeit gefüllten Behälter angeordnet
ist, mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer die Kontakte kühlenden Flüssigkeitsströmung
durch im Boden und Deckel des Gehäuses vorgesehene Öffnungen. Erfindungsgemäß sind
die Öffnungen im Boden und Deckel des Gehäuses mit Ventilen versehen, die nur beim
Auftreten eines überdruckes im Gehäuse, insbesondere beim Ausschalten durch den
Lichtbogendruck geschlossen werden und im übrigen geöffnet sind, derart, daß sich
durch die geöffneten Ventile eine natürliche Konvektion der Flüssigkeit ausbilden
kann. Diese natürliche Konvektion ergibt beim Schalter nach der Erfindung ebenfalls
eine beachtliche Steigerung der Stromtragfähigkeit, und zwar ohne aufwendige Pumpe.
Die Ventile ermöglichen dabei einen großen Durchtrittsquerschnitt, ohne daß die
Wirkung des Gehäuses im Schaltaugenblick beeinträchtigt wird.
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Ventile, die nur beim Ausschalten durch den Lichtbogendruck geschlossen
sind, hat man bei einem bekannten flüssigkeitsarmen Leistungsschalter zur Entlüftung
der Löschkammer vorgesehen. Sie führen von dort unmittelbar in den flüssigkeitsfreien
Schalterkopf und können deshalb im Gegensatz zur Erfindung keine Konvektion ermöglichen,
durch die die Stromtragfähigkeit erhöht wird. Die Ventile beim Schalter nach der
Erfindung benötigen üblicherweise nur wenig Platz. Zum Beispiel kann man bei einem
Schalter, bei dem das Gehäuse der Unterbrechungseinrichtung aus einem Isolierstoffrohr
besteht, das an beiden Enden durch Platten verschlossen ist, in den Platten mehrere
mit Gewinde versehene Bohrungen vorsehen, in die die Ventile eingeschraubt werden.
Für derartige Schalter, die beim Abschalten kleiner Ströme eine erzwungene Löschmittelströmung
aufweisen, empfiehlt es sich, an einer der Platten einen Zylinder mit in der Seitenwand
vorgesehenen Aussparungen zu befestigen, in dessen Innerem ein unter der Wirkung
von Federn stehender Kolben geführt ist, und die Bohrungen in der Platte so anzuordnen,
daß die Ventile neben den Aussparungen des Zylinders liegen. Man erreicht dadurch
einen nur kurzen Strömungsweg von den mit Ventilen versehenen Öffnungen zum Inneren
des Zylinders. Deshalb saugt der im Zylinder gleitende Kolben beim Einschalten nur
frisches Löschmittel aus der Umgebung des Gehäuses in den Zylinder.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.
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F i g. 1 zeigt einen teilweisen Schnitt durch den Schalter
gemäß der Erfindung, bei dem zur Löschung des Lichtbogens eine Flüssigkeit verwendet
wird und die Einschaltstellung des Schalters durch voll ausgezogene Linien dargestellt
ist; F i g. 2 zeigt im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch die linke
Unterbrechungseinrichtung des Schalters
nach F i g. 1. Die
Schaltstücke sind in der Einschaltstellung gezeichnet.
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P
In F i g. 1 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet,
das C, bis zur Ünie 2 mit einer geeigneten Schaltflüssigkeit 3
,gefüllt ist,
und zwar in diesem Falle mit öl, In das Gehäusel ragen zwei von einem nicht
dargestellten Deckel getragene Durchführungen 4 und 5 hinein, an deren unteren
Enden je eine Unterbrechungseinrichtun-6 befestiot ist. Die beiden Unterbrechungseinrichtungen
6 sind in der Einschaltstellung des Schalters durch eine Brücke7 leitend
miteinander verbunden.
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Die Brücke 7 wird durch eine Stange 8 aus Isoliermaterial
gehoben oder gesenkt. Die Betätigung der Stange8 kann durch irgendeinen hierfür
geeigneten, nicht dargestellten Antrieb erfolgen.
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F i 2 zeigt im vergrößerten Maßstab den Aufbau der linken Unterbrechungseinrichtung
6 des in F i g. 1
dargestellten Schalters. An dem Schraubbolzen
10 der Durchführung 4 ist ein Teil 9 befestigt. Der Teil
9
ist mit Hilfe von drei Schrauben 11, von den-In in F i
g. 2 nur eine eingezeichnet ist, an eine aus Messing oder einem anderen leitenden
Material hergestellte obere Verschlußplatte 12 angeschraubt. Die obere Verschlußplatte
12 besitzt mehrere über den Umfang verteilte Bohrungen 13, in die Schrauben
14 eingeschraubt sind, die zur Befesti 'aung der oberen Verschlußplatte 12 an einem
Rohr 15 aus Isolierinaterial dienen.
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In der Nähe der Enden des Isolierrohres 15 sind seitliche
Bohrungen vorgesehen. In die Bohrungen des Isolierrohres 15 sind zylindrische
Muttern 17
(F i g. 2) eingelegt. Außerdem sind in dem Isolierrohr
15 in axialer Richtung Öffnungen 18 vorgesehen, durch die sich die
Schrauben 14 erstrecken, die in die mit Gewinde versehenen Bohrungen 19 der
Muttern 17 eingeschraubt sind. Auf diese Weise wird das Isolierrohr
15 an der oberen Verschlußplatte 12 befestigt.
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Die obere Verschlußplatte- 12 besitzt außerdem mehrere, in diesem
Fall drei mit Gewinde versehene Bohrungen 20, in die Ventilgehäuse 21 eingeschraubt
sind. In dem Ventilgehäuse 21 sind ein Ventilteller 22 und eine Feder 23 angeordnet.
Die Feder 23 hält den Ventilteller22 in einer Lage, in der das Ventil öffnet
ist, wodurch eine Entlüftung des Inneren des Isolierrohres 15 über eine oder
mehrere in der Seitenwand des Ventilgehäuses 21 vorgesehene öffnun,gen
25 in den Raum außerhalb der Unterbrechungseinrichtung 6 ermöglicht
wird. Die für gewöhnlich offenen Ventile 26 schließen sich beim -schaltvorgang,
wenn im Inneren der Unterbrechungseinrichtung 6 ein hoher Druck herrscht,
d.h., die Ventilteller 22 werden entgegen der Wirkung der Federn 23 in die
Schließstellung gebracht. Hierdurch werden an dem oberen Ende der Unterbrechungseinrichtung
6 durch Ventile gesteuerte EntlüftLin söffnungen geschaffen.
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9 C C
Ei der Mitte der oberen Verschlußplatte 12 ist
eine Bohrung 27 vorgesehen, durch die sich eine Kontaktschraube
28 erstreckt. Das obere Ende der Kontaktschraube 28 ist
mit Gewinde versehen, auf das eine Matter29 aufgeschraubt ;st. Mit Hilfe
der Mutter 29 wird der Flansch 30 der Kontaktschraube 28 gegen die
untere Fläche der oberen Verschlußplatte 12 ge-,'rückt. Um den Flansch
30 der Kontaktschraube 28
in seiner Lage zu halten, kann ein Stift
31 vorgesehen werden, der sieh durch die obere Verschlußplatte 12 erstreckt
und in eine entsprechende Bohrung des Flansches 30 hineinragt. Am Umfang
des Flansches 30 befinden sich mehrere mit Gewinde versehene Bohrungen, in
die Schrauben 33 eingeschraubt sind, mit deren Hilfe ein Gehäuse 34 am Flansch
30 befestia wird. In dem Gehäuse 34 sind Kontaktlamellen 41 eines feststehenden
Schaltstückes 42 untergebracht, die unter der Wirkung von Kontaktedern 40 stehen
und mit einer lichtbogenfesten Auflage 39 a versehen sind.
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Mit den Kontaktlamellen 41, die das feststehende Schaltstück 42 bilden,
arbeitet ein als Stift ausgebildetes bewegliches Schaltstück 43 zusammen, an dessen
unterem Ende eine mit Bohrungen versehene Kontaktscheibe 44 befestigt ist. Auf der
Kontaktscheibe 44 stützt sich eine Feder 45 ab. Das obere Ende der Feder 45 ist
im Boden eines Zylinders 46 tz erelagert, in dessen Innerem die Feder angeordnet
ist. Der Zylinder 46 besteht aus einem Gußstück, das mehrere, in diesem Falle drei
Kanäle 47 besitzt, deren untere Enden über Bohrungen 48 einer unteren Verschlußplatte
49 mit dem Raum außerhalb der Unterbrechungseinrichtung 6 in Verbindung stehen.
Die oberen Enden der Kanäle 47 stehen mit dem Raum 50 des Zylinders 46 in
Verbindung.
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An dem unteren Ende des Zylinders 46 ist die Seitenwand
52 an den Stellen 53 entfernt. Außerdem sind an dem unteren Ende des
Zylinders 46 mit Gewinde versehene Bohrungen vorgesehen. In diese werden nicht dargestellte
Schrauben eingeschraubt, die sich durch Bohrungen in der unteren Verschlußplatte
49 erstrecken, wodurch der Zylinder 46 an der Verschlußplatte 49 befestigt wird.
