DE2316009A1 - Anordnung zur loeschung eines lichtbogens - Google Patents

Anordnung zur loeschung eines lichtbogens

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Description

Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströmungsschalter, insbesondere in einem Blaskolbenschalter.
In Gasströmungsschaltern erfolgt bekanntlich die Löschung des Lichtbogens durch Beströmen mit einem gasförmigen Löschmittel. Es sind mehrere Schaltersysteme bekannt, bei denen dieses Löschprinzip angewendet wird.
Bei den sogenannten Zweidrucksystemen wird das Löschmit1>%i in einem Hochdruckbehälter aufbewahrt. Aus diesem Behälter strömt es beim Schaltvorgang über Ventile, Kanäle und Strömungsführungen zum Löschraum, dessen Druck niedriger ist. Die Strömung wird somit durch das Druckgefälle hervorgerufen.
Bei den Eindrucksystemen herrscht im Schaltraum ein vorbestimmter statischer Druck. Beim Schalten wird dann die notwendige Strömung durch Kompression eines Teilvolumens erzeugt. In diese Schalterkategorie gehören die sogenannten Blaskolbenschalter, bei denen mit·der Ausschaltbewegung die Bewegung eines Zylinders oder eines Kolbens gekoppelt ist. Durch die Kolbenbewegung wird ein Teilvolumen des Löschgases komprimiert. Mit der Schalterbetätigung werden in einer vorbestimmten Stellung der Düsen- bzw. Elektrodenanordnung Abströmquerschnitte freigegeben, durch die die Löschmittelströmung einsetzt. Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß in Verbindung mit diesen bekannten Schaltersystemen der Rückstaueffekt in einer Düse zur Löschung des Lichtbogens ausgenutzt werden kann.
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Es ist bekannt, daß in den genannten Schaltern die Löschgasströmung mit dem Lichtbogen in Wechselwirkung treten kann. Der Lichtbogen in einem Gasströmungsschalter brennt zwischen zwei Kontakten, von denen in der Regel mindestens einer als Rohrkontakt ausgebildet ist. Die Beströmung des Lichtbogens erfolgt in einer Düsenanordnung. Auch der erwähnte Rohrkontakt kann selbst als Düse dienen, oder es kann den Kontakten auch eine besondere Düse vorgelagert sein. Charakteristisch für alle Anordnungen ist, daß der Lichtbogen durch einen Hohlraum brennen muß, der zylindrisch, konisch oder auch Laval-düsenähnlich geformt und verschieden lang sein kann. Durch diesen die Düse bildenden Hohlraum muß der Lichtbogen brennen und auch das Löschmittel strömen. Durch den Lichtbogen wird nun diese Löschmittelströmung behindert. Brennt ein Lichtbogen durch eine Düse, so kann man zwei Zonen unterscheiden: eine innere heiße Zone mit geringer Dichte und eine äußere kalte Zone mit hoher Dichte. Durch die äußere kalte Zone strömt der größte Teil der die Düse durchsetzenden·Gesamtmasse. Je dicker nun der Lichtbogen wird, um so mehr weitet sich die heiße Zone auf und die kalte Randzone wird entsprechend kleiner. Mit zunehmender Bogendicke nimmt somit der Massendurchsatz durch die Düse ab. Füllt der Bogen den Düsenquerschnitt ganz aus, dann ist der Massendurchsatz minimal.
In einem Wechselstromschalter ändert sich der Lichtbogenstrom gemäß dem sinusförmigen Verlauf der Stromhalbwellen. Beim Abschalten eines Kurzschlußstromes tritt der genannte Effekt in der zeitlichen Umgebung des Strommaximus auf. Durch den verminderten Massenfluß ergibt sich eine entsprechend verringerte Kühlwirkung. Die im Löschraum freigesetzte Energie kann somit vom Löschmittel nicht mehr abgeführt werden. Eine Folge davon ist ein starker Druckanstieg im Löschraum. Dieser Druckanstieg kann dazu führen, daß die Zuströmung aus dem Hochdruckteil des Schalters nicht nur vermindert wird, sondern daß sich die Strömungsrichtung sogar umkehrt und mit dieser Rückströmung heißes Gas in die Zulaufkanäle gelangt. Wenn dann mit abnehmendem Strom die Strömung in der
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gewünschten Richtung wieder einsetzt, strömt zunächst das schon aufgeheizte und mit Metalldampf aus den Elektroden verunreinigte Löschmittel in die Löschanordnung.
Bei den Blaskolbenschaltern wird darüber hinaus durch den Druckanstieg im Löschraum auch die Bewegung des Kompressionssystems gebremst, weil die Differenzkraft zwischen der Antriebskraft und der Gegenkraft des komprimierten Gases immer kleiner wird und sogar das Vorzeichen ändern kann. Damit kann sich sber auch die Bewegungsrichtung des Kolbens bzw. des Zylinders umkehren. Da mit der Kompressionsmechanik im allgemeinen auch die Kontaktbewegung gekoppelt ist, so wird entsprechend auch das Auseinanderlaufen der Kontakte verzögert und unter Umständen sogar umgekehrt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese ungünstige Wirkung des Rückstaueffekts auf den Löschvorgang in einem Blaskolbenschalter zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Strömungsführung in der Nähe der Löschstrecke wenigstens ein Rückschlagventil vorgesehen ist, das in einem Kanal angeordnet ist, der durch ein Isolierstoffteil zur Löschstrecke führt. Durch das Ventil wird eine Rückströmung verhindert. Das Ventil läßt eine Löschmittelströmung nur in der Richtung zur Löschstrecke zu. Zweckmäßig können mehrere Rückschlagventile vorgesehen sein, die über den Umfang eines als Auskleidung der Löschstrecke dienenden Isolierstoffteils verteilt in den Kanälen untergebracht sind. Die Kanäle können einen runden oder auch einen sonstigen Querschnitt haben.
Besonders vorteilhaft ist die Gestaltung des Kanals als Ringspalt, der über den gesamten Umfang des Schaltrohres reicht und der von einer Rückschlag-Ringscheibe gegen die Strömungsrichtung abgedichtet wird. Der Ringspalt verläuft dann konzentrisch zur Löschstrecke.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß als
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Rückschlagventile federnde Zungen vorgesehen sind, die nach Art von Tonzungen bei Musikinstrumenten einen Strömungskanal mit entsprechendem Querschnitt abdichten. In dieser Art gestaltete Rückschlagventile sind besonders einfach herzustellen.
Es ist auch möglich, die Zungen an einem Ende drehbar zu lagern. Ihre Öffnungssteilung kann dann durch entsprechende Anschläge festgelegt werden.
Der Ringspalt kann durch rippenartige Zwischenwände in mehrere einzelne Kammern unterteilt sein. Diese hinter den Rückschlagventilen angeordneten Rippen können aus Isoliermaterial oder aus Metall oder auch aus einem Verbundmaterial dieser Werkstoffe hergestellt werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der verschiedene Ausführungsbeispiele von Löschanordnungen nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.
Pig.1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Blaskolbensystem. In Fig.2 ist eine Ausführungsform einer Löschanordnung mit einem Ringkolben dargestellt. Eine besondere Gestaltungsform der Rückschlagventile ist in Pig.3 in einem Längsschnitt, in Pig.4 im Querschnitt veranschaulicht. Mit einer festen Kontaktelektrode 2 ist ein Isolierstoffteil 4 fest verbunden, das düsenförmig ausgebildet ist und eine günstige Beströmung eines Lichtbogens 6 bewirkt, der zwischen der Kontaktelektrode 2 und einer beweglichen Gegenelektrode 8 gezogen wird. In dem zur Strömungsführung dienenden Isolierstoffteil 4 befinden sich auf dem Umfang verteilt, Strömungskanäle 10, durch die das mit einem Zylinder 12 komprimierte Löschgas in einen Ringraum 14 und einen anschließenden Löschraum 16 gelangt. Der Zylinder 12 ist gegenüber der Kontaktelektrode 2 gasdicht abgeschlossen und gleitet auf der Elektrode 2 und dem Isolierstoff teil 4, der somit auch als Führungsteil für den Kolben 12 dient. In den Strömungskanälen ist jeweils ein Rückschlagventil 18 angeordnet, das eine Gasströmung nur in der
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Richtung auf die Löschstrecke 16 zuläßt, wie in der Figur durch Pfeile 24 angedeutet ist. Die Rückschlagventile 18 selbst können in bekannter Weise gestaltet sein. Sie müssen lediglich die Forderung erfüllen, daß sie nur in einer Richtung gasdurchlässig sind. Diese Forderung wird bereits durch ein Tellerventil mit einem Dichtungskörper 19 erfüllt, das mittels einer Feder 20 auf die entsprechenden Auflageflächen gedrückt wird. Die Feder 20 gleitet auf einem Ansatz 21, der in einer Bohrung 22 in Achsrichtung beweglich gelagert ist.
Als Rückschlagventil können aber auch andere Klappensysteme verwendet werden, vorzugsweise solche, die nach dem Prinzip der Herzklappen arbeiten.
In der geschlossenen Anfangsstellung der beweglichen Gegenelektrode 8 befindet sich das System unter einem Anfangsdruck, der im gesamten System gleich ist und beispielsweise bei Verwendung von Schwefelhexafluorid als Löschmittel 6 atü betragen kann. Zum Schalten wird der Blaszylinder 12 mit einer in der Figur nicht dargestellten Antriebseinrichtung nach rechts bewegt. Die gleiche Bewegung führt auch die mit dem Blaszylinder 12 in Antriebsverbindung stehende Gegenelektrode 8 aus. Dabei entsteht ein Überdruck im Zylinderraum 26, der sich auch über die Ventile 18 im Ringraum 14 einstellt. Solange die Elektrode 8 sich noch innerhalb der Elektrode 2 bewegt, ist der Ringraum 14 praktisch abgedichtet. Nach einer Vorkompressionsphase bis zur Freigabe eines vorbestimmten Abströmquerschnittes, wenn die Elektrode 8 aus der Elektrode 2 austritt, strömt das Löschgas vom Raum 26 entsprechend seinem verminderten Volumen durch die Strömungskanäle über den Ringraum 14 auf den Lichtbogen 6, der sich zwischen den beiden nicht näher bezeichneten Enden der Elektroden 2 und 8 bildet. Das Gas strömt durch die Elektrode 2 und nach Freigabe der Düse, die durch das Profil der Führungsteile 4 in der Umgebung ihres engsten Querschnittes gebildet wird, auch in einen Raum 28 ab, der von dem Außenmantel der Elektrode 8 und dem Innenmantel des Zylinders 4 gebildet wird.
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Wird nun die dem Löschraum 16 zugeführte Lichtbogenleistung so groß, daß sie durch die mit Pfeilen 32 bzw. 34 angegebene Strömung nicht mehr abgeführt werden kann, steigt der Druck im Löschraum 16 an. Erreicht dieser Druck im Löschraum den Wert des Druckes im Raum 28 oder wird dieser Wert sogar überschritten, dann werden die Ventile 18 auf ihren Sitz gedrückt und verschließen den Raum 26, so daß eine Rückströmung nicht stattfinden kann.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die heißen Gase im Löschraum 5» die noch mit Metalldampf aus dem Material der Elektroden 2 und 8 verunreinigt sein"können, zum Löschraum 16 und durch die Elektrode 2 abströmen müssen. Sie können jedenfalls nicht in den Raum 26 zurückströmen, der den Löschgasbehälter des Schalters bildet. In diesem Raum 26 erfolgt lediglich eine weitere Kompression des dort vorhandenen, noch nicht verunreinigten Gases. Der Antrieb für den Kolben 12 braucht nur diese Kompressionsarbeit zu leisten. Er muß somit nicht gegen den hohen Druck im Ringraum 14 und dem Löschraum 16 wirken und kann somit ohne großen Aufwand hergestellt werden. Eine rückläufige Bewegung des Zylinders 12 und des mit ihm verbundenen Schaltrohres 8 ist ausgeschlossen. Sobald sich der Druck im Löschraum 16 auf einen Gegenstand der Halbwelle auf einen vorbestimmten Wert vermindert, setzt die Strömung vom Löschgasbehälter 26 wieder ein und es gelangt frisches Löschgas in die Sehaltstrecke.
Neben der Verbesserung der Schalteigenschaften des Wechselstromschalters ist auch eine günstige Dimensionierung des Antriebs für die beweglichen Teile des Blaskolbenschalters möglich.
Die Punktionsweise bleibt praktisch erhalten, wenn die Kompression des Löschgases statt durch die Bewegung des Zylinders 12 durch die Bewegung eines mit dem Schaltstück 8 gekoppelten Ringkolbens 36 bewirkt wird, wie es in Fig.2 dargestellt ist. In dieser Figur ist lediglich die obere Hälfte eines in Achsrichtung eines Antriebes nach der Erfindung geführten Querschnittes dargestellt. Die Achse des Antriebes
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ist strichpunktiert in der Figur angedeutet. Die bewegliche Elektrode 8 des Schalters ist in .ihrer Ausschaltstellung dargestellt. Zwischen dem Ende der festen Elektrode 2 und der beweglichen Gegenelektrode 8 wird deshalb der Lichtbogen 6 gezogen. Der Ringkolben 36 bewirkt die Kompression des Löschgases im Gasbehälter 26. Der Kolben 36 wird über ein in der Figur lediglich als Ansatz 38 dargestelltes Gestänge zusammen mit dem Schaltstück 8 in bekannter Weise angetrieben. Als Ventilsystem ist wieder der Ringkanal 14- gewählt, der dementsprechend durch ein als Rückschlagringscheibe 40 gestaltetes Ventil abgedichtet wird. Die Ringscheibe 40 wird durch mehrere auf ihrem Umfang verteilte Stege 41 geführt, auf denen Spiralfedern 42 angeordnet sein sollen, die den Anpreßdruck erzeugen.
Die Ventilsystemdüsen können auch für ein Zweidrucksystem verwendet werden. Dann sind die Ventile in gleüier Weise in der Nähe der Sehaltstrecke in die Zuführungen aus dem Hochdruckteil einzusetzen.
In Fig.3 sind entsprechend den Fig.1 und 2 eine feste Kontaktelektrode mit 2, ein Isolierstoffteil mit 4, der Lichtbogen mit 6, die bewegliche Kontaktelektrode mit 8, der Gasströmungskanal mit 10 und ein Ringkanal mit 14 bezeichnet. In dem düsenförmig gestalteten Isolierstoffkörper 4 ist eine in besonderer Weise gestaltete Ventileinrichtung 40 eingebaut. Die Gasströmung wird erzeugt durch einen Blaskolben 42, der so gestaltet ist, daß bei der Kompression des mit einem Löschgas gefüllten Behälters 26 ein möglichst kleines Totvolumen übrig bleibt.
Mit der festen Elektrode 2 soll auch der Düsenkörper 4 fest verbunden sein, der seinerseits an einem zylinderförmigen Schaltergehäuseteil 44 befestigt ist. Der Blaskolben 42 wird durch einen in der Figur nicht dargestellten Antrieb zusammen mit der Elektrode 8 in bekannter Weise bewegt.
Es kann aber auch der Kolben 4 2 fest mit dem Gehäuse 44 verbunden sein. Dann wird die Elektrode 2, die mit dem
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Düsenkörper 4 fest verbunden ist, beim Ausschaltvorgang durch einen nicht dargestellten Antrieb nach links bewegt. Bei dieser Bewegung gleitet der Düsenkörper 4 im Zylinder Das Ergebnis beider Bewegungsvorgänge besteht darin, daß das unter einem bestimmten Druck, dem sogenannten Vordruck, stehende Löschgas im Behälter 26 komprimiert wird und durch die Löschkanäle 10 im Düsenkörper 4 in den Strömungskanal 14 gelangt und von dort auf den zwischen den Elektroden 2 und 8 brennenden Lichtbogen strömt. In Verbindung mit Schwefelhexafluorid SP/- als Löschgas kann der Vordruck des Löschgases im Raum 26 beispielsweise 6 N/m betragen.
Die Ventile 40 können vorzugsweise aus Federn oder Klappen bestehen, die von der Strömung aus dem Gasbehälter 26 aufgedrückt werden. Die Öffnungsstellung der Federn kann vorzugsweise durch besondere Anschläge 52 festgelegt werden, die beim Auftreten eines Überdruckes die Strömungskanäle 8 schließen und damit eine Rückströmung verhindern.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die beweglichen Elemente der Ventile 50 sehr leicht gemacht werden können. Diese Ausführungsform ermöglicht somit sehr schnelle Öffnungsund Schließbewegungen.
Der Gesamtquerschnitt der in der Figur nicht näher bezeichneten Öffnungen des Kanals 10 wird mindestens so groß wie die Summe der Querschnitte innerhalb der festen Elektrode 2 und der durch den Isolierstoffkörper 4 gebildeten Düse gewählt.
Im Querschnitt nach Fig.4 sind die feste Elektrode 2, der Isolierstoffkörper 4 und das Gehäuse 44 zu erkennen. Innerhalb der gestrichelt angedeuteten äußeren Begrenzung 54 und einer inneren Begrenzung 55 ist der Isolierstoffkörper mit öffnungen 56 versehen, die jeweils mit einem Schließelement 58 abgedeckt sind. Die Schließelemente sind an einem Ende befestigt, beispielsweise mittels einer Schraube 60. Sie können aber auch an einem Ende in einer entsprechend gestalteten Vorrichtung eingeklemmt sein.
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Ferner können die Schließelemente 58 auch an einem Ende drehbar gelagert sein. Da ihre Öffnungsstellung durch Anschläge 52 nach Pig.3 festgelegt ist, erübrigt sich eine mechanische Vorspannung, um die öffnungen 56 in der Ruhestellung der Schließelemente 58 geschlossen zu halten. Die Ventilwirkung der Schließelemente 58 wird auch nicht gestört, wenn einige der Schließelemente 58 in ihrer Ruhestellung infolge der Wirkung der Schwerkraft geöffnet sind, da durch das aus dem Behälter 26 einströmende Löschgas alle Schließelemente geöffnet und die Schließelemente 58 durch die Kraft einer Rückströmung nahezu verzugsfrei geschlossen werden.
In Verbindung mit einer drehbaren Lagerung der Schließelemente 58 können diese Elemente sowohl aus Metall als auch aus einem Kunststoff mit ausreichender Festigkeit bestehen.
Im Falle einer Befestigung mit einer Schraub- oder Klemmverbindung an einem ihrer Enden werden diese Schließelemente 58 zweckmäßig aus Metall, beispielsweise nicht rostendem Stahl, hergestellt. Es kann aber auch ein federnder Kunststoff verwendet werden.
In Fig.4 sind etwa rechteckförmige Schließelemente 58 dargestellt. Es können aber auch runde trapezförmige oder andere öffnungen 56 und Schließelemente 58 mit entsprechender Form vorgesehen sein.
Eine über den Umfang verteilte gleichmäßige Strömung im Ringkanal 14 nach Fig.3 erhält man durch eine größere Anzahl verhältnismäßig kleiner öffnungen 56. Die Verwendung vieler kleiner Schließelemente 58 hat außerdem den Vorteil, daß bei geringem Öffnungshub, d.h. bei geringer Auslenkung der freien Enden der Schließelemente 58, ein verhältnismäßig großer Gesamtquerschnitt der Öffnungen 56 freigegeben wird.
Anstelle des in Fig.4 dargestellten einzigen Schließelementes 58 für jeden der Kanäle 56 können auch mehrere Schließelemente für einen einzelnen Kanal verwendet werden.
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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß im Ringkanal H radial und in Achsrichtung der Gesamtanordnung verlaufende Rippen derart angeordnet werden, daß das Ringvolumen des Kanals H in einzelne Kammern aufgeteilt wird. Diese in Fig.3 mit 15 bezeichneten Rippen können aus Kunststoff, einem Isoliermaterial oder auch aus Metall bestehen. Mit diesen Rippen erhält man eine gleichmäßige Strömung im Ringkanal 14 in Richtung auf den Löschraum 16 und damit auf den Lichtbogen 6.
Beim Schließen des Schalters muß sich der Löschgasbehälter 26 wieder mit Löschgas füllen. Da bei. der Schließbewegung ein Unterdruck im Behälter 26 gegenüber dem übriger. Sehalterraum entsteht, schließen sich auch die Ventile 50* Der Behälter 26 kann sich somit nicht über den Kanal 14 und die Öffnungen 10 füllen. Der Blaskoiben 42 ist deshalb mit einem oder mehreren Rückschlagventilen 43 versehen, Diese können nach Art der Ventile 50 in Fig.3 oder auch.wie die Ventile 18 in Fig.1 gestaltet sein. Da diese Ventile 43 nicht besonders schnell arbeiten müssen, genügt es, wenn ein Ansaugventil oder nur wenige Ventile mit verhältnismäßig großem Querschnitt benutzt werden.
6 Patentansprüche
4 Figuren
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Claims (6)

  1. VPA 73/7546
    - 11 Patentansprüche
    ι 1. Anordnung zur Löschung eines Lichtbogens in einem Gasströmungsechalter, insbesondere einem Blaskolbenschalter, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungsführung (10,14) in der Nähe der Löschstrecke (16) wenigstens ein Rückschlagventil (18,50) vorgesehen ist, das in einem Kanal (10,14) angeordnet ist, der durch ein Isolierstoffteil (4) zur Löschstrecke (16) führt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (18,50) in einem Ringspalt (14) konzentrisch zur Löschstrecke (16) angeordnet und in Strömungsrichtung (24) von einer Rückschlag-Ringscheibe (40) abgedeckt ist.
  3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückschlagventil federnde Zungen (58) vorgesehen sind.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Rückschlagventil drehbar gelagerte Klappen vorgesehen sind.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringspalt (14) radiale Rippen (15) vorgesehen sind.
  6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für einen Blaskolbenschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaskolben (42) mit einem Ansaugventil (43) versehen ist.
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