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Gasschalter mit Lichtbogenlöschung durch Gase oder Dämpfe Die Erfindung
bezieht sich auf einen Gasschalter mit Lichtbogenlöschung durch Gase bzw. Dämpfe,
die durch den Lichtbogen aus den Wandungen eines röhrenförmigen, das bewegte Schaltstück
eng umschließenden, geschlossenen Schaltraumes erzeugt werden und erst beim Austritt
des bewegten Schaltstückes aus dem Schaltraum dem Schaltstück nachströmen.
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Von anderen Schaltern dieser Art unterscheidet sich der Gegenstand
der Erfindung dadurch, daß der Schaltraum so bemessen ist, daß beim Abschalten kleiner
Ströme der Lichtbogen durch die beim Austritt des bewegten Schaltstückes aus dem
Schaltraum dem Schaltstück nachströmenden Gase gelöscht wird, und daß gleichzeitig
Mittel vorgesehen sind, die bereits vor dem Austritt des bewegten Schaltstückes
aus der Kammer einen Weg für eine Gasströmung freigeben, welche den Lichtbogen starker
Abschaltströme zum Erlöschen bringt.
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Der durch die Erfindung erzielte neue technische Effekt ergibt sich
aus der Erwägung, daß für die Löschung großer Ströme eine kurze Schaltkammer günstiger
wäre, da hierbei der Austritt des Schaltstückes früher erfolgt und demnach der Blasstoß
früher auftritt. Hierdurch wird nicht nur eine kurze Lichtbogendauer, sondern auch
eine geringe Abnutzung der gasabgebenden Wände erzielt. Durch eine kurze Kammer
wird jedoch den Verhältnissen, wie sie bei der Löschung kleiner Ströme vorliegen,
keine Rechnung getragen. Hierfür muß vielmehr die Kammer länger sein, damit eine
genügende Druckerzeugung und auch durch das längere Auseinanderziehen des Lichtbogens
eine hinreichende Deionisierung und Kühlung erreicht werden. Eine derartige Bemessung
der Schaltkammer würde aber bei großen Strömen zu hohe Drücke und zu starken Abbrand
der Wandungen ergeben. Die Anwendung der Vorausströmung gemäß vorliegender Erfindung
vereinigt die Vorteile beider Bemessungsarten, indem sie bei längerer Kammer einerseits
eine schnelle Löschung großer Ströme durch früheres Beginnen der Blasung gestattet
und andererseits doch eine hinreichende Entionisierung und Kühlung bei kleinen Strömen
gewährleistet.
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Die Verwendung einer Vorausströmung ist bei Flüssigkeitsschaltern
an sich bekannt. Bei derartigen Flüssigkeitsschaltern liegen jedoch die Verhältnisse
ganz anders als bei Gasschaltern mit röhrenförmigem Schaltraum aus gasabgebenden
Wänden; und die hier erzielten Wirkungen bezüglich der Verringerung des Abbrandes
usw. treten bei den bekannten Schaltern nicht auf.
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Die Einleitung der Gasausströmung aus dem Schaltraum vor Austritt
des bewegten Schaltstückes kann durch Vergrößerung des Schaltraumquerschnitts in
der Nähe der Austrittsöffnung erreicht werden, während im ersten Teil seines Weges
das bewegte Schaltstück sich in einem möglichst engen Schaltraum bewegt.
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Diese Erweiterung kann durch Vergrößerung des Querschnitts eines röhrenförmigen
Schaltraumes erreicht werden. Beim Ringschaltraum kann dies auch durch Verjüngung
des Füllstiftes auf die Austrittsöffnung zu erreicht werden. Die vorströmenden Gase
gelangen dabei in das hohle Schaltstück hinein, das sie der
Länge
nach durchströmen können öder aus dem sie durch Schlitze oder seitliche Öffnungen
herausgeleitet werden. Es können auch Schlitze, Öffnungen oder Rillen in der Schaltröhren...
wandung vorgesehen werden, in denen sich d@ die - Vorströmung konzentriert. Durch
wertdung von Abreißendigungen an dem Sch stück kann erreicht werden, daß der Lichtbogenfüßpunkt
gerade an diesen Konzentrationsstellen der Strömung vorbeibewegt wird und dabei
besonders intensiv beblasen wird. Besonders stark kann diese Wirkung werden, wenn
die Vorströmung auf eine Stelle des Schaltraumes konzentriert wird, anstatt um das
Schaltstück allseitig verteilt zu sein, und der Lichtbogenfußpunkt gleichsfalls
an dieser Stelle vorbeibewegt wird.
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In Vervollkommnung der Erfindung kann der Zeitpunkt und der Querschnitt
der Vorströmung von der abzuschaltenden Stromstärke abhängig gemacht werden. Dies
kann sowohl mittels Elektromagneten (die gleichzeitig als UberstromauSlÖSer dienen
können) als auch unter-Ausnutzung des Druckes des im Schaltraum entwickelten Gases
geschehen. Bei magnetischer Beeinflussung, die dann in der Regel eine dauernde Formänderung
der Schaltstelle bewirkt, kann der Vorströmquerschnitt z. B. durch Querbewegung
von Wandungsteilen des Schaltraumes geändert werden.. Der Augenblick des Beginns
der Vorströmung wird vorzugsweise durch eine Axialbewegung der Schaltraumwandungen
oder des Füllstückes, die abgesetzt oder artgeschrägt sind, um den Gasen einen Weg
zu bieten, verändert.
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Je größer der abzuschaltende Strom ist, um so eher kann die Vorströmung
erfolgen, da um so eher vom Lichtbogen ein zur Löschung ausreichender Druck erzielt
wird. Je größer der Strom ist; um so eher muß er auch gelöscht sein, damit seine
mechanischen und thermischen Wirkungen möglichst gering bleiben. - Beim größeren
Strom ist es auch vorteilhaft, den Vorströmquerschnitt größer zu wählen, da der
Lichtbogenquerschnitt mit der Stromstärke wächst und der Lichtbogen besonders günstig
dann gelöscht werden kann, wenn er in den Vorströmspalt hineingetrieben werden kann.
Erfolgt die Einstellung der Vörströmung mittels des Druckes des entwickelten Gases,
so bewegen sich die einstellbaren Schaltraumteile nur während des Schaltvorganges.
Die Bewegungsvorgänge bleiben dieselben, jedoch erfolgt der Antrieb durch Kolben
o. dgl., die am Schaltraum angebracht sind. Es können auch bewegte Teile selbst
an Stelle der Antriebskolben treten, z. B. können die Wandungen (oder eine der Wandungen
gegenüber der anderen) beweglich sein und unter Einfluß von Federn sich gegeneinanderpressen.
Der Druck im Schaltraum kann diese Federkraft überwinden und die Wandungen (evtl.
bis zu einem Anschlag) auseinanderdrücken. Es kann auch die Schaltröhre insbesondere
am Mund aus Weichgummi be-'stehen und durch feuerbeständige oder/und . ;gasabgebende,
z. B: Hartgummi-Wandüngsteile, miert sein. Es ist auch möglich, durch Dicken-,derung,
Metalleinlagen usw: die Nachgiebigkeit elastischer Wandungen derart einzustellen,
daß sie beim Beginn der Schaltbewegung nur wenig, jedoch am Schaltraummund bedeutend
mehr nachgeben.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Beim Schalter nach Abb. i wird der Lichtbogen in der Schaltröhre i
zwischen den Kontakten 2 und 3 gezogen. Der Schaltraum wird durch ein mit dem bewegten
Schaltstück 2 beispielsweise verbundenes Isolierfüllstück ¢ derart verengt, daß
der Lichtbogen in dem engen Ringraum zwischen i und q. brennen muß. Die dabei entstehenden
Gase werden bis auf einen möglichst geringen Bruchteil, der durch den Bewegungsspielraum
zwischen 2 und i entweicht, in dem -Raum 5 energisiert. Die Schaltröhre ist von
einer bestimmten Stelle 6 ab allmählich oder stufenweise erweitert. Sobald das Ende
7 von 2 die Stelle 6 passiert, erfolgt eine wirksame Beblasung des Lichtbogens,
der zwischen i und q. eingeengt brennt. Es wird also die Vorströmung nach einem
bestimmten Schaltweg durch Erweiterung der Röhre erreicht. Dieses Verfahren läßt
sich auch bei Ringraumschaltern anwenden, ferner bei Füllschaltern. Der obere Teil
der Schaltröhre kann aus stärker gasabgebenden Stoffen bestehen, da die Löschung
großer Ströme in der Regel durch die Vorströmung erfolgt, so daß der Großstromlichtbogen
mit dem oberen Teil der Wandungen nur wenig in Berührung kommt. Es können i also
infolge erhöhter Vergasung keine unerwünscht hohen Drücke auftreten. Bei kleinen
Strömen, die durch Vorströmung evtl. nicht gelöscht werden, ergibt die zusätzliche
Vergasung eine bedeutende Heraufsetzung der y Löschfähigkeit.
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In Abb. 2 ist eine Anordnung ähnlich Abb. i dargestellt. Das Füllstück
ist beispielsweise mit dem Schaltstück nicht verbunden, sondern folgt ihm in einem
festen öder veränderlichen Abstand nach. Die Vorströmung wird verstärkt durch Verjüngung
des Schaltstückes oberhalb der Kontaktfläche.
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Bei dieser wie auch bei den meisten Anordnungen kann der Schaltstift
2 feststehend sein, während die Schaltröhre i mit dem Kontakt 3 bewegt wird.
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Folgende Abbildungen betreffen die Änderung der Vorströmungsverhältnisse
mit dem abzuschaltenden Strom. Die Wirkungsweise der Schaltstelle gemäß der Erfindung
kann dadurch verbessert werden, daß beim größeren Strom
die Vorströmung
eher einsetzt i und ihr ein größerer Querschnitt zur Verfügung gestellt wird.
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In Abb.3 ist ein Ringraumschalter dargestellt, bei dem die Vorströmung
durch das hohle Schaltstück 2 hindurch durch Schlitze erfolgt, indem das Füllstück
4 bei 6 abgesetzt ist. Durch diesen Absatz ist es möglich, den geschlitzten Teil
des Schaltstückes etwas dicker als den ringförmigen Teil auszubilden, um den gleichen
Stromdurchgangsquerschnitt zu erhalten.
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Der Füllstift wird nun stromabhängig derart bewegt, daß er bei wachsendem
Strom sich nach unten bewegt, also die Vorströmung eher freigibt. Dies kann elektromagnetisch
erfolgen. In der Abbildung wirkt jedoch der Druck, der im Raum 5 durch die Gaserzeugung
entsteht, auf den mit dem Füllstift verbundenen Kolben 16, der unter dem Druck einer
starken Feder 17 steht und zwischen den Anschlägen 18 und ig bewegt werden kann.
Je höher der Strom, um so höher der Druck, um so eher erfolgt die Vorströmung. Die
durch die Schlitze austretenden Gase werden durch ein tropfenförmiges Stück 2o am
Schaltstück gelenkt.
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In Abb. q. erfolgt elektromagnetisch eine Änderung des Vorströmquerschnitts.
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Das vorzugsweise flache Schaltstück 2 bewegt sich zuerst in einem
es umschließenden Schalt- . raum i. Oberhalb dieses Schaltraumes sind beweglich,
z. B. schwenkbar Wandungsteile 30 angeordnet, die durch eine Feder 21 gegeneinander
bewegt werden, den Schaltraum zwischen sich und den Stirnwandungen 22 verengend.
Bei kleineren Strömen wird also nach Verlassen des Schaltraumes der evtl. noch nicht
gelöschte Lichtbogen in einen sich auf Null verengenden Schaltraum gebracht und
gelöscht.
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Bei großen Strömen wirkt die Spule 23 der Feder 2i entgegen, so daß
die Verengungsbewegung unterbleibt, und beim größeren Strom sogar ein zusätzlicher
Vorströmquerschnitt freigegeben wird. Nach Löschung erfolgt dann die Kontraktion,
die die Gefahr einer Rückzündung herabsetzt. Die Rückstellkraft kann auch hier durch
den Druck des Lichtbogens geliefert werden.
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Eine besonders einfache Form hierfür zeigt Abb.5, in der die Kontraktionsbewegung
der Wandungsteile 3o durch einen starken Gummiring 2q., der evtl. mit federnden
Metalleinlagen versehen sein kann, erfolgt. Dieser Ring bewirkt gleichzeitig die
Abdichtung des Schaltraumes. Bei großen Strömen wird eine geregelte Vorströmung
dadurch erreicht, daß etwas Gas am Schaltstück vorbei mit vollem Druck strömt und
dabei die Wandungsteile 30 gegen die Kraft des Gummiringes 24 auseinandertreibt:
Die Wandungsteile 30 können mit dem Gummiring aus einem Stück bestehen bzw.
aufvulkanisiert sein.