DE656519C - Elektrischer Leistungsschalter nach dem Expansionsprinzip - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist ein Expansionsschalter, dessen Dampfkammer besondere, von der Schaltstiftöffnung getrennte Ausströmstellen für den Dampf hat, die sich unabhängig von der Schaltstiftbewegung öffnen.

Der in der Dampfkammer gezogene Lichtbogen entwickelt sich selbst den Dampf aus der Flüssigkeit. Bei kleiner Betriebsspannung und daher großer Stromstärke läßt sich dann eine starke Expansion leicht erzielen, weil in diesem Fall Lichtbogenleistung und Dampfmenge groß sind. Bei hoher Betriebsspannung und entsprechend kleinem Strom ist jedoch ¹S die Löschung schwierig, weil eine kleine Dampfmenge entsteht.

Andererseits zeigt es sich, daß die Löschung unmöglich wird sowie der Dampf zu hoch erhitzt wird, d. h. wenn der den Lichtbogen umgebende Raum so klein ist, daß die ganze Flüssigkeitsmenge in der Nähe des Lichtbogens in Heißdampf verwandelt wird. Diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung dadurch überwunden, daß die Ex^a5 pansion des Dampfes in der den Lichtbogen umgebenden Dampfkammer mit einem Anfangsdampfdruck zwischen 15 und 50 Atmosphären herbeigeführt wird.

Wenn man sich über der angegebenen unteren Druckgrenze hält, ist es möglich, mit einfachen konstruktiven Mitteln zu erreichen, daß die außer dem Anfangsdruck die Geschwindigkeit der Expansion beeinflussenden Größen noch jene Werte annehmen, die zu einer genügend plötzlichen Expansion führen. Unterschreitet man den Druck von 15 Atmosphären, so kann insbesondere bei kleinen Strömen die erforderliche Expansionsgeschwindigkeit mit einfachen Mitteln nicht mehr geschaffen werden.

Überschreitet man dagegen die obere Grenze von 50 Atmosphären, dann bereitet es Schwierigkeiten, die Überhitzung des Dampfes zu vermeiden. Dies folgt daraus, daß man die Kammer, also auch den zur Verdampfung zur Verfügung stehenden Flüssigkeitskörper verhältnismäßig klein machen muß, um solche hohen Drücke zu erzielen.

Die untere Druckgrenze erklärt sich des näheren aus der mathematischen Darstellung für die Geschwindigkeit der Druckänderung bei der Expansion, welche lautet:

^di> - κφ

at

κ.φ .—

Darin bedeutet K eine Konstante in, der Nähe von ι, ν die mittlere Ausströmungsgeschwindigkeit des Dampfes, F den Austrittsquerschnitt, p₀ den Druck vor Eintritt der Druckentlastung, V₀ das Volumen, das der Dampf vor der Druckentlastung einnahm.

Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Werner Kaufmann in Berlin-Siemenssiadt.

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Man ersieht daraus, daß auf die Geschwindigkeit der Expansion -2- außer dem Anfangs-

druck p₀ noch die Ausströmgeschwindigkeit z;,. der Austrittsquerschnitt F und das Volumen' des Dampfes V₀ Einfluß haben. Nähert mansich der unteren Grenze des Dampfdruckes /Ί,,' ■ dann muß entweder ν und F sehr groß oder V₀ genügend klein gemacht werden. Beides

ίο stößt auf konstruktive Schwierigkeiten. Insbesondere ist es nicht möglich, eine Expansionskammer so zu bauen, daß sich iri ihr bei den kleinen Lichtbogenströmen die Spannung ^₀ so rasch bildet, daß eine entsprechend geringe Dampfmenge V₀ entsteht, um auf Drücke unter 15 at gehen zu können'.

Die Expansion wird durch den Innenüberdruck in der Kammer, d. i. durch die Spannung der vom Lichtbogen entwickelten Dämpfe selbst-eingeleitet, indem die Expansionskammer mit auf den Innenüberdruck ansprechenden Expansionsorganen ausgerüstet wird. Der Druck, auf welchen die Expansionsorgane ansprechen, kann einstellbar sein.

Es ist, wie sich aus der Formel für die Geschwindigkeit der Druckänderung bei der Expansion ergibt, vorteilhaft, das Anfangsvolumen des Dampfes V₀ möglichst klein zu machen. Dies bedeutet bei gegebenem Expansionsdruck p₀, daß für eine möglichst kleine, bis zum Augenblick der Erreichung dieses Druckes entwickelte Dampfmenge gesorgt werden muß. Die Dampf menge ist bei gegebener Leistung des Lichtbogens um so geringer, je höher die Strömungswiderstände für das Ausströmen der Flüssigkeit aus den Undich-

-■ tigkeiten der Kammer vor der Expansion sind. Es wird also insbesondere vorteilhaft sein, die Austrittsöffnung des beweglichen Schaltstücks stark zu verdammen und auch den Widerstand der übrigen Undichtigkeiten der Expansionskammer möglichst groß zu halten,. Es ist dann möglich, auch den Rauminhalt der Expansionskammer verhältnismäßig klein zu machen. Man kann dann den Expansionsquerschnitt- im Verhältnis zum Rauminhalt sehr groß mächen. Mit Vorteil verwendet man spaltförmige Expansionsöffnungen, weil hierdurch bei kleinem Hub des Verschlußorgans große Expansionsflächen geöffnet werden können. Um eine große Austrittsgeschwindigkeit zu haben, werden die Austrittsöffnungen in unmittelbarer Umgebung des Lichtbogens angeordnet und strömungshindernde Kanäle (Rohre) im Ausströmweg der Gase vermieden. Durch den kleinen Rauminhalt der' Expansionskammer ergeben sich an sich schon günstige Ausströmverhältnisse.

Als Schaltflüssigkeit kann mit Vorteil Was-, ser oder eine andere nicht brennbare Flüssigkeit verwendet werden. Bei höheren Span- - aungen empfiehlt es sich, Isolierflüssigkeiten, ■"beispielsweise öl, als Schaltflüssigkeit anzu-■■rtpiflden.

'■■'-'Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Expansionskammer besteht aus einem Teil 10 lind einem Teil ri. An dem Teil 10 ist ein Muttergewinde 12 befestigt, mit welchem die Expansionskammer an der Platte 13 befestigt wird. Diese wird durch das Schaltstück 14 an dem Isolator 15 festgehalten. 16 ist der Stromzuführungsbolzen, auf den das Schaltstück 14 aufgeschraubt wird. Der Teil η hat einen eingesetzten Deckel 17 mit der gut verdämmten Durchtrittsöffnung 18 für den Schaltstift 19. ■ '

Die Teile 10 und 11 sind mit Flanschen 20, 21 versehen, durch die Bolzen 22, 23 hindurchgehen. 24, 25 sind Druckfedern, welche zwischen die mit den Bolzen verbundenen Anker 26, 2J und den Flansch 20 eingeschaltet sind. Das Innere der Kammer ist mit Schaltflüssigkeit gefüllt, und sie ist in einem 85 _ Flüssigkeitsbehälter angeordnet, so daß sie sich nach der Abschaltung wieder nachfüllt. ■ Wenn nach dem öffnen des Kontakts der Lichtbogen eine bestimmte Länge und damit Leistung erreicht hat, entsteht so viel Dampf in der Zeiteinheit, daß der Innenüberdruck die Größe der Federspannung der Federn 24, 25. erreicht. Die Federn werden dann zusammengedrückt, der Teil 11 geht nach oben, und es öffnet sich ein ringförmiger Spalt zwisehen den Teilen 10 und 11, durch den der Dampf mit großer Geschwindigkeit ausströmt. Während der Lichtbogenstrom bei der mit dieser Dampfausströmung verbundenen kräftigen Dampfexpansion innerhalb der 1°° Kammer durch den Nullwert hindurchgeht, erlischt der Wechselstromlichtbogen in der Kammer.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Elektrischer Leistungsschalter nach dem Expansionsprinzip, dessen Dampfkammer besondere, von der Schaltstiftöffnung getrennte und unabhängig von der Schaltstiftbewegung sich öffnende Aus- no strömstellen für den Dampf hat, die durch einen bestimmten Überdruck des Dampfes freigegeben werden, nach Patent 622733, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzliche Dampfausströmung durch die außer der Schaltstiftöffnung vorgesehenen Ausströmstellen bei ' einem Anfangs dampfdruck von 15 bis 50 Atmosphären einsetzt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen