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Expansionsschalter Die Erfindung betrifft einen Expansionsschalter,
d. h. einen Leistungsschalter mit Flüssigkeit enthaltenden Schaltkammern, deren
unter Druck gebildeter Dampfinhalt zum Zwecke der Lichtbogenlöschung sprunghaft
vom Druck entlastet wird.
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Es liegt im Prinzip der Expansionskammer, daß nur die in der unmittelbaren
Umgebung des Lichtbogens befindliche Flüssigkeitsschicht, die durch den Lichtbogen
verdampft und erhitzt wurde, für die Löschung wirksam ist, weil der löschfähige
Dampf ausschließlich aus ihr entsteht.
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Andererseits ist aber für jeden Schalter ein größerer Vorrat an Schaltflüssigkeit
nötig. Aus diesem Grund hat man in der Regel bei bekannten Flüssigkeitsschaltern,
die nicht auf dem Expansionsprinzip beruhten, größere Flüssigkeitskörper in der
Umgebung der Kontakte bzw. der die Kontakte umgebenden Löschkammer angeordnet. Dies
ist jedoch für einen Expansionsschalter aus zwei Gründen unerwünscht. Erstens liegt
es nämlich in der Natur eines in der Umgebung des Lichtbogens angeordneten nachgiebigen
Flüssigkeitskörpers, daß dieser dem Dampfdruck nachgebend ausweichen kann, wodurch
die wirksame dampfbildende Flüssigkeit in größere Entfernung vom Lichtbogenkörper
gebracht wird. Zweitens wirkt die Flüssigkeit als Dichtungsmittel und verstopft
die Ausströmungsöffnungen der Schaltkammer, behindert also die für die sprunghafte
Druckentlastung erforderliche Dampfexpansion. Hinzu kommt noch, daß es im Interesse
der Vermeidung von Rückzündungen des Lichtbogens nach erfolgter Löschung liegt,
eine flüssigkeitsfreie Unterbrechungsstrecke zu haben.
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Nach der Erfindung wird die Schaltkammer über der Kontaktstelle der
Schaltstücke als langer isolierender Zylinder ausgebildet, der den Expansionsverschluß
enthält und den beweglichen Scbaltstift mit so geringem Abstand umgibt, daß die
in ihre beim Unterbrechungsvorgang vorhandene Schaltflüssigkeit den Lichtbogen nur
in Form einer dünnen Flüssigkeitsschicht umgibt.
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Hierdurch ist einerseits erreicht, daß die für die Dampfbildung wirksame
Flüssigkeitsschicht in der unmittelbaren Umgebung des Lichtbogens zurückgehalten
wird, andererseits ist eine kräftige Dampfexpansionsermöglicbt, da die Flüssigkeitsschicht
im wesentlichen verdampft und der Rest dem expandierenden Dampf keinen wesentlichen
Widerstand entgegensetzt.
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Es ist zwar schon eine Olschalterlöschkammer bekannt, die den Schaltstift
so eng umgibt, daß die Schaltflüssigkeit nur als Flüssigkeitsschicht den Schaltstift
umgibt; diese Löschkammerbauart hat jedoch lediglich den Zweck, die abziehenden
glühend heißen Schaltgase dicht an ihrer Entstehungsstelle zu kühlen, um zu verhindern,
daß sie in der Umgebung Störungen hervorrufen. Sie kann aber, da den Schaltgasen
nur ein enger, gewundener, mit Schaltflüssigkeit gefüllter Abzugsweg zur Verfügung
steht, keine lichtbogenlöschende Druckentlastung
erzeugen, weshalb
auch die Wirkung der Erfindung, nämlich die kräftige Löschwirkung infolge einer
plötzlichen Expansion, bei ihr nicht eintritt.
