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Anordnung zur Kühlung und Löschung des Lichtbogens von elektrischen
Schaltern ohne Schaltflüssigkeit Man hat bereits versucht, die Unterbrechungslichtbogen
von Schaltvorrichtungen durch Kühlung der Elektroden vermittels gasförmiger Kühlmittelzulöschen.
BeieinerbekanntenAnordnung werden zu diesem Zweck die Kontakte rohrförmig ausgebildet
und frei im Innern eines Gefäßes erheblichen Volumens angeordnet. Das Gefäß ist
hierbei mit komprimierter Luft gefüllt, die bei der Kontakttrennung den Unterbrechungslichtbogen
in den oder die hohlen Kontakte hineintreiben und dadurch zum Erlöschen bringen
soll. Bei dieser bekannten Anordnungist jedoch infolge des großen Volumens des Behälters
die Geschwindigkeit des Löschmittels an der Unterbrechungsstelle, d. h. der EintrittsstelleindieRohrkontakte,
nahezu gleich Null, so daß eine nennenswerte mechanische Kraft auf den Lichtbogen
nicht ausgeübt wird, dies um so mehr, als die langen, engen Kontaktröhren einen
erheblichen Strömungswiderstand besitzen, der eine schnelle Bewegung des abströmenden
Löschgases hinter der Unterbrechungsstelle erschwert. Hinzu kommt noch derUmstand,
daß der Unterbrechungslichtbogen, deranderAußenflächederRohrkontakteentsteht, seiner
Verkleinerung, die er beim Hineinquetschen in die Röhren erfahren müßte, aus elektrodynamischen
Gründen einen außerordentlich großen Widerstand entgegensetzt und unter dem Einfluß
des elektromagnetischen Feldes seine Länge zu vergrößern sucht. Infolgedessen bleibt
der Lichtbogen an der Außenfläche der röhrenförmigen Kontakte stehen und weicht
unter der im wesentlichen statischen Druckwirkung des Löschgases seitlich aus. Aus
diesen, Gründen läßt sich mit einer derartigen Anordnung eine nennenswerte Kühl-
und Löschwirkung nicht erreichen.
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Um eine gute Kühlung und eine Löschung des Lichtbogens zu erzielen,
ist es erforderlich, daß das zur Kühlung und Löschung dienende Medium auf den Lichtbogen
zerreißend einwirkt. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung und Löschung
des Lichtbogens von elektrischen Schaltern mittels unter Druck stehender gasförmiger
Kühlmittel, welche bei der Kontakttrennung zwischen die Kontakte strömen und dadurch
löschend und kühlend auf den Lichtbogen einwirken, wobei erfindungsgemäß die Kontakte
in einer Lflschkammerangeordnet sind, aus welcher der bewegliche Schaltkontakt beim
Schaltvorgang austritt und. das Kühlmittel, z. B. Kohlensäure oder komprimierte
Luft, auch während des Ausschaltvorganges nachströmt. Hierdurch wird eine erhebliche
Leistungssteigerung erzielt und der Bau von öllosen Schaltern für sehr hohe Schaltleistungen
ermöglicht.
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Wenn nämlich die bisher nur bei Ölschaltern benutzte Löschkammer,
d. h. eine Kammer, die den festen Kontakt eng umgibt und eine Öffnung besitzt, durch
welche der bewegte Kontakt beim
Ausschaltvorgang aus der Kammerherausgezogen
wird, gemäß der Etfitdxig=bei Schaltern mit gasförmigen' Kühl- und Löschmitteln
verwendet wird, so werden- im- GBgensätz zu den erwähnten bekannten Gasschaltern
die Kontakte durch das nachströmende Kühlmittel während des Schaltvorganges intensiv
gekühlt und durch die gleichzeitige Blaswirkung der Lichtbogen in kürzester Zeit
zum Abreißen gebracht. Diese vorteilhafte Wirkung beruht im wesentlichen darauf,
daß das Löschgas, das in der engen Löschkammer unter hohem Druck steht, beim Austreten
des beweglichen Kontaktes durch die Austrittsöffnung hindurch in den freien Raum
expandiert und hierbei eine so hohe Geschwindigkeit annimmt, daß eine starke mechanische
Kraftwirkung und KühlwirkungaufdenLichtbogenausgeübtwird. Unterstütztwird diese
günstige Wirkungnoch dadurch, daß infolge der eng umschließenden Wandungen der Löschkammer
das Druckgas direkt zu der am Ende der Kammer liegenden Austrittsöffnung geführt
wird, so daß keine Stauungen und Wirbelungen auftreten können.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
bei einer Löschkammer, wo ja der bewegte Kontakt durch eine Öffnung der Löschkammer
ins Freie herausgezogen wird, der Gasstrahl im Gegensatz zu den bekannten Gasschaltern
bestrebt ist, den Lichtbogen aus der Löschkammer herauszutreiben und zu verlängern,
so daß der Gasstrahl die natürliche Blaswirkung des Lichtbogens unterstützt und
ihn auf diese Weise rasch zum Erlöschen bringen kann. Ein Ausweichen des Lichtbogens
vor dem Gasstrahl ist hierbei nicht möglich, da beide zwangsläufig durch die Austrittsöffnung
der Löschkammer hindurchgetrieben werden und zum mindesten an dieser Stelle gemeinsam
geführt sind.
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Bei der Anordnung einer Löschkammer wird noch ein weiterer Vorteil
dadurch erzielt, daß das Kühlmittel in an sich bekannter Weise schon vor Beginn
des Schaltvorganges in die Löschkammer eingeführt und dort zur Erhöhung des Druckes
benutzt wird, so daß bei der Ausschaltung in dem mit dem Kühlmittel gefüllten Raumschon
einÜberdruckherrscht, derdurch das nachströmende Kühlmittel und die Wirkung des
Ausschaltlichtbogens selbst noch vergrößert wird. Diese bekannte Vorkühlung der
Kontakte hat die vorteilhafte Wirkung, daß die Kontakttemperatur bei Beginn des
Ausschaltvorganges tiefer ist, als der Raumtemperatur entspricht, wodurch dieVerdampfungvonKontaktmaterialund
damit die Lichtbogenbildung noch weiter herabgemindert wird. Versieht man in an
sich bekannter Weise die Löschkammer außerdem noch mit einem kühlenden Mantel, so
wird der Unterbrechungslichtbogen selbst bei großen Schaltleistungeninaußerordentlich
kurzerZeit gelöscht. Um zu erreichen, daß bereits vor der Stromunterbrechung das
Kühlmittel in der Löschkammer vorhanden ist, wird zweckmäßig das Organ, welches
den Kühlmittelzufluß steuert, derart mit der Schaltvorrichtung gekuppelt, daß bei
Beginn der Ausschaltbewegung zunächst die Kühlvorrichtung in Tätigkeit gesetzt wird
und dann erst die eigentliche Kontakttrennung beginnt. Man kann aber auch so verfahren,
daß von einer bestimmten Stromstärke ab die Kühlvorrichtung automatisch in Betrieb
gesetzt wird und bis zur Beendigung des Ausschaltvorganges in Betrieb bleibt. Als
Kühlmittel kommen außer komprimierter Luft lichtbogenerstickende Medien, wie Kohlensäure
oder Ammoniak, in Frage.
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Hierbei ist die Verwendung von Kohlensäure besonders vorteilhaft,
weil sich hiermit etwa die dreifache Abschaltleistung erzielen läßt wie mit komprimierter
Luft gleichen Druckes. Diese günstige Wirkung beruht einerseits darauf, daß bei
der Expansion der Kohlensäure, die beim Abströmen aus der Löschkammer erfolgt, ein
Kondensationseffekt eintritt, wobei sich die in der Nähe des Lichtbogens befindlichen
Ionen an die kondensierten Kohlensäureteilchen anlagern und hierdurch in ihrer Ionisierungsfähigkeit
behindert werden. Anderseits wird wegen der gegenüber Luft um etwa 50 °/o höheren
Dichte der Kohlensäure die mechanische Kraftwirkung des Kohlensäurestrahles und
seine Zerreißwirkung auf den Lichtbogen erheblich gesteigert. Es sind zwar Schalter
bestimmter Bauart bekannt, bei denen Kohlensäure zur Unterstützung des Schaltvorganges
verwendet wird; jedoch findet bei den bekannten Schaltern dieser Art keine Expansion
des Löschmittels statt, und das Löschmittel bewegt sich entweder überhaupt nicht
oder nur so langsam, daß eine mechanische Kraftwirkung auf den Lichtbogen nicht
ausgeübt wird und die günstigen Eigenschaften der Kohlensäure nicht ausgenutzt werden.
Auch mit Ammoniak lassen sich höhere Schaltleistungen als mit Druckluft erzielen,
da auch bei Ammoniak der obenerwähnte Kondensationseffekt auftritt.
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Soll an den zu kühlenden Apparat nicht eine besondere Kühlvorrichtung
angeschlossen werden, so kann man z. B. lediglich eine Ammoniak-oder Kohlensäureflasche
an den Schalter anschließen.