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Schalter mit Lichtbogenlöschung durch strömende bzw. expandierende
Gase oder Dämpfe Die ErAndung betrifft einen Schalter mit Lichtbogenlöschung durch
strömende bzw. expandierende Gase oder Dämpfe, die beim Ausschalten aus einem Hochdruckbehälter
durch die Unterbrechungsstrecke in einen Niederdruckbehälter strömen. Bei einem
derartigen Schalter kann man bei Benutzung solcher Gase -oder Dämpfe, deren
Löscheigenschaft durch den Lichtbogen nicht verändert wird, die Gase oder Dämpfe
-wiederholt zum Löschen des Lichtbogens verwenden. Zu diesem Zweck werden die Gase
oder Dämpfe nach dem Ausschalten aus dem Niederdruckbehälter in den Hochdruckbehälter
zurückgepumpt.
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Es ist bekannt, bei einem Schalter mit einer Lichtbogenkammer, aus
der beim Aus= schalten ein hochgespanntes Gas zum Löschen des Lichtbogens ausströmt
und _ in einem geschlossenen Behälter aufgefangen wird, ein Sicherheitsventil -an
-dem Behälter -anzuordnen, so daß das Gas aus dem Behälter ins Freie ausströmen
kann.-Ferner ist vorgeschlagen worden, bei einem Schalter mit einer Lichtbogenkammer;
in der sich - Flügsigkeit befindet und in der -unter Einwirkung desAbschaltlichtbogensgespannte
Dämpfe gebildet werden, an einen Auspuff-bzw. Kondensationsbehälter, in den die
den Lichtbogen löschenden Dämpfe=aus der Lösch-. kammer hineinströmen, ein selbsttätig
arbeitendes Ventil anzuordnen, so daß die Dämpfe aus dem Auspuff- bzw. Kondensationsbehälter
ins Freie abströmen können. Das Ventil dient auch in diesem Falle dazu, bei unzulässig
hohem Überdruck im. Kondensationsbehälter den Behälter gegen Zerstörung zu schützen.
Durch Öffnen des Kondensationsbehälters -gegen den Außenraum bewirkt das Ventil
ferner, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Dämpfe durch den Überdruck im Kondensationsbehälter
nicht so stark herabgesetzt wird, daß die Löschung des Lichtbogens in Frage gestellt
ist.
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Bei dem Schalter, um den es sich bei der Erfindung handelt und bei
dem lichtbogenlöschende Gase oder Dämpfe aus einem Hochdruckbehälter durch die Unterbrechungsstrecke
in einen Niederdruckbehälter strömen, wird ebenfalls ein Ventil am Niederdruck=
behälter angeordnet, das durch Freigabe einer genügend großen Ausströmungsöffnung
dafür sorgt, daß bei Abschaltung von- starken Strömen die Strömung der Gase oder
Dämpfe in der Unterbrechungsstrecke zum Löschen des Lichtbogens ausreicht. Nach
der Erfindung wird das Ventil so eingestellt, daß es bei einem Druck im Niederdruckbehälter
öffnet, der -gleich oder wenig größer ist als der Druck, der sich am Schluß von
Abschaltungen
mit höchstens Nennstromstärke im Niederdruckbehälter
einstellt. Da bei Abschaltungen mit höchstens Nennstromstärke die Lichtbogenenergie
sehr gering ist, erhöht sich der Druck im N iederdruckbehälter durch Erwärmung der
Gase oder Dämpfe nur wenig über den Druck, der bei leistungsfreiem Ausschalten des
Schalters sich nach Druckausgleich im Hochdruckbehälter und Niederdruckbehälter
einstellt. Abgesehen davon, daß bei betriebsmäßigen Abschaltungen mit höchstens
Nennstromstärke das Abschaltgeräusch durch den geschlossenen Niederdruckbehälter
stark vermindert wird, hat die Erfindung den Vorteil, daß der Niederdruckbehälter
verhältnismäßig klein gemacht werden kann, wobei sich seine Größe danach richtet,
daß der sich im Niederdruckbehälter bildende Überdruck noch eine zur Löschung schwacher
Lichtbogen ausreichende Strömung der Gase oder Dämpfe zuläßt. Das Ventil kann in
der Weise ausgebildet sein, daß der Boden des N iederdruckbehälters gegen Federn
abhebbar ist.
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Das Öffnen des Ventils bei Abschaltungen, bei denen Gefahr besteht,
daß der oben vorgeschriebene Druck im Niederdruckbehälter überschritten wird, kann
zum Beispiel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Druckabnahme im Hochdruckbehälter
oder der Druckzunahme im Niederdruckbehälter erfolgen. Hierbei soll bei zu langsamer
Druckabnahme im Hochdruckbehälter oder bei zu rascher Druckzunahme im N iederdruckbehälter
das Ventil ansprechen. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel ein bei Beginn der Ausschaltung
anlaufendes Zeitwerk mit einer Druckmeßeinrichtung zusammenwirken, die an den Hochdruckbehälter
oder an den Niederdruckbehälter angeschlossen ist. Das kann in der Weise geschehen,
daß bei Entriegelung des Ventils durch Einschaltung eines Elektromagneten ein im
Stromkreis des Elektromagneten liegender Kontakt beim Unterschreiten einer bestimmten
Druckhöhe im Hochdruckbehälter geöffnet, oder beim Überschreiten einer bestimmten
Druckhöhe im Niederdruckbehälter geschlossen wird und gleichzeitig ein zweiter im
gleichen Stromkreis in Reihe liegender Kontakt durch das Zeitwerk im ersten Falle
geschlossen und im zweiten Falle geöffnet wird. Das Zeitwerk schließt oder öffnet
seinen Kontakt nach einer kurzen Zeit, d. h. etwa nach Verlauf einer Viertelwelle
des zu unterbrechenden Stromes. Sinkt in dieser Zeit der Druck im Hochdruckbehälter
nicht unter einen bestimmten Wert, so daß der eine Kontakt, der im Stromkreis des
das Ventil verriegelnden Elektromagneten liegt, durch die am Hochdruckbehälter angeschlossene
Druckmeßeinrichtung nicht geöffnet wird, so wird beim Schließen des zweiten Kontaktes
durch das Zeitwerk der Elektromagnet erregt und hebt die Verriegelung des Ventils
auf, das dann öffnet. Ist im andern Falle die Druckmeßeinrichtung am Niederdruckbehälter
angeschlossen und steigt der Druck im Niederdruckbehälter während der Zeit, in der
der Kontakt des Zeitwerkes geschlossen ist, so rasch an, daß der Kontakt der Druckmeßeinrichtung
geschlossen wird, so wird ebenfalls durch Einschalten des Elektromagneten das Ventil
entriegelt und öffnet. Das Ventil kann aber auch durch Ausschalten des Elektromagneten
entriegelt werden. In diesem Falle liegen die Kontakte des Zeitwerkes und der Druckmeßeinrichtung
parallel. Bai Anschluß der Druckmeßeinrichtung am Hochdruckbehälter wird der zur
Druckmeßeinrichtung gehörende Kontakt bei Unterschreitung eines bestimmten Druckes
geschlossen und der Kontakt des Zeitwerkes nach Ablauf einer bestimmten Zeit geöffnet.
Bei Anschluß der Druckmeßeinrichtung am Niederdruckbehälter ist das Umgekehrte der
Fall.
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Das öffnen des am Niederdruckbehälter befindlichen Ventils kann nach
der Erfindung auch mittels eines Differenzdruckmessers, z. B. eines Differentialkolbens,
erfolgen, der auf den Unterschied zwischen den Drücken im Hochdruckbehälter und
der engsten Stelle in der Unterbrechungsstrecke (Düse), zwischen den Drücken in
der Düse und dem Niederdruckbehälter oder schließlich zwischen den Drücken im Hochdruckbehälter
und im Niederdruckbehälter anspricht. Das Ansprechen des Differenzdruckmessers erfolgt,
bevor die Druckunterschiede diejenigen Werte erreichen, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit
unter den Wert der Schallgeschwindigkeit sinkt. Der Differenzdruckmesser kann das
Ventil unmittelbar oder mittelbar öffnen. Bei unmittelbarer Öffnung des Ventils
ist es zweckmäßig, das Ventil als entlastetes Ventil auszubilden, damit der Differenzdruckmesser
die zum öffnen des Ventils erforderliche Arbeit leisten kann. Bei mittelbarer Öffnung
des Ventils durch den Differenzdruckmesser wird beispielsweise wieder ein Elektromagnet
eingeschaltet, der eine Verriegelung des Ventils aufhebt.
