DE649237C

DE649237C - Gasschalter

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Publication number: DE649237C
Application number: DER91124D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-07-31
Filing date: 1934-07-31
Publication date: 1937-08-21

Description

fad. Eigendbm

'. 1937

Die Erfindung bezieht sich auf _v Gasschalter, bei denen zur Lichtbogenlöschung der vom Schaltlichtbogen selbst oder von einem mit ihm in Reihe liegenden Lichtbogen erzeugte Gasdruck dient. Bei derartigen Schaltern muß der Raum, in welchem der Gasdruck erzeugt wird, eine bestimmte Mindestgröße besitzen, damit bei der Abschaltung großer Stromstärken keine gefährlich hohen Drücke entstehen. Macht man den Gasraum entsprechend groß, so ergibt sich der Nachteil, daß bei kleinen Strömen die Druckerzeugung zu gering wird, da das ganze verhältnismäßig große Gasvolumen gleichmäßig erwärmt wird. Auch ist die Durchwirbelung und gleichmäßige Ionisierung des ganzen Gas-

• volumens unerwünscht, da hierdurch die Löschfähigkeit des Gases verringert wird.

Erfindungsgemäß läßt sich eine Verbesserung dadurch erzielen, daß der Schaltraum mitNeben-

ao räumen derart verbunden ist, daß durch den Druck im Schaltraum eine Druckerhöhung in den Nebenräumen bewirkt wird. Diese Nebenräume wirken einerseits als Druckpuffer und entlasten den Schaltraum gegen zu hohe Druckbeanspruchung, andererseits wirken sie als Druckspeicher, in denen kühles Gas hoher Durchschlagsfestigkeit komprimiert wird, ohne sich mit dem in der Lichtbogennähe befindlichen ionisierten Gas zu vermischen. Es ist daher vorteilhaft, die Nebenräume so auszubilden und anzuordnen, daß sie im Nulldurchgang des Stromes das komprimierte Gas an die S^chaltstrecke abgeben. Dadurch findet eine Nachblasung mit reinem kühlem Gas statt, was für die Lichtbogenlöschung und insbesondere die nach dem Nulldurchgang des Stromes erforderliche isolierende Abriegelung der Schaltstrecke besonders wertvoll ist.

Wenn die Gasabgabe aus dem Nebenraum durch den Druckraum hindurch erfolgt, so wird beim Ausschaltvorgang der Lichtbogen zunächst durch das Lichtbogengas geblasen und gelängt. Dann erfolgt ein Nachblasen mit dem in den Nebenraum eingedrungenen Lichtbogengas und schließlich, was für die Abriegelung gegen Wiederzündung besonders wichtig ist, durch das Frischgas aus dem Nebenraum. Das Frischgas wird beim Blasen durch die aufgespeicherte Energie so lange beschleunigt, als ein Energieüberschuß vorhanden ist, d. h. bis der Druck der gesamten Frischgassäule auf atmosphärischen Druck abgesunken ist.

Die Zeit, in der das Frischgas nach der Freigabe des Austritts durch Absinken des Druckes des Lichtbogengases beschleunigt wird, hängt wie bei einem Schwingungsvorgang von der zu beschleunigenden Masse und der Elastizität der elastischen Stoffe ab. Das Nachblasen setzt also um so plötzlicher ein, je höher das Gas durch den Lichtbogen komprimiert worden ist. Eine Beteiligung der Wandungen des Nebenraumes an der Speicherung durch Verwendung elastischer Baustoffe oder federnd nachgiebiger Teile ist daher empfehlenswert. Hierdurch wird auch die Blasdauer erhöht.

Der Nebenraum, der seine Hauptachse zweckmäßig senkrecht zum Gasraum hat, ist so anzuordnen, daß seine Öffnung nach dem Gasraum

nicht zu groß wird, wenn auch der Nebenraum an sich größere. Abmessungen und damit genügende Speicherfähigkeit besitzt. Die Anordnung ist daher vorzugsweise so zu treffen, daß die Nebenräume mit dem Schaltraum durch öffnungen geringeren Querschnittes als der Querschnitt der Nebenräume verbunden sind Die öffnung des Nebenraumes nach dem Gasraum z< soll so gerichtet sein, daß das Gas aus ίο dem Nebenraum der Schaltstrecke möglichst nahe der Austrittsöffnung des beweglichen Kontaktes aus dem Blasraum zuströmt, da dort die elektrische Verfestigung nach dem Löschen in der Regel erforderlich wird. Damit wird an der Durchtrittsöffnung des Schaltstückes zum Blasraum eine durchschlagsichere Schicht gebildet. Der Nebenraum soll ferner strömungstechnisch günstig geformt sein, insbesondere in der Nähe des Heizraumes. Ecken, plötzliche Querschnittsveränderungen usw. sind zu vermeiden. Die elastischen Wandungen müssen so hart federn, daß die Energie noch während des Blasvorganges zurückgegeben wird.

Es ist auch möglich, die Gasabgabe aus dem Nebenraum an einer anderen Stelle als an der Eintrittsstelle vorzunehmen, so daß dort kühles Gas unmittelbar an die Lichtbogenstelle gelangt. Um die kühlen Gase des Nebenraumes von dem erhitzten Gas des Lichtbogenraumes getrennt zu halten, kann man die beiden Räume durch mechanisch bewegliche Teile voneinander trennen, die nur den Druck, jedoch nicht das Gas selbst hindurchlassen (z. B. Membrane, U-förmige Flüssigkeitssäulen u. dgl.). Angenähert dasselbe wird erreicht durch geeignete, strömungstechnisch richtige Formgebung beider Teile "des Gasraumes und ihrer Verbindung, durch die Wirbelbildung vermieden und angenähert laminare Gasströmung erzielt wird. Das erwärmte Gas schiebt dann das kalte Gas vor sich her, ohne sich mit ihm wesentlich zu vermischen. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß keine Energie zur Beschleunigung der Zwischenglieder erforderlich ist. Eine besonders günstige Wirkung ergibt sich, wenn der Nebenraum mit dem Schaltraum durch sich öffnende bewegliche Wandungsteile verbunden ist, wobei die Steuerung dieser Teile durch den Druck des erwärmten Gases erfolgt, indem bei bestimmten Gasdrücken, also unstetig, die Nebenräume mit dem Gasraum in Verbindung gebracht werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Die Abb. 1 zeigt eine aus dem Druckgasschalterbau bekannte Form, wobei jedoch keine Gaszufuhr zur Lichtbogenlöschung erforderlich ist. Der Lichtbogen entsteht beim Ausschalten zwischen den Kontakten 1 und 2. Die Beblasung erfolgt aus dem Gasraum 4 durch die Düse 1 in den Blasraum 6. Der eine Lichtbogenfußpunkt an der Spitze des Stiftkontaktes 2 wird in den Gasraum 4 durch die Düse 1 hineingezogen, der andere Fußpunkt bleibt an der Düse 1 und wandert in ihrem erweiterten Teil nach oben. Es können jetzt beim Lichtbogen drei Teile unterschieden werden. Der innere Teil in dem Gasraum 4 dient durch Erwärmung zur Steigerung des Druckes in diesem Raum. Der Lichtbogenteil in der Düsenverengung verursacht eine örtliche Erhitzung, durch die das Austreten des Gases aus dem Raum 4 so lange behindert wird, bis das Gas in dem Raum einen ausreichenden Druck erreicht hat. Beim Austreten des Gases wird der äußere Teil des Lichtbogens im erweiterten Teil der Düse mit hoher Geschwindigkeit beblasen. Hierdurch erfolgt zunächst eine Längung des Lichtbogens.

Die besondere Neuerung der Ausführungsform nach Abb. 1 besteht nun darin, daß sich an dem Gasraum 4 ein Nebenraum 76 anschließt, der durch eine verengte öffnung 80 mit diesem verbunden ist. Der Nebenraum wirkt bei Beginn des Ausschaltvorganges als Druckpuffer und gibt dann die in ihm aufgespeicherte Druckenergie zur Unterstützung der Lichtbogenlöschung wieder ab. Der Nebenraum 76 ist verhältnismäßig klein. Für 80 MVA Drehstromleistung war bei Versuchen mit 5000 V Wiederkehrspannung etwa 11 Luft von Atmosphärendruck erforderlich. Deshalb kann der Nebenraum leicht am Schaltraum angeordnet werden. Hierdurch können normale Tragisolatoren 77 verwendet werden. Damit die Druckenergie nicht durch Strömungsverluste aufgezehrt wird, ist auf eine strömungstechnisch günstige Anordnung des Nebenraumes in bezug auf den Schaltfaum zu achten.

■ Abb. 2 zeigt die Anordnung des Nebenraumes im hohlen Tragisolator 77 des Schalters, wobei der Nebenraum 76 gleichzeitig als Verdichtungszylinder zur zusätzlichen mechanischen Druckerzeugung ausgebildet ist. 39 ist der Verdichtungskolben, der von einem Kraftspeicher 82 über ein Gestänge 81 angetrieben wird. Die seitliche Anordnung des Nebenraumes senkrecht zur Achse des Schaltraumes ist strömungstechnisch noch günstiger als die nach Abb. 1. In Abb. 3 ist gezeigt, wie der Nebenraum 76 durch einen Schieber 83 in der Regel gegen den Gasraum 4 abgesperrt wird und nur beim Ansprechen des Überstromrelais 44 geöffnet wird. Diese Ausführung ist deswegen gewählt, weil bei kleinen Strömen ein kleiner Gasraum günstiger ist. Die Auslösung des Schalters erfolgt zur größeren Sicherheit über den Schieber 83, so daß der Schalter bei Überströmen nur dann geöffnet wird, wenn der Nebenraum 76 mit dem Gasraum 4 verbunden ist.

Abb. 4 zeigt eine Anordnung, bei der der Schaltraum aus zwei durch eine Verengung ;etrennten Teilen besteht, von denen der eine

unmittelbar und der zweite über den ersteren mit dem Nebenraum verbunden ist. Hier wird der Lichtbogen zuerst im Raum 4 für die Überstromlöschung mit dem Nebenraum 76 gezogen. Bei großen Strömen erfolgt hier bereits die Löschung. Bei kleinen Strömen wird der Lichtbogen auch noch in den engen Raum 85 hineingezogen, der für die Löschung kleiner Ströme bemessen ist, und wird dort gelöscht.

Das Gas bläst aus dem Raum 85 durch die öffnung 86 in den Überstromgasraum hinein, der relativ zum Raum 85 so groß ist, daß der Druck in ihm hierdurch nicht bedeutend anwächst. Der Geschwindigkeitsverlauf des Schaltstiftes muß so geregelt werden, daß er den Raum 85 nicht zu schnell durchläuft, damit eine ausreichende Energiemenge bei kleinen Strömen an das Gas im Raum 85 abgegeben werden kann. Da es bei Überströmen nach der Löschung im Raum 4 erwünscht sein kann, zwecks Abriegelung die Schaltstiftbewegung schneller vor sich gehen zu lassen, kann der Stift durch den Druck im Raum 4 eine zusätzliche Beschleunigung erfahren. Die Öffnung der Düse 1 wird zweckmäßig größer gemacht als die öffnung 86. Die Kontaktfiäche 1,2 braucht, wenn atmosphärische Luft zur Löschung verwendet wird, nicht den Raum 4 gegen den Blasraum 6 abzudichten, so daß die Öffnung der Düse 1 größer sein kann als der Stiftdurchmesser.

In Abb. 5 ist eine Vervollkommnung des Schalters nach Abb. 4 dargestellt, mit dem Ziel, die Lichtbogendauer bei kleinen Strömen zu verkürzen. Der Raum 85 ist hier gewissermaßen beweglich gemacht und nach oben verschoben. Dieser Gasraum 85, der innerhalb des Gasraumes 4 angeordnet ist, wird bei großen Strömen durch den Druck auf einen an ihm angebrachten Kolben entgegen der Wirkung von Federn nach _m unten bewegt, so daß dann der Hauptgasraum 4 und der Nebenraum 76 voll zurWirkung kommen. Bei kleinen Strömen bleibt der Raum 85 in der gezeichneten Lage stehen, und der Lichtbogen wird daher nach einem kurzen Schaltweg bereits in den verengten Raum 85 hineingezogen, wobei der Nebenraum 76, wie dies bei kleinen Strömen auch erwünscht ist, nicht zur Wirkung kommt. Die Düse ist hier als Isolierdüse 5 ausgebildet, in deren erweitertem Teil der feststehende Kontakt 1 angeordnet ist.

Die Abb. 6 und 7 zeigen Schalter, bei denen das durch den Lichtbogendruck komprimierte Frischgas in den Nebenräumen 76 dem Lichtbogen auf einem Umleitungsweg zugeleitet wird.

Durch geeignete Anordnung des Austritts des Lichtbogengases aus dem Raum 4 und des Austritts 87 des Frischgases aus dem Nebenraum 76 wird erreicht, daß beide Strömungen einander durch Injektorwirkung unterstützen.

In Abb. 6 sind bewegliche Wandungsteile 37 und 38 vorgesehen, die derart unter der Wirkung von Federn 9 stehen, daß eine Verbindung des Gasraumes 4 mit dem Nebenraum 76 erst dann geschaffen wird, wenn der Druck in dem Raum 4 einen bestimmten Wert überschreitet. Erst dann wird das in dem Raum 76 enthaltene kühle Gas durch die. nach Strömungslinien geformte öffnung 87 an die Lichtbogenstelle getrieben.

In Abb. 7*3πκ1 besondere Leitvorrichtungen95 vorgesehen, die eine angenähert laminare Gasströmung erzwingen, um eine Vermischung des Lichtbogengases mit dem Frischgas zu verhüten.

Auch bei der Ausführungsform nach Abb. 8 sind derartige Leitvorrichtungen 95 vorgesehen. Dieses Ausführungsbeispiel hat noch die Be-Sonderheit, daß an dem dem Schaltraum, entgegengesetzten Ende des Nebenraumes 76 eine zweite Unterbrechungsstelle mit den Kontakten 96 und 98 vorgesehen ist, die zur Abschaltung von Überströmen dient. Hierdurch wird erreicht, daß bei großen Strömen die Löschung allein durch das im Nebenraum 76 komprimierte ionenfreier Frischgas erfolgt. Das eingeströmte Lichtbogengas kann dabei noch durch Metallsiebe 99 von Ionen und Metalldämpfen befreit werden. Der in Raum 4 gezogene Lichtbogen wird bei Normalströmen durch Beblasung des Lichtbogens durch den Düsenkontakt 1 hindurch gelöscht. Die den Kontakt 98 anpressende Feder 36 ist so bemessen, daß der Kontakt 98 sich bei Normalströmen nicht bewegt. Die Unterbrechungsstelle 1, 2 dient stets zur Herstellung des erforderlichen Isolierabstandes im Ausschaltzustand.

Claims

95 Patentansprüche:

1. Gasschalter, bei dem zur Lichtbogenlöschung der vom Schaltlichtbogen selbst oder von einem mit ihm in Reihe liegenden Lichtbogen erzeugte Gasdruck dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltraum mit Nebenräumen derart verbunden ist, daß durch den Druck im Schaltraum eine Druckerhöhung in den Nebenräumen bewirkt wird.

2. Gasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenräume so ausgebildet und angeordnet sind, daß siq im Nulldurchgang des Stromes das komprimierte Gas an die Schaltstrecke abgeben.

3. Gasschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenräume mit dem Schaltraum durch öffnungen geringeren Querschnittes als der Querschnitt der Nebenräume verbunden sind.

4. Gasschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenraum mit dem Schaltraum durch sich öffnende bewegliche Wandungsteile verbunden ist (Abb. 3, 6).

5. Gasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungsteile elastisch beweglich sind, vorzugsweise unter

Einwirkung des im Schaltraum herrschenden Druckes (Abb. 6).

6. ■ Gasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungsteile in Abhängigkeit von der Stromstärke die Nebenräume öffnen (Abb. 3).

7. Gasschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabgabe der Nebenräume an die Kontaktbahn durch besondere Kanäle erfolgt (Abb. 7).

8. Gasschalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenraum, mit einer besonderen Austrittsöffnung versehen ist, an der sich eine zweite, insbesondere in Reihe liegende Unterbrechungsstelle befindet, die bei Überstrom bzw. Überschreitung eines bestimmten Gasdruckes im Nebenraum geöffnet wird (Abb. 8).

9. Gasschalter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenraum gleichzeitig als Verdichtungszylinder einer zur Erzeugung zusätzlichen Druckgases dienenden Kompressionsvorrichtung ausgebildet ist (Abb. 2).

10. Gasschalter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltraum aus zwei durch eine Verengung getrennten Teilen besteht, von denen der eine Teil unmittelbar und der zweite Teil über den ersten Teil mit dem Nebenraum verbunden ist (Abb. 4, 5).

11. Gasschalter nach Anspruch 1 bis 10, dessen Schaltraum an einem Tragisolator befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragisolätor des Schalters den Nebenraum enthält (Abb. 2).

Hierzu ι Blatt Zeichnungen