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Wechselstromschalter mit Lichtbogenlöschung durch ein strömendes Löschmittel
Bei den bekannten Wechselstromschaltern, bei denen die Lichtbogenlöschung durch
ein strömendes bzw. expandierendes gas- oder dampfförmiges Löschmittel erfolgt,
setzt beim Ausschalten die volle Strömung ein, sobald das als Kontaktstift ausgebildete
bewegliche Schaltstück aus: dem hohlen Gegenschaltstück herausgezogen und damit
der Dampf- oder Druckgasraum des Schalters geöffnet ist. Zur Erhöhung der Löschwirkung
ist @es bekannt, die Strömung des Löschmittels zu verstärken, während sich der Lichtbogen
im Bereich der günstigsten Löschwirkung befindet.
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Die Verstärkung der Strömung wird durch eine Steigerung des Druckes
bewirkt. Dazu werden entweder mehrere Druckgasquellen und mehrere Druckgaszuleitungen
verwendet, oder es werden am Schalter selbst besondere Einrichtungen zur Druckerhöhung
eingebaut.
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Die Nachteile von besonderen, zusätzlichen Einrichtungen werden nach
der Erfindung durch die Anwendung von Mitteln vermieden, durch welche bei stets
gleichem Zuführungsdruck des Löschmittels dessen Strömung zu Beginn der Kontakttrennung
durch Verringerung der Geschwindigkeit abgedrosselt und während des weiteren Ausschaltvorganges
stufenweise so verstärkt wird, daß die volle Strömung erst auftritt, wenn sich die
Schaltstücke. in der für die Lichtbogenlöschung wirkungsvollsten Entfernung voneinander
befinden.
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Die Anwendung stets gleichen Zuführungsdruckes hat den Vorteil, daß
der Lichtbogen von seiner Entstehung zu Beginn des Ausschaltvorganges an sofort
unter hohen Druck gesetzt wird. Die Druckgasschicht hohen Druckes, durch die die
Löschwirkung erhöht wird, die jedoch bei den bekannten Schaltern erst gegen das
Ende des Ausschaltvorganges auftritt, ist bei dem Schalter nach der Erfindung von
Anfang an vorhanden. Dadurch werden von vornherein erschwerte Bedingungen für die
Rückzündung geschaffen, so daß die Löschung des Lichtbogens bereits bei einer kürzeren
Entfernung der Schaltstücke voneinander zulässig ist als bei geringerem Druck.
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Gleichzeitig wird durch Abdrosselung der Strömung verhindert, daß
der Lichtbogen erlischt, bevor die Gefahr der Rückzündung völlig geschwunden ist.
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Während also bei den bekannten Schaltern Druck und Strömung stets
im gleichen Sinn verändert werden, wobei die Durchtrittsquerschnitte an und hinter
der Unterbrechungsstelle unverändert bleiben, wird beim Schalten nach der Erfindung
der Zuführungsdruck
von Anfang bis zu Ende des Ausschaltvorganges
auf voller Höhe gehalten, weil er während der ganzen Zeit von Nutzen ist; nur die
Strömung wird ztt der Zeit, wo sie schädlich wäre, nämlich am Anfang des Ausschaltvorganges,
gedrosselt. Dieses Verhalten von Druck und Strömung, das durch eine Behinderung
der Strömung hinter der Unterbrechungsstelle erreicht wird, bildet das wesentliche
Unterscheidungsmerkmal der Erfindung gegenüber dem Bekannten.
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Als ausreichend hat sich die Abstufung in zwei Stuben erwiesen. Die
Stufe geringerer Geschwindigkeit wird dabei so bemessen, daß sie zur Löschung von
betriebsmäßig normalen Lichtbögen ausreicht. Es wird dadurch verhindert, daß kleine
Lichtbögen bei zu starker Strömung vor dem Stromnulldurchgang gelöscht «erden und
sich die dann plötzlich frei werdende mabnetische Energie des Stromkreises in elektrische
Energie umsetzt und Überspannungen hervorruft.
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Dadurch unterscheidet sich der Schalter nach der Erfindung vorteilhaft
von dein bekannten Schalter, bei welchem zu Beginn der Kontakttrennung nur ein Teil
des Strömungsquerschnittes an der Unterbrechungsstelle freigegeben und dadurch die
Strömungsgeschwindigkeit des Löschmittels an der Stelle, wo sich der Lichtbogen
befindet, sogar noch erhöht wird. Durch diese Erhöhung der Geschwindigkeit wird
außerdem auch die im Lichtbogen umgesetzte Energie unnötigerweise gesteigert und
damit die Abschaltleistung gegenüber einem nach der Erfindung gebauten Schalter
Iierabnesetzt.
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Die stufenweise Änderung der Strömung kann erfindungsgemäß in Abhängigkeit
von der Ausschaltbewegung dadurch erfolgen, daß ein gegen außen abgeschlossener
und mit dem Löschinittelbehälter verbundener, die Unterbrechungsstrecke enthaltender
Raum zunächst bei gleichzeitiger Trennung der Schaltstücke vergrößert und erst dann
gegen einen Raum mit einem niedrigeren Druck geöffnet wird, wenn sich die Schaltstücke
in der für die Löschung des Lichtbogens günstigsten Entfernung voneinander befinden.