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Das öffnen des Ventils kann ferner erfindungsgemäß auch in Abhängigkeit
vom Strom erfolgen, und zwar derart, daß das Ventil nur bei solchen Strömen geöffnet
wird, die größer sind als der Nennstrom. Bei Anordnung des Ventils derart, daß es
nach innen aufschlägt, kann ein von dem zu unterbrechenden Strom erregter Elektromagnet
verwendet werden, der das Ventil aufdrückt oder aufzieht. Das öffnen des Ventils
kann aber auch
-in der Weise stromabhängig gemacht werden, daß ein
Schmelzdraht vorgesehen wird, - der normalerweise das Ventil festhält und 'das Öffnen
verhindert. Brennt der Schmelzdraht, der von dem ganzen zu unterbrechenden Strom,
einem Teil dieses Stromes oder dem sekundären Strom eines Stromwandlers durchflossen
wird, im Kurzschlußfall durch, so geht das Ventil auf und läßt so viel von den Gasen
oder Dämpfen aus dem Niederdruckbehälter ausströmen, daß die Strömungsgeschwindigkeit
der Gase oder Dämpfe nicht unter das zur Löschung des Lichtbogens erforderliche
Maß sinkt. Auch beim Öffnen des Ventils in Abhängigkeit vom Strom kann das Öffnen
indirekt dadurch erfolgen, daß eine Verriegelung des Ventils aufgehoben wird.
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Das Öffnen des Ventils kann aber auch von der Temperatur der Schaltgase
abhängig gemacht werden, die beim Abschalten starker Ströme hoch ist. Das geschieht
dann in der Weise, daß ein das Öffnen des Ventils verhinderndes, mit den Schaltgasen
in Berührung kommendes Schmelzglied durchschmilzt. Das Schmelzglied kann wie der
stromdurchflossene Schmelzdraht das Öffnen des Ventils unmittelbar oder mittelbar
bewirken.
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Am einfachsten und zweckmäßigsten wird das Öffnen des Ventils vom
Druck im N iederdruckbehälter gesteuert, wobei auch eine Freigabe des Ventils durch
Aufheben einer Verklinkung möglich ist. Eine besonders günstige Anordnung des Ventils
ergibt sich dadurch, daß das Ventil in eine gerade Anzahl von Ventilen aufgeteilt
wird, von denen je zwei einander gegenüberliegen und eine gemeinsame Schließfeder
haben. Damit das Ventil nicht als Sicherheitsventil in der Weise arbeitet, daß es
nur ein Überschreiten des Druckes im Niederdruckbehälter, auf. den es anspricht,
verhütet, wird das Ventil nach der Erfindung als Differentialventil derart ausgebildet,
daß es bei einem niedrigeren Druck als dem Öffnungsdruck schließt. Hierbei nimmt
der Druck im Niederdruckbehälter ab, wie es zur möglichst langen Aufrechterhaltung
einer für die Löschung des Lichtbogens günstigen Strömungsgeschwindigkeit der Gase
oder Dämpfe in der Unterbrechungsstrecke wünschenswert ist.
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Das Ventil kann als Differentialventil so ausgebildet sein, daß die
Fläche des Ventils, auf die der Druck wirkt, beim Öffnen des Ventils größer wird.
Es kann aber auch bei gleich großer wirksamer Ventilfläche die Schließkraft des
Ventils kleiner gemacht werden als die Kraft, gegen die das Ventil durch den Druck
geöffnet wird. So kann z. B. beim Öffnen und Schließen des Ventils eine zusätzlich
wirkende Kraft benutzt werden, die beim Öffnen größer ist als beim Schließen. Die
zusätzliche Kraft ist beispielsweise die Kraft einer Feder, die an einer Klinke
mit verschieden steilen Anlaufflächen angreift, die der bewegliche Teil des Ventils
beim Öffnen und Schließen berührt.
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In den Fig. i und 2 sind Ausführungpbeispiele für ein Differentialventil
dargestellt, das am Niederdruckbehälter eines Schalters angeordnet ist, in dem beim
Ausschalten hochgespannte Gase oder Dämpfe aus einem Hochdruckbehälter durch die
Unterbrechungsstrecke hineinströmen.
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In Fig. i ist io der Hochdruckbehälter, i i der Niederdruckbehälter
des Schalters, 12 ein Isolierrohr, das die beiden Behälter miteinander verbindet.
In dem Isolierrohr 12 ist ein düsenförmiges hohles Schaltstück 13 und eine Führung
1q. für das stiftförmige, bewegliche Gegenschaltstück 15 angeordnet. 16 und 17 sind
die Anschlußstellen des Schalters. Die Bewegung des beweglichen Schaltstiftes 15
erfolgt durch eine im Niederdruckbehälter gelagerte Welle 18 über eine Kurbel
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und eine an Kurbel und Schaltstift angelenkte Isolierstange 2o. Am Niederdruckbehälter
sind zwei Differentialventile 21 und 22 gegenüberliegend angeordnet, deren Ventilteller
23 und 24 nach außen aufschlagen. Dabei wird die Fläche der Teller, auf die der
Druck im Niederdruckbehälter wirkt, um die Ringfläche vergrößert, mit der die Teller
die am Niederdruckbehälter befindlichen Flansche 25 und 26 überdecken. 27 und 28
sind die Schließfedern der Ventilteller 23 und 2q., die durch eine auf der Welle
18 lose sitzende Scheibe 29 miteinander verbunden sind. Wird beim Ausschalten der
Schaltstift 15 aus dem hohlen Schaltstück 13 herausgezogen und dabei der Hochdruckbehälter
gegen den Niederdruckbehälter geöffnet, so strömen die im Hochdruckbehälter i o
befindlichen Gase oder Dämpfe durch das Isolierrohr 12 in den Niederdruckbehälter
i i und löschen dabei den beim Trennen der Schaltstücke gezogenen Lichtbogen aus.
Ist der auszuschaltende Strom größer als der Nennstrom, so daß die Gase oder Dämpfe
durch den Lichtbogen erhitzt werden und dadurch der Druck im Niederdruckbehälter
rasch größer wird als der Druck, der sich am Schluß von Abschaltungen mit höchstens
Nennstromstärke im Niederdruckbehälter einstellt, so öffnen sich die Ventile 21
und 22 und lassen so viel Gase oder Dämpfe ausströmen, daß die Strömungsgeschwindigkeit
in der Unterbrechungsstrecke so groß bleibt; daß der Lichtbogen erlischt.
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In Fig.2 ist an dem Niederdruckbehälter ii ein Ventil angeordnet,
dessen Deckel 30
gegen die Schließfeder 3 1 drehbar am Niederdruckbehälter
befestigt ist. 32 ist eine am Niederdruckbehälter i i drehbar angeordnete
Klinke,
die durch eine Feder 33 gegen einen Anschlag 34 gezogen wird. In der Schließstellung
berührt der Ventildeckel 30 eine schräge Anlauffläche 35 der Klinke 3z. Öffnet'
sich der Deckel 3o beim Erreichen des vorgeschriebenen Druckes im Niederdruckbehälter,
so drückt er die Klinke 3a unter Spannen der Feder 33 beiseite. Beim Schließen berührt
der Deckel 3o die schräge Fläche 36 der Klinke 32 und drückt die Klinke ebenfalls
unter Spannen der Feder 33 zur Seite. Die Schrägen der Flächen 35 und 36 sind so
gewählt, daß-durch die zusätzliche Kraft der Feder 33 die Schließkraft des Ventils
kleiner ist als die Öffnungskraft, so daß das Ventil bei einem niedrigeren Druck
als dem üffnungsdruck schließt.