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Lichtbogenlöscheinrichtung nach dem Expansionsprinzip Die Erfindung
betrifft eine Lichtbogenlöscheinrichtung nach dem Expansionsprinzip, bestehend aus
aufeinandergestapelten Isolierelementen, in denen die Flüssigkeitsdämpfe vom Lichtbogen
entwickelt werden, durch deren Druckentlastung der Lichtbogen ' gelöscht wird. -
-Es sind Expansionsschalter bekannt, bei denen die aufeinandergestapelten Isolierele.-.
mente aus Isolierringen und zwischen den Isolierringen liegenden Platten mit Löchern
für .den Schaltstift bestehen, wobei sich die Isolierringe von den Platten gegen
den Druck von elastischen Verschlüßmitteln abheben können. In diesen bekannten Löscheinrichtungen
kann der Dampf, durch dessen Abströmen die Druckentlastung des Lichtbogenraumes
sich vollzieht, radial vom Lichtbogen weg aus den einzelnen zwischen je zwei Platten
gebildeten Räumen. abströmen,-. da durch das Abheben eines Ringelementes von- seiner
Platte eine rings um den Lichtbogen sich erstreckende Expansionsöffnung entsteht.
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Nach der Erfindung bestehen die Isolierelemente, durch deren Aufeinanderstapelung
die Löscheinrichtung entsteht, aus Dampfsammelräumeumschließenden Isoliergehäusen,
welche in ihren Böden und Deckeln die Durchtrittsöffnungen für den Schaltstift enthalten
und die derart übereinander angeordnet sind, daß zwischen Böden und Deckeln benachbarter
Gehäuse die zur Lichtbogenlöschung erforderlicha Druckentlastung des Dampfes entstehen
kann. Da bei dieser Löscheinrichtung der die Druckentlastung bewirkende Dampfstrom
nur durch die Deckel- und Bodenlöcher der- Gehäuse austreten kann, in denen der
Lichtbogen :geführt ist, so wird der ganze in dem Gehäuse gesammelte Dampf durch
den Lichtbogenraum hindurch nach dem äußeren Expansionsraum abgegeben. Der Dampf
wird dabei vornehmlich während des Strommaximums, wo die Deckel- und Bodenöffnungen
durch den Lichtbogen .gesperrt oder verlegt sind und die Verdampfungsleitung des
Lichtbogens groß ist, in den Gehäusen gesammelt und vornehmlich in der zeitlichen
Umgebung der Stromnulldurchgänge durch den Lichtbogenraum hindurch abgegeben, wobei
die großen Mengen .des gesammelten Dampfes im richtigen Augenblick durch den Lichtbogen
hindurchgeschicktwerden. Die Löschung, die durch .die Wirkungen der Druckentlastung
des dampfgefüllten Lichtbogenraumes hervorgebracht wird, wird hierdurch sehr wirksam
unterstützt, weil nämlich hierdurch der Grad des Energieentzuges, durch den die
Lichtbogenstrecke durchschlagfest gemacht wird, gesteigert wird. Die vielen auf
eine Mindestlänge gebrachten Strömungswege zwischen den einzelnen Gehäusen, auf
denen unter einem hohen Druckgefälle das leicht bewegliche, kühle Löschmittel expandieren
kann, das sich in den Gehäusen sammelte, kommen dem sehr
zustatten.
In den Gehäusen sammelt sich ein mit Flüssigkeitsteilchen stark durchwirbelter Dampf,
der _ ein großes - Wärmefassungsvermögen besitzt, da die Flüssigkeitsteilchen. Dampfquellen
bilden, die bei der Druckent= lastung wirksam werden.
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Die Isoliergehäuse werden elastisch aufeinandergepreßt, z. B. durch
Federdruck. Es ist zweckmäßig, die Sitzflächen der Isoliergehäuse derart zu formen,
daß sie sich bei ihrer geringen, senkrecht zu ihrer Sitzfläche erfolgenden Abhebung
wieder selbsttätig zentrisch aufeinandersetzen. Insbesondere kann die Selbstzentrierung
durch konischen Sitz der Platten erzielt werden.
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Es ist zweckmäßig, die Isolierelemente in einem flüssigkeitsfreien
Ausströnirauin anzuordnen und die Flüssigkeit nur für den Unterbrechungsvorgang
in die von den Isolierelementen umschlossenen Räume hineinzudrücken, so daß die
Dampfsammelräume nur zu einem geringen Teil mit Flüssigkeit gefiillt werden. Die
in die Isoliergehäuse hineingespritzte Flüssigkeit bietet dein Lichtbogen eine größere
verdampfende Oberfläche. Die durch die Böden und Deckel der aufeinandergestapelten
Gehäuse gebildeten Blenden beschränken in diesem Falle auch die Müssigkeitsfüllung
des Löschraumes auf eine kleine Flüssigkeitsmenge, was für die Isolierung der Unterbrechungsstrecke
bei den meist verwendeten halbleitenden Schaltflüssigkeiten und für den Flüssigkeitsverbrauch
des Schalters von Vorteil ist.
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Zweckmäßigerweise kann man in den Böden und Deckeln der Isoliergehäuse
besondere Verbindungsöffnungen anbringen. Diese Verbindungsöffnungen, die verhältnismäßig
kleinen Ouerschnitt erhalten. können in übereinanderliegenden Böden und Deckeln
gegeneinander versetzt angeordnet sein. Durch diese Maßnahme erreicht man, daß in
die Isoliergehäuse Flüssigkeitsstrahlen eindringen, die an den Wänden zerstäubt
-,werden, so daß sich in den Räumen fein verteilte Flüssigkeit befindet, die durch
den Lichtbogen sehr stark verdampft wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Abb. i ist i ein Gehäuse aus Isolierinaterial mit einem metallenen
Boden 2 und einem Isolierdeckel 3, der die Öffnung 4 für den Schaltstift enthält.
Der Deckel 3 ist mit Hilfe von Rippen 5 auf den Zylinder i aufgesetzt, -,wobei Atisstrüinöffnuiigen
6 frei bleiben. Die eigentliche Löschkaininer ist aus mehreren aufeinandergestapelten,
z. B. drei Isolierteilen 7, 8, 9 aufgebaut. jeder dieser Teile bildet ein Isoliergehäuse
mit Dampfsammelräumen i o, i i, 12 und Durchgangslöchern 13 bis
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für den Schaltstift. Die Durchgangsöffnungen sind so weit, daß die Flüssigkeit
neben dem Schaltstift austreten kann. Das Gehäuse 7 ist an dem Boden 18 befestigt.
i9 ist das .feststehende Schaltstück, 2o der bewegliche 'sehaltstift des Schalters.
21 und 22 sind @lolzen, die in dem obersten Isolierelement g befestigt sind, während
sich die Isoliergehäuse 7 und 8 auf diesen Bolzen in senkrechter Richtung verschieben
können. 23 und 24 sind Gummipuffer, die sich gegen eine Platte 25 abstützen und
die Gehäuse 7, 8, 9 finit ihren Sitzflächen aufeinanderpressen. Der Spiegel der
Schaltflüssigkeit ist durch die Marke 26 gekennzeichnet.
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Wenn der Schaltstift 2o aus dem feststehenden Schaltstück i9 herausgezogen
wird, verdampft der entstehende Lichtbogen die in dem Raum io befindliche Flüssigkeit.