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Im Inneren des Zylinders 46 wird ein Kolben 55
hin und her bewegt,
der die Schaltflüssigkeit, in diesein Fall Öl, aus dem Raum 56 in
das Innere des Isolierrohres 15 drückt. Das Öl gelangt hierbei in
eine noch zu beschreibende Lichtbogenlöscheinrichtung 57, wodurch die Löschung
eines bei der Abschaltung kleiner Ströme zwischen den Schaltstücken 42 und 43 brennenden
Lichtbogens erleichtert wird. Bei der Abschaltung kleiner Ströme reicht der in der
Lichtbogenlöscheinrichtung 57 herrschende Druck nicht aus, um eine Löschung
des Lichtbogens zu bewirken.
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Im Inneren des Kolbens 55 ist, wie F i g. 2 erkennen
läßt, ein ringförmiges Federlager 58 angeordnet. Das Federlagger
58 nimmt den Kolben 55 beim Ausschaltvorgang nicht sofort mit, sondern
erst, nachdem es die mit D (F i g. 2) bezeichnete Strecke zurückgelegt
hat. Das Federlager 58 nimmt dann den Kolben 55
nach unten mit, wodurch
die bereits erwähnte Ölströmung erzeugt wird. Auf das ringförmige Federlager
58 stützen sich Federn 59 und 60 ab, die im Inneren des Zylinders
46 angeordnet sind.
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In die Brücke 7 ist ein Kontaktstück 61 ein-0 geschraubt,
das die Kontaktscheibe 44 berührt und das Schließen des Schalters entgegen der Wirkung
der Federn 45, 59 und 60 bewirkt. Beim Ausschaltvorgang wird die Brücke
7 nach unten bewegt, so daß die Feder 45 eine schnelle Trennung der Schaltstücke
43 und 42 herbeiführen kann. Hierbei wird zwischen diesen Schaltstücken ein Lichtbogen
gezogen. Durch die Federn 59 und 60 wird das Federlager
58 zunächst mit dem beweglichen Schaltstück 43 gemeinsam nach unten bewegt,
und zwar so lange, bis es die Strecke D zurückgelegt hat. Bei der weiteren
nach unten gerichteten Bewegung nimmt das Federlager 58 den Kolben
55 mit. Durch die Feder 45 wird C,
das bewegliche Schaltstück
43, ohne von dem Federlager 58 behindert zu werden, nach unten geführt. Die
nach unten gerichtete Bewegung der Kontaktscheibe 44 erfolgt, da sie mit Bohrungen
versehen ist, sehr schnell. Die Kontaktscheibe 44 wird in einem Teil 62 geführt,
der mit nicht dargestellten Schrauben an der unteren Verschlußplatte 49 befestigt
ist. Die untere Verschlußplatte 49 ist genau wie die obere Versch,lußplatte 12 mit
Hilfe der Schrauben 14 an dem Isolierrohr 15 angebracht. Die nach unten gerichtete
Ausschaltbewegung des beweglichen Schaltstückes 43 wird durch einen Anschlag 64
des Teiles 62 begrenzt. Wenn das bewegliche Schaltstück 43 so weit nach unten
£geführt ist, daß die Kontaktscheibe 44 den Anschlag 64 des Teiles
62 berührt, wird die Brücke 7 allein noch so weit nach unten bewegt,
bis sie die in F i g. 1 durch die strichpunktierte Linie 65 dargestellte
Lage eingenommen hat. Hierdurch wird eine Trennstrecke zwischen der Kontaktscheibe
44 und dem Kontaktstück 61 geschaffen. Durch die Trennung der Kontaktscheibe
44 von dem Kontaktstück 61 wird der über die Parallelwiderstände
66
fließende Reststrom unterbrochen. Der parallel zu den Schaltstücken 42
und 43 liegende Widerstand 66
hat, wie bekannt ist, die Aufgabe, eine gleichmäßige
Spannungsverteilung zu bewirken.
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Auch die untere Verschlußplatte 49 ist mit mehreren, in diesem Fall
mit drei Ventilen 26 versehen, von denen in die F i g. 2 nur eins
eingezeichnet ist. Die Ventile 26 sind genauso aufgebaut wie die in der oberen
Verschlußplate 12 vorgesehenen Ventile 26. Wie F i g. 2 zeigt, sind
die Ventile 26 in der unteren Verschlußplatte 49 so angeordnet, daß sie neben
den Aussparungen 53 in der Seitenwand des Zylinders 46 liegen. Zusammen mit
den oberen Ventilen ermöglichen sie einen ungehinderten Ölumlauf im Schalter, wenn
sich das Öl bei eingeschaltetem Schalter erwärmt hat. Hierdurch wird eine
Kühlung der Schaltstücke erreicht und außerdem ein Vorrat an frischem
Öl für einen späteren Schaltvorgang in
die Löschkammer gefördert.
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. Bei der Abschaltung relativ großer Ströme ist der vom Lichtbogen
erzeugte Druck recht erheblich, wodurch eine nach unten gerichtete Bewegung des
Kolbens 55 verhindert werden kann. Dieser Druck wirkt sich auf das die Unterbrechungseinrichtung
6 vollständig ausfüllende Öl aus und drückt das Öl sowie die
Lichtbogenprodukte aus dem in der Mitte gelegenen Lichtbogenkanal 79 durch
nicht dargestellte seitliche Kanäle in den Raum außerhalb der Unterbrechungseinrichtung
6. Da die Lichtbogenlöscheinrichtung 57 über die Einlaßkanäle
77 mit dem Inneren des Isolierrohr#s 15 in Verbindung steht, herrscht
dort der gleiche Druck. Aus diesem Grunde kann es vorkommen, daß der Kolben
55 durch den in der Unterbrechungseinrichtung 6 herrschenden hohen
Druck festgehalten wird.
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Nachdem der Lichtbogen gelöscht ist, nimmt der Druck ab, und der Kolben
55 kann sich nun nach unten bewegen, wodurch ein Umlauf der Schaltflüssigkeit
erzeugt wird. Die Schaltflüssigkeit tritt hierbei aus dem Zylinder 46 durch die
hierfür in der Seitenwand vorgesehene Aussparung 53 aus und wird durch die
Einlaßkanäle 77 und die Bohrungen 68 in die Lichtbogenlöscheinrichtung
57 gedrückt. Nachdem die Schaltflüssigkeit die Lichtbogenlöscheinrichtung
57 durchströmt hat, gelangt sie durch seitliche Kanäle in den Raum außerhalb
der Unterbrechungseinrichtung 6. Die Ventile 26 sind während der Zeit,
in der in der Unterbrechungseinrichtung 6
der durch den Lichtbogen erzeugte
hohe Druck herrscht, und der späteren nach unten gerichteten Bewegung des Kolbens
geschlossen. Erst nachdem der Kolben seine Bewegung beendet hat und der Druck in
der Unterbrechungseinrichtung 6
abgeklungen ist, werden die Ventile
26 durch die Federn 23 wieder geöffnet, so daß bei Erwärmung der in
der Unterbrechungseinrichtung befindlichen Schaltflüssigkeit ein Umlauf derselben
wieder möglich ist. Dies ermöglicht das Ausströmen des heißen Öles und der heißen
Gase aus der Unterbrechungseinrichtung 6 und das Einströmen kühlen Öles in
die Unterbrechungseinrichtung, wodurch diese für eine spätere Aussehaltung mit frischem
Öl versorgt wird. Die Ausschaltstellung des beweglichen Schaltstückes 43
ist in F i g. 2 durch die gestrichelte Linie 80 angegeben. In der
Ausschaltstellung des Schalters ruht die Kontaktscheibe 44 auf dem Flansch 64 des
Teiles 62, in dem sie geführt wird.
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Bei der Abschaltung kleiner Ströme ist der vom Lichtbogen selbst erzeugte
Druck gering, so daß der für die Löschung des Lichtbogens erforderliche Druck durch
den Kolben 55 erzeugt werden muß. Der Kolben 55 drückt, wie bereits
ausgeführt wurde, die Schaltflüssigkeit aus dem Raum 56 des Zylinders 46
durch die in der Seitenwand des Zylinders vorgesehenen Aussparungen 53 heraus
und durch die Einlaßkanäle 77 und die Bohrungen 68 in die Lichtbogenlöscheinrichtung
hinein. Diese erzwungene Ölströmung trifft auf den Lichtbogen, wodurch seine Löschung
in dem Lichtbogenkanal 79 erfolgt. Nachdem der Lichtbogen gelöscht und die
Bewegung des Kolbens 55 beendet ist, werden die Ventile 26 wieder
geöffnet, so daß ein Umlauf der Schaltflüssigkeit in der bereits beschriebenen Weise
wieder möglich ist.
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Die Einschaltung des Schalters erfolgt dadurch, daß die Stange
8 durch einen geeigneten Antrieb nach oben bewegt wird, wobei sie die Brücke
7 mit den Kontaktstücken 61 mitnimmt. Nachdem die Kontaktstücke
61 sich gegen die Kontaktscheiben 44 gelegt haben, nehmen sie diese unter
gleichzeitigem Spannen der Federn 45, 59 und 60 mit, bis das bewegliche
Schaltstück 43 mit dem feststehenden Schaltstück 42 zum Eingriff gekommen ist.
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