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Elektrischer Schalter für Wechselstrom Bei den bisherigen Vorrichtungen,
die dazu dienen, die an den Elektroden von Hochleistungsschaltern auftretenden Lichtbögen
zu löschen, bediente man sich in fast allen Fällen künstlicher Entionisierungsmittel.
Hierzu gehört das Einblasen von Luft in den Lichtbogen bei den Druckgasschaltern,
das Löschen mit Wasserdampf bzw. Öldampf bei den Wasserschaltern bzw. Ölschaltern.
Man hat auch versucht, Leistungsschalter durch gittergesteuerte Entladungsgefäße
zu ersetzen und den Schaltvorgang durch eine geeignete Gittersteuerung vorzunehmen.
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In den erstgenannten Fällen sind zur Löschung des Lichtbogens besondere
Hilfsmaßnahmen, wie Druckluft, Wasserdampf oder Öldampf, erforderlich. In letzterem
Falle ermöglicht zwar die Verwendung gitteigesteuerter Entladungsgefäße eine einfache
Unterbrechung ohne Hilfsmaßnahmen. Allen Gasentladungsgefäßen ist jedoch der Nachteil
gemeinsam, daß sie besonders bei Überlastungen, wie sie durch Kurzschlüsse auftreten,
nur Sperrspannungen von weniger als io ooo Volt aufweisen, wenn man nicht die Gasentladungsgefäße
überfhäßig dimensionieren will.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, zur Vermeidung jeglicher schädlichen
Funkenbildung an den Schaltkontakten beim Öffnen eines Schalters, parallel zu den
Schaltkontakten einen Schwingungskreis oder auch eine in einem Schwingungskreis
liegende Löschfunkenstrecke zu schalten.
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Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß die natürliche
Entionisierung eines in Luft brennenden Bogens nach der Stromunterbrechung in etwa
io-4 Sek. so weit vorgeschritten ist, daß bei normalen Kontaktständen ein Überschlag
nicht mehr erfolgen kann. Es handelt sich somit darum, bei' Unterbrechung sinusförmiger
Wechselströme die Zündung des Bogens nach dem Nulldurchgang der Spannung soweit
zu verzögern, daß . die Zündung nicht vor dem genannten Zeitpunkt erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß wird zu diesem. Zweck in die Verbindungsleitung zwischen
einer Hilfselektrode und der einen Elektrode ein Ventilrohr mit in Reihe liegendem
Widerstand geschaltet, dessen Einschaltspannung unter der Zündspannung des zu löschenden
Bogens liegt und dessen Durchschlagsspannung so hoch gewählt ist, daß die Sperrzeit
zur Entionisierung der Bogenstrecke zwischen der Hilfselektrode und der anderen
Elektrode ausreicht. Für die Entladungsstrecke kommen Entladungsgefäße in Frage,
bei denen einerseits die Einschaltspannung genügend niedrig ist und andererseits
die Sperrspannung
genügend hoch liegt. Diese Bedingungen erfüllen
z. B. die bekannten Ventilrohre mit Glühkathode oder Quecksilberkathode.
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Das Einschalten des Entladungsgefäßes in den Bogenkreis kann so erfolgen,
daß entweder bei zwei hintereinander angeordneten Schaltern parallel zu dem einen
das Entladungsgefäß geschaltet wird, oder indem der Bogen auf eine Hilfselektrode
umgelenkt wird, in deren Kreis das Entladungsgefäß liegt. Die Hilfselektrode kann
hierbei den ursprünglichen Bogen ringfärmig umgeben oder durch eine Hilfsvorrichtung
nach Auseinanderziehen der beiden Hauptkontakte in die LFnterbrechungsstrecke eingeführt
werden.
