DE636025C - Elektrischer Schalter mit Lichtbogenloeschung durch Druckgas - Google Patents

Description

Es sind Lichtbogenlöschvorrichtungen für Schalter bekannt, denen .eine Flüssigkeit durch Druckgas zugeführt werden kann. Es ist auch bekannt, die Zuführung zusätzlicher Löschflüssigkeit bei Druckgasschaltern in Ab-, hängigkeit von dem abzuschaltenden Strom sich vollziehen zu lassen. Es wird hierdurch eine zusätzliche Löschwirkung bei schweren Abschaltströmen erreicht, bei denen die

ίο Druckgaslöschung allein nicht ausreicht.

Die Erfindung bezieht sich auf derartige Lichtbogenlöschvorrichtungen bei Schaltern, wobei die Flüssigkeit durch Druckgas zugeführt wird, das in einem Ventil stromabhängig umgeleitet wird. Die Erfindung besteht darin, daß das Ventil einen Ventilkörper aus magnetischem Material besitzt, dessen Schließkraft lediglich durch Druckgas hervorgebracht wird, und daß auf den Ventilkörper unmittel-

ao bar die magnetische Kraft des zu unterbrechenden Stromes derart wirkt, daß er bei hohen Abschaltströmen eine Stellung einnimmt, in der Flüssigkeit der Druckgaszuleitung zugeführt wird.

Hierdurch ist eine Einrichtung geschaffen, welche selbsttätig die Löschvorrichtung mit ihrer vollen Abschaltleistung, d.h. mit dem flüssigen Löschmittel, nur im Falle von Überströmen oberhalb eines gewissen Grenzwertes in Tätigkeit setzt, und zwar mit der erforderlichen Betriebssicherheit, so daß ein Versagen des Schalters bei diesen schweren Abschaltungen ausgeschlossen ist. Das Ventil nach der Erfindung spricht nämlich praktisch trägheitslos an und gibt daher dem Schalter die erforderliche hohe Abschaltsicherheit. Dabei besitzt es die bewährte einfache Bauart des Hauptstromauslösers. Ferner ist die zur Ventilbetätigung erforderliche magnetische Kraft sehr gering. Der Luftspalt des durch den Strom erregten Magneten kann daher verhältnismäßig groß sein, ohne die Genauigkeit der Einrichtung zu beeinträchtigen. Außerdem ist die Gefahr von Verklemmungen und Reibungen auf ein Mindestmaß gebracht, insbesondere wenn man sich den Ventilkörper, der vorzugsweise als Rotationskörper ausgebildet ist, durch eine Schwebebewegung oder durch eine Roll- loder Wälzbewegung zwischen den Ventilsitzen bewegen läßt.

Zweckmäßig besteht der Ventilkörper aus einer Kugel aus magnetischem nichtrostendem Metall. Um ein möglichst trägheitsloses An-, sprechen des Ventils zu gewährleisten, wendet man zweckmäßig eine Arbeitsschaltung an, in welcher das Ventil beim Ansprechen einen Auslaß in der Druckzuleitung schließt und dadurch das schon vorzeitig in der Leitung strömende Druckgas nach der Löschvorrichrung umlenkt. Man erzielt hiermit eine völlig momentan wirkende Löschmittelzuführung zu der Löschvorrichtung im Überstromfalle, was insbesondere dann erforderlich ist, wenn der Überstrom erst während einer normalen Betriebsschaltung auftritt, oder wenn auf bestehenden Kurzschluß eingeschaltet wird. Insbesondere kann das Ventil so ausgebildet sein,

daß die während^ der Abschaltung eines Normalstromes vor. dem Ansprechen vorhandene Druckgasströmung; gemeinsam mit der Auslösemagnetkraft zur Betätigung des VentüV körpers wirksam gemacht wird, indem die Druckgasströmung an dem Ventilkörper derart abgelenkt wird, daß sie unter ihm einen sein Gewicht entlastenden und seine Bewegung beschleunigenden Überdruck erzeugt. ίο Da in den meisten Fällen bei Normalstromabschalrungen der Löschvorrichtung ein Druckgas (meist von geringerem Druck oder ' von anderer Art als im Üb er stromfall) zugeführt werden soll, so kann man zweckmäßiger weise für die Zuleitung von Druckgas zur Löschvorrichtung ein im Vergleich zum Überströmventil träges Druckgasventil anordnen. Man erzielt mit' dieser Anordnung, daß bei jeder Normalabschaltung die Löschvorrichrung zur sofortigen Wirkung mit ihrer vollen Kurzschlußleistung bereit ist.

Man kann z. B. für normale Abschaltungen Druckluft, für Überstromabschaltungen ein durch Druckluft in die Löschvorrichtung hineingetriebenes flüssiges Löschmittel, beispielsweise Wasser oder ein Gas-Wasser-Gemisch, verwenden.

In- der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Löschvorrichtung des Schalters besteht aus einem Isolierkörper 1, in dem sich eine zylindrische Bohrung 2, der Löschkanal für den Lichtbogen, befindet. In dem Isolierkörper 1 ist ferner eine Löschmittelzuleitung 3 in Form eines Krümmers angeordnet. Diese mündet in der Mitte des Löschkanals 2 und hat zwei Löschmittelanschlüsse, nämlich eine vertikale nach unten führende Leitung 4 und eine die Verlängerung des Krümmers bildende Leirung 5. 6 ist das feststehende Schaltstück des Schalters, 7 der bewegliche Schaltstift. Dieser gleitet in einem Gleitkontakt 8, von welchem der Strom mittels der Leitung 9 abgenommen wird. Der Isolierkörper 1 ist auf eine leitende Kammer 10 aufgesetzt, in welcher sich auch das feststehende Schaltstück 6 befindet, welches mit der Kammerwandung in leitender Verbindung steht. Der Strom wird dem Schaltstück 6 durch die an die Klemme 11 angeschlossene Leitung 12 zugeführt und fließt durch die leitende Kammer 10. 13 ist ein in die Kammer 10 eingebauter, geschlossener, windkesselartiger Behälter, in den einerseits die Zuführungsleitung 4, andererseits die Leitung 14 mündet. Die Kammer ι ο· und der Behälter 13, die durch feine öffnungen kommunizieren, sind bis zur Marke ι S mit einer Schaltflüssigkeit, beispielsweise Wasser, gefüllt.- Der Isolierkörper 1 besitzt So an einer oder mehreren Stellen genügend große Druckausgleiehsöffnungen 16,- welche ■ den unteren mit dem oberen Raum in Verbindung setzen. Abgeschlossen ist er durch einen Deckel 17 aus Isolierstoff mit einer Bohrung für den Schaltstift 7 und einer oder ..mehreren Auspuff Öffnungen 18, die zweckmäßig durch Schirme 19 zwecks Verhinderung von Flüssigkeitsauswurf abgeschirmt sind.

Unmittelbar unterhalb der Kammer 10 der Löschvorrichtung befindet sich ein nach Art eines direkt wirkenden Überstromauslösers gebautes Ventil 20, 21, 22, 26, welches zweckmäßigerweise mit der Kammer 10 oder mit einem diese Kammer tragenden Isolator zusammengebaut sein kann. Den Ventilkörper bildet eine Kugel 20 aus magnetischem, zweckmäßig nichtrostendem Metall, welche einen oberen Ventilsitz 21 und einen unteren Ventilsitz 22 besitzt. Durch den oberen Ventilsitz 2 r steht das Ventilgehäuse 23 unmittelbar mit dem Außenraum in Verbindung. Die Kugel 20 befindet sich in einem luftdicht ausgebildeten Ventilgehäuse 23, an welches die Druckluftzuleitung 24 angeschlossen ist. Zur Vermeidung eines großen Druckgasverbrauches ist an der Mündung der Leitung 24 eine Drosselscheibe 27 eingebaut. Ein Druckausgleichsrohr 25 verbindet den Raum unterhalb des Ventilsitzes 22 mit der rechten Hälfte des Druckluftgehäuses 23. In diesen Teil mündet auch das Rohr 14. 26 ist ein Magnet, zwischen dessen Schenkeln die Kugel 20 angeordnet ist. Die Hauptstromzuleitung 12 ist durch den Magneten in vertikaler Richtung hindurchgeführt.

In die Löschmittelzuleitung 5 ist ein Speicherraum 28 eingebaut. 39 ist eine in die Leitung 5 eingebaute Drosseleinrichtung zur Vermeidung eines unnötigen Druckgasverbrauches. 29 ist das Hauptdruckgasventil, 30 das Steuerventil. Beide sind an den Druckgasbehälter 31 angeschlossen. Der Behälter 3 ϊ ist mit Druckgas, z. B. Druckluft, von einigen at gefüllt. Das. Hauptventil 29 ist so eingerichtet, daß es -vom Steuerventil 30 aus über eine Leitung 32 durch Druckgas betätigt wird. Es arbeitet mit einer bestimmten einstellbaren Verzögerung. 33 ist die Auslösespule für das Steuerventil 30, 34 eine Auslösespule für den Schaltstift 7, 35 eine Batterie, welche den Steuerstrom liefert, und 36 der Auslösekontakt.

