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Elektrischer Hochspannungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch ein
strömendes Löschmittel Die Erfindung betrifft einen elektrischen Ausschalter für
hohe Spannungen mit Lichtbogenlöschung durch einen Blasstrom. Bei diesen Schaltern
ist es notwendig, möglichst schnell einen erheblichen Isolationsabstand zwischen
der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode zu schaffen. Um dies durch einfache
Erhöhung der öffnungsgeschwindigkeit der beweglichen Elektrode zu erreichen, sind
komplizierte mechanische Einrichtungen erforderlich, deren Betriebsfähigkeit für
industrielle Apparate der vorliegenden Art zu unsicher ist. Man hat deshalb vorgeschlagen,
nach der Löschung des zwischen den Hauptkontakten entstandenen Lichtbogens eine
in Reihe liegende zusätzliche Kontaktstelle zu öffnen, in deren Umgebung ein größerer
dielektrischer Widerstand herrscht als im gleichen Zeitpunkt in der Umgebung der
Hauptkontakte. Bei den bekannten Ausführungsformen dieser Art wird ein besonderer
;Hilfsschalter benutzt, der nach dem Erlöschen des Lichtbogens selbsttätig geöffnet
wird. Demgegenüber wird nach der Erfindung die zusätzliche Kontaktstelle durch eine
Unterteilung des beweglichen Hauptkontaktes gebildet, derart, da.ß bei der öffnungsbewegung
des Schalters die beiden Teile des beweglichen Hauptkontaktes elektrisch miteinander
verbunden sind, und sich zunächst gemeinsam bewegen und ihre Trennung erst nach
dem Erlöschen des Lichtbogens erfolgt. Diese Anordnung hat den Vorzug, in der Konstruktion
erheblich einfacher und in der Wirkung sicherer zu sein. Gemäß der Erfindung sind
im ganzen nur drei Kontakte und ein einheitliches Unterbrecherorgan vorhanden, während
die bekannte Vorrichtung zweier getrennter Schaltorgane mit vier Kontakten bedarf.
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Bewegliche Elektroden aus zwei Teilen in den Explosionstöpfen von
Ölschaltern sind an sich bekannt, jedoch zum Zwecke, zwischen den beiden Elektrodenteilen
einen zweiten in Reihe mit dem Hauptlichtbogen liegenden Lichtbogen hervorzurufen,
der durch das vom ersten Lichtbogen unter Druck gesetzte Öl gelöscht wird und dadurch
den Strom unterbricht. Hier ist jedoch der zweite Lichtbogen nicht dazu bestimmt,
bei seiner Löschung den Strom zu unterbrechen. Die Einrichtung dient nicht dazu,
wie beim Erfindungsgegenstand, die Wiederzündung des schon gelöschten Lichtbogens
durch Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen den Teilen der beweglichen
Elektrode zu verhindern.
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Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes,
bei denen die bewegliche Elektrode aus zwei Teilen besteht: In diesen Zeichnungen
sind die Fig. i bis 3 schematische Darstellungen der verschiedenen Stellungen der
Teile der beweglichen Elektrode, während die Fig.4 bis 6 schematisch drei Ausführungsformen
des Ausschalters entsprechend der Erfindung zeigen.
In allen Zeichnungen
sind die feste Elektrode mit i und- die beiden Teile der beweglichen Elektrode mit
2 und 3 bezeichnet. Der Hauptteil 3 der beweglichen Elektrode ist durch einen Gleitkontakt
mit einer Hilfselektrode q. verbunden, während der feste Kontakt i an einen Widerstand
5 angeschlossen ist, dessen verschiedene Abschnittre mit weiteren Hilfselektroden
8 verbunden sind, die im Wege des Lichtbogens liegen, welcher durch ein aus einer
Düse 6 austretendes Fluidum angeblasen wird. Die beiden Teile 2 und 3 der beweglichen
Elektrode sind voneinander mechanisch unabhängig. Gegen Ende des Öffnungsweges wird
die Zwischenelektrode 2, die anfangs in Kontakt finit dem Hauptteil 3 ist, durch
einen Anschlag 9 angehalten, während die Elektrode 3 ihren Öffnungsweg vollendet,
wobei sie sich von der angehaltenen Elektrode 2 trennt. Diese Trennung findet im
Innern einer Kammer 7 statt, die von der Elektrode 3 in der Einschaltstellung des
Ausschalters vollständig durchquert wird.
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Die Fig. i zeigt den Ausschalter im geschlossenen, Fig.2 im halbgeöffneten,
Fig.3 im vollständig geöffneten Zustande.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist danach die folgende: Im Falle
eines Kurzschlusses löst der Schalter aus, und die beweglichen Teile 2 und 3, die
zu Beginn des Auslöseweges in Kontakt sind und eine große Verschiebungsgeschwindigkeit
besitzen, trennen sich von dem festen Kontakt i (Fig. 2). In demselben Augenblick
entweicht die komprimierte Luft aus der Düse 6 und bläst gegen den Lichtbogen, der
dadurch verlängert und über die Elektroden 8 getrieben. wird, -wodurch die Widerstände
5 in den Stromkreis eingeschaltet werden. Durch die Blaswirkung erreicht der Lichtbogen
die äußerste Elektrode q. in ungefähr 1/10o sec., einer Zeit, die dem ersten Nulldurchgang
des Stromes entspricht, der nach der Trennung der Kontakte auftritt. Der Widerstand
5,. der unmittelbar eingeschaltet worden ist, hält den Potentialunterschied zwischen
der Elektrode i und dem Kontakt q. praktisch auf Null, und der Lichtbogen kann nicht
wieder zünden, da der Abstand zwischen der von den Kontakten am weitesten entfernten
Elektrode 8 und der -freien Elektrode q. größer gewählt ist als der kleinste Isolationsabstand
für die Gebrauchsspannung des Ausschalters (Fig. 2). Während derselben Zeit (Fig.
3) tauchen die Kontaktstellen zwischen der Iiilfselektrode 2 und der beweglichen
Elektrode 3 in den Behälter 7, der .ein Fluidum enthält, dessen dielektrischer Widerstand
größer ist als der desjenigen Fluidums, das sich in diesem Augenblick zwischen den
Elektroden i und 2 befindet. Die Stücke 2 und 3 trennen sich sofort, da die Elektrode
2 durch den Anschlag 9 angehalten. wird; auf diese Weise genügt ein sehr kleiner
AbstandA zwischen der beweglichen Hauptelektrode 3 und der Hilfselektrode 2 zur
Hervorbringung einer genügenden Isolation, um die Wiederzündung des Lichtbogens
zwischen i und 2 und jede Entstehung eines Lichtbogens zwischen 2 und 3 zu vermeiden.
Da das Fluidum in dem Behälter 7. stärker isoliert als das, in der Lichtbogenkammer,
kann die Summe der beiden Abstände zwischen den Teilen i, 2 und 3 kleiner sein,
als sie in dem Falle einer aus einem Stück bestehenden beweglichen Elektrode nötig
wäre, die ihren Weg vollständig in einem vom Lichtbogen beeinflußten Medium zurücklegte.
Daraus folgt, daß bei einer kleineren öffnungsgeschwindigkeit die Isolation zwischen
den Elektroden entsprechend der Erfindung mindestens gleich derjenigen sein wird,
die man in bekannten Apparaten erhält, in denen die Verschiebungsgeschwindigkeit'
der beweglichen Elektrode sehr hoch ist.
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Fig. q. zeigt eine weniger schematische Ausführungsform des soeben
beschriebenen Ausschalters. Die Kammer 7 enthält hier eine isolierende Flüssigkeit,
z. B. Öl. Unter dieser Kammer befindet sich die pneumatische Antriebsvorrichtung-für
die Elektrode 3, die in der Einschaltstellung die Zwischenelektrode 2 gegen den
Kontakt i drückt. Wenn sich bei der Auslösung die Elektrode 3 abwärts bewegt, folgt
die Zwischenelektrode 2 durch ihr Eigengewicht dieser Abwärtsbewegung, bis sie durch
den Anschlag g angehalten wird; die Teile 2 und 3 trennen sich dann unter Öl, wie
die Zeichnung darstellt.
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In der Ausführungsform nach Fig. 5 ist das Medium, in dem sich die
beiden Teile der beweglichen Elektrode trennen, komprimierte Luft, die durch einen
Hilfskanal io der Kammer 7 zugeführt wird. Andererseits unterliegt hier die Elektrode
2, anstatt daß sie sich von dem festen Kontakt,. wie in dem Beispiel nach Fig. q.,
durch ihr Eigengewicht trennt, dem Druck eines komprimierten Gases auf einen mit
der Elektrode 2 fest verbundenen Kolben i i. Dieser Kolben ist in einem Zylinder
12 gefü$rt. Man kann diese Teile derart anordnen, daß die Bewegung des Kolbens i
i eine zusätzliche Kompression der durch den Kanal io in die Kammer 7 eingeführten
komprimierten Luft ergibt und dadurch eine höhere dielektrische Isolation in dieser
Kammer hervorruft.
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Schließlich-wird bei der Ausführungsart nach Fig. 6 der Behälter 7
mit einem durch den Niedergang des mit der Elektrode 2 festverbundenen Kolbens i
i komprimierten Gas gefüllt, wobei sich diese Kolbenbewegung
unter
Wirkung der durch den Kanal io zugeführten komprimierten Luft vollzieht.
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Obgleich bei allen beschriebenen Ausführungsformen die Ausschalter
eine mit komprimiertem Gas arbeitende Blasvorrichtung und in den Stromkreis einzuschaltende
Widerstände besitzen, hat die Erfindung auch für Ausschalter ohne Widerstände und
mitirgendeinem beliebigen strömenden Lichtbogenlöschmittel Geltung. Wenn die Teile
q., 5 -und ä fehlen, darf natürlich die elektrische Verbindung zwischen den Teilen
2 und 3 der beweglichen Elektrode erst nach der Löschung des Lichtbogens zwischen
i und z geöffnet werden, um auf diese Weise die Entstehung eines Lichtbogens zwischen
2 und 3 zu vermeiden.
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Schließlich ist es ersichtlich, daß in dem oben betrachteten Fall,
wo die elektrische Unterbrechung zwischen den Teilen 2 und 3, die durch eine isolierende
Traverse verbunden sind, durch Öffnung einer Kontaktbrücke erfolgt, diese in der
mit einem stark isolierenden Fluidum gefüllten Kammer 7 untergebracht sein muß.
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In gewissen Fällen kann es vorteilhafter sein, eine Elektrode zu benutzen,
die aus mehr als zwei Teilen besteht, deren elektrische Verbindungen getrennt werden
müssen. In diesem Falle genügt @es, in einem gleichen Apparat die Kolben oder die
Kontaktbrücken entsprechend zu vermehren.