DE649135C - Wechselstromschalter mit Lichtbogenloeschung durch stroemenden und expandierenden Dampf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter für Wechselstrom mit Lichtbogenlöschung durch strömenden und expandierenden Dampf, welcher vom Lichtbogen selbst in einer Flüssigkeit enthaltenden Dampferzeugungsvorrichtung gebildet wird, in der sich die Kontakte bewegen, und welcher aus der Dampferzeugungsvorrichtung unmittelbar in flüssigkeitsfreie Expansionsräume austritt. Es sind solche nach dem Expansionsprinzip wirkende Schalter bekannt, bei denen die dampferzeugende Flüssigkeit in einer Löschkammer ständig enthalten ist oder in den Löschraum eingespritzt wird.

Solche Schalterlöschvorrichtungen mit Dampferzeugung durch den zu löschenden Lichtbogen müssen unter zwei Gesichtspunkten bemessen sein, da ein Lichtbogen von sehr wechselnder Stärke einerseits selbst als Löschmittelerzeuger dient, anderseits der Einwirkung des erzeugten Löschmittels unterworfen und dadurch gelöscht werden soll. Es muß daher erstens eine starke Dampfentwicklung durch den Lichtbogen stattfinden, die auch bei kleinen Unterbrechungsströmen' oder bei kurzer Zeitdauer des Lichtbogens relativ viel größer s.ein muß als bei den bekannten Flüssigkeitsschaltern, bei denen der Lichtbogen nicht durch den aus einer Flüssigkeit entwickelten Dampf, sondern durch die unmittelbare Einwirkung der Flüssigkeit gelöscht wird. Zweitens muß, da die Löschung eines Wechselstromlichtbogens nur im Stromnulldurchgang möglich ist, eine anhaltend starke und auf den Lichtbogenraum konzentrierte Dampfströmung und -expansion erzeugt werden, die auch noch während des Stromnulldurchganges in der erforderlichen Stärke gewährleistet ist.

Um die erste Forderung zu erfüllen, muß der Lichtbogen in dem die Flüssigkeit enthaltenden Dampferzeugungsraum· in möglichst innige Berührung mit der Flüssigkeit gebracht werden. Die Flüssigkeit darf nicht durch die Gasentwicklung aus der unmittelbaren Nähe des Lichtbogens verdrängt werden können. * Man hat daher schon vorgeschlagen, vollkommen mit Flüssigkeit gefüllte geschlossene Schaltkammern anzuwenden. Der Druck in derartigen Schaltkammern steigt jedoch bei hohen Abschaltströmen in unzulässiger Weise an und muß durch entsprechende Ventile vorzeitig entlastet werden, wodurch unter Umständen für die Abschaltung hoher Leistungen gerade im Stromnulldurchgang nicht mehr die erforderliche Dampfmenge mit dem nötigen Expansionsdruckgefälle zur Verfügung steht.

Um die zweite Forderung zu erfüllen, müßte man den Dampferzeugungsraum mög-

*) Von dem Patentsucher sindals die Erfinder angegeben worden:

Werner Kaufmann und Floris Koppelmann in Berlin-Siemensstadt.

liehst weit machen und nur zu einem Teil mit Flüssigkeit füllen, damit sich der Dampf in der Umgebung des Lichtbogens sammeln kann. Iti der Tat wurden bekannte Dampfschalter meistens mit nur teilweise gefüllter oder mit Druckentlastungsöffnungen versehenen Schaltkammern avisgerüstet. In einem weiten und nur teilweise gefüllten Löschraum kann jedoch die Flüssigkeit ausweichen; die ίο Dampf entwicklung ist daher relativ schwach. Ferner wird durch eine derartige Schaltkammer die lichtbogenlöschende Dampfexpansion nicht auf den Lichtbogenraum konzentriert und kann daher zum großen Teil wirkungslos verpuffen.

