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Schalter Um einen Wechselstromlichtbogen zu löschen, muß die Bedingung
erfüllt sein, daß in der sehr kleinen Zeit'der stromschwachen Pause des Wechselstroms
(etwa io-4 Sek.) die heiße, mit glühenden Gasen und Dämpfen gefüllte Strecke zwischen
den Elektroden so stark entionisiert und gesäubert wird, .daß diese Strecke von
der wiederkehrenden Spannung nicht mehr durchschlagen werden kann.
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Es ist bereits ein Schalter mit Löschflüssigkeit bekanntgeworden,
bei .dem die beiden Kontakte als Hohlkontakte ausgeführt sind und der untere bewegliche
Kontakt durch einen beweglichen'Schlauch mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden
ist. Die Flüssigkeit bespült hierbei die Öffnungen des beweglichen Kontaktes, während
gleichzeitig .der. Unterbrechungsstelle Druckluft zugeführt wird. Weiter ist ein.
Expansionsschalter bekanntgeworden, bei ,dem die Schaltkammer zunächst geschlossen
ist, so daß sich innerhalb der Schaltkammer ein Druck bildet, der durch Öffnung
entlastet wird. Hierbei ist der bewegliche Schaltstift als Hohlstift ausgebildet
und enthält Schaltflüssigkeit, die an dem unteren Ende des Schaltstiftes in den
Löschraum zwischen diesem und dem feststehenden Gegenkontakt einströmt.
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Die Erfindung betrifft einen Schalter, bei dem kühles Löschmittel
mit der erforderlichen großen Geschwindigkeit unmittelbar in den Lichtbogenraum
gebracht wird, an Stellen, wo der Lichtbogen nicht ausweichen kann.
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Der zur Beschleunigung des Löschmittels während des Löschvorganges
erforderliche Druck wird dabei durch den Schalter selbst durch vom Lichtbogen entwickelten
Druckdampf erzeugt. Die Erfindung geht zu diesem Zweck von einer an sich bekannten
Schalterbauart aus, bei der der Lichtbogen in einem Luft- oder Gasraum oberhalb
der in einem Schaltflüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeit gezogen wird.
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Nach der Erfindung wird hierzu bei einem Schalter, bei dem der Lichtbogen
in einem offenen Luft- oder Gasraum oberhalb der in einem Schaltflüssigkeitsbehälter
befindlichen Flüssigkeit gezogen wird und sich selbst aus Flüssigkeit den zur Löschung
erforderlichen Druckdampf erzeugt, in neuer Weise dasjenige Schaltstück, welches
sich oberhalb des Schaltstückbehälters befindet oder bewegt, als Löschmittelbehälter
und zugleich als Druckdampfbehälter ausgebildet, :dessen Mündung sich unmittelbar
oberhalb des Lichtbogens befindet, so daß der Behälter die durch die Lichtbogenhitzegebildeten
Flüssigkeitsdämpfe während des Strommaximums aufspeichert und während des Stromnulldurchganges
Löschmittel abgibt.
Hierdurch ist erreicht, daß sich eine auf den
Lichtbogen wirkende Strömung und Expansion eines gespannten Löschmittels unabhängig
von -der Stellung der Kontakte unmittelbar nach einem flüssigkeitsfreien Raütw ohne
hemmende Gegendruckwirkung ausb1x',-den kann. Das Ausbilden dieser Strömuriä` und
Expansion des Löschmittels ist lediglich von der Phase des zu unterbrechenden Wechselstromlichtbogens
abhängig. Sie findet immer nur dann statt, wenn die stromschwache Pause des Wechselstromlichtbogens
eintritt, da vermöge der Konstruktion in denjenigen Zeitabschnitten der Wechselstromperiode,
wo der Strom hoch ist, der vom Lichtbogen entwickelte Gegendruck die Ausströmung
und Expansion (des Löschmittels aus dem im Schaltstift befindlichen Löschmittelbehälter
sperrt. Es ist also einerseits die ,erforderliche rasche Hineinheförderung des Löschmittels
in den Lichtbogenraum in der stromschwachen Pause erreicht, andererseits ist diese
Wirkung auf die stromschwache Pause konzentriert.
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Gegenüber den bekannten Druckluftschaltern hat dieser Schalter den
Vorzug, daß er ohne Zuhilfenahme eines fremd erzeugten Druckmittels und ohne besondere
Druckmittelleitungen arbeitet. Gegenüber dem bekannten Expansionsschalter mit Trennung
der Kontakte innerhalb einer mit Flüssigkeit gefüllten Dampfkamaner hat er den Vorzug,
daß sich die löschende Dampfströmung in einem vollständig flüssigkeitsfreien Raum
:ausbildet und der Lichtbogen nicht unter der Flüssigkeit bzw. in einer zunächst
geschlossenen und daher durch den Druck stark beanspruchten Gehaltkammer gezogen
wird.
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Zwischen den geöffneten Lichtbogenschaltstücken des Schalters ordnet
man zweckmäßig eine IsolierbIendemit engem Loch oder Kanal für den Lichtbogen an,
welche den Lichtbogen stabilisiert und am Ausweichen vor dem Löschmittelstrorn hindert.
Außerdem kann diese Blende noch zweclanäßig sein, um den Sperrdruck vor dem Löschmittelbehälter
in denjenigen Zeitabschnitten der Wechselstromperiode, wo der Lichtbogenstrom groß
ist, zu erhöhen und somit die. Ausströmung ganz scharf auf die stromschwache Pause
zu konzentrieren.
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Dieser Schalter kann mit kleinem Schalthub gebaut werden, weil die
Unterbrechungsstrecke vollständig oder zum größten -Teil !i:riechstreckenfrei in
der Luft liegt. Ein weiterer Vorteil des Schalters besteht darin, daß die Berührungsoberfläche
zwischen dem Löschmittel und dem Lichtbogen sehr groß ist. Man erhält hierdurch
einerseits eine starke Dampfbildung auch bei schwachen Strömen und andererseits
.eine wirksame Durchdringung des Lichtbogens mit dein Löschmittel während des Löschvorganges.
Wenn man in den im Schaltstück befindlichen ,, Löschmittelbehälter aus dem \Tachfüllbehäl-,#t'er
Flüssigkeit in fein. verteilter Form mit Hilfe eines unter Federdruck stehenden,
im Nachfüllbehälter angeordneten Kolbens hineindrückt, erzielt man eine besonders
intensive räumliche Dampfbildung, und der Flüssigkeit enthaltende Dampf dringt in
den Löschmittelbehälter mit großer Gewalt ein und sammelt sich dort unter starkem
Druck. Es ist auch zweckmäßig, aus dem Nachfüllbehälter höchstens eine solche Flüssigkeitsmenge
in den im Schaltstück befindlichen Löschmittelbehälter zu fördern, daß diese bei
maximaler Abschaltstromstärke während des Löschvorganges vollständig verbraucht
wird.
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Das Füllen des in dem oberen Schaltstück befindlichen Löschrnittelbehälters
mit Flüssigkeit aus dem unterhalb des Schaltstifts befindlichen Flüssigkeitsbehälter
braucht nicht gerade durch eine in dem Flüssigkeitsbehälter angeordnete Spritzvorrichtung
zu erfolgen. Man kann den Löschmittelbehälter durch eine geeignete Ansaugvorrichtung
füllen, indem man den Schaltstift so lang ausführt, daß er zu Beginn des Abschaltvorganges
in den Löschmittelbehälter eintaucht. Man kann ferner eine hebelartige Einrichtung
anwenden, indem man beispielsweise den oberen Teil des Löschmittelbehälters durch
ein Rückschlagventil mit der freien Atmosphäre verbindet, so daß beim Eintauchen
des Schaltstifts in den Flüssigkeitsbehälter in diesen Flüssigkeit bis zu einer
gewissen Höhe eindringen kann und beim Herausziehen des Schaltstifts durch Heberwirkung
mitgenommen wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. i ist mit i das feststehende Schaltstück, mit 2 der bewegliche
Schaltstift eines Schalters bezeichnet. 3 ist ein Nachfüllbehälter, welcher mit
der Schaltflüssigkeit gefüllt ist und in welchem eine Spritzvorrichtung, welche
aus den Teilen 4, 5, 6, 7 besteht, angeordnet ist. Der Schaltstift 2 ist als Löschmittelbehälter
ausgebildet, d. h. er besitzt eine entsprechend große Höhlung 8, welche geeignet
ist, die für,die Lichtbogenlöschung erforderliche Löschmittelmenge aufzunehmen.
Zu diesem Zweck kann z. B. der Hohlraum 8 oberhalb der Platte i i seitlich ausholend
erweitert sein: Es ist aber auch möglich, dem Hohlraum 8 innerhalb des Stifts eine
entsprechend große Länge zu geben.
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Die - Spritzvorrichtung besteht aus der Spritzdüse 4, deren Inneres
mit dem Flüssigkeitsbehälter 3 durch große Löcher g in Verbindung steht, aus dem
Kolben 5, der Druckfeder 6 und dem Ventil 7. Durch die Öffnung
io
kann die Flüssigkeit dem Raum unter dem Kolben 5 zufließen. i i ist ein Isolierkörper
mit einem Kanal 12, durch den der Schaltstift 2 möglichst eng passend hindurchgeht.
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Fig. i zeigt den Schalter in geschlossenem Zustand. Sobald auf das
Auslösekommando der Stift 2 nach oben geht, folgt der Kolben 5 unter dem Druck der
Feder 6 nach. Allerdings ist die Bewegung des Kolbens durch die Flüssigkeit in dein
Behälter 3 gegenüber der Bewegung des Schaltstifts gehemmt, so daß er sich langsamer
nach oben bewegt als der Schaltstift 2. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 5
wird Flüssigkeit aus dem Behälter 3 durch die Düsen 13 im Teil 4 mach oben gespritzt.
Diese Flüssigkeit füllt als fein verteilter Flüssigkeitsnebel den Löschmittelbehälter
B. Sobald nun beider weiteren Aufwärtsbewegung des Schaltstifts 2 dieser das feststehende
Schaltstück i verläßt, wird der Lichtbogen gezogen, der, da zu diesem Zeitpunkt
das Einspritzen andauert, Dampf erzeugt, welcher ebenfalls in den als Speicher wirkenden
Löschmittelbehälter 8 eindringt. Solange hierbei der Strom in dem Lichtbogen sich
in der Nähe des Strommaximums des Wechselstroms befindet, geht ein hoher Druck von
dem Lichtbogen aus, welcher es verhindert, daß sich der Speicherraum 8 nach dem
Außenraum entlädt und dafür sorgt, daß in dem Speicher 8 sich ein entsprechender
Druck ansammelt. Die Fig. 2 zeigt die Stellung der Schalterteile während dieses
Vorganges.
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Erst in dem Augenblick, in welchem im Verlauf der Wechselstromperi.ode
der Lichtbogen sich seinem nähert, wird der Druck des Lichtbogens so gering, daß
der gespannte Inhalt des Löschmittelbehälters 8 durch den Lichtbogen hindurch nach
außen abzuströmen beginnt. In diesem Augenblick kann sich z. B. der Schaltstift
bereits in der in Fig. 3 gezeichneten Stellung befinden, in welcher der Lichtbogen
vollkommen durch den in dem Isolierkörper i i befindlichen Kanal 12 .hindurchgezogen
wurde, so daß er und die nun einsetzende Löschmittelströmung durch ,diesen Kanal
geführt ist. Der kühle, in dem Löschmittelbehälter 8 befindliche gespannte Dampf
beginnt nun von oben nach unten zu expandieren. Er durchdringt dabei in Richtung
der gestrichelten Pfeile sehr wirksam die gesamte Unterbrechungsstrecke, welche
im Augenblick des Stromnulldurchganges nicht stromführend ist und daher dem Eindringen
des kühlen Löschmittels wenig Widerstand bietet. Infolgedessen wird die gesamte
Unterbrechungsstrecke, insbesondere aber der sich unmittelbar an das Schaltstiftende
anschließende oberste Teil desselben, sehr wirksam entionisiert, und die wiederkehrende
Spannung kanndie geschaffene Isolierstrecke nicht mehr durchschlagen. Der Stromkreis
isst hierdurch unterbrochen.
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Die Entionisierung tritt natürlich auch dann ein, wenn sich der Schaltstift
2 im Zeitpunkt des ersten Stromnulldurchganges noch inmitten des Kanals i2 befindet.
Die Expansion erfolgt dann zum größten Teil in den Räum unterhalb der Platte 11,
der offen bzw. mit guter Abzugsmöglichkeit ausgebildet ist.
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Wenn der Schalter wieder eingeschaltet wird, drückt der Schaltstift
2 :den Teil 4 und damit den Kolben 5 nach unten: Bei dieser Bewegung öffnet sich
das Ventil 7; die unx,erhalb des Kolbens 5 befindliche Flüssigkeit füllt den Raum
oberhalb des Kolbens 5 in dem Flüssigkeitsbehälter 3. Der Schalter ist nun zu einer
neuen Abschaltung bereit.
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Der Zweck :der Erfindung wird auch erreicht, wenn man das feststehende
Schaltstück oben anordnet und als Löschmittelbehälter ausbildet und d as bewegliche
Schaltstück nach unten gehen läßt.
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Es ist vorteilhaft, die eingespritzte Flüssigkeitsmenge, z. B. durch
entsprechende Abstimmung der Bewegung des Kolbens 5, derart zu begrenzen, daß keine
unverbrauchte Flüssigkeit nach vollzogener Löschung in der Unterbrechungsstrecke
mehr vorhanden ist, daß also die heraufgespritzte Flüssigkeit gerade genügt, um
die Löschung zu bewirken. Bei dieser Begrenzung der Flüssigkeitsmenge werden .die
Isolationsschwierigkeiten, welche ein Wiederzünden des Lichtbogens begünstigen,
auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
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Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2o ist der Nachfüllbehälter,der, die Schaltflüssigkeit 2 i enthält;
22 ist das feststehende Schaltstück;. 23 ist der bewegliche Schaltstift. Dieser
ist durch das feststehende Schaltstück hindurchgeführt und taucht unterhalb desselben
in die Schaltflüssigkeit ein. Eine Isolierblende 24 mit einem engen Kanal 25 ist
oberhalb des festen Schaltstückes angebracht. Sie kann z. B. auf den Flüssigkeitsbehälter
tos aufgebaut sein. 26 ist ein oberhalb des festen Schaltstückes angebrachter Zylinder.
27 ist ein an dem Schaltstift 23 befestigter Kolben, der in dem Zylinder 26 gleitet.
In dem oberen Teil des Zylinders 26 .ist an Armen 28 ein Ansatz 29 befestigt. Die
Wand des hohlen Schaltstifts ist bei 30 durch Löcher durchbrochen. Die Wand des
ganzen oberen Teils des Schaltstifts ist mit seitlichen Schlitzen 31 versehen. Der
Ansatz 29 besitzt eine Bohrung 32, in welcher ein Stift 33 geführt ist, der an seinem
unteren Ende einen Kolben 34 trägt. Der Stift 33 endet in der gezeichneten Lage
bei 35. Gegen Herausfallen ist er in entsprechender Weise gesichert.
Der
Schalter wirkt folgendermaßen: .
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Zu Beginn des Ausschaltvorganges wird durch den aufwärts bewegten
Schaltstift 23 der Kolben 27 in dem Zylinder 26 aufwärts bewegt. Hierdurch entsteht
indem Zylinderraum unterhalb des Kolbens 27 ein Unterdruck, und die Flüssigkeit
2 t wird in den hohlen Schaltstift 23 eingesaugt. Der Kolben 34, welcher den Schaltstift
gegen den freien Raum verschließt, wird dabei durch Reibung mitgenommen. Sobald,der
Schaltstift 23 sich von dem feststehenden Schaltstück 22 trenn, entsteht der Lichtbogen.
In diesem Zeitpunkt hat sich der Stift 33 bis zum oberen Ende der Bohrung 32 bewegt,
so daß von nun ab der Kolben 34 in die Höhlung des Schaltstifts 23 hereingedrückt
wird. Hierdurch wird Flüssigkeit aus dem hohlen Schaltstift in den Lichtbogen gespritzt.
Diese verdampft und dringt, da der Lichtbogen am unteren Ende des Schaltstifts einen
hohen Sperrdruck entwickelt, in den hohlen Schaltstift ein. Dieser Sperrdruck erhöht
sich noch in dem Augenblick, wo der Stift in den in der Blende 24 befindlichen Kana125
eintritt. Wenn nun in dem nächsten Augenblick der Lichtbogenstrom sich dem Nullwert
nähert, fällt dieser Sperrdruck so weit ab, daß der indem hohlen Schaltstift 23
gesammelte Dampf mit Flüssigkeit vermischt nach unten ausströmen und expandieren
kann, wodurch er den nicht stromführendenLichtbogenraum lebhaft durchwirbelt und
entionisiert.