DE1490378B1 - Elektrischer Fluessigkeitsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Flüssigkeitsschalter mit einem beweglichen Schaltstift mit Isolierstoffspitze und mit einer mit Löschflüssigkeit gefüllten Kammer, aus der die Löschflüssigkeit beim Ausschalten durch eine in einem Isolierstoffkörper angeordnete Düse abströmt, durch die der Schaltstift hindurchragt, wenn er in der Einschaltstellung mit einem außerhalb der Kammer liegenden feststehenden Schaltstück in Eingriff steht.

Es ist ein flüssigkeitsarmer Löschkammerschalter dieser Art bekannt (deutsche Patentschrift 761 467), bei dem eine Flüssigkeitsströmung zur Löschung des Ausschaltlichtbogens zwischen dem beweglichen SchaltstiftunddemfeststehendenSchaltstückmiteinem Differentialkolben hervorgebracht wird. Der Schaltstift, der eine Isolierstoffspitze aufweist, ragt in der Einschaltstellung durch die Öffnung eines als Behältermiindstück bezeichneten Isolierstoffkörpers hindurch. Beim Ausschalten drückt der Differentialkolben mit seiner kleinen Kolbenfläche die Löschflüssigkeit entegen der Ausschaltbewegung des Schaltstiftes durch die Öffnung des Behältermund-Stückes, damit der Lichtbogen in dem engen Ringkanal zwischen dem Mundstück und der Isolierstoffspitze gelöscht wird.

Ebenfalls mit einem Differentialkolben arbeitet ein anderer bekannter Flüssigkeitsschalter (deutsche Patentschrift 800 870). Mit der kleinen Kolbenseite geförderte Löschflüssigkeit gelangt dabei durch einen Ringkanal in eine Bohrung, durch die der Schaltstift beim Ausschalten vom feststehenden Schaltstück nach unten weggezogen wird.

Ziel der Erfindung ist ein elektrischer Flüssigkeitsschalter, bei dem eine wirksame Löschmittelströmung ohne Differentialkolben erhalten wird. Hierzu ist bei einem Schalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Düse über einen Kanal im Isolier-Stoffkörper mit der Kammer derart verbunden, daß die aus dem Kanal austretende Löschflüssigkeit den Lichtbogen in der Düse von mehreren Seiten bespült. Dadurch ergibt sich folgende Wirkungsweise:

Beim Ausschalten zieht der Schaltstift einen Lichtbogen vom feststehenden Schaltstück in die Kammer hinein. Darin erzeugt der Lichtbogen durch Zersetzung der Löschflüssigkeit einen Druck, weil die Abströmung der Schaltgase durch die Düse hindurch von der Isolierstoffspitze behindert wird. Ein gewisser Druck baut sich im übrigen schon in der Kammer auf, wenn der Lichtbogen selbst noch nicht bis in die Kammer hineinreicht. Der Druck in der Kammer verursacht, wenn die Isolierstoffspitze die Mündung des Kanals freigibt, eine Löschflüssigkeitsströmung, die aus der Kammer durch den Kanal in die Düse führt. Diese beruht offenbar darauf, daß der Kanal einen wesentlich kleineren Strömungswiderstand als der durch die Isolierstoffspitze verengte Teil der Düse hat. Die aus dem Kanal austretende Löschflüssigkeit bespült den Lichtbogen im Düsenteil zwischen der Kanalmündung und dem feststehenden Schaltstück von mehreren Seiten, so daß der Lichtbogen von den Isolierstoffwänden der Düse ferngehalten und zum Erlöschen gebracht wird.