Um diese sich widersprechenden Aufgaben zu lösen, besteht nach der Erfindung die Dampferzeugungsvorrichtung aus zwei Teilen, nämlich einerseits aus einem die Flüssigkeit enthaltenden und den L^Tnterbrechungslichtbogen unmittelbar umschließenden, in Expansionsräume mündenden Teil für die Dampferzeugung, welcher eine solche Einrichtung oder Anordnung besitzt, daß in ihm die Flüssigkeit in innige Berührung mit dem brennenden Lichtbogen gebracht wird, und anderseits aus einem besonderen, flüssigkeitsfreien Dampfspeicherteil, welcher unmittelbar an den Dampferzeugungsraum derart angeschlossen ist, daß er den erzeugten Dampf aufnimmt, solange die Dampfexpansion nach den Expansionsräumen gesperrt oder gehemmt ist, und den gespeicherten Dampf während der Stromnulldurchgänge durch den Löschraum hindurch nach den Expansionsräumen wieder abgibt.

Hierdurch wird erreicht, daß trotz innigen Kontaktes des Lichtbogens mit der dampferzeugenden Flüssigkeit der Primärdampfdruck im Dampfraum nicht momentan verschwindet, sobald die Dampfexpansion einsetzt. Vielmehr wird durch den Speicherraum die Füllung der Umgebung des Lichtbogens mit einem unter Druck stehenden Dampf über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten, da der Dampfspeicherraum in der Lage ist, gespeicherten Dampf während der Expansionsperiode und insbesondere während des Stromnulldurchganges durch den Löschraum hindurch abzugeben. Der Speicher wird vor dem Löschvorgang mit Dampf von ausreichendem Druck gefüllt, und aus dem Speicher heraus wird der Druck im Lichtbogenraum und damit das Druckgefälle über den Stromnulldurchgang aufrechterhalten.

Zweckmäßigerweise kann man bei einer

Löscheinrichtung, bei der die Mündung des Dampferzeugungsraumes in den Expansionsraum ein enger Kanal oder ein Loch für den Lichtbogen ist. den Dampfspeicher neben diesem Kanal oder Loch an den Dampferzeugungsraum anschließen, derart, daß er nur über dieses Loch oder diesen Kanal mit dem Expansionsraum in Verbindung gebracht wurden kann. Man kann auch den ganzen -Täampferzeugungsraum als engen Kanal ausbilden, in dessen Achse nach beiden Richtungen der Dampf expandiert, wobei der Dampfspeicherraum an eine mittlere Stelle dieses Kanals angeschlossen ist.

Besonders zweckmäßig ist es, in den Dampferzeugungsraum Flüssigkeit nur vorübergehend während des L^nterbrechungsvorganges in begrenzter Menge hineinzudrücken. Hierdurch kann man die Flüssigkeit in innige Berührung mit dem brennenden Lichtbogen bringen, ohne die Aufnahme und die Abgabe des erzeugten Dampfflüssigkeitsgemisches durch den Speicherraum zu hemmen. Man ist in der Lage, den Speicherraum in einfachster Weise flüssigkeitsfrei zu halten, dabei eine überflüssig große Dampfentwicklung, welche nur eine unerwünschte Überlastung der Löschvorrichtung mit sich bringt, zu vermeiden. Das Hineindrücken der Flüssigkeit in den Dampferzeugungsraum kann an einer oder mehreren mittleren, von den Expansionsmündungen dieses Raumes entfernten, jedoch der Mündung des Speicherraumes benachbarten Stellen erfolgen.

Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades und weiten Löschbereiches der Vorrichtung ist es zweckmäßig, den beweglichen Schaltstift in der Öffnung, durch die er aus der Löschvorrichtung austritt, dicht zu führen. Inbesondere kann man den Durchmesser des Schaltstiftes, der kreisrunden Querschnitt besitzt, kleiner als 10 mm machen, wodurch die Vorausströmung auf einen sehr geringen Wert gebracht werden kann. Wenn bei dieser Bemessung des Schaltstiftes die Strombelastung bei Nennstrom über 2 A/mm² steigt, kann man zur Entlastung des Schaltstiftes einen bei der Ausschaltung voreilenden Parallelkontakt vorsehen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

In Fig. ι ist 10 ein Isolierkörper, in dem eine Bohrung 11 angebracht ist. Diese Bohrung bildet den Löschraum. In ihr bewegen sich die beiden Stiftkontakte 12 und 13, die in der Mitte der Bohrung miteinander in Kontakt kommen. Aus der Mitte der Bohrung heraus führt eine Anschlußbohrung 14 zu einem Speicherraum 15, der im Verhältnis zum Ausfiußquerschnitt der Bohrung genü- , gend groß bemessen sein muß. 16 und 17 sind kleinere Bohrungen für das Einspritzen der Flüssigkeit. An sie sind Leitungen 18, lao 19 für die Zufuhr der Flüssigkeit angeschlossen.

Wenn der'Stromkreis, in dem der Schalter liegt, unterbrochen werden soll, werden die Schaltstifte 12, 13 möglichst rasch in die gezeichnete Stellung gebracht. Der^; Unterbrechungslichtbogen brennt dann in der Bohrung 11. Vom Augenblick der Kontakttrennung an wird Flüssigkeit in der Pfeilrichtung 21 durch die Rohrleitung und die Bohrungen 16, 17 in den Lichtbogenkanal 11 hineingedrückt. Da diese .Flüssigkeit unmittelbar in den Lichtbogenraum gelangt, verdampft sie sehr lebhaft. Der entwickelte Dampf strömt in den Speicherraum 15· Während der positiven und negativen Halbwelle des Wechselstromes, insbesondere in der Umgebung.des Stromhöchstwertes, ist diese Verdampfung äußerst lebhaft. Während der Stromnulldurchgänge hört sie auf, und der im Raum 15 gespeicherte Dampf strömt nach beiden Seiten aus der Bohrung 11 aus. Er durchdringt dabei den -ganzen in diesem Augenblick nicht stromführenden Lichtbogenpfad und gibt diesem seine Durchschlagsfestigkeit wieder, da er eine verhältnismäßig

25*sehr niedrige Temperatur besitzt "und" mit großer Geschwindigkeit expandiert. Der Speicherraum 15 muß im Verhältnis zu den Ausflußquerschnitten der Bohrung 11 so groß bemessen sein, daß während der Entladezeit des Speichers im Stromnulldurchgang der • mittlere Druck des ausströmenden Dampfes einige Atmosphären beträgt. Keinesfalls soll das Verhältnis des Speicherdruckes zum Druck im Ausströmraum unter das kritische Druckverhältnis fallen.

In Fig. 2 bedeutet 22 eine Löschkammer, in

der. das feststehende Schaltstück 23 des Schalters befestigt ist. 24 ist der bewegliche . Schaltstift. In dem Deckel 25 der Schalt-

•4-0 kammer befindet sich die öffnung 26 für den Schaltstift und außerdem eine Öffnung 27, welche die Schaltkammer mit einem Dampfspeicherraum 28 verbindet. Dieser ist durch eine Wand 29 von dem Expansionsraum 30 getrennt, der durch ein Auspuffrohr 31 ständig mit der Außenluft in Verbindung steht. Der Spiegel der Schaltflüssigkeit ist durch die Marke 32 angegeben. Für das Aufrechterhalten des Spiegels der Schaltflüssigkeit muß ein Nachfüllbehälter vorgesehen sein. Dieser ist in der Zeichnung weggelassen.

