DE631444C - Expansionsschalter - Google Patents

Description

Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen Wechselstromlichtbogen durch eine über mindestens einen Stromnulldurchgang anhaltende kräftige Expansion des Dampfes, in welchem der Lichtbogen brennt, zu löschen. Die Löschwirkung beruht darauf, daß im Augenblick des Stromnulldurchganges dem Lichtbogenraum durch die kräftige Expansion des Dampfes eine so große Energiemenge pro Zeiteinheit entzogen wird, daß dieser Raum in sehr kurzer Zeit entionisiert wird und dadurch eine hohe Durchschlagsfestigkeit erhält. Wenn dieser Entionisierungsprozeß so rasch vor sich geht, daß die Durchschlagsfestigkeit in höherem Maße anwächst als die nach dem Stromnulldurchgang wiedereintreffende Zündspannung, dann bleibt der Lichtbogen erloschen, weil er durch die wiedereintreffende Spannung nicht mehr wieder gezündet werden kann. Es kommt also bei diesem Löschprinzip alles darauf an, daß der Expansionsgrad, d. h. das Druckgefälle, pro Zeiteinheit im Augenblick des Stromnulldurchganges die für die Entionisierung erforderliche Höhe hat.

Der Expansionsgrad im Augenblick des Stromnulldurchganges hängt nun nicht nur von dem Druck des erzeugten Dampfes, sondem auch von dem Gegendruck in demjenigen Raum ab, in welchen der Dampf bei der Expansion ausströmt. Damit die im Augenblick des Stromnulldurchganges vorhandene Dampfausflußmenge nicht unter dasjenige Maß herabsinkt, welche für die Erzeugung des nötigen Expansionsgrades erforderlich ist, muß dem Entstehen von zu hohem Gegendruck bzw. von Ausströmungswiderständen in dem Ausströmungsraum vorgebeugt werden.

Man pflegt die Dampfkammer des Expansionsschalters, in der die Lichtbogenlöschung erfolgt, in ein Kondensationsgefäß einzubauen, um die bei der heftigen Dampfausströmung mitgerissene Flüssigkeit zurückzuhalten. Es besteht nun die Schwierigkeit, dieses Kondensationsgefäß einerseits so zu bauen, daß nicht unzulässig große Flüssigkeitsmengen ausgeworfen werden, andererseits so, daß bei dem beschränkten Fassungsraum, der ihm gegeben werden kann, ein un- zulässiger Gegendruck nicht entsteht.

Die Erfindung besteht darin, daß das Kondensationsgefäß mit großen Ausströmungsöffnungen ausgerüstet wird, die durch Federkraft geschlossen gehalten und erst bei Erreichung eines die Erzeugung des erfor-

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Ludwig Heinemeyer in Berlin-Lichterfelde.

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derlichen plötzlichen Druckgefälles beeinträchtigendenDamp;§4£ucke.s geöffnet werden. Die AusstrOmungSsffnungen können bei er* sprechender AnQr,djmng so groß ge! S werden, daß das Anwachsen des Gegen* auf einen unzulässigen Wert mit Sichel?! vermieden wird. Andererseits ist bei diel Ausführung das Kondensationsgefäß normalerweise ganz oder fast ganz-abgeschlossen, so daß die Verdunstung der Schaltfiüssigkeit sehr gering ist. Dies ist insbesondere von Wichtigkeit, wenn eine leicht verdunstende Schaltflüssigkeit, z. B. Wasser, angewendet wird.

Nach der weiteren Erfindung kann das Verschlußorgan des Kondensationsgefäßes mit demjenigen der Dampfkammer verbunden werden, so daß beide Verschlußorgane gleichzeitig geöffnet werden. Die Gesamtmasse der bei der Expansion bewegten Teile, also auch ihre Trägheit, wird dadurch groß, was für das Offenhalten der Ausströmungsöffnungen über den Stromnulldurchgang von Vorteil ist. Insbesondere kann das Kondensationsgefäß durch einen federnden Deckel verschlossen sein. Man kann auch ein Kondensationsgefäß anwenden, welches durch zusätzliche Verbindungsöffnungen -kleineren Querschnitts ständig mit dem Außenraum in Verbindung steht, und die Anordnung dann so treffen, daß für die Kondensationskammer ein besonderer Verschlußteil mit einer besonderen Verschlußkraft vorgesehen wird, die von der Verschlußkraft der Dampfkammer unabhängig ist. Bei dieser Anordnung kann durch entsprechende Einstellung der Verschlußkraft erreicht werden, daß sich die großen öffnungen des Kondensationsgefäßes nur bei schweren Abschaltungen öffnen, während sie bei kleineren Abschaltungen geschlossen bleiben, was den Vorteil hat, daß der Flüssigkeitsverlust für die normalen Abschaltungen kleiner gehalten werden kann.

