DE641706C - Electric liquid circuit breaker with arc extinguishing according to the expansion principle - Google Patents
Electric liquid circuit breaker with arc extinguishing according to the expansion principleInfo
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Description
Gegenstand des Hauptpatents ist ein elektrischer Leistungsschalter nach dem Expan-.sionsprinzip, dessen Dampfkammer besondere, von der Schaltstiftöffnung getrennte Äusströmstellen für den Dampf hat, die bei Erreichung eines bestimmten Expansionsdrukkes für die Dampfaüsströmurig freigegeben werden. Die Expansionslöschüng erfolgt also bei einer so ausgebildeten Expansionskammer im (allgemeinen, während sich das bewegliche Schaltstück noch in der Austritts Öffnung in der Kammer befindet.The subject of the main patent is an electrical circuit breaker based on the expansion principle, its steam chamber has special discharge points separated from the switch pin opening for the steam, which is released for the Dampfaüsströmurig when a certain expansion pressure is reached will. The expansion deletion takes place in an expansion chamber designed in this way in general, while the movable contact is still in the outlet opening in the chamber is located.
Die Erfindung besteht darin, daß bei einem derartigen Expansionsschalter die Dampfkammer mit einer stark verdämmten Austrittsöffnung für das bewegliche Schaltstück ausgeführt wird. Die Verdammung oder mit anderen Worten die Dichtung der Austrittsöffnung wird dabei 'durch die besondere Aus- bildung der feststehenden Kammerteile im Verein mit dem sich bis zur Expansionslöschung in diesen Teilen befindenden Schaltstift hervorgebracht. Hierdurch wird erreicht, daß der bestimmte für die Expansionslöschung des Lichtbogens erforderliche Anfangsdampfdruck in der Kammer in der kürzesten Zeit, also auch unter Bildung der geringsten möglichen Dampfmenge erzielt wird.The invention consists in that in such an expansion switch, the steam chamber with a heavily dammed outlet opening for the movable contact piece is performed. The dam, or in other words the seal of the outlet opening, is thereby 'due to the special Formation of the fixed chamber parts in conjunction with the switch pin located in these parts until the expansion is extinguished spawned. Hereby it is achieved that the determined for the expansion cancellation of the arc required initial vapor pressure in the chamber in the shortest possible time, thus is also achieved with the formation of the smallest possible amount of steam.
- Die für die Löschung vorteilhaften Wirkungen dieser Maßnahme ergeben sich am deutlichsten aus der den Expansionsvorgang beschreibenden Formel- The beneficial effects of this measure for the deletion result on clearest from the formula describing the expansion process
= —X-A,= —X-A,
F-vF-v
\ dt Jt^0 \ dt Jt ^ 0
worin K, eine Konstante, ν die mittlere Ausströmungsgeschwindigkeit des Dampfes, F den Austrittsquerschnitt des Dampfes aus der Kammer, p0 den Expansionsdruck (vor Eintritt der Druckentlastung), V0 das Volumen, das der Dampf vor der Expansion einnimmt, bedeutet.where K, a constant, ν the mean outflow velocity of the steam, F the exit cross-section of the steam from the chamber, p 0 the expansion pressure (before the pressure is released), V 0 the volume that the steam occupies before the expansion.
Der Expansionsdruck p0 ist dadurch festgelegt, daß eine Expansionskammer verwendet wird, bei der.die Expansion bei Erreichung eines bestimmten Innenüberdruckes einsetzt. Aus der Formel geht dann hervor, daß die Geschwindigkeit der Druckänderung -fr- zurThe expansion pressure p 0 is determined by the fact that an expansion chamber is used in which the expansion begins when a certain internal overpressure is reached. The formula then shows that the rate of pressure change -fr- to
Zeit t=o, d. i. zu Beginn der Expansion, um so größer ist, je kleiner unter sonst gleichen Verhältnissen das Anfangsvolumen V0 des Damp'fes ist. Dies bedeutet, daß man durch Kleinhalten der Anfangsdampfmenge bei gegebenem E:q>ansionsanfangsdruck p0 wie durch die erfindungsgemäße VerdammungTime t = 0, that is, at the beginning of the expansion, the greater the smaller the initial volume V 0 of the steam under otherwise identical conditions. This means that by keeping the initial amount of steam small for a given E: q> initial pressure p 0, as with the dam according to the invention
*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:
Werner Kaufmann in Berlin-Siemensstadt.Werner Kaufmann in Berlin-Siemensstadt.
