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Wechselstromschalter mit Lichtbogenlöschung durch ein strömendes,
unter Druck zugeführtes Löschmittel Die Erfindung betrifft einen Wechselstromschalter
mit Lichtbogenlöschung durch ein strömendes, unter Druck zugeführtes Löschmittel.
Es ist bekannt, Druckgasschalter mit selbsttätiger Steuerung zu versehen, welche
dafür sorgt, daß sich die Kontakte in einem bestimmten Punkt einer Wechselstromhalbwelle
trennen. Durch entsprechende Steuerung des Druckgasstromes an der Unterbrechungsstelle
können dann Hochleistungsstromkreise schon im ersten Stromnulldurchgang, also nur
mit einer Halbwelle Lichtbogendauer, unterbrochen werden. Die Blasdrücke, welche
für eine einwandfreie Lichtbogendauer aufzuwenden sind, können jedoch sehr hoch
werden.
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Der erforderliche Löschmitteldruck wird erfindungsgemäß dadurch herabgesetzt,
daß die selbsttätige Kontakttrennung im absteigenden Ast der Stromkurve vor dem
Stro.mnulldurchgang vorgenommen wird, jedoch nur um so viel früher, daß die bis
zum Stromnulldurchgang zur Verfügung stehende Zeitspanne für den Antrieb des Schalters
genügt, um einen so großen Teil der Ausschaltbewegung zu vollziehen, daß im Stromnulldurcligang
d°r Stromkreis endgültig unterbrochen ist und eine Rückzündung daher nicht mehr
stattfinden kann. Durch eine derartige Einrichtung wird der vom Lichtbogen erzeugte,
dem Blasdruck entgegenwirkende Gegendruck auf ein Mindestmaß gebracht, da der Schalter
niemals bei hohen Stromwerten des Lichtbogens öffnet und die Lichtbogenlöschung
grundsätzlich im Stromnulldurchgang erfolgt. Infolgedessen kann auch der Zuführungsdruck
des Löschmittels verhältnismäßig niedrig gehalten werden.
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Es ist zwar bekannt, bei Schaltern mittels magnetischer oder elektrodynamischer
Einrichtungen die Kontakte im Stromnulldurchgang oder kurz davor zu trennen. Dann
besteht aber die Gefahr, daß die Trennstrecke zwischen den Kontakten durch die wiederkehrende
Spannung durchschlagen wird, weil die Zeit von der Kontakttrennung bis zum Anstieg
der wiederkehrenden Spannung zur Ausbildung einer genügend langen Trennstrecke nicht
ausreicht Lind somit der Abstand zwischen den sich voneinander entfernenden Kontakten
in dem Augenblick, in dem nach dem Stromnulldurchgang die Spannung zwischen den
Kontakten wieder ansteigt, zu kurz ist, um die Rückzündung zu verhindern. Der Lichtbogen
bleibt dann während der folgenden Halbwelle bestehen und erlischt erst, wenn der
Strom wieder
durch Null geht. Die während dieser Halbwelle erzeugte
Lichtbogenarbeit erhöht sowohl die Beanspruchung des Schalters als auch den erforderlichen
Löschrnitteldruck und setzt somit die Schaltleistung, die von einem so betriebenen
Schalter im Höchsfalle beherrscht werden kann, wesentlich herab.
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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausbildungsform des Erfindungsgedankens
besteht darin, daß Hilfskontakte, welche auf den Enden rohrförmiger Hauptkontakte
koaxial beweglich angeordnet sind und über Federn mit den Hauptkontakten in Verbindung
stehen, als Solenoidkontakte ausgebildet sind, welche durch die Stromkraft entgegen
der durch die Federn übertragenen Ausschaftkraft geschlossen gehalten werden, bis
der Augenblickswert des Stromes sich dem Nulldurchgang nähert. Bei einer derartigen
Ausführung wird der richtige Zeitpunkt für den Beginn der Kontakttrennung selbsttätig
in Abhängigkeit von der Höhe des vor der Kontakttrennung durch den Schalter fließenden
Stromes verstellt, wobei gleichzeitig Verzerrungen der Stromkurve durch Störvorgänge
mit berücksichtigt werden.
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Es ist zwar bekannt, stiftförmig ausgebildete, stumpf aneinanderstoßende
Schaltstücke mit je einer Eisenbewehrung zu versehen, die durch den Stromdurchfluß
magnetisch wird und infolgedessen eine Trennung der Schaltstücke erst gestattet,
nachdem der Wechselstrom auf einen kleinen Augenblickswert gesunken ist. Bei derartigen
Schaltern ist jedoch die Masse der zu bewegenden Teile so groß, daß eine befriedigende
Wirkung nicht erzielt werden kann, insbesondere da die Masse der Schaltstücke selbst
durch die Eisenbewehrungen noch vergrößert ist. Um ein vorzeitiges Trennen der Schaltstücke
bei großer Stromstärke wirksam zu verhindern, müßten die Eisenteile um so größer
sein, je größer etwa die Ausschaltkraft bemessen wird. Also auch durch eine Vergrößerung
der Ausschaltkraft wird bei diesem bekannten Schalter für die Beschleunigung der
bewegten Teile nichts 'gewonnen.
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Es sind weiterhin Schalter mit strömendem Druckgas als Löschmittel
bekannt, bei denen die Hauptschaltstücke mit besonderen, federnd an ihnen angeordneten
Hilfsschaltstücken ausgerüstet sind, welche beim Trennen der Kontakte zuletzt außer
Berührung kommen, wobei sowohl die Haupt- als auch die Hilfsschältstücke als rohrförmige
Hohlkontakte ausgebildet sind, durch deren Inneres das Löschmittel zu- bzw. abgeführt
wird. Diesen bekannten Schaltern fehlen jedoch Einrichtungen, durch welche die Trennung
nur bei niedrigem Strom in der Nähe eines Nulldurchganges zugelassen, während der
übrigen Zeit jedoch verhindert wird. Daher sind bei den bekannten Schaltern die
Hilfskontakte aus Kohle hergestellt, damit sie gegen den Lichtbogen widerstandsfähig
sind, der';sich ausbildet, wenn die Kontakttrennung in einem Augenblick hoher Stromstärke
ein-'tritt. Infolge des in diesem Fall sich bildenden hohen Gegendruckes muß der
Blasdruck, durch den die Löschung herbeigeführt werden soll, ebenfalls sehr hoch
sein. Das wird gerade durch die erfindungsgemäße Anordnung von besonderen, als Solenoidkontakte
ausgebildeten Hilfskontakten vermieden. Für die Anbringung der Solenoidhilfskontakte
eignet sich gerade die rohrförmige Gestalt der Hauptkontakte besonders gut, da die
Windungen der Solenoide nach Art einer Wicklung um die rohrförmigen Kontakte herumgelegt
werden können. Sie stören dann weder den Aufbau der Kontakte noch die Luftführung.
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Gerade dadurch, daß bei der an sich bekannten Anordnung von Haupt-
und Hilfskontakten diese Hilfskontakte in an sich bekannter Weise als Solenoidkontakte
ausgeführt sind, wird eine besonders einfache Bauart erzielt, welche eine große
Betriebssicherheit gewährleistet.
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Die Erfindung ist für alle Schalter anwendbar, bei denen ein gasförmiges
oder darnpfförmiges Löschmittel durch äußeren Druck zugeführt wird, bei denen also
der Druck des Löschmittels nicht durch den zu löschenden Lichtbogen selbst erzeugt
werden muß, da es bei allen solchen Schaltern zulässig ist, mit der Kontakttrennung
erst im absteigenden Ast der Stromkurve vor dem Stromnulldurchgang zu beginnen.
Als Löschmittel kann z. B. auch Gas oder Dampf verwendet werden, ; in dem Flüssigkeit,
z. B. in zerstäubter Form, enthalten ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
io ist das Isoliergehäuse des Schalters, in dem die Salenoidkontakte i i, 12 geöffnet
werden und der Lichtbogen durch Druckluft gelöscht wird. Die Zuführung der Druckluft
in das Gehäuse io erfolgt durch das Zuführungsrohr 13, welches in der Nähe
der Kontaktstelle tnü ndet. Die beiden Schaltstücke i i, 1a sind in bekannter Weise
als Solenoidkontakte ausgebildet, d. h. sie besitzen stromdurchflossene Windungen,
die sich bei geschlossenem Kontakt anziehen und dadurch einen starken Kontaktdruck
herstellen. Die Schaltstücke i i, 1z sind lose über leitende Rohre i:I,
15 übergeschoben, an welchen sie mit Hilfe starker Ausschaltfedern 23, 2d.
