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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsschalter mit einer
aus einem beweglichen Schaltstift und einem festen Schaltstück bestehenden Hauptschaltstrecke,
mit einem mechanisch angetriebenen Pumpenkolben zur Erzeugung einer die Hauptschaltstrecke
bespülenden Löschmittelströmung und mit einer nach der Hauptschaltstrecke zu öffnenden
Parallelschaltstrecke, die über einen Widerstand zu schließen ist und als deren
bewegliches Schaltstück der leitfähig ausgebildete Pumpkolben dient.
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Mit bekannten Leistungsschaltern mit erzwungener Löschmittelströmung
und vorzugsweise Öl als Löschmittel (deutsche Patentschrift 970 016) können Ströme
von beliebig kleinen bis zu sehr hohen Werten in ein bis zwei Halbwellen abgeschaltet
werden. Bei kleinen Strömen kann aber die Löschwirkung so stark werden, daß der
Strom vor seinem natürlichen Nulldurchgang gewaltsam unterbrochen wird (Stromabriß),
was bei induktiver Belastung zu hohen Überspannungen führen kann. Solche kleinen
induktiven Ströme kommen besonders bei unbelasteten Transformatoren vor. Derartige
Leistungsschalter werden durch den Parallelwiderstand zum Abschalten kleiner, insbesondere
induktiver Ströme, geeignet, ohne daß schädlich hohe Überspannungen auftreten, wie
unten an Hand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert wird.
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Bei einem bekannten Flüssigkeitsschalter der eingangs genannten Art
(Schweizer Patentschrift 318 307) ist das bewegte Pumpenglied Schaltorgan für den
außerhalb der Löschkammer angeordneten Stufenwiderstand. Die Anordnung eines Stufenwiderstandes
außerhalb der Löschkammer und die Anwendung eines Schleifers innerhalb der Löschkammer,
der mit dem Pumpkolben leitend verbunden ist, erfordert einen großen technischen
Aufwand, um zu gewährleisten, daß die Anordnung störungsfrei arbeitet. Die Aufgabe
der Erfindung ist es, mit kleinem Aufwand einen Schalter zu erhalten, der bei zuverlässiger
Arbeitsweise ein möglichst überspannungsfreies Abschalten auch kleiner Ströme ermöglicht.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst daß bei einem Schalter der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß der Pumpkolben selbst als Widerstand ausgebildet ist,
im eingeschalteten Zustand auf dem festen Schaltstück kontaktgebend aufliegt und
dieses bei der Abschaltung später als der Schaltstift verläßt.
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Es ist in diesem Zusammenhang ein Hochleistungsschalter reit Lichtbogenlöschung
durch eine sprunghafte Druckentlastung und mit einem eingebauten Schutzwiderstand
bekanntgeworden, bei dem die rohrförmig ausgebildete Schaltkammer wenigstens an
dem dem Gegenschaltstück benachbarten Ende aus Ringen aus Widerstandsmaterial aufgebaut
ist, die auf die Abschaltung kleiner kapazitiver Ströme eine günstige Wirkung haben
(deutsche Patentschrift 932 915). Auch der Erfindungsgegenstand kann vorteilhaft
für kleine kapazitive Ströme verwendet werden.
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Der von der geschlossenen Parallelstrecke gebildete Strompfad ist
vorzugsweise hochohmig im Vergleich zu dem von der geschlossenen Hauptschaltstrecke
gebildeten Strompfad. Es ist für die Erflndung wichtig, daß der leitende Pumpkolben
im eingeschalteten Zustand nicht nur lose auf dem festen Schaltstift aufliegt, sondern
dort zuverlässig Kontakt gibt. Deshalb können eine oder mehrere Federn vorgesehen
werden, die den Pumpkolben im eingeschalteten Zustand gegen das feste Schaltstück
drücken. Der Schalter nach der Erfindung enthält gewöhnlich einen Pumpkolben, der
den Schaltstift konzentrisch umgibt, von einem Mitnehmer angetrieben wird und an
seiner dem festen Schaltstück, das z. B. ein Tulpenkontakt sein kann, zugekehrten
Seite mit einer Düse zur Bespülung der Schaltstiftspitze versehen ist. Bei dieser
Ausführungsform der Erfindung ist die Düse halbleitend ausgebildet, beispielsweise
aus Kunststoff od. dgl., mit geeigneten leitenden Beimengungen, oder auch aus Isolierstoff
hergestellt, in den Widerstandsdraht in Form einer Wendel, eines Geflechtes od.
dgl. eingebettet ist oder der innen und/oder außen mit einem halbleitenden Belag
versehen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der
Zeichnung beschrieben.
