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Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas In dem Patent
607 703 ist ein Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas beschrieben,
bei welchem die die Kontaktflächen umgebenden Teile des Schalters derart kaminförmig
ausgebildet sind, daß die Blasw irkung des Druckgasstromes an der Unterbrechungsstelle
zwischen den Kontakten am größten ist.
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Es hat sich nun gezeigt, daß für die Lichtbogenlöschung nicht nur
die Blaswirkung des Druckgases, sondern auch sein Druck entscheidend ist. Lm das
Löschen eines Hochspannungslichtbogens mit Sicherheit zu erreichen, muß nämlich
der Raum zwischen den Kontakten, wenn der Lichtbogen im Nulldurchgang des Stromes
unterbrochen ist, gleichzeitig mit der Unterbrechung elektrisch abgeriegelt werden.
Dieses Abriegeln, das bisher bei Hochspannungsschaltern durch Öl vorgenommen wurde,
muß bei Druckgasschaltern durch das Gas hoher Durchschlagsfestigkeit erfolgen. Hierzu
ist es aber erforderlich, daß das Gas neben der zur Erzielung einer maximalen Blaswirkung
erforderlichen Geschwindigkeit einen genügend hohen Druck besitzt, und es ist ferner
erforderlich, daß dieser Druck nicht nur beim Einströmen vorhanden ist, sondern
auch an der Trennungsstelle der Kontakte erhalten bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß das Druckgas
unter einem Druck von mehr als 5 Atm. eingeblasen wird. Hierdurch wird erreicht,
daß zwischen den Kontakten bei der Abschaltung ein isolierendes Gaspolster hochatmosphärischen
Druckgases entsteht und daß infolge der Führung des Druckgases nach Strömungskurven
trotzdem eine ausreichende Durchtrittsgeschwindigkeit vorhanden ist. Der hohe Druck
bewirkt mit Sicherheit, daß die Kontakte von der Schicht hoher Durchschlagsfestigkeit
nach allen Seiten so umschlossen sind, daß ein wirksames elektrisches Abriegeln
erfolgt.
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Es sind zwar bereits Anordnungen bekanntgeworden, bei welchen z. B.
aus einem die Kontakte umgebenden Druckraum Gas in die hohlen Elektroden strömt;
jedoch kann bei derartigen Schaltern kein isolierendes Gaspolster hohen Druckes
zwischen den Kontakten entstehen, da es sich hierbei nicht um ein mit großer Geschwindigkeit
einströmendes Gas handelt, sondern die Strömung sich erst an einzelnen Stellen der
Kontakte bildet. An den Punkten der Kontakte, an denen die Strömung beginnt, ist
sie aber angenähert Null, so daß sich dort keinesfalls ein kompaktes Gaspolster
hohen Druckes und hoher Geschwindigkeit bilden kann, zumal von diesen Stellen aus
die Ionen nicht leicht entfernt werden können. Wenn aber irgendwo längs der Kontakte
Stellen vorhanden sind, die nicht durch ein Druckgaspolster hohen Druckes abgeriegelt
sind, so haben dort die mit größer
Geschwindigkeit aus den Kontakten
austretenden Elektronen die. -Möglichkeit, durch das Druckgas hindurchzudringen
und damit eine Zündung und neuer- Lichtbogenbilduri@@ einzuleiten. An solchen Stellen
muß a`ls;} besonders bei der Abschaltung größer Spannungen .und größerer Leistungen,
tüte'? weigerlich ein Wiederzünden des Lichtbogens stattfinden, zumal bei größeren
Leistungen das Einströmen des Druckgases in Rohre auch durch die Gegenwirkung des
Lichtbogens bedeutend erschwert wird. Hierdurch treten aber Wirbelungen, Stauungen
und Hemmungen ein, die das Zustandekommen eines isolierenden Gaspolsters hohen Druckes
unmöglich machen.
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Aus dem gleichen Grunde konnte auch der Vorschlag, bei Schaltern den
Unterbrechungslichtbogen durch den statischen Druck eines nichtströmenden Gases
zu ersticken und hierbei einen Gasdruck von der Größenordnung von 7 Atm. zu verwenden,
eine Lösung des vorliegenden Problems nicht'-bringen.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung werden hingegen durch die gegenseitige
Abriegelung der Kontakte vermittels des Gaspolsters hohen Druckes nicht nur Rückzündungen
wirksam vermieden, sondern es wird auch die Unterbrechung des Lichtbogens in außerordentlich
kurzer Zeit bewirkt.