Der Dampf sammelt sich in dein Raum io, indem er einen Teil der Flüssigkeit durch
den neben dem Schaltstift 20 frei bleibenden Ringquerschnitt der Üffnungen
13 bis 17 nach außen drückt. Infolge der Turbulenz des
Verdampfungsvorganges bildet sich im Raum io ein Dampf-Flüssigkeitsgernisch. Wenn
der Stift die OffnUng 13 verlassen hat und bis dahin der Dampfdruck entsprechend
angewachsen ist, «-erden die Isolierkörper 8, 9 gegen den Druck der Gummipuffer
23 und 24 abgehoben, und es bildet sich zwischen den Sitzflächen der Gehäuse 7 und
8 ein ringförmiger Ausströmschlitz nach dein Gefäß i, durch den der Dampf, der sich
im Raum io befindet, ausströmt. Der Dampf muß dabei durch den in der Öffnung
13 festgehaltenen Lichtbogen hindurchströmen und, wenn der gesammelte Dampf
genügt, die Strömung und Expansion über den Stroinnulldurchgang mit entsprechender
Heftigkeit aufrechtzuerhalten und die gebildete Isolierstrecke eine genügen#te Länge
hat, dann erlischt der Lichtbogen im Stroinnulldurchgang. Ist dies nicht der Fall,
dann wird der Lichtbogen beim weiteren Aufwärtsgang des Stiftes 2o in das folgende
Gehäuse 8 hinein verlängert. Der dort gebildete Dampf sammelt sich in -dem Sammelraum
i i und kann erst entweichen, wenn sich durch den Druck die Gehäuse wieder voneinander
abheben. Der Dampf aus dein Raum i i durchströmt das in der Öffnung 14 und je nach
den Umständen auch das in der Öffnung 15 befindliche Lichtbogenstück und
bewirkt durch den raschen -Energieentzug deren Entionisierung bzw. Isolierung. Der
Vorgang kann sich auch noch in dein obersten Gehäuse 9 wiederholen.
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Die Abb. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. In ein -zweiteiliges
Gehäuse, dessen Boden 30 und Deckel 32 aus Metall, dessen Mantel 31 aus Isolierstoff
besteht, ist die eigentliche Schaltkammer eingesetzt. Diese besteht aus der Flüssigkeitskammer
33 und
den darauf aufgebauten Isoliergehäusen 34. In die Flüssigkeitskammer
33 ist das feststehende Schaltstück 35 eingebaut. Ferner bewegt sich in ihr der
Kolben 36, der die Ventile 37 und 38 enthält und durch Federn 39 und 4o in die Höhe
gedrückt werden kann. Die Ventile 37 und 38 öffnen sich nur bei abwärtsgehendem
Kolben. Die Öffnung 41, durch die die Flüssigkeitskammer 33 mit dem Behälter
31 in Verbindung steht, ist ebenfalls durch ein Ventil verschlossen, das
sich nur bei aufwärtsgehendem Kolben 36 öffnet. 42 ist der Schaltstift. Die Isoliergehäuse
34 haben je eine obere und untere Wandung 43 und 44. Die Wandungen benachbarter
Isoliergehäuse liegen aufeinander. Sie besitzen in der Mitte CSffnungen 45 für den,
Schaltstift 42. Am Rande sind die Gehäuse nach kegeligen Sitzflächen 46 abgeschrägt,
um den ganzen Stapel zu zentrieren. Die Wandungen 43 und 44 der Gehäuse 34 treten
sonach wie Blenden bis in die unmittelbare Nähe der Unterbrechungsstrecke vor und
scheiden die einzelnen Dampfsammelräume 47 der Isoliergehäuse voneinander. Das unterste
Isoliergehäuse 34 sitzt auf der kegeligen Sitzfläche einer oberen Isolierumpressung
48 der Flüssigkeitskammer 33. 49 ist ein Endring aus Isoliermaterial, 5o ist ein
Ring aus Gummi. Dieser liegt zwischen dem Deckel 32 des Gehäuses 3 z` und dem Endring
49 und gestattet infolge seiner Zusammendrückbarkeit ein Abheben der Isoliergehäuse
34 in vertikaler Richtung von ihren horizontalen und kegeligen Sitzflächen.
