DE602039C - Schalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
4. SEPTEMBER 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE 35 o?

Schalter

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Oktober 1927 ab

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, bei dem der Raum zwischen den Elektroden vom Luft oder einem luftähnlichen Dielektrikum erfüllt ist, dessen Durchschlagsfestigkeit geringer ist als die von öl, mit an den. Kontakten angeordneten Metallschirmen. Es ist bekannt, an den Kontakten von ölschaltern für höhere Spannungen an der Spannung liegende allseitig isolierte Metallschirme als Schutz gegen Koronaerscheinungen an den Schaltstücken und gegen unerwünschte Entladungen, z. B. nach dem Schalterkessel, anzubringen.

Die Erfindung besteht darin, daß die⁼ an Spannung liegenden allseitig isolierten Metallschirme so ausgebildet und so in die Nähe des Lichtbogenpfades zwischen den Schaltstücken vorgeschoben sind, daß sie das stationäre elektrische Feld auf Teilen der

ao Unterbrechungsstrecke zwischen den Schaltstücken' ganz oder zum Teil aufheben. Hierdurch ist eine verbesserte Unterbrechung des Lichtbogens erzielt.

Zum Aufrechterhalten eines elektrischen Lichtbogens ist nämlich neben dem Vorhandensein einer durch freie positive oder negative Ionen und Elektroden ionisierten Gasstrecke zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld erforderlich, welches die Wanderung der Ioneni von einer Elektrode zur anderen bewirkt. Die bisher bei Schaltern angewendeten Verfahren zur Unterbrechung des an den Schaltstücken sich bildenden Lichtbogens bestanden darin, durch Verlängern des Lichtbogens oder mechanische Einwirkung auf den Lichtbogen mit Hilfe von Flüssigkeit oder Gasen diesen zu zerreißen oder durch Kühlung der Lichtbogenstrecke ihre Durchschlagsfestigkeit wiederzugeben. Im Gegensatz hierzu besteht der Erfindungsgedanke darin, das elektrische Feld so zu beeinflussen, daß· die für den Stromfluß erforderliche Ionenwanderung nicht mehr stattfinden kann,. Die Erfahrung lehrt, daß ζ. B. ein Lichtbogen in Luft nicht mehr bestehen kann, wenn auf einem Teil der ionisierten Gasstrecke die Feldstärke etwa unter 20 V/cm gebracht wird. Insbesondere kann man die S teuer elektroden (Metallschirme) nach· der Erfindung die Entladungsstrecke so eng umgreifen lassen, daß das Feld nur wenig durch ihre Öffnung hindurchgreifen kann. Es ist auch möglich, den Steuerelektroden eine rohrförmige Ausbildung zu geben. Ferner kann man die Steuerelektrode in Form mehrerer hintereinander angeordneter Blenden ausbilden, durch deren Öffnungen das bewegliche Schaltstück beim Ausschalten hindurchtritt. Man kann

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Walther Estorff in Berlin-Charlottenburg.

schließlich die Öffnung der Steuerelektrode, durch die das bewegliche Schaltstück 'hindurchtritt, nach dem Hindurchtritt des Schaltstückes durch einen mit einer leitenden Einlage versehenen Isolierkörper abschließen lassen, in ähnlicher Weise, wie dies bereits bei Luftschaltern mit einer Isolierplatte für andere Zwecke vorgeschlagen, wurde.

In der Abbildung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

In Abb. ι bedeutet io die feststehende, ii die in Pfeilrichtung bewegliche Elektrode. 12 ist eine in Isolierstoff eingebettete leitende Schicht mit einer öffnung 13, die zusammen als Blende bezeichnet sind. 14 stellt einen Schalter dar, der zwischen der Elektrode 10 und der Schicht 12 zunächst geöffnet ist. Wie aus dem gestrichelt gezeichneten Feldlinienbild hervorgeht, herrscht die größte FeIdstärke zwischen den. beiden Elektroden 10 und 11 längs der kürzesten Verbindungslinie 15. Abb. 2 unterscheidet sich von der Abb. 1 lediglich dadurch, daß der Schalter 14 geschlossen ist. Dadurch nimmt die leitende Schicht 12 das gleiche Potential wie die Elektrode 10 an. Dementsprechend muß zwischen der Elektrode 10 und¹ der Schicht 12 das elektrische Feld bis auf diejenigen Feldlinien verschwinden, weiche von der Elektrode 11 durch die öffnung 13 hindurchgreifen. Man sieht also, daß die Feldstärke auf dem Gebiet zwischen der Elektrode 10 und der leitenden Schicht 12 um so kleiner wird, je kleiner die Blendenöffnung ist. Damit ist auch zugleich ein Mittel gegeben, die Feldstärke auf den Betrag herunterzusetzen., bei der der Lichtbogen nicht mehr bestehen kann. So haben Versuche gezeigt, daß ein Lichtbogen verlöscht, wenn die Feldstärke auf einem Teil des Lichtbogenweges unter einen Betrag von 10 bis 50 V/cm verringert wird. Es ist aber auch möglich, daß bei bestimmten. Elektrodenwerkstoffen bzw. bei erhöhtem Druck im Bereich des Lichtbogens der Wert von 10 bis 50 V/cm über- oder unterschritten werden kann.

Die in den Abb. 1 und 2 gezeigte Feldverteilung gilt für den Fall, daß die Schicht 12 eine im Verhältnis zum Elektrodenabstand große Ausdehnung besitzt. Diese Form ist für den Bau von Schaltgeräten unvorteilhaft. Um den gleichen Effekt bei vorteilhafterer Anordnung zu erzielen, kann man nach Abb. 3 die Elektrode 10 mit einem allseitig geschlossenen und allseitig isolierten. Metallmantel umhüllen, der nur eine öffnung zum Durchtritt der beweglichen Elektrode 11 aufweist.

Es sind Anordnungen von Löschkammern bekannt, bei denen zur Erhöhung ihrer Drucksicherheit Metallmantel verwendet werden, die innen und außen mit einer Isolierschicht umkleidet sind und einen nur kleinen Vorsprung zum Halten des Löschkammerbodens besitzen. Eine Nachmessung der Feldverteilung bei dieser Anordnung zeigt jedoch, daß die Feldstärke innerhalb der Kammer infolge, der ungenügenden Abschirmung der eingeschlossenen Elektrode noch in der Größenordnung von 200 bis 1000 V/cm bleibt, so daß der Effekt gemäß der Erfindung nicht zustande kommen kann.

Verhältnismäßig kleine Feldstärken im Innern der Kammer erhält man bei der Anordnung nach Abb. 4. Durch ein isoliertes, an die leitende Schicht angeschlossenes Metallrohr wird die öffnung 13 verlängert, so daß der größte Teil der von der beweglichen Elektrode 11 ausgehenden Feldlinien auf dem Metallrohr endigt und nur noch ein verschwindender Teil in das Innere der Kammer eindringt.

Eine ähnliche Wirkung zeigt die Anordnung nach Abb. 5, bei der die Feldabschirmung durch das Einbringen einer Anzahl von hintereinanderliegenden isolierten leitenden Blenden 12 erfolgt.

Eine vollkommene Abschirmung erhält man bei der Anordnung nach Abb. 6. Die öffnung 13 wird nach Austritt der beweglichen Elektrode 11 durch einen beweglichen isolierten Metallteil 16 elektrisch abgeschlossen, so daß praktisch keine Feldlinien' mehr durch die öffnung 13 zu der festen Elektrode 10 gelangen können. Zweckmäßig ist es dabei, den Metallteil 16 mit der feststehenden Elektrode 10 leitend zu verbinden.

In Abb. 7 und 8 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens nach Abb. 6 dargestellt.

Es bedeutet 20 die Durchführung eines Schalters, 21 den Durchführungsbolzen, der an seinem unteren Ende das Schaltstück 22 trägt. 23 ist eine Metallkappe, an der ein einseitig geschlossener Isolierzylinder 24 befestigt ist. Dieser Zylinder trägt in seinem Innern eine leitende Schicht 25, die mit dem Durchführungsbolzen 21 leitend verbunden ist. In diesem Zylinder 24 befindet sich ein zweiter Isolierzylinder 26 mit einer leitenden Schicht 27, die ebenfalls in elektrischer Verbindung mit dem Durchführungisibolzen über die leitende Schicht 25 steht. Beide Zylinder weisen öffnungen 29 auf, durch die das bewegliche Schaltstück 30 in den Hohlraum'31 ein- bzw. austritt.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende:

Bei der Trennung der Schaltstücke bewegt sich das Schaltstück 30 nach unten. Zwischen und 30 entsteht ein Lichtbogen, der bekanntlich zu starker Gasentwicklung führt.

Dadurch entsteht in dem Raum 31 ein Überdruck, und der Zylinder 26 wird sich,- bei Austritt des Schaltstiftes 30 aus dem Raum 31 nach links verschieben. Dadurch setzt sich der Belag 27 vor die öffnung 29, und man erhält den in Abb. 8 gezeichneten Zustand. Daraus geht hervor, daß durch Ausnutzung des bei der Abschaltung auftretenden Druckes ein elektrischer und auch ein mechanischer

ίο Abschluß des Raumes 31 herbeigeführt ist, wodurch der Lichtbogen zum Erlöschen gebracht wird. Durch eine an den Zylinder 26 angreifende Feder 32 kann nach Entweichen des Gases dieser Zylinder wieder in die in Abb. 7 gezeichnete Lage gebracht werden.

Das Feld wird nach Abb. 9 dadurch zum Verschwinden gebracht, daß eine zusätzliche elektromotorische Kraft (EMK) 33 eingeschaltet wird, deren Richtung entgegengesetzt

ao dem Spannungsabfall zwischen der Elektrode 10 und der leitenden Schicht 12 ist. Bekanntlich erlischt beim Abschalten von Wechselstrom der Lichtbogen jedesmal für kurze Zeit beim Stromnulldurohgang. Nach den vorhergehenden Ausführungen würde dabei zwischen der leitenden Schicht 12 und der Elektrode 10 bei guter Abschirmung noch ein kleines Restfeld übrigbleiben. Bemißt man die EMK 33 so, daß sie dieses Restfeld aufhebt bzw. dessen Richtung umdreht, so ist eine neue Zündung des Lichtbogens vermieden.

Es ist selbstverständlich möglich, die Feldabschirmung bei beiden Elektroden vorzunehmen. Es ist auch denkbar, in der Mitte der beiden Elektroden eine feldfreie Zone zu schaffen. Bei der Anordnung nach Abb. 6 und 8 kann an Stelle des Druckes auch eine zwangsläufige Steuerung des beweglichen Teils 16 durch das Schaltorgan vorgesehen werden.

Ob die leitende Schicht eine Metallplatte, ein Metallsieb oder eine Halbleiterschicht darstellt, ist für die Erfindung unerheblich, desgleichen ob sie bei Schaltern* Sicherungen oder überhaupt bei Apparaten angewandt wird, bei denen ein Lichtbogen zur Entstehung gelangt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schalter, bei dem der Raum zwischen den Elektroden von Luft oder einem luftähnlichen Dielektrikum erfüllt ist, dessen Durchschlagsfestigkeit geringer ist als die von öl, mit an den Kontakten angeordneten Metallschirmen, dadurch gekennzeichnet, daß die an Spannung liegenden allseitig isolierten Metallschirme so ausgebildet und so in die Nähe des Lichtbogenpfades zwischen den Schaltstücken vorgeschoben sind, daß sie das stationäre elektrische Feld auf Teilen der Unterbrechungsstrecke zwischen den Schaltstücken ganz oder zum Teil aufheben.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch ö₅ gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (Metallschirme) die Entladungsstrecke so eng umgreifen, daß das Feld nur wenig durch ihre öffnung durchgreifen kann.

3. Schalter nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine rohrförmige Ausbildung der Steuerelektroden..

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode in Form mehrerer hintereinander angeordnetet-Blenden (12) ausgebildet ist, durch deren öffnungen das bewegliche Schaltstück beim Ausschalten hindurchtritt (Abb. S).

5. Schalter nach Anspruch 1 und 2 mit ringförmig ausgebildeter .Steuerelektrode, durch deren innere Öffnung der Schaitstift hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Kontakttrennung die Durchtrittsöffnung des Schaltstiftes· in der Steuerelektrode durch einen mit einer leitenden Einlage versehenen Isolierkörper abgeschlossen wird.

6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuer- _go elektrode und dem Anschluß an die Spannung eine gegenelektromotorische Kraft eingeschaltet ist, deren Richtung entgegengesetzt dem Spannungsabfall zwischen dem Spannungsanschluß und der Steuerelektrode ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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