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Hierbei .ermöglicht es die Höhe des Druckes und daher der Durchschlagsfestigkeit,
mit kurzen Schaltwegen auszukommen, da die umhüllende Schicht hoher Durchschlagsfestigkeit,
solange sie erhalten bleibt, trotz ihrer geringen Dicke ausreichende Sicherheit
gegen Rückzündungen bietet. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß erstens diese Schicht
lange genug erhalten bleibt, zweitens, wenn die Schicht verschwunden ist, der Abstand
im Sehalter selbst oder an einer anderen Trennstelle (Trennschalter o. dgl.) beim
Verschwinden so groß geworden ist, daß ein Überschlagen' in Luft bei der gegebenen
Spannung nicht mehr erfolgen kann.
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Will man nur an einer Stelle unterbrechen, so besteht die Möglichkeit,
eine kurze, schlagartige Bewegung der Kontakte zuerst vorzunehmen und, während das
Schutzpolster noch erhalten bleibt, die Kontakte auf größere Entfernung zu führen.
Man könnte aber auch, wie oben angedeutet, im Schalter schnell trennen und durch
einen irgendwie zwangsläufig mitarbeitenden Trennschalter die Volltrennung vornehmen.
Dabei könnte die Trennung der Kontakte im Schalter, die ja gleichzeitig mit dem
Druckgaszutritt erfolgt, durch das Druckgas selbst geschehen. Es würde sich auf
diese Weise sogar eine gewisse Zwangsläufigkeit und zeitliche Abstimmung erreichen
lassen; denn eine Betätigung des Schalters (Ausschalten) könnte nur erfolgen, wenn
Druckgas vorhanden ist, dabei ist es gleichgültig, ob die erste Aus-1Nung des Ventils
von Hand, elektrisch, r@@leumatisch oder auf andere Weise erfolgt. `",gebenenfalls
kann der Schalter durch be-#öndere Kraftspeicher, auch pneumatischer Art, die elektrisch
oder pneumatisch gesteuert werden, sowohl aus- als auch eingeschaltet werden. Für
das Ausschalten kann in an sich bekannter Weise ein Maximalrelais bzw. ein Maximalzeitrelais
o. dgl. verwendet werden.
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Allgemein läßt sich der Schaltvorgang bei Schaltern mit Lichtbogenlöschung
durch strömendes Hochdruckgas etwa wie folgt darstellen Es schiebt sich eine isolierende
Schicht hoher Durchschlagsfestigkeit zwischen die Kontakte. Diese Schicht hüllt
bei entsprechender Formgebung der Gasführung und der Kontaktstücke die Kontaktstücke
vollständig ein und macht so einen Überschlag (Rückzünden) unmöglich, selbst wenn
die Kontakte nur wenig voneinander bewegt werden. Dabei tritt noch durch die bewegte
Schicht des Druckgases {je nach Einstellung kurz vor der Unterbrechung bzw.
beim Unterbrechen oder kurz nach dem Unterbrechen) eine plötzliche, schnell wirkende
und gründliche Kühlung der Lichtbogenfußpunkte und des Lichtbogens selbst ein, die
maximal wird, wenn die Kontaktflächen und die Hülle so gestaltet sind, daß sich
der Druckgasweg den Strömungskurven anpaßt.
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Der hohe Gasdruck wirkt mechanisch mit großer Kraft auf den gekühlten
Lichtbogen und zerreißt ihn. Die auf den Lichtbogen ausgeübte Zerreißkraft kann
wiederum durch Gestaltung der Kontakte und der Hülle auf ein Maximum gebracht werden,
besonders wenn der Lichtbogen so geführt wird, daß er dem Druckgasstrom nicht ausweichen
kann, und wenn die Kontakte derart angeordnet sind, daß der Lichtbogen von dem Druckgasstrom
in an sich bekannter Weise möglichst senkrecht getroffen wird. Der Lichtbogen wird
hierbei direkt aus der Schaltkammer herausgeschleudert und zerfetzt. Das nachströmende
expandierende Gas kühlt noch weiter die Kontakte.
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Wird sauerstofffreies Gas verwendet, so kann hierdurch noch die Verbrennung
der Kontakte hintangehalten werden. Als solche Gase kommen in Frage z. B. Kohlensäure,
Stickstoff u. dgl. Es könnte aber auch nicht nur auf obige Eigenschaft Wert gelegt
werden, sondern auch Gas zur Benutzung kommen, das besonders hohe Durchschlagsfestigkeit
besitzt und dessen Durchschlagsfestigkeit in gewünschter Weise druckabhängig
ist.
Dabei kann statt eines reinen Gases auch ein Gasgemisch treten, dessen Eigenschaften
die günstigsten Schalt- und Löschbedingungen geben.
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Es kann also zusammenfassend gesagt werden, daß bei hochatmosphärischem
Druckgas und entsprechender Anordnung der Kontakte und der Hülle trotz hoher Durchtrittsgeschwindigkeit
und der Kühlung durch die Gase doch der nötige Druck zum elektrischen Abriegeln
der Kontakte selbst bei geringen Abständen erreicht wird.
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Werden die Kontakte schaltkammerartig angeordnet, so kann man zweckmäßigerweise
einen Kontakt von dem andern umfassen lassen, wie dies im Hauptpatent bereits angegeben
ist. Das ergibt günstige Durchtrittsgeschwindigkeit, günstiges Schutzpolster, günstige
Zerreißwirkung für den Lichtbogen.
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Statt die Unterbrechung nur an einer einzigen Stelle vorzunehmen,
kann auch Mehrfachunterbrechung vorgesehen werden. Dabei können dann die Unterbrechungsstellen
jede für sich oder gemeinsam beblasen. werden. Besonders vorteilhaft ist es, die
Unterbrechungsstellen in einer gemeinsamen Schaltkammer gemeinsam zu beblasen. Die
Anordnung der Unterbrecherkontakte kann aber auch so vorgenommen werden, daß sie
in mehreren nebeneinander-, unter besonderen Vorsichtsmaßregeln auch übereinanderliegenden
Schaltkammern sitzen. Man kann auch dazu übergehen, nach Spannung und Abmessung
normalisierte Schalter für höhere Spannungen in Hintereinanderschaltung zu verwenden.
Ebenso kann man zur Bewältigung größerer Stromstärken nach Strom und Abmessung normalisierte
Schalter in Parallelschaltung, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Reaktanzen,
verwenden.
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Bei großen Stromstärken kann man auch einen großflächigen Kontaktschalter
verwenden, der zunächst auf genügende Entfernung (Überschlagspannung) unterbrochen
wird und dann erst den eigentlichen Druckgasschalter, der durch besondere Abstimmung
des Mechanismus und entsprechende Verriegelung nur kurzzeitig allein geschlossen
bleiben kann. Bei diesen beiden parallel liegenden Schaltern muß sowohl auf Verteilung
der Stromstärke auf jeden von ihnen (am besten Druckgasschalter fast oder ganz stromlos,
erst Stromübernahme bei Unterbrechung des= Hauptschalters) als auch auf die Zeitdauer
der Einschaltung des Druckgasschalters eingestellt «-erden.
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Umfaßt ein Kontakt in einer Art Schaltkammer den anderen, so kann
die Öffnung dieses umfaßten Kontaktes bzw. die Öffnung der Schaltkammer .nach oben
zu zur Erhöhung des inneren Druckes auf einer kürzeren oder längeren Strecke verengt
werden. Soll das Abblasen möglichst schnell und hemmungsfrei erfolgen, so kann man
entweder den umhüllenden Kontakt oder die Hülle nach oben zu kaminartig erweitern.
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Das Hochdruckgas kann entweder direkt von Flaschen oder Behältern
aus den Schaltern zugeführt werden, es können aber auch besondere Verteilungsanlagen
mit Haupt-und Nebenreservoiren geschaffen werden, an welche durch Rohre entsprechenden
Querschnittes die Schalter angeschlossen werden. Die Rohre können direkt oder als
Ringleitungen geführt werden, wenn nicht besondere Ersatzstränge verlegt werden
sollen. Wird eine besondere Reserveleitung mit Reservegefäßen angebracht, so kann
durch automatische Umschaltvorrichtungen ein Druckgasschalter, an dem nicht mehr
genügender Druck herrscht, auf diese Reserveleitung umgeschaltet werden. Statt dessen
kann man auch eine Einrichtung vorsehen, die die Einleitung des Schaltvorganges
bzw. Öffnung des Schalters von dem Vorhandensein eines bestimmten Gasdruckes abhängig
macht. Signalvorrichtungen zeigen den Druckabfall an.