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Die Wirkungsweise des Schalters ist folgende: Beim Beginn des Unterbrechungsvorganges
wird durch die Aufwärtsbewegung des Schaltstiftes 42 der Kolben 36 freigegeben,
so daß er sich unter der Wirkung der Druckfedern 39 und 4o aufwärts bewegt, bis
er am Schaltstück 35 zum Anschlag kommt. Dabei drückt er die in dem Gehäuse 33 befindliche
Flüssigkeit, deren Spiegel durch die Marke 51 gekennzeichnet ist, in die auf einandergestapelten
Isoliergehäuse 34 hinein. Die Flüssigkeit kann nur durch die ringförmigen Öffnungen
eindringen, die zwischen dem Schaltstiftumfang und .den Öffnungen 45 in den Isolierwänden
der Gehäuse frei bleiben. Die nach oben gedrückte Flüssigkeit bildet somit einen
Zylindermantel, der sich an den aufeinanderfolgenden Wänden 43 und 44 der Gehäuse
34 bricht und dort zerstäubt wird, wodurch sich die Räume 47 mit einem Nebel von
fein zerteilter Flüssigkeit füllen. Diese Wirkung kann noch dadurch unterstützt
werden, daß in den Wandungen der Gehäuse Öffnungen 5z von verhältnismäßig kleinem
Querschnitt angebracht sind. Diese sind in übereinander befindlichen Wandungen derart
gegeneinander versetzt, daß die eintretenden Flüssigkeitsstrahlen gegen die gegenüberliegenden
Wände gespritzt und dort fein zerstäubt werden. Die feine Verteilung der Flüssigkeit
in den Räumen 47 hält an, während der Lichtbogen durch die Einrichtung hindurchgezogen
wird, da sich der ganze Vorgang im Bruchteil einer Sekunde abspielt.
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Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Schaltstiftes 42 trennt sich
dieser vom Schaltstück 35, wodurch der Lichtbogen gezogen und in die aus Isoliergehäusen
34 gebildete Löschvorrichtung hinein verlängert wird. Der Lichtbogen ist in den
Löchern 45 der Wände 43 und 44 der Isoliergehäuse stabilisiert, kann sich also nicht
beliebig bewegen, und er verdampft nun äußerst heftig die in den Räumen 47 befindliche
Flüssigkeit, die eine große verdampfende Oberfläche bietet. Durch diesen Verdampfungsprozeß
füllen sich die einzelnen Gehäuse sehr rasch mit Dampf von einigen Atmosphären Druck.
Sobald der Druck einen bestimmten einstellbaren Wert erreicht, wird der Gummipuffer
5o zusammengedrückt und zwei oder mehr Gehäuse 34 heben sich längs ihrer Sitzflächen
voneinander ab. Es entstehen dabei zwischen den vonein4nder abgehobenen Sitzflächen
ringförmige Ausströmquerschnitte für den gebildeten Dampf. Da sich die Gehäuse unmittelbar
gegen den umgebenden Luftraum im Gehäuse 31 öffnen, in dem der normale Luftdruck
herrscht, so tritt sofort eine sprunghafte Druckentlastung in der unmittelbaren
Umgebung des Lichtbogens ein, durch deren Wirkung der Lichtbogen gelöscht wird.
Der Dampf expandiert dabei durch den Lichtbogen hindurch, da der Lichtbogen .in
den Öffnungen 45 der Gehäusewände festgehalten ist und an diesen Stellen nicht ausweichen
kann, und somit der ganze in den Dampfsammelräumen 47 .gebildete Dampf durch diese
Teile des Lichtbogenraumes hindurch nach dem Außenraum expandieren muß. Hierbei
tritt eine sehr wirksame Lichtbogenlöschung' ein.
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Der besondere Vorzug dieser Ausbildung des Expansionsschalters besteht
darin, daB einerseits auch bei kleinen Strömen große Dampfmengen entstehen, so daß
auch Lichtbögen mittlerer und kleiner Stromstärke in ganz wenigen Halbwellendes
Wechselstromes gelöscht werden können. Andererseits kann man die Einrichtung ohne
weiteres so bauen, daß sie durch die bei hohen Strömen entstehenden großen Dampfmengen
nicht unzulässig stark beansprucht wird.
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Als Flüssigkeit kommen insbesondere nicht brennbare Flüssigkeiten
in Frage, die in der Regel halbleitend sind, z. B. Wasser.
Es ist
unter Umständen auch zweckmäßig, die einzelnen Gehäuse;, R, 9 in Abb. i und 34 in
Abb.2 nicht abschließend aufeinander aufsitzen zu lassen, sondern derart, daß an
ihren Sitzflächen Ausströmschlitze von verhältnismäßig kleinem Ouersclinitt ständig
geöffnet sind. Es können auch an anderen Stellen besondere kleine Öffnungen, z.
B. schmale Spalten, vorgesehen sein, durch die die Dampfsammelräume ständig mit
den Ausströmräumen in Verbindung stehen.