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Nach der weiteren Erfindung soll der Isolierzylinder der Schaltkammer,
welcher seitliche; längs des Lichtbogens angeordnete Expansionsöffnungen hat, in
einem, im wesentlichen flüssigkeitsfreien Raum angeordnet sein. Diese Anordnung
ist insbesondere vorteilhaft bei Verwendung halb leitender Schaltflüssigkeit. Sie
ist jedoch auch vorteilhaft bei Anwendung von isolierender Schaltflüssigkeit und
ist besonders für Schalter mit hoher Betriebsspannung bestimmt. Die Anordnung gestattet
eine sehr kräftige Expansion durch die seitlichen, unmittelbar in den flüssigkeitsfreien
Raum mündenden Expansionsöffnungen. Da durch diese Expansion die Flüssigkeit bzw.
die leitenden Verbrennungsprodukte der Flüssigkeit aus der Unterbrechungsstrecke
entfernt werden, so besitzt diese nach der Löschung, nach welcher die volle Spannungsbeanspruchung
auftritt, die erforder-, liche hohe Durchschlagsfestigkeit. Da die Schaltflüssigkeit
im. Isolierzylinder der Schaltkamxner zum großen Teil verdampft und durch die Expansion
des Dampfes herausgeschleudert wird, -soll nach der weiteren Erfindung die Flüssigkeitsschicht
nach jeder Abschaltung durch Füllen mit Schaltflüssigkeit erneuert werden. Die Nachfüllvorrichtung
kann durch den Schaltstift betätigt werden. Man kann z. B. unterhalb des festen
Kontaktes der Schaltkammer eine Füllvorrichtung in der Schaltkammer anordnen. Es
ist aber auch möglich, beim Einschalten zwangsläufig ein Ventil öffnen zu lassen,
das in einer die ° Schaltkammer reit einem, Nachfüllbehälter verbindenden Rohrleitung
liegt und nach vollzogener Einschaltung wieder geschlossen wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Auf dem Isolator io sitzt ein Becher ii aus Metall, der den unteren
Teil des die Schaltkammer umgebenden Kondensationsgefäßes bildet und mit dem unteren
metallenen Teil i2 der Schaltkammer aus einem Stück besteht. In dem Hals 13 des
Deckels ig, der den metallenen Schaltkammerteil i2 abschließt, gleitet als Kolben
der Rohransatz 1q. eines Metalltellers 15, der zu einem. Zylinder aufeinandergeschichtete
Ringe z6 aus Isoliermaterial, beispielsweise Hartpapier, trägt. Die Ringe 16 werden
mittels Federn 17 und 18, die sich zwischen dem Teller 15
und dem Deckelring
ig des flaschenförmigen Schaltkammerteiles 12 befinden, gegen den Dekkel2o des aus
Isoliermaterial bestehenden Bechers 21 gedrückt, der der, oberen Teildes Kondensationsgefäßes
bildet und reit dem unteren metallenen Teil ii verschraubt ist. Durch den Deckel
ao des Kondensationsgefäßes ist., der Schaltstift 22 mittels einer Dichtung 23 abgedichtet
hindurchgeführt. Im Deckel 2o sitzen Stangen 24 und 25, auf die die Ringe 16 aufgereiht
sind. Die Ringe 16 umgeben den Schaltstift in geringem Abstand. Ihre Lochkanten
sind abgeschrägt. An ihrem, äußeren Umfang besitzen die Ringe 16 Schirme 26. In
dem metallenen Teil 12 der Schaltkammer befindet sich das feste Schaltstück 27,
durch das beim Einschalten der Schaltstift 22 hindurchtritt. Dabei trifft der Schaltstift
2z auf den im Schaltkammerteil i2 gleitenden Kolben 28 und drückt ihn gegen die
am. Boden 29 der Schaltkammer sitzenden Federn 3o und 31 herab. Die Ventilklappen
32 und 33 gehen dabei auf und geben Öffnungen in, Kolben frei, durch die die Schaltflüssigkeit
in der Schaltkammer unterhalb des Kolbens über den Kolben tritt. Der Stand der Schaltflüssigkeit
in der Schaltkammer und im Kondensationsgefäß ist mit 34 angegeben. Im. Boden 29
des Schaltkämmerteiles 12, der über Stege 35 mit dem Boden des Kondensationsgefäßes