befestigt sind. Die Ausschaltfedern a3, 24 sind nämlich einerseits mit den Flanschen
25, 26 der Rohre 1d:, 15 verbunden, andererseits mit den Solenoidschaltstücken
i
i, 12, so daß sie sich bei der Ausschaltbewegung spannen können. Die Stromübertragung
von den Rohren 1d., 15 auf die Schaltstücke il, 12 wird durch bewegliche leitende
Litzen 31, 32 gesichert. Das obere Rohr 14 mündet in ein auspufftopfartiges Gehäuse
16, das untere Rohr 15 in ein ebensolches Gehäuse 17. Die Ausströmöffnungen dieser
Gehäuse sind mit 33, 34. 35 bezeichnet. Das Rohr 14 steht fest, während das Rohr
15 über eine Isolierstange 18 von dem Kolben 1g bewegt wird. Der Kolben 1g bewegt
sich in dein Druckluftantriebszylinder 2o, dem durch Rohre 27, 28 die Steuerdruckluft
zugeleitet wird. Der Strom wird durch die Leitung :2i über einen Gleitkontakt 29
dem Rohr 14 zugeführt und vom Rohr 15 über einen Gleitkontakt 3o durch die Leitung
22 abgenommen.
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Das Gehäuse io kann über das Rohr 13 ständig mit der Druckgasquelle,
z. B. einer Druckgasflasche, in Verbindung stehen. Auf einen Auslösebefehl wird
dem über dem Antriebskolben 1g befindlichen Teil des Antriebszylinders 2o Antriebsdruckluft
durch das Rohr 27 zugeführt. Der abwärts gehende Kolben 1g bewegt über die Isolierstange
18 das Rohr 15 nach unten, so daß sich die Mündungen der Rohre 15 und 14., die bei
geschlossenem Schalter dichtend aufeinandersitzen, trennen. Die Druckluft kann aber
vorerst noch nicht in nennenswertem Maße ausströmen, weil die Anordnung so getroffen
ist, daß die Rohre durch die übergeschobenen Solenoidschaltstücke i i und 12 gedichtet
werden. Die Solenoidschaltstücke 11, 12 werden noch durch die magnetische Anziehungskraft
fest zusammengehalten, da sich der Strom im allgemeinen in dein Augenblick, wo der
Abwärtsgang des Kolbens 1g beginnt, nicht in der Nähe des Stromnulldurchganges befindet.
Die Federn 2,I und 23 spannen sich daher im Anfang der Ausschaltbewegung. In der
Nähe des Stromnulldurchganges überwindet die Kraft der gespannten Federn 24, 23
und der Antriebsdruck, der vom Kolben 1g auf das Rohr 15 übertragen wird, die Anziehungskraft
der Solenoidkontakte i 1, 12, so daß sich der Kontakt zwischen den Stirnflächen
der Schaltstücke i 1, 12 öffnet und- dort der Unterbrechungslichtbogen entsteht.
Die Druckluft strömt sofort durch die Rohre 14., 15 und die hohlen, nun darüber
hinausgezogenen Schaltstücke 11, 12 aus und löscht durch die heftige Strömung den
Lichtbogen, der dein Gasstrom nicht ausweichen kann, in dein Augenblicl.; wo der
Strom durch den Nullwert hindurchgeht. '-,Uan hat es durch bekannte Anordnungen
in der Hand, ein Aus-«-eichen des Lichtbogens und ein Abwandern der Lichtbogenfußpunkte
von den Kontaktstellen zu verhindern, um dadurch jedes unnötige Anwachsen der Lichtbogenlänge
und damit der Gegendruckbildung zu meiden.
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Eine Öffnung des Kontaktes im ansteigenden Ast der Stromwelle, d.
h. also knapp nach dem Stromnulldurcbgang, ist unerwünscht, weil in diesem Fall
das Anwachsen des Stromes während der Beblasung auf den Stromhöchstwert noch stattfinden
könnte. Es soll daher Vorsorge getroffen sein, daß in diesem Fall höchsens ein ganz
kurzzeitiges Abheben der Kontakte, welches aber nicht über eine Halbwelle des Wechselstromes
andauert, stattfinden kann. Dies läßt sich z. B. durch entsprechende Bemessung der
Eigenschwingungsdauer der Federn 23, 24. erreichen, deren Stärke auch in einem gewissen
Verhältnis zu der Antriebskraft des Kolbens ig stehen muß.