Bei der beim Ausschalten zunächst erfolgenden Vergrößerung des Raumes der Unterbrechungsstrecke
findet in diesem eine Vorströmung des aus dem Dampf- oder Druckgasraum des Schalters
zuströmenden Löschmittels statt. Diese Vorströmung läßt sich durch richtige Wahl
der Verhältnisse so gestalten, daß sie zur Löschung von Lichtbögen bei betriebsmäßigen
Schaltungen ausreicht. Die Löschung starker Lichtbögen erfolgt beim Ausströmen des
Löschmittels aus den im weiteren Verlauf der Ausschaltbewegung freigegebenen Ausin
die den Raum der Unterbrechungsstrecke mit dem Außenraum verbinden.
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Die beim Ausschalten zunächst stattfindende Vergrößerung des Raumes
der Unterbrechungsstrecke und die dann folgende Freigabe der Ausströmungsöffnungen
kann erfindungsgemäß durch einen mit dem beweglichen Schaltstück verbundenen Kolben
geschehen, der sich in einem die Unterbrechungsstrecke umgebenden Schaltrohr bewegt.
Damit durch die uorströmung, die bei der Vergrößerung des Raumes der Unterbrechungsstrecke
in diesem auftritt, eine sichere Lichtbogenlöschung stattfindet, wird bei bekannter
Ausbildung des beweglichen Schaltstückes als Schaltstift und des festen Schaltstückes
als Hohlkontakt der Hohlkontakt so im Schaltrohr angeordnet, daß nur durch ihn das
Löschmittel in den Raum der Unterbrechungsstrecke hineinströmt.
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In den Fig. r und 2 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
dargestellt.
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1o ist ein mit dem gas- oder dampfförmigen Löschmittel gefüllter Behälter,
der ein Isolierrohr t i trägt. In dein Isolierrohr befindet sich eine metallene
Zwischenwand 12, in die ein düsenförmig ausgebildetes hohles Schaltstück 13 eingesetzt
ist. 14. ist ein bei eingeschaltetem Schalter in das hohle Schaltstück 13 hineingeschobener
Schaltstift, der an einem Kolben 15 befestigt ist. 16 ist ein sich nach oben hin
an das Schaltrohr il anschlie= Bender Metallzylinder, in den-1 sich der Kolben 15
bewegt. In der Wand des Metallzylinders 16 befinden sich Öffnungen 17. An dem Kolben
15 ist eine Isolierstange 18 befestigt, die aus dem Zylinder 16 herausgeführt ist
und einen in einem Druckluftzylinder ig befindlichen Kolben 20 trägt. Im Zylinder
16 befindet sich eine auf die Isolierstange 18 aufgeschobene Einschaltfeder 21.
22 und 23 sind die Anschlußstücke des Schalters.
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Beim Ausschalten wird durch das Rohr 24 Druckluft in den Zylinder
19 eingelassen und dadurch der Kolben 2o aufwärts bewegt. Dabei wird der mit dem
Kolben 20 verbundene Schaltstift 14 aus dein Hohlschaltstück 13 herausgezogen und
die Einschaltfeder 21 gespannt. Durch den sich im Zylinder 16 aufwärts bewegenden
Kolben 15 wird zunächst der Raum der Unterbrechungsstrecke vergrößert. Dabei strömt
durch das vom Schaltstift 14 freigegebene Hohlschaltstück 13 Löschmittel aus dem
Behälter io, in den Raum der Unterbrechungsstrecke hinein. Diese Vorströmung genügt,
um Lichtbögen bei betriebsmäßigen Schaltungen zu löschen.
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Im weiteren Verlauf der Ausschaltbewegung bewegt sich der Kolben 15
über die in der Wand des Zylinders 16 vorgesehenen Öffnungen 17 hinaus, so daß der
Raum der Unterbrechungsstrecke
gegen den Außenraum geöffnet wird.
Es setzt dann die volle Strömung des Löschmittels ein. Die Schaltstücke befinden
sich in diesem Augenblick in einer Entfernung voneinander, bei der die Strömung
des Löschmittels am wirkungsvollsten für die Lichtbogenlöschung ist. Infolgedessen
werden stärkere Lichtbögen sicher gelöscht.
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In Fig. z ist der Schalter in dem Augenblick dargestellt, in dem der
Raum der Unterbrechungsstrecke gegen den Außenraum geöffnet wird. Wie aus Fig. 2
zu ersehen ist, hat sich der Schaltstift 14 noch nicht weit vom Hohlschaltstück
13 entfernt, so daß der zwischen beiden gezogene Lichtbogen noch verhältnismäßig
kurz ist und durch das durch das hohle Schaltstück 13 in den Raum der Unterbrechungsstrecke
hineinströmende und aus den öffnungen 17 ausströmende Löschmittel leicht
gelöscht werden kann.