Nach der weiteren Erfindung sollen die öffnungen, die aus dem Kondensationsgefäß in den Außenraum führen, so angeordnet sein, daß die Richtung der Ausströmung aus dem Kondensationsgefäß entgegengesetzt ist zur Richtung der Einströmung des Dampfes aus der Dampfkammer in das Kondensationsgefäß. Hierdurch werden Flüssigkeitsverluste vermieden. Beispielsweise können bei Anwendung einer Dampfkammer, aus welcher der Dampf radial nach außen ausströmt, die Ausströmungsöffnungen aus dem die Dampfkammer umgebenden Kondensationsgefäß radial nach einwärts in ein Ausströmrohr münden, das sich oberhalb der Mitte der Dampfkammer an diese anschließt. So In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

In Fig. Ί bedeuten 10 die Dampfkammer, 11 das Kondensationsgefäß. In der Dampfkammer befindet sich das feststehende Schaltstück 12. Der obere Teil 13 der Dampfkam-J^|r ist durch Bolzen 14, die in seinem iijffansch verankert sind, im unteren Teil der !^Dampfkammer geführt und kann sich von diesem nach oben abheben. Auf den Bolzen sitzen Druckfedern 15, die sich gegen die Anker 16 der Bolzen 14 abstützen. Diese erzeugen die Verschlußkraft für die Dampfkammer, welche für die Expansion von der Dampfspannung in der Kammer überwunden werden muß. Die Dampfkammer hat einen isolierenden Deckel 17, durch den mit möglichst geringem Spiel der Schaltstift 18 hindurchgeführt ist. 19 ist der Deckel des Kondensationsgefäßes, der mit diesem federnd verbunden ist. Zu diesem Zweck sind in dem Deckel Bolzen 20 eingeschraubt, mit denen der Deckel in den Flanschen 21 des Kondensationsgefäßes geführt wird. Die Druckfedern 22, die sich gegen die Anker 23 stützen, halten das Kondensationsgefäß normalerweise geschlossen. Sie sind so stark gespannt, daß bei kleineren Abschaltungen der sich im Kondensationsgefäß entwickelnde Gegendruck nicht genügt, dieses zu öffnen. Der Schaltstift 18 ist im Deckel 19 durch eine go Dichtung 24 gedichtet. 25, 26 sind Abzugsrohre, welche den Dampfraum des Kondensationsgefäßes mit dem Freien verbunden halten. Mit 27 ist der Spiegel der Schaltflüssigkeit bezeichnet. Als Schaltflüssigkeit kann beispielsweise Wasser verwendet werden.

Die Wirkung dieses Schalters ist bei normaler Abschaltung die folgende:

Der Schaltstift 18 trennt sich vom Schaltstück 12 und zieht im Innern der Dampfkammer den Unterbrechungslichtbogen, Dieser verdampft Schaltflüssigkeit in der Dampfkammer, und wenn der Dampfdruck die Höhe der Spannung der Federn 15 erreicht hat, öffnet sich die Kammer, indem der obere Teil 13 mit den Bolzen 14 nach oben gleitet, wobei die Federn 15 zusammengedrückt werden. Der Dampf strömt unter hohem Druck mit großer Geschwindigkeit in das Kondensationsgefäß aus und schleudert dabei auch Schaltflüssigkeit nach oben. Von dieser wird jedoch nur eine kleine Menge durch die Ausströmrohre 25, 26 nach außen mitgerissen. Der größte Teil bleibt in der Kondensationskammer. Die Rohre 25, 26 dürfen jedoch keinen zu großen Querschnitt haben, damit nicht zu viel Flüssigkeit verlorengeht. Infolge des verhältnismäßig großen Dampfraumes des Kondensationsgefäßes und seiner Verbindung mit dem Freien durch die Ausströmrohre 25-, 26 bleibt bei der normalen

Abschaltung der Gegendruck, der sich in dem Kondensationsgefäß beim Ausströmen entwickelt, unter der zulässigen Grenze, so daß die für die Erzeugung des notwendigen Expansionsgrades erforderliche Dampfausflußmenge aus der Dampfkammer io über mehrere Stromnulldurchgänge vorhanden ist. Während einer dieser Stromnulldurchgänge wird daher die Löschung des Lichtbogens erfolgen.

Bei schweren Abschaltungen kommt dagegen das Verschlußorgan der Kondensationskammer, das ist sein Deckel 19, zur Wirkung. Eine besonders schwere Abschaltung liegt beispielsweise vor, wenn der Schaltstift durch eine Sperrung im Gestänge hängenbleibt und ein Stehlichtbogen von längerer Dauer entsteht; dann würde der Gegendruck in dem Kondensationsgefäß bei geschlossen bleibendem Deckel 19 so stark anwachsen, daß die Expansion nach einer gewissen Lichtbogendauer nicht mehr in dem erforderlichen Grade fortgeführt würde; denn bei länger werdendem Lichtbogen steigt die sekundliche Dampfmenge sehr stark, und die Dampfausflußmenge aus der Kondensationskammer ist dann zufolge der engen Querschnitte und des Strömungswiderstandes im Abströmungsweg ungenügend. Die Dampfausflußmenge aus der Dampfkammer sinkt dann bald infolge des zu kleinen Druckunterschiedes unter das erforderliche Maß herab. Infolgedessen würde ein solcher Lichtbogen überhaupt nicht gelöscht und könnte zur Zerstörung des Schalters führen. Dieser Möglichkeit ist dadurch vorgebeugt, daß sich bei Überschreiten eines gewissen Gegendruckes der Deckel 19 gegen den Druck der Federn 22 abhebt und damit eine große zusätzliche Ausströmöffnung zwischen Flansch und Dekkel öffnet. Es findet nun eine zweite kräftige Expansion statt, die den Stehlichtbogen bei seinem Stromnulldurchgang zum Erlöschen bringt.

4.5 In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Verschlußorgane der Dampfkammer und des Kondensationsgefäßes miteinander verbunden sind und sich bei der Expansion gemeinsam öffnen, wodurch von vornherein so große Ausströmöffnungen aus dem Kondensationsgefäß freigelegt werden, daß ein Ansteigen des Gegendrucks bzw. Ausströmungswiderstandes über einen unzulässigen Wert nicht erfolgen kann.

Die Dampfkammer ist mit 30 bezeichnet. Sie besteht ganz aus Isoliermaterial und ist aus einem unteren Teil und den Platten 31 bis 34 zusammengesetzt, welche mittlere Öffnungen für den Schaltstift haben, sich nach oben abheben können und durch Stifte 35 geführt sind. In der Schaltkammer befindet sich das feste Schaltstück 36. Auf den Ring 34 ist ein Rohr 37 aus' Isoliermaterial aufgesetzt, das an seinem unteren Ende bei 38 und an seinem oberen Ende bei 39 mit großen Ausströmungsöffnungen versehen ist. Die Dampfkammer ist in das Kondensationsgefäß 40 eingebaut. Dieses ist an seinem oberen Ende durch eine Wand 41 abgeschlossen, welche das Kondensationsgefäß in Form eines Hohlringes nach oben begrenzt. Durch die Gleitflächen 42 dieser Wand wird das Isolierrohr 37, welches sich jeweils mit einem Teil der Ringe 31 bis 34 der Dampfkammer nach aufwärts bewegt, geführt. Auf dem Rohr 37 liegt ein schwerer Deckel 43 aus Isoliermaterial auf. Dieser ist mit einer Dichtungsleiste 44 versehen, und es sind in ihn die Bolzen 45 eingeschraubt, mit welchen er in den Flanschen der Wand 41 des Kondensationsgefäßes geführt wird. Durch die Druckfedern 46, die sich gegen Anker 47 der Bolzen 45 abstützen, wird der Deckel mit seiner Dichtungsleiste 44 normalerweise gegen die Wand 41 des Kondensationsgefäßes gedrückt, wodurch das Kondensationsgefäß vollkommen gegen den Außenraum abgeschlossen ist. In dem Deckel befindet sich um den Schaltstift 48 herum eine Dichtungsnut 49 mit Dichtungsmaterial für den Schaltstift. In dem Kondensationsgefäß sind noch die Wände 50 .angebracht, welche zur Führung der Schaltflüssigkeit dienen. Die Öffnungen 51 und 52 dienen zum Ausgleich der Schaltflüssigkeit. Es können die punktiert angegebenen, mit 53 bezeichneten Überstromrohre angeordnet sein, welche die zusammengedrückte Luft nach dem Außenraum überströmen lassen, um auf diese Weise den klein- ι on sten Gegendruck für die strömende Flüssigkeit entstehen zu lassen. Der normale Spiegel der Schaltflüssigkeit ist durch die Marke 54 angegeben.

In der Abbildung ist der Augenblick dargestellt, bei welchem während der Expansion der Lichtbogen grade erlischt.

Der Lichtbogen hat so viel Schaltflüssigkeit verdampft, daß unter der Wirkung des Dampfdruckes die oberen Ringe 32 bis 34 samt dem Rohr 37 und dem Deckel 43 gegen die Wirkung der Druckfedern 46 abgehoben worden sind. Dabei hat sich zwischen den Ringen 31 und 32 ein großer Ringspalt gebildet, aus welchem der Dampf in das Kondensationsgefäß ausströmt. Die vorgelagerte Schaltflüssigkeit wird nun durch die Führungswände 50 geführt und strömt als geschlossener Kolben nach aufwärts. Sie wird dann durch die Hohlringführung in der Wand 41 nach abwärts gelenkt. Der expandierende Dampf strömt aus dem Raum 55 durch die

Öffnungen 38 in das Rohr 37 und aus diesem durch die Öffnungen 39 nach außen ab. Die ausströmenden Dämpfe sind mit punktierten Pfeilen angedeutet. Da die ausströmenden Gase hierbei zweimal umgelenkt werden, wird

. alle mitgerissene Flüssigkeit ausgeschieden. Die Öffnungen 38 sind so groß gehalten, daß eine Verstopfung durch Schaltflüssigkeit und somit ein Strömungswiderstand, der den Expansionsgrad herabsetzt, nicht entsteht. Der Schaltstift 48 wird im Augenblick des Stromnulldurchganges des Lichtbogens in die gasfreie Schaltflüssigkeit hineingezogen, welche die oberen Taschen der Dampfkammer füllt.

Hierdurch wird die Unterbrechung begünstigt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Expansionsschalter, bei welchem ein Wechselstromlichtbogen in einer Dampfkammer, die in' ein Kondensationsgefäß eingebaut ist und mit einer Schaltflüssigkeit gefüllt ist, durch Erzeugung einer kräftigen, über mindestens einen Stromnulldurchgang andauernden Expansion des vom Lichtbogen aus der Schaltflüssigkeit erzeugten Dampfes gelöscht wird,, wobei der Dampf in das Kondensationsgefäß ausströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsgefäß mit großen Ausströmungsöffnungen ausgerüstet' ist, die durch Federkraft geschlossen gehalten und erst bei Erreichung eines die Erzeugung des erforderlichen plötzlichen Druckgefälles beeinträchtigenden Dampf druckes geöffnet werden.
2. 2. Expansionsschalter nach Anspruch x, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver- j schlußorgan des Kondehsationsgefäßes mit demjenigen der Dampfkammer verbunden ist, so daß beide Verschlußorgane gleichzeitig durch den'Dampf druck geöffnet werden.
3. 3. Expansionsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung eines Kondensationsgefäßes, welches durch zusätzliche Verbindungsöffnungen kleineren Querschnitts ständig mit dem Außenraum in Verbindung steht, für die Kondensationskammer ein besonderer Verschlußteil mit einer besonderen Verschlußkraft angeordnet ist, welche von der Verschlußkraft und dem Verschlußteil der Dampfkammer unabhängig ist.
4. 4. Expansionsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsgefäß einen federnden Deckel aufweist.
5. 5. Expansionsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen, die aus dem Kondensationsgefäß in den Außenraum führen, so angebracht sind, daß die Richtung der Ausströmung aus dem Kondensationsgefäß entgegengesetzt ist zur Richtung der Einströmung des Dampfes aus der Dampfkammer in das Kondensationsgefäß.
6. 6. Expansionsschalter nach Anspruch 5 mit einer Dampfkammer, aus welcher der Dampf radial nach außen abströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmungsöffnungen aus dem die Dampfkammer umgebenden Kondensationsgefäß in radialer Richtung einwärts in ein Ausströmrohr führen, das oberhalb der Mitte der Dampfkammer angeordnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen