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Druckgasschalter Zum Löschen des Ausschaltlichtbogens in elektrischen
Schaltern kann man bekanntlich Druckgas verwenden, das eine Schaltkammer mit den
Schaltstücken durchströmt, zwischen denen der Lichtbogen gezogen wird. Die Schaltkammer
ist üblicherweise zylindrisch ausgebildet. Die Schaltstücke liegen zumeist auf der
Achse des Zylinders, so daß zwischen der Schaltkammerwand und den Schaltstücken
ein Ringkanal als Druckgasleitung entsteht. Auch die Schaltstücke sind üblicherweise
rotationssymmetrische Körper, wobei häufig das Innere eines hohlen Schaltstückes
als verengter Kanal für das Druckgas wirkt.
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Um einen großen Löschmitteldurchsatz zu erhalten, soll das Druckgas
zumindest im Bereich der Schaltkammer mit Schallgeschwindigkeit strömen. Hierbei
können aber schon geringe Störungen im Verlauf der Gasströmung zu Wirbeln führen,
die eine ungleichmäßige Beblasung des Lichtbogens zur Folge haben.
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Man hat bereits versucht, die Druckgasströmung durch Wände in parallele
Teilströme zu teilen, damit die genannten Wirbel vermieden werden. Nach der schweizerischen
Patentschrift 233 662 werden z. B. in einem Krümmer einer Druckgasleitung
zugespitzte Rippen vorgesehen, die der Krümmung der Leitung angepaßt sind. Zur weiteren
Vergleichmäßigung sind auf der Abströmseite des Krümmers Strömungsgleichrichter
vorgesehen. Sie bestehen aus konzentrischen Wänden, die den Ringraum der Druckgasleitung
in mehrere koaxiale Ringräume unterteilen.
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In der deutschen Patentschrift 865 758 ist ein Druckgassehalter
angegeben, bei dem unmittelbar vor der Berührungsstelle zwischen Druckgas und Lichtboggen
Ringscheiben als Wände vorgesehen sind, die den Druckgasstrom in parallele Teilströmungen
aufteilen. Die Wände führen das in einem zum Schaltstück konzentrischen Ringraum
zuströmende Druckgas nach einer Umlenkung um 901 axial nach innen gegen die
Schaltstiftspitze.
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Bei dem Druckluftschalter nach der deutschen Auslegeschrift
1064 592 ist in den Strömungsweg der Gase unmittelbar hinter einer
Umlenkung eine Lochscheibe eingebaut. Der Querschnitt der rotationssymmetrisch angeordneten
Löcher soll zusammen mindestens gleich dem Kanalquerschnitt vor der Berührungsstelle
der Schaltstücke sein. Deshalb muß der Druckluftkanal an der Einbaustelle aufgeweitet
werden, wenn man eine ebene Scheibe einsetzt. Verwendet man dagegen, wie in der
Auslegeschrift außerdem angegeben, konische Lochscheiben, so erfordert dies mehr
Raum in axialer Richtung. Im übrigen stellen konische Lochscheiben ihrerseits wieder
eine unerwünschte Umlenkung der Gasströmung dar, wenn die Löcher aus herstellungstechnischen
Gründen senkrecht zum Kegelmantel gebohrt werden.
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Die Erfindung befaßt sich ebenfalls mit der Beeinflussung der zur
Löschung des Lichtbogens dienenden Druckgasströmung. Sie geht dabei von einem Druckgasschalter
mit annähernd zylindrischer Schaltkammer und in deren Achse angeordneten Schaltstücken
sowie mit die Druckgasströmung in parallele Teilströme teilenden Wänden zur Vermeidung
von Wirbeln aus. Gemäß der Erfindung sind die Wände in radialen Ebenen angeordnet
und etwa so lang wie der Durchmesser des festen Schaltstückes.
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Die Erfindung hat sich bei umfangreichen Untersuchungen ausgezeichnet
bewährt. Ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Teilung der Druckgasströmung
in parallele Ströme erst dann die Löschung des Lichtbogens besonders wirksam unterstützt,
wenn eine möglichst drehfreie Strömung ohne Wirbel um die Achse der Schaltstücke
und der Schaltkammer entsteht. Anderenfalls bildet sich gerade in der Achse der
Schaltkammer, in der üblicherweise der Lichtbogen brennt, eine nachteilige Unterdruck2one.
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Andererseits stellen die Wände nach der Erfindung selbst eine Störung
der Druckgasströmun 'g dar. Die durch sie verursachten Wirbel, z. B. Ablösewirbel
an der Abströmseite der Wände, sind jedoch klein gegenüber den Schaltstückabmessungen.
Wegen ihrer geringen Größe ergeben sie im Gegensatz zu den erwähnten Wirbeln um
die Schaltkammerachse, deren größter Durchmesser gleich dem Schaltkammerdurchmesser
ist, keine störende Unterdruckzone. Vielmehr sorgen sie als sogenannte Mikroturbulenz
für eine weitgehende Mischung des Druckgases mit dem Lichtbogenplasma, die die Kühlung
des Lichtbogens intensiviert und dadurch die Löschwirkung steigert.
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Bei allen vorgenannten bekannten Anordnungen ist die durch die Erfindung
unterdrückte Wirbelung
um die Schaltkammer- bzw. Schaltstückachse
außer acht gelassen. Bei der Anordnung nach der schweizerischen Patentschrift
233 662 ist nur daran gedacht, die durch die Umlenkung verursachten Ungleichmäßigkeiten
auszugleichen. Die als Strömungsgleichrichter vorgesehenen konzentrischen Rohre
sind ebenfalls nicht geeignet, eine Drehung des Gases um die Schaltkammerachse zu
verhindern.
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Zwischen den in der deutschen Patentschrift 865 758 genannten
scheibenförmigen Wänden ist ohne weiteres eine um die Schaltkammerachse kreisende
Wirbelung möglich, die gerade in dem entscheidenden Bereich des Lichtbogens zu einem
Unterdruck führt.
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Die in der deutschen Auslegeschrift 1064 592 angegebene
Lochscheibe hat überhaupt keine nennenswerte Richtwirkung für die hindurchtretenden
Gase. Sie wirkt im wesentlichen als Drossel, die einen Stau zur Folge hat. Keinesfalls
kann sie eine um die Schaltstückachse kreisende Drehung des Druckgases verhindern.
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Die Erfindung wird vorzugsweise so verwirklicht, daß die Wände in
einem Ringkanal angeordnet sind, der in bekannter Weise das feste Schaltstück umgibt,
insbesondere von dem Schaltstück und der Schaltkammerwand begrenzt wird. Hierbei
ergeben sich günstige Befestigungsmöglichkeiten und vorteilhaft geringe Breitenabmessungen
der Wände.
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Der Abstand zwischen den einzelnen Wänden richtet sich nach den jeweils
vorliegenden Verhältnissen. Er kann z. B. bei großer Länge in Strömungsrichtung
größer sein als bei kleiner Länge. Zweckmäßig wird man ihn etwa halb so groß machen
wie den Schaltstückdurchmesser.
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Die Erfindung kann auch bei räumlich begrenzten Verhältnissen angewendet
werden, weil die Wände wenig Platz erfordern. Sie können sogar vorteilhaft mit Leitblechen
baulich vereinigt werden, die eine Umlenkung bewirken. Zu diesem Zweck werden für
den Fall, daß das Druckgas an einem Ende der Schaltkammer durch einen Kanal zugeführt
wird, der einen Winkel mit der Schaltkammerachse einschließt, die Wände an dem dem
Kanal zugekehrten Ende derart versetzt angeordnet, daß sie unterschiedlich weit
in den Bereich des Kanals ragen, wobei das dem Kanal zugekehrte Ende um den Winkel
zwischen Kanal und Schaltkammerachse umgebogen ist.
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Die umgebogenen Enden sind nicht mit den Rippen nach der schweizerischen
Patentschrift 233 662 zu verwechseln. Da die Wände in der Schaltkammer radial
angeordnet sind, stehen die umgebogenen Enden mit verschiedener Richtung in den
aus der Leitung kommenden Druckgasstrom hinein. Hierbei wird lediglich durch den
Versatz zwischen den einzelnen Enden für eine gleichmäßige Verteilung der Druckgasmenge
über den Querschnitt der Schaltkammer gesorgt. Wesentlich ist aber auch in diesem
Fall die bisher nicht übliche Verhinderung von Wirbelungen um die Schaltkammerachse
herum, die durch die gemäß der Erfindung vorgesehenen Wände erhalten wird.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.
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In der Figur ist ein Teil eines Druckgassehalters mit den für die
Erfindung wesentlichen Wänden in einem Längs- und einem Querschnitt dargestellt.
Es handelt sich um einen Leistungsschalter für Mittelspannung, bei dem das als Löschmittel
verwendete Schwefelhexafluorid einen geschlossenen Gaskreis durchläuft. Zu diesem
Gaskreis gehört die in der Figur nur zum Teil sichtbare Schaltkammer 1 aus
Gießharz, in die ein Schaltkammerrohr 2 eingesetzt ist.
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Das Schaltkammerrohr 2 enthält in dem gezeichneten Bereich ein feststehendes
Schaltstück 3, das aus Kontaktfingern 4 und einem von diesem umgebenden Abbrennstift
5 besteht. Das zugehörige, in der Figur nicht sichtbare, bewegliche Schaltstück
ist ein hohler Schaltstift, der in der Einschaltstellung in einen Ringraum
6 zwischen dem Abbrennstift 5 und den Kontaktfingern 4 hineinragt
und beim Ausschalten als Auslaß für das in Ausschaltrichtung strömende Druckgas
wirkt. Das Druckgas wird dabei durch eine Düse in den Schaltstift gelenkt, die in
der Figur nicht zu sehen ist.
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Die Kontaktfinger sind beim Ausführungsbeispiel von einer Hülse
10 umgeben, die sich an ihrem in Strömungsrichtung hinten liegenden Ende
in Richtung auf die Spitze des Abbrennstiftes 5 verjüngt. Die Kappe
10 besteht aus Metall. Sie bildet eine Ab-
stützung für nicht sichtbare
Federn, die die Kontaktfinger 4 radial nach innen in Richtung auf den Abbrennstift
5 drücken. Die Kappe 10 ergibt ferner eine Verbesserung des elektrischen
Feldes, da sie die scharfen Kanten der Kontaktfinger 4 abschirmt. Sie ist zusammen
mit den Kontaktfingem 4 und dem Abbrennstift 5 an einem Schaltstückträger
11 befestigt, der durch eine Platte 12 gasdicht aus der Schaltkammer herausgeführt
ist.
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Das Druckgas wird der Schaltkammer aus einem nicht sichtbaren Hochdruckbehälter
durch einen Kanal 15 zugeführt. Der Kanal verläuft rechtwinklig zur Schaltkammerachse
und mündet oberhalb der Platte 12 in die Schaltkammer. Das Schaltkammerrohr 2 ist
dort mit einer öffnung 13 versehen. Im Ringkanal 14 zwischen der Kappe
10 und dem Schaltkammerrohr 2 sind um den Umfang des Schaltstückes
3 sechzehn Blechstreifen 16 verteilt. Die Blechstreifen bilden Wände,
die radial zur Schaltkammerachse orientiert sind. Sie reichen in der Breite, wie
der Querschnitt zeigt, vom Schaltkammerrohr 2 bis zur Außenseite der Kappe
10 bzw. bis an den Schaltstückträger 11.
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Die Länge der Wände in Richtung der Druckgasströmung ist größer als
der Innendurchmesser der Kontaktfinger 4. Sie ist gleichmäßig abgestuft, wobei die
dem Kanal 15 benachbarten Wände 16 am kürzesten sind, die dem Kanal
15 abgekehrten Wände dagegen am längsten. Die Wände sind außerdem an ihrem
den Kanal 15 zugekehrten Ende 17 mit einem Radius von etwa ein Viertel
des Schaltstückdurchmessers rechtwinklig umgebogen. Die umgebogenen Enden bilden
Leitschaufeln, die die Umlenkung des Gases erleichtern. Diese Schaufeln nehmen aus
dem einströmenden Druckgasvolumen einen bestimmten Anteil entsprechend ihrem Abstand
zu den benachbarten Wänden heraus und führen es in die Richtung derSchaltkammerachse.
AußerdieserUnterteilungder Gasströmung ergeben die Wände durch ihre Länge in Richtung
der Schaltkammerachse aber vor allen Dingen eine Beruhigung der Strömung, durch
die Wirbel um die Schaltkammerachse vermieden werden.
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Die umgebogenen Enden17 der Wände16 sind möglichst gleichmäßig auf
die Mündung des Kanals
15 gerichtet. Sie können zu diesem
Zweck zu einer durch die Achsen von Schaltkammer und Kanal 15
verlaufenden
Ebene symmetrisch angeordnet sein.
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Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, sind die Wände 16 auch bei
einer Ausführung mit Leitschaufeln sehr einfache Teile, die mit einem einzigen Werkzeug
aus Blechstreifen leicht hergestellt werden können, da sie sich lediglich in der
Länge unterscheiden.