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Damit nun der Strom von der parallel zu dem Entladungsgefäß liegenden
Bogenstrecke auf das Entladungsgefäß selbst übergehen kann, ist es erforderlich,
daß die Zünd- und Brennspannung des Entladungsgefäßes unterhalb der Zündspannung
der Bogenstrecke liegt. Andererseits ist das Entladungsgefäß so ausgebildet, daß
es bei Umkehr der Wechselspannung sperrt und damit auch die zweite Bogenstrecke
zum Verlöschen bringt. Als Entladungsgefäß wird .man somit entweder Ventilrohre
verwenden können, bei denen die Einschaltung während der einen, die Trennung während
der anderen Halbperiode der Wechselspannung erfolgt, oder gittergesteuerte Röhren,
bei denen nach der ersten Halbperiode an das Gitter die zur Löschung erforderliche
Sperrspannung angelegt wird.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden. Es bedeuten Ei und E2 die an einer Wechselspannung N liegenden
Elektroden eines Schalters, zwischen denen nach ihrer Trennung voneinander ein Lichtbogen
entsteht. In die Bogenstrecke ist nun eine Hilfselektrode C, die in dem dargestellten
Beispiel blendenförmig gestaltet ist, eingeführt. Diese Hilfselektrode C ist nun
einmal über einen hochohmigen Widerstand Wo, zum anderen über das mit Anode A und
Kathode K versehene Entladungsgefäß Il in Reihe .mit einem Vorschaltwiderstand W
an eine der Hauptelektroden, z. B. E2, angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende: Unmittelbar nach
dem Nulldurchgang der Wechselspannung ist die Spannung an der Hilfselektrode C zunächst
gleich der der mit ihr verbundenen HauptelektrodeE2. Es hat somit bei dem nun folgenden
Spannungsanstieg der Bogen die Tendenz von Et nach der ihr näher gelegenen Hilfselektrode
C hinüber zu brennen. Hierdurch steigt das Potential der Hilfselektrode C: Ist die
Spannungsdifferenz zwischen C und E2 so groß geworden, daß die Einschaltspannung
der GasentladungsstreckeV erreicht ist, so spricht letztere an und ein Strom fließt
von El nach C und über das Ventilrohr V nach E2, während die .Gasstrecke C-E. stromlos
bleibt. Das zwischen E2 und -C befindliche Gas wird somit entionisiert.
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Kehrt nun an der nächsten Halbperiode die Spannung um, so wird der
Lichtbogen die Tendenz haben, den Weg Über die Strecke E2. die Gasentladungsstrecke
V, die Hilfselektrode C zur Hauptelektrode E'1 zu nehmen. Da jetzt aber die Gasentladungsstrecke
den Stromdurchgang sperrt, so kann bis zu einer Spannung, die der Durchschlagspannung
des Rohres entspricht, ein Strom über die gesamte Strecke nicht fließen. Ist die
Durchschlagspannung in der Röhre V hoch genug, so wird die Zeit, während der die
Röhre sperrt, läng genug sein, um eine hinreichende Entionisierung der Strecke Ei
C zu gewährleisten, so daß also auch bei einem weiteren Spannungsanstieg, wie er
bei normalen Hochleistungsschaltern üblich ist, auch zwischen C-El ein Bogen nicht
mehr zünden kann. Der Schaltvorgang ist alsdann beendet und der gesamte Bogen gelöscht.
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Als Entladungsrohr kann beispielsweise ein Ventilrohr mit Quecksilberkathode
oder ein gittergesteuertes Rohr mit Glühkathode benutzt werden. In beiden Fällen
kann das Rohr so ausgebildet werden, daß die Brennspannung höher als bei normalen
Rohren liegt, da bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Rohre die Brennspannung
bis dicht unter der Zündspannung des zu löschenden Bogens, also etwa bei Spannungen
von 400 bis 500 Volt, liegen kann. Um hohe Rückzündspannungen oder Durchschlagspannungen
zu erreichen, wird man fernerhin, soweit dies nicht durch die höhere Brennspannung
bereits bedingt ist, den Druck im Rohr äußerst gering halten. Dies kann man entweder
dadurch erreichen, da' ß man Quecksilberamalgamkathoden verwendet, oder daß
man durch entsprechende Einbauten, enge Rohrquerschnitte u. dgl. für eine starke
Kühlung der Gasentladungsstrecke sorgt. Fernerhin wird man das Rohr so bauen, daß
man durch Einbau entsprechender Blenden, leitender Gefäßwandungen o. dgl. für eine
hinreichende Entionisierung sorgt. Um weiterhin die Abmessungen des Rohres gering
zu halten, wird man vor das Rohr einen Widerstand W legen. Diesen Widerstand wird
man zweckmäßigerweise s0 groß dimensionieren, daß ein Bogen zwischen der Hilfselektrode
C und der Hauptelektrode E2 nicht mehr brennen kann, Um auch Kurzschlüsse beliebiger
Größe mit Sicherheit abzuschalten, kann man statt eines Vakuumrohres auch mehrere
parallel geschaltete Vakuumrohre vorsehen. Dabei sind dann die parallel geschalteten
Rohre alle
über Einzelwiderstände W, die den Zündbedingungen jedes
Rohres angepaßt sind, mit der Hauptelektrode E2 zu verbinden. Statt des Widerstandes
Wo, der u. a. den Zweck hat, unmittelbar nach dem Nulldurchgang die Hilfselektrode
C auf das gleiche Potential zu -bringen, das die Hauptelektrode E2 besitzt, kann
man entweder ein Hilfsrohr mit geringem inneren Spannungsabfall, z. B. ein normales
Gleichrichterrohr, eine Kontaktvorrichtung, die bei Zündung des Hauptrohres V automatisch
abgeschaltet wird, o. dgl. vorsehen.