eine sehr starke Druckänderung erzielt, also die günstigste Löschwirkung bei "gegebenem Expansionsanfangsdruck p0 erreicht. Außerdem hat diese Ausbildung den Vorteil, der Rauminhalt der Expansionskammer oL Gefahr, den Dampf durch völliges Verdamg^ fen der Flüssigkeit zu überhitzen, klein macht werden kann. Bei kleiner Ausdehnung der Kammer werden außerdem die Ausströmwege aus der Kammer kurz, ihr Strömungswiderstand also gering, was den Vorteil hat, daß man hohe Ausströmgeschwindigkeit ν erzielen kann. Wenn man außerdem die Fläche, durch welche die Expansion der Dämpfe aus der Expansionskammer erfolgt, im Verhältnis zu dem Rauminhalt des Dampfes groß macht, erzielt man nach obiger Formel eine starke Druckänderung.A very strong pressure change is achieved, ie the most favorable extinguishing effect is achieved at a given initial expansion pressure p 0. In addition, this design has the advantage that the volume of the expansion chamber can reduce the risk of overheating the vapor through complete evaporation of the liquid With a smaller expansion of the chamber, the outflow paths from the chamber become short, so their flow resistance is low, which has the advantage that a high outflow velocity ν can be achieved increases to the volume of the steam, a sharp change in pressure is achieved according to the above formula.
Die Erklärung für den Einfluß der Verdämmung * auf die zur Bildung des Expansionsdruckes erforderliche Zeit und damit auf die gebildete Dampfmenge liegt in den mit der Verdrängung der Flüssigkeit aus der Expansionskammer bei der Dampfbildung zusammenhängenden Verhältnissen. Durch die sich an der Kontaktstelle bildende Dampfblase von hoher Spannung wird ein Flüssigkeitspfropfen in die Undichtigkeiten der Austrittsöffnung für das bewegliche Schaltstück getrieben. Die Verdammung ist für den Widerstand maßgebend, den die aus der Kammer verdrängte, dem Dampf Raum gebende Flüssigkeit findet. Damit ist die Verdammung auch maßgebend für den Innendruck, der sich nach der dynamischen und Widerstandsdruckhöhe der ausströmenden Flüssigkeit richtet. Je größer sie ist, ein desto höherer Maximaldruck entsteht, bzw. in desto kürzerer Zeit wird ein bestimmter Innenüberdruck erreicht.The explanation for the influence of the damming * on the formation of the expansion pressure required time and thus on the amount of steam formed lies in the displacement of the liquid from the expansion chamber conditions related to the formation of steam. Due to the vapor bubble that forms at the contact point high voltage causes a plug of liquid to penetrate the leaks in the outlet opening driven for the moving contact piece. Damnation is for resistance decisive, which is found by the liquid displaced from the chamber and giving space to the vapor. With that there is condemnation also decisive for the internal pressure, which is based on the dynamic and resistance pressure level of the outflowing liquid. The larger it is, the higher the maximum pressure, or the shorter it is Time a certain internal overpressure is reached.
Eine starke Verdammung kann dadurch erreicht werden, daß die Schaltstiftöffnung sehr lang und von kleiner lichter Weite gemacht wird. Man kann auch nach der weiteren Erfrndung die Schaltstiftbahn durch senkrecht zu ihr stehende Isolierwände verdammen, welche dicht an den Schaltstift herantreten. Die Expansionsräume, welche zwischen den Isolierwänden gebildet werden, können dann vorteilhafterweise mit eigenen Expansionsorganen ausgerüstet werden. Es ist ferner möglich, den Schaltstift in seiner Austrittsöffnung durch bewegliche Teile, die an den Schaltstift angepreßt werden, zu dichten. Nach der weiteren Erfindung wird der Schaltstiftdurchmesser möglichst klein gemacht. Das Volumen des Schaltstiftes ist nämlich von besonderem Einfluß auf die Druckbildung in der Expansionskammer während der ersten Halbwelle des Wechselstromes, weil zu Beginn der KontakttrennungA strong dam can be achieved that the switch pin opening very is made long and of a small clear width. You can also after the further invention Damage the switch pin path by insulating walls perpendicular to it, which come close to the switch pin. The expansion spaces between the Insulating walls are formed, can then advantageously be equipped with their own expansion devices. It is further possible, the switching pin in its outlet opening by moving parts that are attached to the Shift pin are pressed to seal. According to the further invention, the switching pin diameter is made as small as possible. The volume of the switching pin has a particular influence on the pressure build-up in the expansion chamber during the first half cycle of the alternating current, because at the beginning of the contact separation
der vom Schaltstift freigegebene tote Raum relativ groß ist gegenüber der gebildeten Dampf menge. Für die weitere Druckbildung A fortschreitender Kontakttrennung kommt hinzu, daß die Verdammung bei einem Ltstift von kleinem Durchmesser infolge :der kleineren Ringfläche um einen solchen Schaltstift groß ist.the dead space released by the switch pin is relatively large compared to the amount of steam formed. Proceeds for further pressure build-A contact separation Moreover, the dam at a Ltstift of small diameter as a result: the smaller annular surface around such a contact pin is large.
In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures.
Fig. ι zeigt eine zweiteilige Expansionskammer, deren Teil 10 an dem Stromzuführungsbolzen 11 befestigt ist und deren Teil 12 federnd mit dem Teil 10 verbunden ist, so daß er sich von dem Teil 10 abheben kann. Die federnde Verbindung wird gebildet durch Schraubenbolzen 13, 14, zwischen deren Anker 15, 16 und den Flansch 17 Druckfedern 19, 20 eingeschaltet sind. 22 ist das feststehende Tulpenschaltstück, 23 der bewegliche Schaltstift. 24 ist die Austrittsöffnung für den beweglichen Schaltstift. In einer ringförmigen Ausnehmung des Teils 12. der Expansionskammer sind segmentförmige bewegliehe Teile 25, 26 rund um den Schaltstift 23 angeordnet. Sie werden durch Druckfedern 27, 28 gegen den Schaltstift gepreßt und dichten die Austrittsöffnung ab. Der Innenraum der Expansionskammer ist mit Schaltflüssig- go keit gefüllt. Die Expansionskammer ist dabei in einem die Schaltflüssigkeit enthaltenden Behälter angeordnet, so daß sie sich nach der Abschaltung wieder mit Flüssigkeit füllt. In ihrem unteren Teil können zu diesem Zweck kleine Öffnungen 29 vorgesehen sein.Fig. Ι shows a two-part expansion chamber, the part 10 on the power supply bolt 11 is attached and the part 12 is resiliently connected to the part 10, so that it can stand out from part 10. The resilient connection is formed by Screw bolts 13, 14, between the armature 15, 16 and the flange 17 compression springs 19, 20 are switched on. 22 is the fixed tulip switch, 23 the movable one Switch pin. 24 is the exit opening for the movable switch pin. In an annular Recess of part 12 of the expansion chamber are segment-shaped moving parts 25, 26 around the switching pin 23 arranged. They are pressed against the switch pin by compression springs 27, 28 and seal the outlet opening. The interior of the expansion chamber is with switching liquid filled. The expansion chamber is in one that contains the switching fluid Container arranged so that it fills with liquid again after shutdown. For this purpose, small openings 29 can be provided in its lower part.
In der gezeichneten Stellung des Schaltstiftes hat der Schaltlichtbogen bereits eine solche Dampfmenge pro Zeiteinheit verdampft, daß der Innenüberdruck in der Expansionskammer die Kraft der Druckfedern 19, '20 überwunden hat. Die sich an der Kontaktstelle bildende Dampfblase drängt nämlich bei geschlossener Kammer einen Flüssigkeitspfropfen in die enge und lange Austrittsöff- nung 24, die außerdem noch durch die an den Schaltstift angepreßten Teile 25,26 gedichtet ist. Dieser Flüssigkeitspfropfen findet bei der sehr hohen Geschwindigkeit, die er annehmen muß, um der Dampfblase Raum zu machen, einen so hohen Widerstand, daß die Dampfspannung im Innern der Kammer rasch auf den der Federspannung entsprechenden Wert anwächst. Nun geben die Federn nach, der Teil 12 hebt sich vom Teil 10 nach unten ab, es entsteht eine große ringförmige Expansionsöffnung 30, durch welche der Dampf aus der Umgebung des Lichtbogens plötzlich xpandiert. Dabei findet er einen verhältnismäßig kleinen Strömungswiderstand, weil die Flüssigkeit den großen Expansionsspalt nicht verstopfen kann. Infolge der plötzlichen Ex-In the position shown for the switching pin, the switching arc already has one such amount of steam evaporates per unit of time that the internal overpressure in the expansion chamber the force of the compression springs 19, '20 has overcome. The ones at the contact point When the chamber is closed, the vapor bubble that forms forces a plug of liquid into the narrow and long outlet opening. tion 24, which is also sealed by the parts 25,26 pressed against the switch pin is. This plug of liquid takes place at the very high speed that it can assume In order to make space for the vapor bubble, the resistance must be so high that the vapor tension inside the chamber increases rapidly to the value corresponding to the spring tension. Now the feathers give way Part 12 stands out from part 10 downwards, a large annular expansion opening 30 is created through which the vapor from the vicinity of the arc suddenly emerges expanded. He finds a relatively small flow resistance because the Liquid cannot clog the large expansion gap. As a result of the sudden ex-
pansion des Dampfes ία der Umgebung des Lichtbogens erlischt der Lichtbogen in dem Augenblick, wo er durch den Stromnullwert geht.pansion of the vapor ία the area around the arc extinguishes the arc in the Moment when it goes through the current zero value.
Fig. 2 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.Fig. 2 illustrates another embodiment of the invention.
Die Expansionskammer besteht aus einem zylindrischen Teil 31 und aus den aufeinandergeschichteten Ringen 32 und 33. Diese bestehen ebenso wie der Mantel 31 aus Isoliermaterial. Den Abschluß bildet eine stärkere Deckelplatte 34. 35 und 36 sind Spannbolzen, deren Anker 37, 38 in der Platte 34 liegen und zwischen deren untere Anker 39,40 und die Expansionskammer Druckfedern 41,42 eingeschaltet sind. 43 ist das feststehende Schaltstück, 44 der Stromzuführungsbolzen; 45 ist der bewegliche Schaltstift.The expansion chamber consists of a cylindrical part 31 and the stacked one on top of the other Rings 32 and 33. Like the jacket 31, these are made of insulating material. A thicker cover plate 34 forms the conclusion. 35 and 36 are clamping bolts, whose armature 37, 38 lie in the plate 34 and between the lower armature 39,40 and the Expansion chamber compression springs 41,42 are switched on. 43 is the fixed contact piece, 44 the power supply bolt; 45 is the movable switch pin.
Die Platten 32 und 34, die eng an den Schaltstift herantreten, bilden eine starke Verdammung für die Kammer längs des ganzen Schaltstiftweges. Wird ein Lichtbogen von großer Leistung unterbrochen, dann kommt nur der unterste Teil der Kammer zur GeI-tung, weil sich dann der Druck bereits bei einem kurzen Lichtbogen, d.h. kleinem Kontaktweg ,gebildet hat. Es hebt sich dann der unterste Ring 3 2 ab und bildet die ringförmige Expansionsöffnung zwischen dem Mantel3i und dem Ring 32. Bei Unterbrechung von Lichtbögen .kleinerer Leistung dagegen entwickelt sich der Druck erst bei einem längeren Lichtbogen, also bei einem entsprechend größeren Schaltstiftweg. Dann bildet sich die Expansions Öffnung durch Abheben eines der oberen Ringe 32, weil sich die erforderliche Dampfspannung in einer der oberen Taschen ausbilden wird, die zwischen je zwei Ringen 32 liegen.The plates 32 and 34, which come close to the switch pin, form a strong dam for the chamber along the entire switch pin path. If an arc of great power is interrupted, then comes only the lowest part of the chamber is correct, because then the pressure is already at has formed a short arc, i.e. a small contact path. Then the lowest ring 3 2 and forms the annular expansion opening between the jacket 3i and the ring 32. On the other hand, when arcing is interrupted the pressure only develops with a longer arc, i.e. with one accordingly larger switch pin travel. Then the expansion opening is formed by lifting one off of the upper rings 32 because the required vapor tension is in one of the upper pockets will form, which are between two rings 32 each.
In jedem Fall ist die Verdammung groß, so daß der nötige Dampfdruck in der möglichst kürzesten Zeit entsteht. Auch die Kammer nach Fig. 2 ist in einem mit der Schaltflüssigkeit gefüllten Behälter angeordnet zu denken, so daß ihr Innenraum vollständig mit Schaltflüssigkeit gefüllt ist.In either case the condemnation is great so that the necessary vapor pressure is created in the shortest possible time. The chamber too 2 is arranged in a container filled with the switching fluid think so that their interior is completely filled with switching fluid.
Als Schaltflüssigkeit kann man mit Vorteil Wasser oder eine andere nicht brennbare Flüssigkeit verwenden. Bei hohen Spannungen und bei Anordnung der Kammer mit der Öffnung nach unten ist es vorteilhaft, eine Isolierflüssigkeit anzuwenden.The switching fluid can be water or some other non-flammable Use liquid. At high voltages and when the chamber is arranged with the Opening downwards, it is advantageous to use an insulating liquid.
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