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F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen .Ölströmungsschalter nach
der Erfindung im eingeschalteten Zustand, F i g. 2 denselben Schalter kurz nach
der Kontakttrennung.
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In eine mit Öl gefüllte Porzellandurchführung 1 ist eine Löschkammer
2 eingesetzt, die in ihrem unteren Teil den festen Tulpenkontakt 3 enthält. Am beweglichen
Schaltstift 4 ist ein Mitnehmer 5 befestigt, außerdem ist in der Löschkammer konzentrisch
zum Schaltstift ein Pumpkolben 6 aus Metall angeordnet, der an seinem unteren Ende
eine Düse 7 aus Isolierstoff trägt, die im eingeschalteten Zustand vom Eigengewicht
des Pumpkolbens, unterstützt durch die Druckfeder 8, auf den Tulpenkontakt 3 gedrückt
wird. Die Düse 7 ist auf der Innenseite mit einem halbleitenden Belag 9 nach Art
eines Schichtwiderstandes und an der Stelle, mit der sie den Tulpenkontakt 3 berührt,
mit einem ringförmigen Belag 10
aus einem geeigneten Kontaktwerkstoff versehen,
der mit dem Widerstandsbelag 9 verbunden ist. Es ergibt sich ein Strompfad vom Tulpenkontakt
3 über den Kontaktring 10, den Widerstandsbelag 9, die Metallteile des Pumpkolbens
6, die Feder 8 und den Mitnehmer 5 zum Schaltstift 4. Dieser Strompfad ist wegen
des Widerstandes des Belages 9 erheblich hochohmiger als der Hauptstrompfad vom
Tulpenkontakt 3 zum Schaltstift 4, zu dem er parallel geschaltet ist.
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Zum Ausschalten wird der Schaltstift 4 von einem nicht dargestellten
Antrieb aus dem Tulpenkontakt 3 herausgezogen, während der Pumpkolben 6 mit der
Düse 7 zunächst noch auf dem Tulpenkontakt 3 liegenbleibt. Die Feder 8 sorgt dabei
für eine zuverlässige Kontaktgabe zwischen dem Tulpenkontakt 3 und dem Kontaktring
10. Erst wenn die Spitze des Schaltstifts 4 die in F i g. 2 gezeichnete, für die
Bespülung des Lichtbogens günstige Stellung innerhalb der Düse 7 erreicht hat, läuft
der Mitnehmer 5 gegen einen Ansatz des Pumpkolbens 6 und nimmt diesen mit. Dadurch
setzt die Zwangsströmung des Löschmittels ein, außerdem wird jetzt der Kontaktring
10 vom Tulpenkontakt 3 abgehoben.
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Ist der auszuschaltende Strom nur klein, so kann er nach der Kontakttrennung
zwischen dem Schaltstift 4 und dem Tulpenkontakt 3 seinen Weg vollständig über den
Parallelstrompfad, also auch über den Widerstandsbelag 9 nehmen. An diesem wird
nur eine so hohe Spannung auftreten, daß ein am Hauptkontakt etwa gezogener Lichtbogen
erlischt, bevor die Löschmittelströmung einsetzt. Wird jetzt bei der weiteren Bewegung
des Schaltstiftes 4 die Düse 7 vom
Tulpenkontakt 3 abgehoben, so
entsteht zwischen diesem und dem Kontaktring 10 ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen,
der von dem als klein angenommenen Strom gespeist wird, brennt außerhalb des Bereiches
der intensiven Löschmittelströmung und erlischt daher in einem der nächsten Nulldurchgänge,
ohne daß eine nennenswerte Schaltüberspannung auftritt, auch wenn der abzuschaltende
Verbraucher hoch induktiv, z. B. ein unbelasteter Transformator ist.
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Ist der Strom größer, beispielsweise ein überlast-oder Kurzschlußstrom,
so nimmt nur ein Bruchteil davon seinen Weg durch den Widerstandsbelag 9, der Hauptanteil
bildet einen stromstarken Lichtbogen zwischen der Schaltstiftspitze und dem Tulpenkontakt
3, der durch die Löschmittelströmung in bekannter Weise gelöscht wird. Auf diese
Löschung hat der etwa zwischen dem Kontaktring 10 und dem Tulpenkontakt 3
brennende, von dem abgezweigten Teil des Stromes gespeiste Lichtbogen keinen Einfluß,
außerdem wird er schon vor dem stromstarken Hauptlichtbogen erlöschen, da sein Strom
begrenzt ist und da auf ihn nur die niedrige Brennspannung des Hauptlichtbogens
als treibende Spannung wirkt. Daher erleidet der Schalter durch die Erfindung keinerlei
Einbußen in seiner Fähigkeit, hohe Kurzschlußströme auszuschalten. Voraussetzung
dafür ist nur eine solche Bemessung des Widerstandes des Belages 9, daß der Strom,
der von der Brennspannung des Hauptlichtbogens durch den Parallelstrompfad getrieben
wird, nur einen so schwachen Lichtbogen zwischen dem Kontaktring 10 und dem
Tulpenkontakt 3 erzeugt, daß er praktisch sofort nach deren Trennung erlischt. Zur
Sicherheit sollte der Widerstand des Belages 9 aber doch so bemessen werden, daß
auch der von der vollen Schalternennspannung durch den Parallelstrompfad getriebene
Strom keinen so starken Lichtbogen zwischen dem Kontaktring 10
und dem Tulpenkontakt
3 bildet, daß er nicht bei Erreichen einer gewissen Länge des Lichtbogens auch ohne
Bespülung sicher erlischt. Da der Widerstandsbelag 9 nur während des Ausschaltens
kurzzeitig Strom führt und da er sich unter Öl befindet, wird er thermisch nicht
allzu hoch beansprucht.
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Der Schalter nach der Erfindung ist auch zum Unterbrechen kleiner
kapazitiver Ströme gut geeignet. Beim Schalten solcher Ströme kann eine Löschung
des Lichtbogens schon bei sehr kleinen Kontaktabständen und ohne Löschmittelströmung
erfolgen. Danach steigt aber die Spannung an der Schaltstrecke innerhalb einer Halbwelle
auf etwa den doppelten Scheitelwert der Netzspannung, so daß die noch nicht genügend
spannungsfeste Schaltstrecke wieder durchschlagen werden kann. Diese bekannten Rückzündungen
haben ein plötzliches Umladen der Kapazitäten unter hochfrequenten Ausgleichsvorgängen
zur Folge, bei denen nicht nur sehr starke Stromstöße auftreten, sondern auch ein
Überschwingen der Spannung bis zum mehrfachen Scheitelwert der Netzspannung möglich
ist. Beim Schalter nach der Erfindung findet die endgültige Kontakttrennung erst
durch das Abheben des Pumpkolbens bzw. der Düse 7 mit dem Kontaktring
10 vom festen Schaltstück statt. Tritt jetzt eine Rückzündung ein, so findet
der überschlag zwischen dem festen Tulpenkontakt 3 und dem Kontaktring
10
statt. In dem durch die Rückzündung wieder geschlossenen Stromkreis liegt
aber der Widerstand des Belages 9, der den Stromstoß auf einen kleinen Wert begrenzt
und den hochfrequenten Ausgleichsvorgang so stark dämpft, daß kein Überschwingen
der Spannung mehr auftritt.
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Die Erfindung ist nicht nur an Ölströmungsschaltern, sondern auch
an Schaltern mit anderen flüssigen oder gasförmigen Löschmitteln, z. B. SFe, anwendbar.