verbunden ist, befindet sich eine Öffnung 36, die mittels der nach dem Kolben 28
zu aufschlagenden Klappe 37 verschlossen wird, wenn der Schaltstift 22 den Kolben
28 nach unten drückt. -Die Schaltkammer wirkt folgendermaßen: Wird beim Ausschalten
der Schaltstift 2g nach oben gezogen, so -folgt ihre der Kolben 28, der von den
Federn 3o und 31 nach oben gedrückt,wird, bis er, wie strichpunktiert gezeichnet,
an das feste Schaltstück 27 anschlägt, Beim Hochgehen des Kolbens 28 werden die
Klappen 32 und 33 auf den Kolben gedrückt und die über dem Kolben im. metallenen
Teil 12 der Schaltkammer stehende Flüssigkeit in den aus den Ringen 16 gebildeten
langen engen Is.flierzylinder hineingedrückt. Gleichzeitig wird die Ventilklappe
37 angehoben und Schaltflüssigfeit aus dem Kondensationsgefäß in den unter dem Kolben
befindlichen Schaltkammerraum hineingesaugt. Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des
Schaltstiftes 22 wird dieser aus dem festen Schaltstück 7,7 herausgezogen; wobei
sich der Abschaltlichtbogen bildet, der mit dein. Eintritt der Schaltstiftspitze
in den aus den Ringen 16 bestehenden Isolierzylinder der Schaltflüssigkeit folgt.
Der Lichtbogen verdampft einen Teil der in den Zylinder hineingedrückten Schaltflüssigkeit.
Ist der. Dampfdruck so hoch gestiegen, daß er die Kraft der Federn 17 und i8 überwindet,*
so werden die Ringe 1ö gegen die Federn 17 und 18 nach unten hin auseinandergeschoben,
und der Dampf strömt zu den freigegebenen Spalten zwischen den Ringen i.6 aus der
Schaltkammer aus. Der Lichtbögen wird dabei durch Expansion des Dampfes während
des Stromnulldurchganges gelöscht. Beim Aus= strömen des Dampfes *i-rd-der Rest
der Flüssigkeit, die .nicht. verdampft ist, aus dem Isolierzylinder
mit
ausgeblasen, so daß imAugenblick der Stromunterbrechung zwischen dem, metallenen
Teil der Schaltkammer und der Schaltstiftspitze keine zusammenhängende und stromleitende
Flüssigkeitssäule mehr besteht, sondern eine entionisierte Gasstrecke vorhanden
ist. Der aus der Kammer ausströmende Dampf zieht, soweit er sich nicht im Kondensationsgefäß
niederschlägt, durch die Öffnungen 38 und 39 im Dekkel des Kondensationsgefäßes
ab. Die niedergeschlagene und aus dem Isolierzylinder herausgeblasene Schaltflüssigkeit
läuft über die Schirme 26 der Ringe 16, die mit Rücksicht auf die hohe Spannung
den Weg der stromleitenden Schaltflüssigkeit bedeutend verlängern, der übrigen im
Kondensationsgefäß vorhandenen Schaltflüssigkeit wieder zu.
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Der durch die Verdampfung der Schaltflüssigkeit entstehende hohe Druck
in der Schaltkammer drückt auch auf den Kolben 28 und seine Ventilklappen
32 und 33, die die Öffnungen im Kolben dicht abschließen. Der Kolben 28 kann sich
dabei nicht nach unten bewegen, da die, die Öffnung im Schaltkammerboden verschließende
Klappe 37 durch den vom Kolben 28 auf die unter ihm in der Schaltkammer befindliche
Flüssigkeit ausgeübten Druck geschlossen wird und die Flüssigkeit in der Schaltkammer
unter dem Kolben sich nicht zusammendrücken läßt. Erst wieder beim Einschalten wird
der Kolben vom Schaltstift 2z in die gezeichnete Stellung gebracht und dabei die
Schaltkammer, in der durch Verdampfen und Ausblasen der Flüssigkeit aus dem Isolierzylinder
der Flüssigkeitsspiegel wieder auf den Stand vor dem Ausschalten gesunken ist, für
die nächste Abschaltung in der Weise vorbereitet, daß dann der Kolben wieder Schaltflüssigkeit
in den Hohlzvlinder der Kammer drückt.