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Elektrischer Schalter mit Lichtbogenlöschung durch strömendes Druckgas
Die Erfindung betrifft einen Schalter mit Löschung des Wechselstromunterbrechungslichtbogens
durch strömendes Druckgas in einer Düse, welche die Ausflußöffnung eines Druckgasspeicherraumes
bildet und von welcher die während des Löschvorganges feststehende Lichtbögenelektrode
räumlich getrennt und derart zentral angeordnet ist, daß das Druckgas über sie hinweg
in die Düse einströmt.
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Die Bedeutung dieser Anordnung besteht darin, daß die Düse den Druckgasstrom
gemeinsam mit dem Lichtbogen in einer für die Unterbrechung günstigen Weise führt,
während der an die Düse unmittelbar anschließende Druckgasspeicherraum dazu dient,
die löschende Strömung über mindestens einen Stromnulldurchgang des Wechselstromlichtbogens
in der erforderlichen Stärke und mit möglichst geringem Druckabfall aufrechtzuerhalten.
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Die Erfindung besteht darin, daß die während des Löschvorganges feststehende
Lichtbogenelektrode, welche von der Düse räumlich getrennt ist, vom Augenblick des
Entstehens des Lichtbogens an im wesentlichen in derjenigen Stellung zur Düse steht,
wo die Löschwirkung der Düse ihren Höchstwert hat. , ; Unter allen möglichen Stellungen
der feststehenden Lichtbogenelektrode in bezug auf die Düse besitzt bekanntlich
jede Düse ein ganz ausgesprochen günstiges Gebiet, in dem schon im ersten Stromnulldurchgang
Lichtbögen größerer Leistung gelöscht werden können als in anderen Stellungen der
Lichtbogenelektrode.
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Diese bekannte Abhängigkeit der Unterbrechungswirkung von der Stellung
der Lichtbogenelektrode in bezug auf die Düse ist in dem Schaubild Fig. i für eine
Metalldüse D, die gleichzeitig die Gegenelektrode bildet, dargestellt, in welchem
die Kurve U die Werte der wiederkehrenden Spannung in Kilovolt angibt, welche die
Löschanordnung nach dem Stromnulldurchgang ohne Wiederzündung des Lichtbogens tragen
kann in Abhängigkeit von der Entfernung a der Elektrodenspitze E von der Ebene M
des Einströmquerschnittes der Düse D. Links von D
befindet sich der
Druckgasspeicherraum R, rechts der Ausströmraum. Der Lichtbogen zwischen E und D
wurde bei verschiedenen Entfernungen a. mit Hilfe eines Drahtes gezündet und seine
Löschung im Stromnulldurchgang bei verschiedenen Spannungen U beobachtet. Die Pfeile
S bezeichnen die Strömungsrichtung des Druckgases, welches
über
die Elektrode E hinweg und dann aus der Düse D ausströmt. Der Überdruck des Druckgases
im Raume R betrug 2 at.
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Man sieht, daß die Kurve U' eine ausge= prägte Spitze im Abstand a
=Null von der Mündungsebene 1i besitzt. Rechts vom Maximum ist der Verlauf der Kurve
durch die Höhe der Überschlagspannungen LT, zwischen E und D bei verschiedenen Stiftstellungen
gegeben. Der Verlauf des linken Kurventeiles von L' ist lediglich durch die Strömung
verursacht. Es zeigt sich, daß gerade beim Abstand c, =Null der höchste Wert der
wiederkehrenden Spannung von der Anordnung getragen werden kann, ohne daß im Stroml?ulldurchgang
der Lichtbogen wiederzündet, während U bei größerer Entfernung
a rasch abnimmt.
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Es ist für die Erfindung urwesentlich, welche Form die Düse hat. In
Fig. i ist eine gewöhnliche Lochdüse angegeben, jedoch wird ein ähnliches Ergebnis
z. B. mit der gestrichelt eingetragenen Lavaldüse erreicht. Bei einer Metalldüse
liegt die günstigste Elektrodenstellung im wesentlichen in jener Quer schnittsebene
der Düse, wo das Einströmen des Druckgases aus dem Speicherraum in die Düse stattfindet.
Bei einer Isolierdüse kann die günstigste Stellung weiter gegen das Düseninnere
vorgeschoben sein.
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Besonders zweckmäßig ist es, die bewegliche Gegenelektrode in zentrischer
Lage zum Druckgasstrom in der Düse anzuordnen und beim Ausschaltvorgang in der Strömungsrichtung
durch die Düse hindurchzubewegen. Hierdurch wird der Lichtbogen seiner ganzen Länge
nach zentriert und brennt in einer konzentrisch ihn umgebenden strömenden Druckgashülle,
wobei die Lichtbogenlänge, auf das für die Löschung zweckmäßige Maß beschränkt werden
kann. Hierdurch werden kleineLichtbogenspannungen undLichtbogenleistungen erzielt.
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Die bewtgliche Elektrode braucht nicht von vornherein in der Löschstellung
zu stehen. Man kann sie vielmehr erst durch eine voreilende Schaltbewegung in diese
Stellung bringen, wobei die voreilende Schaltbewegung dazu dienen kann, einen zum
Lichtbogenkontakt parallelliegenden Dauerkontakt zu öffnen. Durch die Anordnung
eines solchen Dauerkontaktes wird man in die Lage versetzt, den Lichtbogenelektroden
eine lediglich für eine günstige Lichtbogenlöschung berechnete Ausbildung zu geben,
ohne Rücksicht auf die Fähigkeit der Dauerstroinübertragung.
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In den Fig. 2 und 3 der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. i ist das Isoliergehäuse eines Druckgasspeichers, welches vorn durch
einen Deckel2 aus stromleitendem Metall abgeschlossen ist. Auf den Deckel ist vorn
eine Düse 3 aus Isoliermaterial aufgesetzt. In der Mitte des Deckel: 2 befindet
sich ein Lamellbnkontakt, der aus den Kontaktsegmenten .I. zusammengesetzt ist,
welche durch Federn 5 gegen die Mitte gedrückt werden. Mit dieseln Lamellenkontakt
stellt der ltegelige Teil einer Elektrode 7 den Dauerkontakt des Schalters her.
Die Elektrode 7 besitzt ferner eine Spitze 8, welche den Ansatzpunkt für den Unterbrechungslichtbogen
bildet. Die Elektrode 7 steht während des Löschvorganges fest. 9 ist die beim Löschvorgang
bewegte Lichtbogenelektrode. Diese ist stiftförmig ausgebildet und in einem isolierenden
Lagerkörper io geführt. Sie wird von rechts durch eine Kurbel 20 über einen Nocken
i9 und durch eine Zugfeder 21 angetrieben. Die Elektrode 7 hat einen Bund i i, gegen
den sich eine Druckfeder 12 stützt. Diese Feder 1,2 übt einen nach rechts gerichteten
Druck auf die Elektrode 7 aus, welche den Dauerkontakt herstellt. 13 ist eine Rast,
14 eine Klinke, die durch eine Druckfeder 15 gegen die Elektrode 7 gedrückt wird
und durch eine geeignete Einrichtung aus der Rast 13. herausgezogen werden kann.
Die Stromleitung ist, von links kommend, an die Elektrode 7 angeschlossen. Der Strom
wird über die Segmente d. auf den Deckel 2 übertragen und von hier durch einen leitenden
Zylinder 16, welcher die Düse 3 gleicbachsig umgibt, weitergeleitet. Durch achssymmetrisch
angeordnete leitende Stege 17 wird der Strom von hier über einen Gleitkontakt i8
auf den Stift 9 übertragen. Von diesem wird er von einer nach rechts abgehenden
Leitung abgenommen.
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Uln den Stromkreis zu unterbrechen, wird die Kurbel 2o nach links
gedreht und dadurch der Stift 9 -zunächst ein Stück nach links bewegt. Er drückt
dadurch die Elektrode 7 nach links, so daß der Dauerkontakt mit dem Lamellenkontakt
.4 unterbrochen wird. Am Ende dieser voreilenden Schaltbewegung springt die Klinke
i.1 in die Rast 13 ein, wodurch die Elektrode 7 in der in Fig. 3 dargestellten Lage
-festgehalten wird, in der sie während des Löschvorganges verbleibt. In dieser Lage
befindet sich die Elektrodenspitze 8 in der Ebene des Mündungsquerschnittes der
Düse. Durch diese Beweguni wurde gleichzeitig die Druckgasströmung aus dem Speicherraum
i durch die Düse 3 eingeleitet, welche sich in.der Richtung der Pfeile ausbildet.
Durch die weitere Linksdrehung der Kurbel 2o wird der Nocken ig freigegeben, wodurch
die Zugfeder 21 den Stift 9 nach rechts schnellt. \ach der Öffnung des DauerkontaktesdJ7
wurde der Strom durch die Elektrodenspitze und &n Stiftg übertragen.
Daher
wird nun der Unterbrechungslichtbogen zwischen 8 und g gezogen. Dieser entsteht
in der Achse der Düse, ist von Anbeginn an konzentrisch von dem Druckgas umströmt,
und die Elektrodenspitze 8, über welche hinweg das Druckgas in die Düse einströmt,
steht von Anfang an in der für die Löschung günstigsten Stellung. Mithin kann der
Lichtbogen im ersten Stromnulldurchgang unterbrochen werden. Um den Schalter zu
schließen, muß der Stift g durch die Kurbel 2o nach links bewegt und die Klinke
14 nach unten gedrückt werden.