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In elektrischen Leistungsschaltern verursacht der hindurchfließende
Strom eine Erwärmung durch Joulesche Verluste in den stromführenden Teilen und durch
Wirbelstromverluste in benachbarten Eisenteilen. Die Abfuhr dieser Wärme aus dem
Schalter bereitet Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn es sich um sogenannte
Hochstromschalter handelt, die 2000 A und mehr betriebsmäßig zu übertragen haben.
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Bei Flüssigkeitsschaltern hat man versucht, die Löschflüssigkeit zur
Kühlung heranzuziehen. Zu diesem Zweck hat man bei einem dieser Schalter (deutsche
Auslegeschrift 1032 823) in der druckfesten Schaltkammer einer vertikalen
Polsäule Bohrungen vorgesehen, durch die die an den Strombahnteilen erhitzte Löschflüssigkeit
in den Ringraum zwischen der Schaltkammer und einem äußeren Porzellanüberwurf gelangen
kann. Nach der Abkühlung tritt die Löschflüssigkeit durch ähnliche Bohrungen am
unteren Ende der Schaltkammer wieder in die Schaltkammer ein. Die Bohrungen schwächen
jedoch die Schaltkammer. Außerdem ist diese Art der Wärmeabfuhr dann nicht möglich,
wenn die Schaltkammer keinen äußeren Porzellanüberwurf aufweist. Nachteilig ist
ferner, daß im Bereich des metallischen Getriebegehäuses und Schalterkopfes am unteren
bzw. oberen Ende der Schaltkammer keine eindeutige Strömung der Löschflüssigkeit
vorliegt, wie sie für eine optimale Wärmeabfuhr günstig ist, und daß die Wärme über
den schlecht leitenden Porzellanüberwurf abgegeben werden muß.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls einen flüssigkeitsarmen Leistungsschalter
mit einer vertikalen Polsäule, die aus zwei metallischen Endteilen und einer diese
verbindenden isolierenden Schaltkammer besteht und mit Einrichtungen für einen Flüssigkeitsumlauf
durch Thermosiphonwirkung versehen ist. Um den Flüssigkeitsumlauf zu ermöglichen,
sind erfindungsgemäß die metallischen Endteile außerhalb der Schaltkammer durch
ein im Verhältnis zum Schaltkammerquerschnitt dünnes Isolierstoffrohr verbunden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist unabhängig von einem äußeren Porzellanüberwurf.
Sie ergibt außerdem den Vorteil, daß die mit der freien Luft in Verbindung stehenden
Flächen in bezug auf die hindurchströmende Flüssigkeit sehr groß sind, so daß eine
intensive Kühlung erreicht wird. Auch im Getriebegehäuse und im Schalterkopf kann
man eine die Wärmeabfuhr steigernde Flüssigkeitsströmung erhalten.
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Die Erfindung unterscheidet sich von einem aus der deutschen Patentschrift
1129 211 bekannten Leistungsschalter für eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage,
bei dem ebenfalls besondere Maßnahmen zur Kühlung getroffen sind. Der bekannte Leistungsschalter
besitzt eine Gießharzisolierung der Hochspannung führenden Teile, die zugleich als
Wärmeisolierung wirkt. Um dennoch eine ausreichende Kühlwirkung zu erhalten, ist
ein als Windkessel bezeichneter Metallbehälter des bekannten Schalters doppelwandig
ausgeführt, so daß ein vom Löschmittel getrennter Ringraum entsteht. In diesem ist
eine besondere Isolierflüssigkeit untergebracht, die durch zwei Durchbrüche in der
Gießharzumhüllung mit einem außerhalb der Kapselung liegenden Wärmetauscher verbunden
ist. Unterschiedlich gegenüber der Erfindung ist ein besonderes Kühlmittel und die
Anordnung eines metallischen Wärmetauschers, der sich bei den erfindungsgemäßen
Schaltern als Überbrückung der Spannung führenden Metallteile an den Enden des Isolierstoffrohres
auswirken würde. Demgegenüber wirken beim Schalter nach der Erfindung die metallischen
Endteile der Polsäule selber als Wärmetauscher, und das dünne Isolierstoffrohr bildet
in erster Linie die für die Thermosiphonwirkung erforderliche Rückflußmöglichkeit.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 199 367 ist ferner eine
Schaltkammer für Ölschalter bekannt, die von einem zylindrischen Isolierstoffrohr
mit metallischen Stirnwänden gebildet wird. In beiden Stirnwänden sind Rückschlagventile
vorgesehen, die eine zur Kühlung dienende Durchströmung der Löschkammer ermöglichen
sollen. Bei einem durch den Lichtbogen entstehenden Überdruck im Innern der Kammer
schließen diese Ventile. Dieser bekannte Schalter ist ein Kesselölschalter, bei
dem die Schaltkammer vollständig in ein Gefäß mit Löschflüssigkeit untergetaucht
ist, durch das auch die kühlende Ölströmung verläuft. Für flüssigkeitsarme Schalter,
von denen die Erfindung ausgeht, ist diese Anordnung dagegen nicht bestimmt, und
sie weist dementsprechend auch kein besonderes Isolierstoffrohr für den Rückfluß
auf.
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Im einfachsten Falle kann man bei der Erfindung ein Isolierstoffrohr
verwenden, das oberhalb des Flüssigkeitsspiegels aus dem Schalterkopf führt, weil
man dann eine besondere Abdichtung am Schalterkopf spart. Allerdings muß man dann
den über dem Flüssigkeitsspiegel liegenden Teil des Rohres nach dem Füllen des Schalters
z. B. durch Ansaugen mit Löschflüssigkeit versorgen. Andernfalls läßt man das Isolierstoffrohr
unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Schalterkopf münden. Man kann, wenn die Wärmeabfuhr
besonders
stark sein soll, auch mehrere Isolierstoffrohre vorsehen, die vorzugsweise auf gegenüberliegenden
Seiten der Polsäule angebracht sind.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnung ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Der dargestellte ölarme Leistungsschalter für Mittelspannung wird
üblicherweise dreipolig ausgeführt. Zu jedem Pol gehört eine Polsäule, die vertikal
verläuft und mit nicht dargestellten Stützisolatoren an einem ebenfalls nicht dargestellten
Antriebsgehäuse angebracht ist. Die Polsäule besitzt ein metallisches Getriebegehäuse
1. Darin ist eine Antriebswelle 2 gelagert, die flüssigkeitsdicht durch das Getriebegehäuse
hindurchführt. Die Antriebswelle ist über eine Kurbel 3 und einen Lenker 4 mit einem
hohlen Schaltstift 5 gekoppelt, der über Kontaktrollenpaare 6 mit Stromzuführungsschienen
7 elektrisch in Verbindung steht.
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über dem Getiebegehäuse liegt die Schaltkammer 10. Sie enthält außer
dem erwähnten Schaltstift 5 ein feststehendes Schaltstück 11. Isolierstoffteile
12 und 13 sorgen für die zur Löschung des Ausschaltlichtbogens erforderliche Strömung
des Öls, mit dem die Polsäule gefüllt ist, wie z. B. in der Siemens-Zeitschrift,
38. Jahrgang, April 1964, Heft 4, S. 229 bis 231, beschrieben ist. Der Rohrdurchmesser
der Schaltkammer 10 beträgt 120 mm.
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Auf der Schaltkammer 10 ist ein Schalterkopf 15 befestigt. Mit diesem
ist das feststehende Schaltstück 11 über sternförmig verlaufende Tragteile 16 verbunden.
Über die fließt der Strom zur Anschlußklemme 17, wo Anschlußschienen 18 angeschraubt
sind. Ähnliche Anschlußschienen 1l:9 führen den Strom zur unteren Anschlußklemme
20.
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Wie schon die Abmessungen der Anschlußschienen erkennen lassen, handelt
es sich beim Ausführungsbeispiel um einen sogenannten Hochstromschalter. Der bei
Versuchen im Rahmen der zulässigen Erwärmung erreichte Strom beträgt mehr als 3000
A. Dies gelingt durch die Kühlwirkung, die ein Flüssigkeitsumlauf durch Thermosiphonwirkung
hervorbringt. Zu diesem Zweck ist in den Schalterkopf 15 ein Schlauch 24 aus Polyvinylchlorid
gesteckt. Der Schlauch besitzt einen Rohrdurchmesser von 14 mm, d. h. von etwa einem
Zehntei des Durchmessers der Schaltkammer 10. Er führt, wie man sieht, oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels 25 in den Schalterkopf, so daß keine Abdichtung der Einführungsstelle
erforderlich ist. Sein freies Ende 26 ragt jedoch unter den Flüssigkeitsspiegel.
Das andere Ende 27 ist in den unteren Teil des Getriebegehäuses 1 geführt. Die Einführungsstelle
ist mit einer Kittmasse abgedichtet.
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Mit dem beschriebenen PVC-Schlauch erhält man einen Flüssigkeitsumlauf,
bei dem sich das heiße Öl im Schalterkopf 15 abkühlt und durch den Schlauch 24 nach
unten strömt. Im Schalterinneren strömt es nach oben und nimmt besonders mit seinem
durch den hohlen Schaltstift 5 verlaufenden Teil erhebliche Wärmemengen auf. Die
bei Versuchen mit der beschriebenen Anordnung erhaltene Umlaufgeschwindigkeit von
mehr als 10 Liter pro Stunde reicht aus, um die bei einem Strom von 3000A entstehende
Wärme so weit aus dem Schalter abzuführen, daß keine unzulässige Übertemperatur
entsteht. Für noch größere Ströme kann man entweder den Schlauchdurchmesser vergrößern
oder aber mehrere Schläuche, insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten jeder Polsäule
vorsehen.
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Für den Fall, daß im Schalter beim Ausschalten große Drücke auftreten
können, empfiehlt es sich, im Bereich der metallischen Wände von Getriebegehäuse
1 und Schalterkopf 15 Rückschlagventile vorzusehen. In diesem Fall kann das Isolierstoffrohr
24 wesentlich schwächer als das Schaltergehäuse ausgeführt werden. Es genügt die
beim Ausführungsbeispiel gezeigte Ausführung als PVC-Schlauch.