Der Schalter arbeitet folgendermaßen: Die Zeichnung stellt den Schalter während der Abschaltung eines kurzschlußartigen Überstromes dar, und zwar in einer Phase des Unterbrechungsvorganges, in der das Hineindrücken des Löschmittels in den Löschkanal noch nicht begonnen hat. Der Auslösekontakt 36 wurde dabei durch den Überstromauslöser geschlossen. Dadurch wurde die Auslösespule 34 für den Schaltstift 7 und die

Spule 33 für das Steuerventil 30 erregt. Der Schaltstift 7 hat bei seiner Aufwärtsbewegung den Unterbrechungslieinbogen 37 durch den Löschkanal 2 hindurchgezogen. Gleichzeitig hat sich das Steuerventil 30 geöffnet und die Druckluft durch die Leitung 24 in das Druckluftgehäuse 23 eintreten lassen. Da der Magnet 26 durch den in der Leitung 12 fließenden Kurzschlußstrom erregt ist, wurde die Kugel 20 auf den oberen Ventilsitz 21 gezogen und versperrte somit den Auslaß für die Druckluft aus dem Gehäuse 23. Die Druckluft trat daher durch das Rohr 14 in den Windkessel 13 ein und drückte einen Teil des in diesem Windkessel befindlichen Wassers durch das Rohr 4 hinauf in den Krümmer 3. Der Krümmer hat sich dabei bis zur Marke 38 mit Wasser gefüllt.

In diesem Augenblick hat nun der durch die Leitung 32 auf das Hauptventil 29 übertragene Druck das Hauptventil so weit gedreht, daß der Behälter 31 mit der Leitung 5 in Verbindung gesetzt wurde. Nun strömt das Druckgas in den Pufferraum 28 und von da in den Krümmer 3 und drückt die darin befindliche Flüssigkeit in den Löscbkanal 2 hinein. Durch die Wirkung dieser in den Löschkanal hineingedrückten Flüssigkeit wird der kurzschlußartige Wechselstromunterbrechungslichtbogen 27 beim nächstfolgenden Stromnulldurchgang gelöscht. Die gebildeten Dämpfe expandieren frei in den Raum unterhalb und oberhalb des Isolierkörpers 1 und von da aus durch die Entlastungsöffnungen 16 und 18 ins Freie, wodurch sich ein nennenswerter Gegendruck für die Expansion nicht bilden kann und der Lichtbogen sehr wirkungsvoll gelöscht wird.

Wenn mit dem Schalter der Normalstrom abgeschaltet wird und erst während des Unterbrechungsvorganges ein kurzschlußartiger Überstrom auftritt, wirkt der Schalter auf folgende Weise: Der Kontakt 36 wurde ' von Hand aus geschlossen, um den Normalstrom abzuschalten. Hierdurch wurden die Spulen 23 und 34 erregt, dadurch der Schaltstift 7 in Bewegung gesetzt und das Steuerventil 30 geöffnet. Der Stift 7 zieht nunmehr' einen Lichtbogen von Normalstromstärke durch den Löschkanal 2 hindurch. Der Magnet 26 ist durch den Normalstrom nur schwach erregt, so daß die Kugel 20 auf dem unteren Ventilsitz 22 in der punktiert eingezeichneten Lage liegenbleibt. Das durch das Öffnen des Steuerventils 30 über die Leitung 24 in das Ventilgehäuse 23 eintretende Druckgas strömt daher durch den Auslaß, der vom oberen Ventilsitz 21 gebildet wird, ins Freie aus, wodurch in dem Windkessel 13 der Druck nicht erhöht wird und keine Flüssigkeit aus dem Behälter 1.0 in den Krümmer 3 gedrückt wird. Der Krümmer ist daher in diesem Falle vollständig flüssigkeitsfrei. Die Unterbrechung des Lichtbogens von der Normalstromstärke würde nun einfach durch Einblasen von Druckluft in den Löschkanal erfolgen, welches einsetzt, sobald sich das verzögerte Hauptventil 29 öffnet.

Wenn nun, bevor die Unterbrechung erfolgt ist, ein Kurzschluß auftritt und somit der Lichtbogen von Normalstromstärke in einem Unterbrechungslichtbogen von Kurzschlußstromstärke umschlägt, dann wird im gleichen Augenblick der Magnet 26 stark erregt und die Kugel 20 auf den oberen Ventilsitz 21 gehoben. Hierdurch ist der Druckluftauslaß nach dem Freien versperrt, und die Luft wird augenblicklich in' die Leitung 14 umgelenkt und Flüssigkeit aus dem Windkessel 13 in den Krümmer 3 hineingedrückt. Diese Flüssigkeit mischt sich sofort dem in der Leitung 3 strömenden Druckgas bei, und die Löschwirkung wird dadurch so verstärkt, daß der Kurzschlußstrom nun in dem Löschkanal mit Sicherheit beim ersten Stromnulldurchgang gelöscht wird.

Die augenblickliche Umstellung der Löschvorrichtung von der Druckgaslöschung auf eine Löschung mit Löschflüssigkeit ist hierbei dadurch gewährleistet, daß das Über-Stromventil ein nahezu verzögerungsfreies Hineindrücken der Flüssigkeit in den Krümmer 3 bewirkt. Hierfür ist einerseits maßgebend, daß sich bei Auftreten des Kurzschlusses die Druckluft in dem Ventilgehäuse bereits in voller .Strömung befindet und nur durch das kurze Rohr 14 nach dem Windkessel umgelenkt werden muß, andererseits, daß durch eine Umlenkung der Druckluftströmung an der Kugel 20 eine Entlastung des Kugelgewichtes bewirkt und die Bewegung der Kugel nach oben beschleunigt wird. Infolgedessen kann die Erregung des Magneten 26 verhältnismäßig schwach gehalten werden. Durch die Ablenkung der Strömung der Druckluft an der Kugel bildet sieh nämlich unterhalb der Kugel ein Überdruck aus. Solange die Kugel auf dem unteren Ventilsitz 22 sitzt, wird durch die Saugwirkung des Rohres 25 dieser Überdruck ausgeglichen. Sobald sich aber die Kugel 20 unter der Wirkung einer Überstromerregung des Magneten 26 ein wenig vom Sitz 22 hebt, überwiegt dieser von unten nach oben wirkende Überdruck so stark, daß die Kugel nach oben beschleunigt wird.

Auch wem der Schalter auf einen bestehenden Kurzschluß eingeschaltet wird, kommt es auf eine sehr schnelle Wirkung des Überströmventils 26, 20 an.

Als Druckgas kann Druckluft oder auch ein anderes geeignetes Gas verwendet werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι. Elektrischer Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas, das bei hohen Abschaltströmen eine Zuführung von zusätzlicher Flüssigkeit in den Lichtbogen bewirkt, wobei das Druckgas zur Flüssigkeitszuführung durch ,ein Ventil stromabhängig umgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einen Ventilkörper aus magnetischem Material besitzt, dessen Schließkraft lediglich durch Druckgas hervorgebracht wird, und daß auf den Ventilkörper unmittelbar die magnetische Kraft des zu unterbrechenden Stromes derart wirkt, daß der Ventilkörper bei hohen Abschaltströmen eine Stellung einnimmt, in der Flüssigkeit der Druckgaszuleitung zugeführt wird.
2. 2. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper eine Kugel aus magnetischem nichtrostendem Metall ist.
3. 3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil und die Druckgasleitung so angeordnet sind, daß das Ventil beim Ansprechen einen Auslaß in der Druckgasleitung schließt und dadurch das Druckgas nach der Löschvorrichtung umlenkt.
4. 4. Schalter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung des Ventils, daß die während der Abschaltung eines Normalstromes vor dem Ansprechen vorhandene Druckgasströmung wirksam gemacht wird, um gemeinsam mit der Auslösemagnetkraft den Ventilkörper zu betätigen, indem die Druckgasströmung an dem Ventilkörper derart abgelenkt wird, daß sie unter .ihm einen sein Gewicht entlastenden und seine Bewegung beschleunigenden Überdruck erzeugt.
5. 5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die normale Zuleitung von Druckgas zur Löschvorrichrung ein im Vergleich zum Überströmventil träges zweites Ventil vorgesehen ist, welches in einer .Druckgasleitung liegt, die parallel zu der das Überströmventil enthaltenden Druckgasleitung geführt ist und mit dieser zugleich durch ein gemeinsames Steuerventil gesteuert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen