-
Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsarmen elektrischen Leistungsschalter
mit einer Löschkammer, die einen Kanal für den Durchtritt des Schaltstiftes, mindestens
einen den Schaltstiftkanal seitlich kreuzenden und mit dem druckfreien Raum außerhalb
der Löschkammer verbindenden Auslaßkanal und mindestens eine den Schaltstiftkanal
mit dem Auslaßkanal verbindende Austrittsöffnung besitzt, und mit einer vom Schalterantrieb
betätigten Pumpe zur Förderung von Löschmittel in die Löschkammer.
-
Bei Querströmungsschaltern, die eine Pumpe aufweisen, wird häufig
das Löschmittel von der Pumpe quer von einer Seite des Schaltstiftkanals auf die
andere gefördert. Bei einem bekannten Schalter der eingangs genannten Art (britische
Patentschrift 764 074) wird das Löschmittel von dort durch den Schaltstiftkanal
seitlich kreuzende Auslaßkanäle in den druckfreien Raum gefördert. Vom Schaltstiftkanal
zu den Auslaßkanälen muß das Löschmittel bei den bekannten Schaltern einen teils
radialen, teils axialen Weg zurücklegen, der länger als der kürzestmögliche Weg
ist. Die Auslaßkanäle kreuzen den Schaltstiftkanal dort offenbar nur deshalb seitlich,
damit sie zu an bestimmten Stellen der Löschkammer angeordneten Sammelkanälen führen
können.
-
Bei Querströmungsschaltern, bei denen das Löschmittel den Schaltstiftkanal
überqueren muß, kann dort ein so hoher Druck entstehen, daß das zugeführte Löschmittel
völlig abgebremst oder sogar zurückgetrieben wird. Bei manchen Schaltern erscheinen
während des Schaltvorgangs Druckschwankungen, die entweder zu Drucksteigerungen
mit der Gefahr von Schalterexplosionen oder umgekehrt zur Bildung von Unterdruckbereichen
zu Zeiten führen können, in denen höchster Druck und höchste dielektrische Festigkeit
für die Vollendung des Schaltvorgangs erforderlich wäre.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Druckverhältnisse im
Schalter so zu vergleichmäßigen, daß einerseits die Lichtbogenleistung nicht unnötig
erhöht wird, andererseits aber der Druck im gesamten Strombereich zur sicheren Löschung
nach möglichst kurzer Zeit ausreicht. Ausgehend von dem eingangs genannten Schalter
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Austrittsöffnung vom
Schaltstiftkanal radial zum Auslaßkanal führt und daß gegenüber der Austrittsöffnung
im Auslaßkanal eine Düse mündet, durch die bei Kontakttrennung von der Löschmittelpumpe
Löschflüssigkeit in Form eines gegen die Austrittsöffnung gerichteten Strahles in
den Auslaßkanal gespritzt wird.
-
Die Schaltgase strömen durch die Austrittsöffnungen einseitig aus
dem Schaltkanal in die quer zu diesen liegenden verhältnismäßig weiten Auslaßkanäle
ein, in denen sie expandieren und zugleich von dem durch die Düsen eintretenden
Löschmittel verwirbelt werden. An den Düsenmündungen kann dabei nur ein verhältnismäßig
kleiner Gegendruck wirksam werden. Diese Wirkungsweise wird unten an Hand des beschriebenen
Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden.
-
Die Erfindung schafft einen flüssigkeitsarmen Leistungsschalter, der
imstande ist, Hochspannungs-Hochleistungs-Stromkreise in jedem Zustand des Kurzschlusses,
der Belastung oder der offenen Leitung abzuschalten. Durch die Konstruktion des
Schalters werden im Lichtbogenweg Bedingungen aufrechterhalten, die sich von Augenblick
zu Augenblick so anpassen können, wie es für die Unterbrechung des Lichtbogens und
die Verhinderung seines neuerlichen überschlagens am besten ist, unabhängig von
der Art des unterbrochenen Stromkreises. Es werden einerseits unter ungewöhnlichen
Bedingungen innerhalb des Schalters auftretende übermäßige Drücke herabgesetzt,
so daß bis zu hohen Ausschaltleistungen keine Schalterexplosion stattfinden kann;
es werden andererseits keine Unterdruckbereiche erzeugt, sondern der Druck und die
dielektrische Festigkeit der Gase im Schalter so erhöht, daß die Neubildung des
Lichtbogens verhindert ist. Es wird Kühlung und Kondensation der durch den Lichtbogen
entwickelten Gase erreicht, ohne daß eine wesentliche Erhöhung des Lichtbogenwiderstandes
während der Zeiten größter Stromstärke auftritt; die Kühlung und Entionisierung
der Gase geschieht dann, wenn der Strom sich den Nulldurchgängen der Wechselstromperioden
nähert. Die Förderung des Löschmittels erfolgt weitgehend unabhängig von der Lichtbogenintensität.
Die Löschmittelpumpe ist unabhängig von dieser augenblicklich wirkungsbereit, sobald
die Schalterkontakte sich zu trennen beginnen.
-
Gemäß einer an sich bekannten Weiterbildung der Erfindung (französische
Patentschrift 1164 808) ist der Pumpenkolben vorzugsweise durch Federkraft angetrieben.
Der Kolben ist mit dem Kontaktantrieb durch einen Anschlag verbunden, der beim Schließen
der Kontakte den Kolben zurückzieht und die Feder spannt. Die hierzu erforderliche
Kraft kann durch irgendeinen gebräuchlichen Antriebsmechanismus, z. B. eine Magnetspule,
einen Druckluft- oder einen Druckflüssigkeitsantrieb hervorgebracht werden. Beim
Ausschalten liefert die Feder auch die Energie zur Beschleunigung des beweglichen
Kontakts und veranlaßt den Beginn seiner Trennung von dem festen Kontakt. In dieser
Anfangsphase des öffnungsvorgangs ist die Löschmittelgeschwindigkeit verhältnismäßig
klein, und sie setzt der Entspannung der Feder nur geringen Widerstand entgegen;
deren Energie ist also im wesentlichen für die Beschleunigung des Schaltmechanismus
verfügbar. Wenn aber die Geschwindigkeit des Schaltstiftes zunimmt, wächst die Bremsung
des Kolbens mit einer Potenz seiner Geschwindigkeit; dies kann jedoch die Trennbewegung
der Kontakte nicht zurückhalten oder verzögern, denn der Anschlag kann sich abheben,
und der Schaltstift kann dem Kolben voreilen, so daß die größte Kontaktentfernung
in geringster Zeit möglich wird, während die Feder fortgesetzt die Löschmittelstrahlen
in die Austrittsöffnungen richtet, auch nachdem die Kontakttrennung erfolgt ist.
Die Wirkung dieser Strahlen ändert sich, wenn sich der Zustand in der Löschkammer
ändert, wie im folgenden an Hand einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
erläutert wird.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt;
darin ist F i g. 1 ein Vertikalschnitt eines der Erfindung entsprechenden ölarmen
Hochspannungsschalters nach Linie 1-1 von F i g. 2, F i g. 2 ein Grundriß des Gerätes
nach F i g.1, F i g. 3 ein waagerechter Schnitt der Löschkammer nach Linie 3-3 von
F i g.1 in größerem Maßstab, F i g. 4 ein Vertikalschnitt der Löschkammer nach Linie
4-4 von F i g. 3,
F i g. 5 eine Einzelansicht einer Löschmittelumlaufvorrichtung
als Zusatz zu dem in F i g. 1 dargestellten Schalter, F i g. 6 ein der F i g. 3
entsprechender waagerechter Schnitt einer abgeänderten Form der Löschkammer und
F i g. 7 ein Vertikalschnitt durch die in F i g. 6 dargestellte Löschkammer nach
der Linie 7-7.
-
In F i g. 1 ist mit 1 der mit Löschmittel gefüllte Sockel für die
Gesamtkonstruktion bezeichnet. Sein Oberteil ist bis auf eine kreisförmige Öffnung
geschlossen, in die eng passend das untere Ende eines Isolierrohres 3 hineinragt.
Das Isolierrohr ist aus Hartpapier hergestellt.
-
Auf dem Sockel 1 sind das Rohr 3 umgebende hohle Porzellanstützer
9, 9' montiert, die um das Rohr 3 einen ringförmigen Ölkanal frei lassen. Zwischen
den Stützern 9 und 9' befindet sich ein metallener Kontaktring 11. Der Stützer 9'
trägt oben ein Gehäuse 13 mit einem Deckel 17 und einem Entlüftungsrohr 18. Das
obere Ende des Rohres 3 ragt in einen metallenen Kopfteil 25 und ist dort
mit einem Sprengring gesichert. Die ganze äußere Konstruktion wird durch starke
Federn 21 zusammengehalten, die sich von oben auf einen Innenflansch 15 des Gehäuses
13 und von unten gegen einen auswärts ragenden Flansch 23 des Kopfteiles 25 stützen.
-
Die aktiven Teile des Schalters sind im wesentlichen ganz innerhalb
des Isolierrohres 3 gelagert. Am Deckel 23 des Kopfteiles 25 ist ein Tulpenkontakt
35 gebräuchlicher Art montiert; er wird von einem rohrförmigen isolierenden Ring
37 umgeben, der die Kontaktfinger völlig einschließt. Das untere Ende des Rings
37 stößt gegen die oberste Platte eines Stapels von Platten 38, 39 und 40 (F i g.
4).
-
Alle Platten haben nach F i g. 3 und 4 eine Mittelöffnung 41 zur Bildung
des Schaltstiftkanals sowie zum Teil Randausschnitte 43, 45 und bilden zusammen
die Löschkammer des Schalters. Sie bestehen etwa aus Fiber oder anderem geeignetem
Material und sind dicht in das Rohr 3 eingepaßt. Die mittleren Scheiben sind an
einander gegenüberliegenden benachbarten Flächen zum Teil durchgehend genutet, so
daß diese Nuten zusammen verschiedene Öldurchlässe oder -kanäle bilden. Ein solcher
Kanal 47 verläuft quer über die Scheiben; er bildet einen Auslaßkanal und steht
mit dem Schaltstiftkana141 durch eine Austrittsöffnung 49, außerdem mit den aus
den Randausschnitten 45 gebildeten Auslaßsammelkanälen in Verbindung. Ein der Austrittsöffnung
gegenüberliegender verjüngter Kanal 51 bildet eine Strahldüse, die einen
Ölstrom direkt in die Austrittsöffnung 49 richtet, wenn das Öl in dem aus den Randausschnitten
43 gebildeten Zuführkanal unter Druck gesetzt wird. Der Plattenstapel ist oben durch
die den Randausschnitt 43 nicht aufweisende Platte 38 und unten durch die nur die
Mittelöffnung 41 und den Randausschnitt 43 aufweisende Platte 40 abgeschlossen.
Er wird durch den rohrförmigen Ring 37 gegen einen Sprengring gedrückt. Austrittsöffnung
49, Auslaßkanal 47 und Düse 51 sind mehrfach vorhanden.
-
Der mit dem festen Kontakt 35 zusammenwirkende bewegliche Schaltstift
55 ist mit einer Muffe 56 am oberen Ende einer isolierenden Betätigungsstange 57
befestigt.
-
Der eine äußere Anschluß 33 des Schalters steht über das obere Gehäuse
13 und die innere Verbindung 31 mit dem Festkontakt 35, der andere Anschluß 61 über
den Kontaktring 11 und den Gleitkontakt 71 mit dem beweglichen Schaltstift 55 in
Verbindung.
-
Der Pumpenzylinder 73 ist seitlich am Sockel 1 befestigt. Das rechte
Zylinderende ragt in einen Fortsatz 75 des Sockels 1, der einerseits durch einen
oder mehrere Durchlässe 77 mit dem Inneren des Zylinders 73, andererseits durch
eine Mehrzahl von Durchlässen 79 mit dem Raum zwischen dem Rohr 3 und den Hohlstützern
9 und 9' verbunden ist.
-
Innerhalb des Zylinders ist ein Kolben 83, der durch eine starke
Ausschaltfeder 87 nach rechts gedrückt wird, gleitend auf einer verschiebbaren Stange
85 gelagert. Gewöhnlich offene Rückschlagventile 88 in dem Kolben schließen sich
gegen die Kraft von Öffnungsfedern 90, wenn der Kolben vorwärts, d. h. nach rechts
bewegt wird. Der Kolben legt sich gegen einen Kopf 89 am Ende der Stange 85, so
daß die Vorwärtsbewegung des Kolbens die Stange mitnimmt. Die Kolbenstirnfläche
liegt gegen den Innenraum des Sockels 1 hin frei.
-
Der Stangenkopf 89 ist über ein als Geradführung ausgebildetes Kurbelgetriebe
(91, 93, 95, 97, 99,101) mit dem unteren Ende 59 der Isolierstoffstange 57 verbunden.
-
Zum Schließen des Schalters wird durch einen üblichen pneumatischen,
hydraulischen oder elektrischen Antrieb 103 die Antriebsstange 85 und mit ihr der
Kolben 83 gegen den Druck der Ausschaltfeder 87 nach links gezogen. Der Antrieb
103 umfaßt auch einen an sich bekannten Auslöse- oder Ausklinkmechanismus,
der die Stange 85 zum Öffnen des Schalters freigibt, und der Feder und dem Kolben
ermöglicht, diese Stange ohne Mitschleppen des Antriebsmechanismus 103 nach rechts
zu treiben, um so den Schaltstift 55 abwärts zu ziehen.
-
Zur Inbetriebnahme wird der Schalter im wesentlichen bis zu dem bei
105 angedeuteten Niveau im Gehäuse 13 mit Öl oder einer sonstigen isolierenden
Flüssigkeit von niedrigem Dampfdruck und hoher dielektrischer Festigkeit gefüllt,
welche die gleiche Aufgabe erfüllt. Alle Öldurchlässe innerhalb des Schalters bilden
ein vollständiges Umlaufsystem, ausgehend von dem vor dem Kolben 83 liegenden Zylinderteil
über den Innenraum des Sockels 1, aufwärts durch das Rohr 3, den Kanal 43, die Düsenmündungen
51, die Auslaßkanäle 47 und die Sammelkanäle 45 in das Gehäuse 13. Der Rücklauf
führt aus dem Gehäuse 1.3 durch den Zwischenraum zwischen dem Rohr 3 und den Hohlstützern
9 und 9' durch die Öffnungen 79 und 77 zurück hinter den Kolben 83.
-
Wenn der Schalter geschlossen ist, füllt der Schaltstift 55 praktisch
den Schaltstiftkanal 41 aus, so daß der Weg für einen Öleintritt durch die schmale
Ringöffnung, welche den Schaltstift umgibt, im Vergleich zu dem Weg durch die Düsen
51 sehr eng ist und in bezug auf auf die Arbeitsweise des Gerätes vernachlässigt
werden kann.
-
Die Querschnittsfläche der Düsen 51 ist wiederum im Vergleich zu jener
der anderen Kanäle des Umlaufsystems klein; daher tritt bei Auslösung des Schalters
und Vorwärtsbewegung des Kolbens 83 nahezu der ganze Druckabfall zwischen dem unter
Druck gesetzten Innenraum des Sockels 1 und dem unter Atmosphärendruck stehenden
Gehäuse 13 in
den Düsen auf, in denen der Druck in eine Geschwindigkeit
in den gegen die Austrittsöffnungen 49
des Schaltstiftkanals 41 gerichteten
Strahlen verwandelt wird.
-
Abgesehen von der Wandreibung ist die in den Düsen erzielte Geschwindigkeit
proportional der Quadratwurzel aus dem vom Kolben 83 ausgeübten Druck.
-
Wenn der Schalter ausgelöst wird, dient zunächst praktisch die ganze
Kraft der Feder 87 zur Beschleunigung der mechanischen Teile. Der Schaltstift 55
erhält dementsprechend einen großen Teil seiner Endgeschwindigkeit vor der Kontaktunterbrechung
am Festkontakt 35. Bei zunehmender Geschwindigkeit beansprucht aber der durch das
Öl gebremste Kolben immer mehr Federkraft, die außerdem abnimmt, wenn die Feder
sich entspannt. Kurz nach der Kontakttrennung läuft der Kontaktmechanismus praktisch
frei, und fast die ganze verbleibende Energie der Feder wird dazu verwendet, das
Öl zur Strahlbildung durch die Mündungsdüsen zu treiben. Gewöhnlich wird der Kontaktmechanismus
dem Kolben allerdings nicht voreilen.
-
Vor Trennung der Kontakte kann das Löschmittel in den Schaltstiftkanal
und aufwärts in den ringförmigen Rohrabschnitt 37 strömen, wo es den durch das Zurückziehen
des Schaltstifts 55 hinterlassenen leeren Raum füllt. Schon bevor sich die Schaltkontakte
getrennt haben, treten kräftige Ölstrahlen aus den Mündungsdüsen 51 aus, die quer
durch die Auslaßkanäle 47 gegen die Austrittsöffnungen 49 des Schaltstiftkanals
verlaufen und einen Bereich hoher Turbulenz in der Austrittsöffnung schaffen, wo
die Strahlrichtung geändert und das Öl (abgesehen von dem in den Rohrabschnitt
37 strömenden Teil) in den Auslaßkana147 abgelenkt wird und von dort durch die Sammelkanäle
45 in das Gehäuse 13
strömt. Sobald sich aber die Kontakte trennen,
wird das Öl im Lichtbogenweg auf eine sehr hohe Temperatur gebracht und verdampft
augenblicklich, wobei es außerordentlich an Volumen zunimmt; dies ergibt einen hohen
Druck, der zunächst das weitere Einströmen des Öls in den Schaltstiftkanal 41 verhindert.
Das Dampfvolumen nimmt viel schneller zu, als zum Füllen des vom Schaltstift leeren
Raums benötigt wird. Der Druck des verdampften Löschmittels stößt zuerst den Ölpfropf
aus dem Auslaß und läßt ihm dann einen Dampfstrom folgen, der mit hoher Geschwindigkeit
den aus der Düse 51 tretenden Ölstrahl trifft und ihn in die Blase von entweichendem
Dampf im Kanal 47 versprüht. Dies vergrößert stark die dem heißen Dampf ausgesetzte
Oberfläche des aus dem Strahl herrührenden Öls zu einem Bereich lebhafter Turbulenz.
Im heißesten Teil der aus der Kammer austretenden Strömung tritt Verdampfung der
Tröpfchen ein. Diese Wirkung ist von ausgedehnter Kühlung begleitet, sowohl als
Folge der Expansion als auch des Wärmeverbrauchs durch die Verdampfung. In größeren
Entfernungen von der Austrittsöffnung wird der Dampf weiter gekühlt und an den als
Kerne dienenden Tröpfchen kondensiert, so daß zu der Zeit, in der das Gemisch von
Dampf und Öltröpfchen bis zu den Sammelkanälen 45 gelangt ist, der Anteil von Öl
in der Dampfphase verhältnismäßig klein ist. Unter gewöhnlichen Verhältnissen wird
der ganze Dampf kondensiert sein, sobald irgendwelche Blasen den Ölspiegel im Gehäuse
13 erreicht haben, und alle verbleibenden Blasen bestehen aus den bei der Ölzersetzung
in der hohen Lichtbogenhitze gebildeten Gasen.
-
Der einzige Austrittsweg des Löschmittels verläuft durch die Austrittsöffnungen
49, denn der Druck im Rohr 3 ist ausreichend, um ein Entweichen des Dampfes um den
Schaltstift herum nach unten zu verhindern. Der Schaltstift braucht hierzu in die
Löschkammer nicht durch eine Dichtung eingeführt zu werden, weil die Druckabfälle
dies entbehrlich machen.
-
Die aus den Strahlen herrührenden Ölteilchen behalten, sofern sie
nicht durch Zusammenstoß mit den aus den Austrittsöffnungen austretenden Gasmolekülen
gebremst werden, ihre Geschwindigkeit und rufen infolgedessen einen dynamischen
Druck an der Mündung der Austrittsöffnungen hervor, der dem von der Pumpe gelieferten
Druck nahekommt. Dementsprechend wird der Druck in der Löschkammer annähernd auf
diesem Wert gehalten, ohne ihn wesentlich unterschreiten zu können. Während des
Abschnitts der Stromperiode, in dem der Strom zunimmt und das Volumen und die Temperatur
des Dampfes im Lichtbogen steigen, erreichen die Öltröpfchen niemals den ionisierten
Dampf, in dem der Lichtbogen brennt. Sie erhöhen daher nicht den Lichtbogenwiderstand
und den im Lichtbogen frei werdenden Energiebetrag und damit den Druck, sondern
kühlen und entionisieren nur sehr schnell die auftretenden Gase oder Dämpfe, sobald
diese den eigentlichen Lichtbogenweg verlassen haben.
-
Der Druckanstieg in der Löschkammer, insbesondere an den Düsenmündungen,
ist auch deshalb verhältnismäßig klein, weil das aus den Austrittsöffnungen ausgeblasene
Gas frei expandiert, zuerst in die verhältnismäßig viel weiteren Kanäle 47 und dann
in die noch weiteren Kanäle 45, wobei nur der relativ kleine hydrostatische Druck
der Flüssigkeitssäule in den Kanälen bis hinauf zum Spiegel 105 und die Trägheit
der durch die Expansion verschobenen Flüssigkeit entgegenstehen. Dementsprechend
kann der Druck erst bei sehr hohen Strömen so groß sein oder so lang dauern, daß
er die Löschmittelströmung aus den Düsen in irgendeinem wesentlichen Ausmaß behindert
oder die Löschkammer mechanisch gefährdet.
-
Sobald der Strom im Lichtbogen zu fallen beginnt und weniger Energie
frei wird, tritt das Öl der Strahlen tiefer und tiefer in die Austrittsöffnungen
ein; es hält den Druck in der Löschkammer aufrecht und hindert ihn, unmittelbar
nach der Unterbrechung infolge der Massenträgheit des austretenden Gases unter Atmosphärendruck
zu fallen, wie es bei gebräuchlichen Schaltertypen vorkommen kann. Bei Stromnulldurchgang,
bei dem der Lichtbogen erlischt, ist die Löschkammer mit einer zusammenhängenden
Säule von entweder verflüssigtem oder entionisiertem Dampf unter einem Druck gefüllt,
der durch die Injektorwirkung der Strahlen und den von ihnen ausgehenden dynamischen
Druck sicher über Atmosphärendruck gehalten wird. Der frühere Lichtbogenweg erreicht
schnell ausreichende dielektrische Festigkeit und ist daher widerstandsfähig gegen
Wiederzünden des Lichtbogens, wenn die Spannung des Systems wiederkehrt.
-
Beobachtung von Schaltern im Betrieb hat gezeigt, daß der Lichtbogen,
wenn der Lichtbogenstrom klein und der Lichtbogen selbst fadenartig wird, sich in
Schleifen in die Austrittsöffnungen hineinzieht. Tritt
dies beim
dem Schalter nach der Erfindung auf, so kommen der Lichtbogen und die Strahlen in
besonders turbulenter und wirksamer Weise miteinander in Berührung. Die darauffolgenden
Phasenverschiebungen zwischen Strom und Druck und zwischen Druck und Geschwindigkeit
können das Eindringen der Strahlen in den Kontaktzwischenraum im Augenblick des
Stromnulldurchgangs verhindern. Es genügt indessen, daß alles nicht kondensierte
Gas gekühlt und daher entionisiert wird und daß sein Druck hoch ist. Der Lichtbogen
wird vollständig gelöscht, ehe der bewegliche Kontakt ganz aus der Löschkammer herausgezogen
ist.
-
Es muß beachtet werden, daß die beschriebenen aufeinanderfolgenden
Phasen des Löschvorganges in einem Zeitraum von höchstens einigen Millisekunden
stattfinden. So beträgt die Zeit, die die Ölstrahlen zum überqueren des Auslaßkanals
47 benötigen, annähernd nur 2 Millisekunden. Ob der Lichtbogen schließlich
so unterbrochen wird, daß er bereits nach dem ersten Stromnulldurchgang nicht wiederzündet,
hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, insbesondere von der Art der Stromkreisbedingungen
in dem Augenblick der ersten Kontaktöffnung. Bei einem schweren Kurzschluß in einem
induktiven Stromkreis fällt der Stromnulldurchgang nahezu mit dem Spannungsmaximum
zusammen, so daß nach einem schnellen Einschwingvorgang praktisch die ganze Systemspannung
an der Schaltstrecke liegt und den Lichtbogen wieder zu zünden sucht, ehe eine wesentlich
dielektrische Verfestigung der Schaltstrecke erreicht ist. Ist der Scheinwiderstand
des Stromkreises kapazitiv, wie beim öffnen einer unbelasteten übertragungsleitung,
kann die wiederkehrende Spannung zwar langsamer, dann jedoch auf das Doppelte der
normalen Systemspannung ansteigen und zu einer Wiederzündung mit weiterem Aufschaukeln
der Spannung führen, was eine besonders schwer zu beherrschende Sachlage ergibt.
Ein Schalter, der einen Stromkreis unter allen Belastungszuständen innerhalb von
drei Perioden eines 60-Hz-Systems ganz und endgültig öffnet, wird gewöhnlich als
ein extrem schnell arbeitender Schalter angesehen; die hier dargestellte Ausführung
erfüllt diese Voraussetzungen unter fast allen Arbeitszuständen.
-
Der Löschvorgang kann je nach der Art des unterbrochenen Stromkreises
und seiner Belastung, ob normal oder schwerer Fehlerstrom, etwas verschieden ablaufen.
Die Anordnung paßt sich indessen augenblicklich den Stromkreisverhältnissen so an,
daß sie den Erfordernissen jedes besonderen Falles genügt. Zunächst ermöglicht sie
jederzeit das freie Abströmen des verdampften Löschmittels und beugt dadurch Explosionsdrücken
vor. In Phasen hohen Stroms und großer Dampfentwicklung kühlt sie wirksam den gebildeten
Dampf, spritzt aber kein frisches Löschmittel in den Lichtbogenweg, das den Widerstand
erhöhen und so die entwickelte Energie vergrößern könnte. Erst wenn der Druck zu
fallen beginnt und erhöhter Widerstand erwünscht wird, um eine rasche Unterbrechung
zu bewirken, wird Löschmittel in den gegebenenfalls zu Schleifen ausgezogenen Lichtbogen
selbst eingespritzt. Während der unmittelbar darauffolgenden Phase verhindert die
Anordnung wirksam das Entstehen von Unterdrükken. Da sie so auf augenblickliche
Zustände im Lichtbogen anspricht und nicht einem festen Einspritzprogramm ohne Rücksicht
auf die Vorgänge im Lichtbogenweg folgt, ist sie in gleicher Weise zum öffnen des
Stromkreises unter allen Bedingungen tauglich, sei es schwerer Kurzschluß, Normallast
oder Belastung mit einer kapazitiven Leitung.
-
Wenn bei selbsttätig wiedereinschaltenden Geräten bei einem Dauerfehler
ionisierte Gase oder Dämpfe im Lichtbogenweg nach einer ersten Betätigung verbleiben,
so wird die zweite und dritte Unterbrechung zunehmend schwieriger, und dies hat
bei vielen bekannten Schaltern Störungen verursacht. Sobald hingegen bei einem Gerät
nach der Erfindung der Lichtbogen endgültig unterbrochen ist, füllen die Strahlen
die Lichtbogenkammer mit einer zusammenhängenden Löschmittelsäule, und eine zweite
Betätigung findet unter fast genau denselben Bedingungen wie die erste statt, ausgenommen
vielleicht die Phase des Fehlerstromes im Augenblick der Kontakttrennung.
-
Das während eines Unterbrechungsvorgangs in das Gehäuse 13 ausgestoßene
Öl ist verhältnismäßig heiß, weil es die im Lichtbogen selbst erzeugte Wärme aufgenommen
hat. Ebenso schnell aber, wie es das Gehäuse erreicht, kehrt es durch den Kanal
zwischen dem Rohr 3 und den Hohlstützen 9 und 9' zur Pumpe zurück, und auf diesem
Rückweg wird es an einer großen Kühlfläche verteilt.
-
Während eines Unterbrechungsvorgangs erfolgt die Rückkehr schnell.
Die Trägheit des das Rohr 3 umgebenden Öls ist beträchtlich, und die sehr große
Beschleunigung des vorwärts gehenden Kolbens 83 kann hinter diesem vorübergehend
einen leeren Raum entstehen lassen, der sich dann stoßartig füllt, was die Porzellanstützer
9, 9' stark beansprucht. Dies wird verhindert durch Verkleinerung des Durchlasses
77 auf ein Maß, das den ölfluß in den leeren Raum derart bremst, daß der Stoß bei
erreichter Füllung des Raumes nur einen ungefährlichen Betrag erreicht.
-
Beim Schließvorgang wird der Kolben 83 durch den Kopf 89 an der Stange
85 nach links getrieben. Die Rückschlagventile 88 öffnen sich hierbei und gestatten
verhältnismäßig freien ölfluß von der Saugseite des Kolbens zur Druckseite. Die
Öffnungsfedern 90 der Rückschlagventile sind so schwach, daß sich die Ventile schließen,
sobald der Kolben sich beim Ausschalten vorwärts zu bewegen beginnt.
-
Die stromführenden Teile des Schalters können im Einschaltzustand
gewöhnlich zufriedenstellend durch Konvektion mittels des Löschmittels gekühlt werden.
Von jenen Teilen erhitztes Öl innerhalb des Rohrs 3 steigt aufwärts, während das
Öl in dem abwärts führenden Ringraum außerhalb des Rohres wegen seiner größeren
Dichte sinkt, wobei das offene Rückschlagventil 88 seine Rückkehr zum Innenraum
des Schaltersockels 1 zur Wiederholung des Kreislaufs gestattet. Bei den mit einem
solchen Thermosiphonvorgang verbundenen verhältnismäßig geringen Geschwindigkeiten
behindern die verschiedenen Einschnürungen der Kanäle die Strömung nur wenig. Die
Konvektionsströmung hat denselben Verlauf wie die Strömung während des Unterbrechungsvorgangs.
-
Für hohe Nennströme kann die in F i g. 1 gezeigte Konstruktion so
abgeändert werden, daß sie im Einschaltzustand einen erzwungenen Löschmittelumlauf
in gleicher Richtung wie bei dem eben beschriebenen Thermosiphonumlauf hervorruft.
Hierzu wird unmittelbar über der Öffnung 77, wie in der Teilansicht F i g. 5 gezeigt
ist, ein Gehäuse 107 für einen kleinen Motor 109 gebildet, der am Ende seiner Welle
ein Flügelrad 111 trägt, welches sich innerhalb der entsprechenden
etwas
erweiterten Öffnung 77' dreht und das Öl jederzeit in Umlauf hält.
-
F i g. 6 und 7 zeigen eine etwas abgeänderte Löschkammerform, die
nach genau demselben Prinzip wie die nach F i g. 4 und 5 arbeitet, sich von dieser
aber darin unterscheidet, daß die Austrittsöffnungen, die Auslaßkanäle und die Düsen
zwischen gegenüberliegenden Seiten der Löschkammer abwechseln. In jeder der Platten
39' ist ein zusätzlicher Kanal 43' ausgespart, und die die Auslaßkanäle 47', die
Austrittsöffnungen 49' und die Düsen 51' bildende Plattennutung ist abwechselnd
an verschiedenen Seiten des Schaltstiftkanals 41' vorgesehen. Die Abänderung
nach F i g. 6 und 7 ist durch Verringerung der Plattenstärke etwas gedrängter und
ermöglicht, in einem .Schalter gegebener Größe mehr oder größere Löschmittelkanäle
und Düsen unterzubringen.
-
Der dargestellte Schalter würde in einem Mehrphasensystem für jede
Phase einen eigenen Antriebsmechanismus und eine eigene Löschmittelpumpe aufweisen.
Man könnte aber auch nur einen einzigen Antriebsmechanismus und eine einzige Pumpe
für alle Schalterpole eines Mehrphasensystems verwenden.