Wird nun der Schalter geöffnet, dann entsteht zwischen dem Schaltstift 24 und dem festen Schaltstück 23 innerhalb der Schaltkammer 22 ein Lichtbogen, der in innigem Kontakt mit der Schaltflüssigkeit brennt und diese daher lebhaft verdampft. Der Dampf strömt durch die Öffnung 27 nach dem Dampfsammeiraum 28. Wenn der Stift in die gestrichelte Stellung 33 gelangt und dadurch die Öffnung 26 der Schaltkammer freigibt, beginnt der Dampf in der Schaltkammer zu expandieren. Die Expansion wird durch den aus dem Speicherraum 28 nachströmenden Dampf über den Stromnulldurchgang aufrechterhalten, so daß während des Stromnulldurchganges eine wirksame Löschung des Lichtbogens eintritt.

Als verdampfbare Flüssigkeit kann man beispielsweise Wasser verwenden.

Besonderer Wert ist darauf gelegt, daß der Lichtbogen im Löschraum so mit der Schaltflüssigkeit in Kontakt gebracht wird, daß er nicht ausweichen kann, was bei der Ausführung nach Fig. 1 sehr vollkommen erreichi wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Wechselstromschalter mit Lichtbogenlöschung durch strömenden und expandierenden Dampf, welcher vom Lichtbogen selbst in einer Flüssigkeit enthaltenden Dampferzeugungsvorrichtung gebildet wird, in der sich die Kontakte bewegen, und welcher aus der Dampferzeugungsvorrichtung unmittelbar in flüssigkeitsfreie Expansionsräume austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampferzeugungsvorrichtung aus zwei Teilen besteht, nämlich einerseits aus einem die Flüssigkeit enthaltenden und den Unterbrechungslichtbogen unmittelbar umschließenden, in Expansionsräume mündenden Teil für die Dampferzeugung, welcher eine solche Einrichtung oder Anordnung besitzt, daß in ihm die Flüssigkeit in innige Berührung mit dem brennenden Lichtbogen gebracht wird, und anderseits aus einem besonderen, flüssigkeitsfreien Dampfspeicherteil, welcher unmittelbar an den Dampferzeugungsraum derart angeschlossen ist, daß er den erzeugten Dampf aufnimmt, solange die Dampfexpansion nach den Expansionsräumen gesperrt oder gehemmt ist, und den gespeicherten Dampf während der Stromnulldurchgänge durch den Löschraum hindurch nach den Expansionsräumen wieder abgibt.

2. Wechselstromschalter nach Anspruch i, bei dem die Mündung des no Dampferzeugungsraumes in den Expansionsraum ein enger Kanal oder ein Loch für den Lichtbogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfspeicher neben diesem Kanal oder Loch an den Dampf- ng erzeugungsraum angeschlossen ist, derart, daß er nur über dieses Loch oder diesen Kanal mit dem Expansionsraum in Verbindung gebracht werden kann.

3. Wechselstromschalter nach Anspruch 2, bei welchem der ganze Dampferzeugungsraum als enger Kanal aus-

gebildet ist, in dessen Achse nach beiden Richtungen der Dampf expandiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfspeicherraum an eine mittlere Stelle dieses Kanals angeschlossen ist.

4. Wechselstromschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Dampferzeugungsraum Flüssigkeit in begrenzter Menge nur während des Unterbrechungsvorganges hineingedrückt wird.

5. Wechselstromschalter nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hineindrücken der Flüssigkeit in den Dampferzeugungsraum an einer oder mehreren mittleren, von den Expansionsmündungen entfernten, jedoch der Mündung des Speicherraumes benachbarten Stellen erfolgt.

6. Wechselstromschalter nach Anspruch 2, dessen Dampferzeugungsraum ao aus einer mit Flüssigkeit gefüllten Kontaktkammer mit nach oben gekehrter Schaltstiftöffnung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des oberhalb der Dampferzeugungskammer liegen- »5 den Dampfspeichers an die Dampferzeugungskammer unmittelbar neben der Schaltstiftöffnung, insbesondere durch ein Loch im Deckel der Dampferzeugungskammer, erfolgt.

7. Wechselstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsdurchmesser des kreisrunden Schaltstiftes, der sich durch den engen Löschkanal hindurchbewegt, kleiner als 10 mm ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen