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Expansionsschalter Die Erfindung betrifft einen Expansionsschalter,
bei dem der für den Expansionsvorgang benötigte Dampfdruck vom Lichtbogen selbst
in einer während des ersten Teiles des Unterbrechungsvorganges geschlossenen Schaltkammer
erzeugt wird wobei der Lichtbogen die in der Schaltkammer enthaltene Flüssigkeit
verdampft. Es ist bekannt, daß durch die Wirkung der sprunghaft plötzlichen Druckentlastung
der durch den Lichtbogen gebildeten und ihn umgebenden Dämpfe, welche entsteht,
sobald die Schaltkammer nach einem im wesentlichen flüssigkeitsfreien Raum geöffnet
wird, der Unterbrechungslichtbogen in einem Stromnulldurchgang des Wechselstromes
gelöscht wird.
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Es ist ein Expansionsschalter bekannt, in dessen Löschraum nur für
den Unterbrechungsvorgang mittels eines Kolbens Flüssigkeit in begrenzter Menge
hineingedrückt wird. Die Flüssigkeitszuführung beschränkt sich jedoch auf die Zeit
vor dem Löschvorgang. Dagegen wird während der Druckentlastung keine Flüssigkeit
mehr, unter äußerem- Druck in den Löschraum eingeführt.
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Es sind auch Schalter bekannt, bei welchen die Löschung des Unterbrechungslichtbogens
durch eine vom Unterbrechungslichtbogen selbst in Bewegung gesetzte Flüssigkeit
bewirkt werden soll. Es ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, durch den vom Lichtbogen
entwickelten Gasdruck Flüssigkeit in den Lichtbogen hineinzupressen, da der Lichtbogen
dabei einen hohen Gegendruck entwickelt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Expansionsschalter, bei dem der
für den Expansionsvorgang benötigte Dampfdruck vom Lichtbogen selbst in einer während
des ersten Teiles des Unterbrechungsvorganges geschlossenen Schaltkammer erzeugt
wird und der einen mit Bezug auf die Kontakttrennungsstelle in Richtung der Ausschaltbewegung
vorgelagerten Löschraum aufweist, in welchem die Löschung des Lichtbogens durch
Expansion stattfindet. Die Erfindung besteht darin, daß in den vorgelagerten Löschraum
während der Druckentlastung durch den zwischen diesem Löschraum und dem die Kontaktstelle
enthaltenden Druckraum entstehenden Druckunterschied mit Hilfe von Druckkolben Flüssigkeit
durch Leitungen hineingedrückt wird, die. von den Expansionsöffnungen des Löschraumes
gesondert münden.
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Hierdurch wird ein anhaltendes Eindringen von Löschmitteln in den
im vorgelagerten Teil des Löschraumes brennenden Lichtbogen während des Löschvorganges
selbst hervorgebracht.
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Man kann den an der Trennstelle der Kontakte durch Verdampfen von
Löschflüssigkeit erzeugten Druck zunächst auf Flüssigkeit in
gegenüber
den Zuführungsleitungen erweiterten Druckräumen übertragen. Wichtig ist es, daß
die Leitungen in den Löschraum derart münden und der Löschraum so ausgebildet ist;
daß der Lichtbogen der hineingedrückten Flüssigkeit nicht ausweichen kann.
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Der an der Trennstelle der Kontakte durch Verdampfen erzeugte Druck
kann mit Hilfe von Differentialkolben auf die Flüssigkeit übertragen werden. Das
Kolbenflächenverhältnis kann man so wählen, daß die Flüssigkeit mit besonders hohem
Überdruck in den Lichtbogenraum hineingedrückt wird und daher in die unmittelbarste
Nähe der Lichtbogensäule gelangt. Ein besonderer Vorzug der Einrichtung besteht
darin, daß auch bei Lichtbögen niedriger Stromstärke (daher mit verhältnismäßiggeringer
Druckentwicklung) über die stromschwachen Zeiten des Wechselstromlichtbogens der
Löschvorgang wirksam unterstützt wird, da die Einrichtung der Flüssigkeitszuführung
gewissermaßen einen Speicher darstellt, welcher eine dauernde Wirkung ausfibt.
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Der vorgelagerte Löschraum kann zweckmäßig in bekannter Weise kanalartig
ausgebildet sein. Hierbei genügt es, wenn eine kleine Flüssigkeitsmenge in Bewegung
gesetzt wird. Man kann also mit kleinem Hub des Differentialkolbens auskommen. Der
Differentialkolben hat seine größere Fläche in einer Schaltkammer, in der die Kontakttrennung
stattfindet. Seine kleinere Fläche ist dem vorgelagerten Löschraum zugekehrt und
wirkt auf eine mit Flüssigkeit gefüllte Druckleitung, welche Flüssigkeit in den
vorgelagerten Löschraum leitet.
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Die die Kontaktstelle enthaltende Druckkammer kann so ausgebildet
werden, daß sie einem unzulässig hohen Druck nachgeben kann. Hierdurch wird ein
zu starkes Anwachsen des Zuführungsdruckes für die in den brennenden Lichtbogen
einzuspritzende Flüssigkeit verhindert und damit eine mit Rücksicht auf den Löschzweck
unnötig starke Dampfentwicklung vermieden.
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In den Fig..i, 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. i bedeutet io das feststehende Schaltstück, i i den beweglichen
Schaltstift. Der Isolierkörper 12 hat eine enge Bohrung 9 für den Schaltstift, welche
den Löschraum bildet. In einer seitlichen Ausnehmung 14. des Isolierkörpers i2 bewegt
sich der Differentialkolben 15, der-aus Isoliermaterial besteht: Die große Kolbenfläche
von 15- ist dem Druckraum 13 zugekehrt, während diekleine Kolbenfläche sich in der
Druckleitung 16 bewegt, die völlig mit Flüssigkeit gefüllt ist und bei 17 in den
Löschraum 9 mündet. Durch die Verbindungskanäle i8, i9 stellt der Raum i:[ mit einem
nicht dargestellten größeren Nachfüllbehälter in Verbindung, der so ausgebildet
ist, daß kein nennenswerter Gegendruck auf die Gegenseite der großen Kolbenfläche
des Differentialkolbens zustande kommt, wenn sich dieser abwärts bewegt. Der Spiegel
des Nachfüllbehälters steht so hoch, daß auch der Löschraum 9 zum Teil mit Flüssigkeit
gefüllt wird.
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Wird der Schaltstift i i aus dem Schaltstück io herausgezogen, so
entsteht in dem durch den Schaltstift abgeschlossenen Kanal 13 ein Druck, welcher
von den Lichtbogengasen und der verdampften Flüssigkeit herrührt. Unter der Wirkung
dieses Druckes bewegt sich der Differentialkolben 15 abwärts und drückt die Flüssigkeit
aus der Druckleitung 16 bei 17 in den Löschraum 9 hinein. Bei einer bestimmten Spannung
der in dem Löschraum 9 befindlichen Gase und Dämpfe ist der an der Mündung 17 herrschende
Überdruck der Flüssigkeit um so höher, je größer das Verhältnis der großen Kolbenfläche
zur kleinen Kolbenfläche des Differentialkolbens ist. Dieser Überdruck ist nun durch
entsprechende Wahl der Kolbenflächen so groß gemacht, daß eine gewisse Menge Flüssigkeit
mit Sicherheit aus der Mündung 17 in den Raum 9 eindringt. Im Augenblick der an
der Mündung des Löschraumes 9 stattfindenden Druckentlastung tritt plötzlich ein
starker Überdruck der an der Mündung 17 der Druckleitung 16 befindlichen Flüssigkeit
ein, so daß diese Flüssigkeit in innige Berührung mit dem Lichtbogen bzw. beim Stromnulldurchgang
in den Lichtbogenraum gelangt, wodurch der Lichtbogen gelöscht wird.
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Nach erfolgter Lichtbogenlöschung fließt die Flüssigkeit aus dem nicht
dargestellten Nachfüllbehälter durch die Kanäle 18, i9 in den Raum 1q., hebt dabei
den Differentialkolben 15 wieder in die gezeichnete Stellung und dringt auch in
den Kanal 13 ein.
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In Fig.2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
DerLöschraum 9 wird durch die Bohrungen übereinandergeschichteter Isolierringe 2o
gebildet, durch die sich der Schaltstift i i hindurchbewegt. Das feststehende Schaltstück
io ist in einem Flüssigkeitsbehälter 23 angeordnet, in dem sich der Differentialkolben
15 bewegt. Die kleine Fläche des Differentialkolbens bewegt sich in einem Flüssigkeitsraum
25, an den eine Flüssigkeitsdruckleitung 26 angeschlossen ist. An diese sind wieder
die Düsen 27 angeschlossen, welche in die Bohrungen 28 der Scheiben 2o münden. Die
Scheiben 20 sitzen auf einem Teller 29, der sich gegen den Druck von Federn-3o abwärts
bewegen kann -,wobei er in dem Halse 31 des Beh:ilters23 abwärts gleitet. DerFlüssigkeits-
Behälter
23 und die Scheiben 20 werden von einem zweiteiligen Gefäß 32, 33 umschlossen. Dieses
steht durch große Ausgleichsöffnungen 34 mit dem unterhalb der großen Kolben-Räche
des Differentialkolbens gelegenen Raum in Verbindung. Der Spiegel der Flüssigkeit
ist mit 35 Bezeichnet.
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Wenn der Schaltstift nach aufwärts bewegt wird, entsteht beim Trennen
der Kontakte der Lichtbogen, der die Flüssigkeit in dem Behälter 23 verdampft und
daher einen hohen Druck erzeugt. Durch den in dem Gefäß 23 entstehenden Druck wird
der Kolben 15 nach abwärts gedrückt, so daß Flüssigkeit durch die Leitung
26 und die Düsen 27 in die Bohrungen 28 der Platten 20 mit hohem Druck hineingedrückt
wird. Bei dem weiteren Aufwärtsgang des Schaltstiftes i i wird der Lichtbogen durch
die zentrale Bohrung 9 in den Platten hindurchgezogen. Wenn @ dabei der Druck einen
bestimmten Wert erreicht, auf welchen die Federn 3o eingestellt sind, heben sich
zwei Platten 2o voneinander ab. An der Stelle des entstehenden Ringspaltes entsteht
dabei eine sprunghafte Druckentlastung, die sich wellenförmig nach dem unteren Teil
des Löschraumes fortpflanzt. Infolge des in der Schaltkammer 23 besonders starken
Nachdampfens der heißen Flüssigkeit greift die Druckentlastung nicht in voller Größe
bis in den unteren Teil des Druckbehälters 23 hinein, so daß dort ein gewisser Druck
bestehen bleibt. Daher herrscht an den Mündungen der Leitungen 27 in dem vorgelagerten
kanalartigen Löschraum 9 ein Überdruck, wodurch während der Druckentlastung Flüssigkeit
in diesen Löschraum hineingedrückt wird. Das Andauern der Flüssigkeitszuführung
wird auch dadurch unterstützt, daß der Masse des Differentialkolbens 15 und
der im Raum 25 und in den Leitungen 26 und 27 befindlichen Flüssigkeitssäule während
des ersten Teiles des Unterbrechungsvorganges eine gewisse lebendige Energie mitgeteilt
wurde die sich während der Druckentlastung auswirkt.
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Fig.3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. 55 ist
die Schaltkammer des Expansionsschalters, die sich in einem bis zur Marke 56 mit
Schaltflüssigkeit gefüllten Behälter befindet, der in der Zeichnung nicht dargestellt
ist. In dem Deckel 57 der Dampfkammer befindet sich ein langer Durchtrittskanal9
für denbeweglichen Schaltstift 11, der einen vorgelagerten Löschraum bildet, in
welchem für die Löschung Schaltflüssigkeit mit Hilfe des Differentialkolbens 15
durch Verbindungslöcher 6o, 6 1 aus einem Raum 62 hineingedrückt wird. 15
ist der innerhalb der Schaltkammer bewegliche, als Zwischenboden der Schaltkammer
ausgebildeteDifferentialkolben, derausIsoliermaterial besteht und eine Bohrung 7o
für den Schaltstift enthält. Er sitzt normalerweise auf Vorsprüngen 6:4, 63 in der
Schaltkammer auf. Der Ringraum 69 oberhalb der großen Kolbenfläche steht durch Ausgleichsöffnungen
66, 67 mit dem umgebenden Behälter in Verbindung. io ist das feststehende Schaltstück.
Der Raum 62 füllt sich vollkommen mit der Schaltflüssigkeit. Nach der Kontakttrennung
treibt der unterhalb des Differentialkolbens 15 vom Lichtbogen erzeugte Dampfdruck
dem Kolben in die Höhe, wodurch die Flüssigkeit aus dem Raum 62 in den Schaltstiftkanal
9 gedrückt wird. In diesem wird beim Durchgang des Schaltstiftes durch den gezogenen
Lichtbogen aus der hineingepreßten Flüssigkeit sehr lebhaft Dampf entwickelt der
beim Austritt des Schaltstiftes i i aus der Öffnung des Kanals 9 plötzlich expandiert.
Infolge der Druckentlastung kommt der Überdruck im Raum 62 und die in den bewegten
Massen des Kolbens 63 aufgestapelte lebendige Energie zur Auswirkung, wodurch die
Flüssigkeit aus dem Raum 62 durch die Bohrungen 6o, 61 in den Löschkanal 9 hineingedrückt
wird. Unter der gleichzeitigen Wirkung der heftigen Dampfexpansion, verbunden mit
dem Hineindrücken von Flüssigkeit, wird der Lichtbogen gelöscht.
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Als Flüssigkeit kommen beispielsweise Wasser. wäßrigeLösungen, Tetrachlorkohlenstoff
u. dgl. in Betracht.