Der Kanal ist zweckmäßig ein Ringkanal, wie an sich bekannt ist. Man erhält dann eine rotationssymmetrisch gleichmäßige Bespülung des Lichtbogens, die den Lichtbogen etwa in der Achse des Kanals fixiert. Mit Vorteil wird der Querschnitt in Richtung des Kanals in Richtung auf die Düse verringert. Die Löschflüssigkeit tritt dann mit großer Geschwindigkeit in die Düse ein und gelangt bis in den Lichtbogenkern. Eine Verengung erhält man bei Verwendung eines Ringkanals mit konstanter Höhe, weil der Strömungsquerschnitt dann mit dem Durchmesser des Ringkanals abnimmt. Will man eine noch stärkere Verengung haben, so kann man auch die Höhe des Ringkanals in Richtung auf die Düse verkleinern.

Das Eindringen der Löschflüssigkeit in den Lichtbogen kann ferner dadurch begünstigt werden, daß der Kanal möglichst quer zur Achse der Düse in die Düse mündet. Der Winkel zwischen der Achse des Kanals im Bereich der Mündung und der Achse der Düse sollte deshalb größer sein als 40°.

Es empfiehlt sich, den Kanal mit Hilfe einer von dem Isolierstoffkörper ausgehenden Wand in das Innere der Kammer hinein zu verlängern. Man erreicht dadurch, daß immer frische Löschflüssigkeit aus den von der Düse abgelegenen Teilen der Kammer in den Kanal gepreßt wird. Bei einem Ringkanal verwendet man hierzu eine ringförmige Wand, wie an sich bekannt ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kanal in dem dem feststehenden Schaltstück zugekehrten Drittel der Länge der Düse in die Düse mündet. Die vorstehend beschriebene Löschwirkung setzt dann sehr schnell, d. h. nach einem kurzen Schaltstifthub, ein.

Da das feststehende Schaltstück außerhalb der Kammer liegt, wird der Schaltstift beim Ausschalten in Richtung der Kammer bewegt. Endet der Schaltstift auf der dem feststehenden Schaltstück abgekehrten Seite in der Kammer, mit anderen Worten, wird der Schaltstift beim Ausschalten in die Kammer gezogen, so erhält man beim Ausschalten eine Zwangsströmung, weil der Schaltstift Löschflüssigkeit aus der Kammer verdrängt. Dies kann für die Löschung kleiner Ströme günstig sein. Will man die Zwangsströmung nicht haben, so führt man das dem feststehenden Schaltstück abgekehrte Ende des Schaltstiftes auf der der Düse gegenüberliegenden Seite aus der Kammer heraus. Der Schaltstift wird dann bei der Ausschaltbewegung durch die Kammer hindurchgezogen, so daß keine Löschflüssigkeit verdrängt wird.

Die Ausschaltbewegung des Schaltstiftes verläuft zweckmäßig von oben nach unten, weil dann die Schaltgase in ihrer natürlichen Richtung leicht nach oben abströmen können. Bei einer Ausschaltbewegung von unten nach oben muß man durch Kanäle, die an der Kammer vorbeiführen, für eine Entlüftung des Raumes zwischen dem feststehenden Schaltstück und der Düse sorgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben.

Mit 1 ist das feststehende Schaltstück des Schalters bezeichnet. Es besteht in bekannter Weise aus Kontaktlamellen, die mit einer Kappe bis auf eine Öffnung für den Eintritt des Schaltstiftes abgedeckt sind. Das Schaltstück 1 wird von Rippen 2 eines Ringes 3 getragen, der an dem metallischen Schalterkopf 4 befestigt ist.

Mit dem feststehenden Schaltstück 1 der bewegliehe Schaltstift 7 zusammen. Dieser trägt an seinem oberen Ende eine Isolierstoffspitze 8. Das Isoliermaterial der Spitze ist z. B. ein Hartgewebe oder ein Kunststoff auf der Basis von Acrylsäure. Die Länge der Spitze beträgt etwa die Hälfte des Schaltstift-

durchmessers. An ihrem oberen Ende ist die Spitze konisch ausgebildet.

Am unteren Ende des Schaltstiftes 7 greift über einen Lenker 9 eine Kurbel 10 an, die auf der Schalterantriebswelle 11 sitzt. Der Schaltstift wird von zwei Kontaktrollenpaaren 13 geführt, die zugleich den Stromübergang zu zwei feststehenden Stangen 14 vermitteln. Die Stangen 14 sind an ihrem oberen Ende an einer mit Bohrungen versehenen Platte 15 befestigt. Ihr unteres Ende ist in das metallische Getriebegehäuse 16 eingelassen. In diesem Gehäuse ist auch die Schalterwelle 11 gelagert, die von dem außerhalb des Gehäuses liegenden Hebel 17 in Bewegung gesetzt werden kann. Unterhalb des Getriebegehäuses liegt ein nicht dargestellter Stützisolator, der den Schalter gegen Erde isoliert.

Mit dem Schalterkopf 4 und dem Getriebegehäuse 16 ist ein Schichtstoffrohr 20 flüssigkeitsdicht verbunden. Das Rohr 20 bildet mit dem Getriebegehäuse zusammen eine Kammer 19, die an ihrem oberen, dem feststehenden Schaltstück 1 zugekehrten Ende durch einen Isolierstoffkörper 21 abgeschlossen ist. Die Kammer ist vollständig mit Löschflüssigkeit gefüllt. Der Flüssigkeitsstand im Schalter ist bei 22 angedeutet.

Der Isolierstoffkörper 21 besitzt eine zentrische Bohrung 24. Die Bohrung bildet eine Düse, durch die der Schaltstift 7 in der Einschaltstellung in das feststehende Schaltstück 1 hineinragt. Die Länge der Düse beträgt etwa das Dreifache des Schaltstiftdurchmessers. Im oberen Drittel der Länge der Düse mündet ein Ringkanal 25 in die Düse, dessen Höhe sich in Richtung auf die Düse verringert. Der Ringkanal teilt die Düse in einen oberen, dem feststehenden Schaltstück zugekehrten Teil 26 und einen unteren Teil 27 zwischen der Kanalmündung und der Kammer. Im Ausführungsbeispiel ist der untere Teil 27 der Düse im Durchmesser nur wenig, z. B. um 1 mm, der obere Düsenteil 26 dagegen etwas mehr, beispielsweise um 2 mm, größer als der Schalt-Stiftdurchmesser.

Der Isolierstoffkörper 21 besitzt auf der der Kammer zugekehrten Seite eine ringförmige Wand 30, die sich in die Kammer hinein erstreckt. Die Wand 30 ist über Rippen 31 mit dem an der Innenwand des Rohres 20 anliegenden Teil 32 des Isolierstoffkörpers verbunden.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird der Schaltstift zum Ausschalten von oben nach unten in die Kammer hineinbewegt. Dabei wird der Lichtbogen durch die Düse 24 in die Kammer 19 hineingezogen. Der vom Lichtbogen hervorgerufene Druck preßt das Löschmittel durch den Kanal 25 in den oberen Teil 26 der Düse, sobald die Spitze 8 die Mündung des Kanals freigegeben hat; denn eine Strömung aus der Kammer durch den unteren Teil 27 der Düse wird von der Isolierstoffspitze 8 behindert, die diesen Düsenteil bis auf einen schmalen Ringspalt verengt.

Die Geschwindigkeit der Löschflüssigkeit beim Eintritt in die Düse ist groß, weil sich der Querschnitt des Kanals 25 in Richtung auf die Düse verengt. Das unter dem Winkel von etwa 65° gegen die Achse der Düse in die Düse eintretende Löschmittel dringt daher in die Lichtbogensäule ein und ergibt eine sichere Löschung.

Die erwähnte Löschmittelströmung ist stromabhängig, d. h. sie nimmt mit wachsendem Strom zu.

Außerdem ist beim Ausführungsbeispiel eine Zwangsströmung vorhanden, weil der Schaltstift 7 beim Ausschalten in die Kammer 19 hineingezogen wird. Er verdrängt dabei Löschflüssigkeit, die nur durch den oberen Teil 26 der Düse entweichen kann und im wesentlichen durch den Kanal 25 abströmt. Diese Zwangsströmung macht sich vor allem beim Abschalten kleiner Ströme vorteilhaft bemerkbar, wenn der vom Lichtbogen hervorgerufene Druck gering ist.

Der Isolierstoff körper 21 kann als Gieß teil, z. B. aus Gießharz, oder als Preßteil, z. B. aus Hartgewebe, hergestellt werden. Er kann einstückig sein, wobei der Kanal 25 z. B. durch Ausschmelzen von niedrigschmelzenden Kernen nach dem Gießen hergestellt wird. Man kann den Isolierstoffkörper aber auch aus zwei Teilen zusammensetzen, wobei der Ringkanal die Trennungslinie zwischen den beiden Teilen darstellt. Beide Teile besitzen dann in Richtung der Düsenachse keine Hinterschneidung und lassen sich deshalb gut entformen. Sie werden durch die Rippen 31 miteinander verbunden.

Beim Ausführungsbeispiel besteht die Düse 24 aus den beiden zylindrischen Teilen 26 und 27. Sie könnten hiervon abweichend auch beispielsweise nach oben oder unten verjüngt ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, den Durchmesser der Isolierstoffspitze nicht, wie beim Ausführungsbeispiel, gleich dem Schaltstiftdurchmesser, sondern auch größer zu machen.

Der Schalter nach der Erfindung ist insbesondere für Mittelspannungen, also Spannungen bis etwa 30 kV, geeignet. Er ist sehr einfach aufgebaut. Außer dem beweglichen Schaltstift und seinen Antriebsgliedern werden keine beweglichen Teile benötigt. Die Löscheinrichtung besteht, wie die Figur zeigt, aus wenigen, gut herstellbaren rotationssymmetrischen Isolierstoffteilen.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Flüssigkeitsschalter mit einem beweglichen Schaltstift mit Isolierstoffspitze und mit einer mit Löschflüssigkeit gefüllten Kammer, aus der die Löschflüssigkeit beim Ausschalten durch eine in einem Isolierstoffkörper angeordnete Düse abströmt, durch die der Schaltstift hindurchragt, wenn er in der Einschaltstellung mit einem außerhalb der Kammer liegenden feststehenden Schaltstück in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24) über einen Kanal (25) im Isolierstoffkörper (21) mit der Kammer (19) derart verbunden ist, daß die aus dem Kanal (25) austretende Löschflüssigkeit den Lichtbogen in der Düse (24) von mehreren Seiten bespült.

2. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstift (7) zum Ausschalten in die Kammer (19) gezogen wird.

3. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstift (7) zum Ausschalten nach unten gezogen wird.

4. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (25) in dem dem feststehenden Schaltstück (1) zugekehrten Drittel der Länge der Düse in die Düse (24) mündet.

5. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach einem

der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem feststehenden Schaltstück (1) und dem Kanal (25) liegende Teil (26) der Düse (24) einen größeren Querschnitt aufweist als der Düsenteil (27) zwischen dem Kanal (25) und der Kammer (19).

6. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Isolierstoffspitze (8) kleiner ist als die Länge des Düsenteils (27) zwisehen dem Kanal (25) und der Kammer (19).

7. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Kanals (25) in Richtung auf die Düse (24) verengt.

8. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach einem

der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (25) ein Ringkanal ist.

9. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (25) mit Hilfe einer von dem Isolierstoffkörper (21) ausgehenden Wand (30) in das Innere der Kammer (19) hinein verlängert ist.

10. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine ringförmige Wand (30).

11. Elektrischer Flüssigkeitsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Achse des Kanals (25) im Bereich der Mündung und der Achse der Düse (24) größer ist als 40°.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen