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Leistungsschalter mit einer unter dem Flüssigkeitsspiegel liegenden
Trennstelle Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Vorrichtung zur Erzeugung und
Aufrechterhaltung einer Flüssigkeitsströmung zum Löschen des Lichtbogens bei Leistungsschaltern
sowie die Strömung selbst zu vereinfachen und zu verbessern, so daß der Löschvorgang
sich zuverlässig und in kürzester Zeit abspielen kann.
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Es ist bekannt, den Flüssigkeitsinhalt von Leistungsschaltern unter
Druck zu setzen und den erhöhten Druck zur -Erzeugung einer Flüssigkeitsströmung
auszunutzen. Die Drucksteigerung wurde hierbei z. B. durch die um den Lichtbogen
entstehenden Dämpfe und Gase hervorgerufen. Entweder mußte eine zweite Unterbrechungsstelle
vorhanden sein, durch die Druckflüssigkeit und Druckgase der ersten Unterbrechungsstelle
abströmen und den Lichtbogen löschen konnten, oder man war bei nur einer Unterbrechungsstelle
gezwungen, da auch hierbei die Flüssigkeitsteilchen möglichst nahe an den Lichtbogen
heran und in den Lichtbogen hineintreten sollten, mit Hilfe des Gasdruckes einen
Teil des Flüssigkeitsinhaltes auf eine über diesen Lichtbogengasdruck liegende Pressung
zu bringen. Diese Druckumformung geschah durch einen Differentialkolben, dessen
größere Kolbenfläche mit den Lichtbogengasen und dessen kleinere Kolbenfläche mit
der Druckflüssigkeit in Verbindung steht. Die unter höherem Druck stehende Flüssigkeit
wurde alsdann durch Düsenöffnungen dem Lichtbogen mit einer dem jeweiligen Druckunterschied
entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit zugespritzt. Derartige Vorrichtungen arbeiten
unvollkommen, da die für die Strömung maßgebende Druckdifferenz je nach der im Lichtbogen
frei werdenden Wärmeenergie verschieden groß ist. Ist die Schaltarbeit klein, so
genügt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit nicht, den Lichtbogen genügend
zu kühlen und ihn beim Nulldurchgang der Stromstärke zu löschen. Aber gerade beim
Nulldurchgang muß die Strömungsgeschwindigkeit groß sein, damit in der zur Verfügung
stehenden nur sehr kurzen Zeitdauer bis zur Rückkehr der Spannung die Lichtbogenstrecke
genügend gesäubert und durch kalte Flüssigkeitsteilchen aufgefüllt werden kann.
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Auch hatte man schon Preßkolben zur Druckerzeugung in Vorschlag gebracht,
die entweder durch gespannte Federn während des Schaltvorganges in Bewegung gesetzt
wurden oder die mit dem- Schaltgestänge fest verbunden waren. Die Antriebsfedern
geben bei Beginn der Entspannung die größte Kraft her und am Ende der Schaltbewegung
ist ihre Arbeitsleistung am kleinsten, was sich bei
schweren Abschaltungen
sehr nachteilig bemerkbar macht. Auch die mit dem Schaltstift fest verbundenen Kolben
zeigen diese. Nachteile, da die Schaltstifte bei den meisten Schaltern ebenfalls
durch aufgeladene Federn' betätigt werden. Aber selbst bei Benutzung einer anderen
Kraftquelle für die Kontakttrennung ist die feste Verbindung zwischen dem beweglichen
Pol und dem Pumpkolben äußerst unerwünscht, da die bei der Erzeugung einer bestimmten
Schaltgeschwindigkeit auftretende Bremswirkung des Kolbens recht unangenehm empfunden
wird. Derartige Einrichtungen haben daher auch nicht befriedigt.
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Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen soll durch die vorliegende
Erfindung ein Schalter geschaffen werden, bei dem eine Flüssigkeitsströmung zum
Löschen des Lichtbogens in ungefähr gleichbleibender Stärke aufrechterhalten bleibt,
unabhängig von der jeweiligen Lichtbogenenergie; von der Größe der Schaltgeschwindigkeit
und von der jeweiligen Stellung des bewegten Poles. Auch soll sich nach dem Schaltvorgang
die ursprüngliche Lage der Flüssigkeitsspiegel selbsttätig wieder einstellen, unabhängig
davon, ob .der Schalter noch geöffnet ist oder inzwischen wieder geschlossen wurde.
Die Strömungsführung soll hierbei derart erfolgen, daß trotz der Löschströmung keine
Längung des Lichtbogens auftritt.
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Zur Lösung dieses Problems steht bei einem Flüssigkeitsschalter mit
unter dem Flüssigkeitsspiegel liegender Trennstelle und mit einer vom Lichtbogengasdruck
und von der Bewegung des Schaltgestänges unabhängig erzeugten Flüssigkeitsströmung
zum Löschen des Lichtbogens; bei dem der unter Atmosphärendruck stehende nur teilweise
mit Flüssigkeit gefüllte Lichtbogenraum mit einem Löchmittelvorratsbehälter verbunden
ist, gemäß der Erfindung der oberhalb der Trennstelle liegende Teil des Löschraumes
mit dem Vorratsraum über die Kontaktstelle in ständig offener Verbindung, wobei
der Flüssigkeitsvorratsbehälter im Ruhezustand des Schalters ebenfalls mit Ätmosphärenpressung
belastet ist. Ist dieses der Fall, so wird sich auch im eingeschalteten Zustand
des Schalters die Flüssigkeitssäule um die Schaltkontakte bewegen und in die ursprüngliche
Lage zurückbegeben können. Auch soll durch die geschickte Umspülung des beim Schaltvorgang
auftretenden Lichtbogens ein Längen desselben und damit eine Vergrößerung der Schaltarbeit
verhindert werden. Zu diesem ersten Merkmal kommt das zweite hinzu, daß die Löschmittelströmung,
wie es bereits bei anderen Schaltern vorgeschlagen wurde, furch auf die Flüssigkeit
des Vorratsbehälters einwirkendes Druckgas hervorgerufen wird, das mit Hilfe einer
bei Kolbenmaschinen bekannten Steuerungseinrichtung nur `zeitweise auf den Flüssigkeitsinhalt
des `-,Schalters beschleunigend einwirkt, während fier den nachfolgenden Zeitabschnitt
dafür -.gesorgt wird, daß.diese die Flüssigkeitssäule vorwärts treibende Druckgasfüllung
in die Außenluft expandieren kann.
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Durch diese grundsätzlichen Maßnahmen wird ein äußerst einfacher Stromunterbrecher
mit Lichtbogenlöschung durch eine Flüssigkeitsströmung geschaffen, bei dem ein in
der Löschkammer abdichtender und schwer zu kontrollierender Pumpkolben vermieden
wird. Soll ein Antriebskolben für die Flüssigkeitssäule beibehalten bleiben, so
kann dieser oberhalb des Vorratsbehälters in einer leicht freizulegenden Kammer
angeordnet sein. Die öffnüng der Kammer und die Prüfung des Kolbens ist dann möglich,
ohne durch den Flüssigkeitsinhalt des Schalters behindert zu sein. Die einfachste
Einrichtung ist jedoch die in der Zeichnung als Beispiel dargestellte, bei der kein
Pumpkolben benutzt wird, vielmehr die Flüssigkeitssäule selbst wie ein Kolben hin
und her geführt wird. Im Schalter selbst sind außer dem Polstift keine beweglichen
Glieder nötig, und für die Inbetriebsetzung der Löschmittelströmung braucht lediglich
ein kleines Umsteuerorgan in der Druckgaszuführungsleitung betätigt zu werden, wie
man dies aus dem Kolbenmaschinenbau für den Dampfeinlaß kennt. Bedenkt man, daß
bei einem Flüssigkeitsschalter, dessen Kontakte durch Druckgas getrennt werden sollen,
schon ein wenn auch sehr kleiner Druckgaskessel vorhanden sein muß, so erkennt man,
daß an dieser Einrichtung durch den besonderen Druckgasantrieb für die Löschmittelströmung
nichts geändert wird, da für letzteren Antrieb nur sehr wenig Druckluft benötigt
wird.
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Wichtig für den Erfindungsgegenstand ist auch die ebenfalls mögliche
Betriebsweise,. daß beim Einschalten der Kontakte auch ein hin und her gehender
Strömungsvorgang für die Lichtbogenlöschung wie beim Ausschalten ohne besondere
Vorkehrungen benutzt werden kann. Es können mit diesem Schal- i teraufbau wie bei
einem reinen Druckgasschalter die beim Einschaltvorgang auftretenden und hierbei
als recht lästig empfundenen Schwierigkeiten spielend behoben werden. Bisher war
man nur bei dem Druckluftschal- i ter in der Bemessung der Löschwirkung vollkommen
frei von der Schaltarbeit, von der Schaltgeschwindigkeit und von Federkräften. Diese
Eigenschaft ist der wichtigste Vorteil des Druckluftschalters. Demgegenüber mußte
1 man aber bei ihm den Nachteil einer großen Strömungsmenge und damit einer großen
Nebeneinrichtung
für den Ersatz dieser Druckgasmenge in Kauf nehmen. Durch den Erfindungsgegenstand
wird durch die Vereinigung einer Flüssigkeitsströmung zum Löschen des Lichtbogens
mit einer in gleicher Stärke bleibenden Druckluftströmung zur Erzeugung dieser Flüssigkeitsströmung
die größte Freizügigkeit in der Bemessung der Löschwirkung erzielt, ohne daß eine
große und teuere Nebeneinrichtung zum Ersatz großer Luftmengen notwendig wird.
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In der Verbindungsleitung des Flüssigkeitsvorratsraumes mit einem
Druckluftbehälter kann zwischen dem Schaltergehäuse und einem Absperrorgan für die
Druckluftzufuhr eine ständig offene Verbindungsleitung nach der Außenluft vorhanden
sein, deren OOuerschnitt nur ein Bruchteil des Strömungsquerschnittes im Druckluftsteuerorgan
ist. Bei dieser ständig offenen Ausströmbohrung wird Druckgas, sobald das Einlaßsteuerorgan
geöffnet wird, ausströmen, bis der Druckgaskessel wieder abgeschaltet wird. Will
man diese Verlustgasmenge sparen, so kann ohne Schwierigkeit die Atemöffnung nach
der. Außenluft in Abhängigkeit von der Stellung des Druckgasabsperrventils mittelbar
oder unmittelbar gesteuert werden, so daß bei geöffnetem Absperrventil die Verbindungsöffnung
nach dem Luftraum geschlossen und umgekehrt bei geschlossenem Ventil wieder offen
ist.
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Um den Löschvorgang nach Möglichkeit abzukürzen, ist es wesentlich,
daß das Löschmittel die Schaltkontakte kräftig umspült und nahe an dem Lichtbogen
immer neue kalte Flüssigkeit entlang strömt, damit die Umgebung des Lichtbogens
schnell von den entstehenden Dämpfen befreit und dem Lichtbogen selbst nach Möglichkeit
mehr Energie entzogen wird, als ihm aus dem elektrischen Stromkreis zugeführt wird.
Wichtig hierbei ist, daß der Energieentzug dauernd auf ungefähr gleicher Höhe erhalten
bleibt, während die Lichtbogenenergie bei Annäherung an den Zeitpunkt des Nulldurchganges
abnimmt. Ist dies der Fall, so wird mit Sicherheit die Lichtbogenlöschung beim ersten
Nulldurchgang erfolgen.
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Diese Sicherheit wird noch erhöht, wenn schon vor der Polunterbrechung
in bekannter Weise die Polkontakte von Kühlflüssigkeit umspült werden. Es ist auf
diese Weise möglich, daß die beim Entstehen des Lichtbogens sich bildenden Dämpfe
ohne Verzögerung sofort erfaßt, fortgeführt und kondensiert werden, also die Bildung
unkondensierbarer Gase zu verringern. Zu diesem Zweck soll um die Schaltpole herum
ein ständig offener Querschnitt vorhanden -sein, durch den Kühlflüssigkeit hindurchströmt.
Bei einem mehrpoligen Schalter ist es vorteilhaft, um die Schalteinrichtung klein
und billig zu halten, nur einen der Schaltpole mit einem um den Lichtbogenraum angeordneten
Flüssigkeitsvorratsraum zu versehen, der mit den Schalträumen der einzelnen Pole
in Verbindung steht und auf dessen Flüssigkeitsinhalt zeitweise ein der gewünschten
Flüssigkeitspressung entsprechender Gasdruck mittelbar oder unmittelbar ruht. Hierbei
ist es unter Umständen zweckmäßig, daß im Druckgaskanal zwischen dem Druckgasabsperrventil
und dem Flüssigkeitsschalter oder im Flüssigkeitsweg des Schalters selbst vor der
Trennstelle der Pole eine einstellbare Drosselstelle vorhanden ist. Auch ist es
häufig wünschenswert, zwischen dem Gasdruckbehälter und der Verbindungsöffnung nach
der Außenluft ein einstellbares Druckminderungsventil einzubauen, um unabhängig
vom Behälterdruck einen gleichbleibenden Spüldruck zur Verfügung zu haben.
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Ist der Schalter mit einem durch Preßdruck gesteuerten Polgestänge
versehen, so soll diese Preßluft nach Art der bekannten Druckgasschalter auch zur
Erzeugung der Flüssigkeitsströmung herangezogen werden. Hierbei kann die Preßluft
vor Einleitung der Schaltbewegung für das Gestänge durch ein besonderes Ventil mit
dem Flüssigkeitsinhalt der Schaltvorrichtung in Verbindung gebracht werden, oder
es kann die Druckluftzufuhr zur Schalteinrichtung für das Polgestänge und zur Flüssigkeitsfüllung
durch ein gemeinsames Ventil gesteuert werden, wobei dann vorteilhaft im Polgestänge
oder in der Kontaktstelle ein toter Gang vorgesehen wird, um eine Verzögerung in
der Poltrennung gegenüber dem Auftreten der Kühlströmung zu erreichen. Auch ist
es bei besonders schweren Abschaltverhältnissen wertvoll, daß die Strömung der Löschflüssigkeit
bis über den Zeitpunkt hinaus aufrechterhalten bleibt, in welchem der bewegliche
Schaltpol seine Endlage erreicht hat.
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Um für verschiedene Stellungen des bewegten Poles, also auch für verschiedene
Lichtbogenlängen, eine gleichbleibende Strömungsmenge je Zeiteinheit zu bekommen,
ist der bewegliche Polkontakt. von einer die Flüssigkeit führenden festen Zylinderwand
derart umgeben, daß der für die Strömungsmenge maßgebliche engste Querschnitt für,
verschiedene Stellungen des beweglichen Poles gleich groß bleibt.
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In den Abb. z bis 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In einem Gehäuse a der Abb. i ist ein Innenzylinder b eingesetzt,
dessen Flüssigkeitsinhalt mit der Füllung, des Außenzylinders a durch die Öffnungen
c in Verbindung steht.
Im oberen Teil des Innenzylinders b ist der
feststehende Kontakt d angebracht. Der bewegliche Polstift e ist von dem unteren
Teil des Innenzylinders b dicht umgeben, so daß während einer gewissen Zeitdauer
des Ausschaltvorganges zwischen dem Umfang des Polkontaktes und der umschließenden
Zylinderwandung der gewünschte engste Strömungsquerschnitt vorhanden ist. Die Flüssigkeitsfüllung
reicht so hoch, daß oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Ringraum des Außenzylinders
a noch ein Luftraum bleibt. Dieser Raum steht durch die Rohrleitung f, die eine
Atemöffnung g nach der Außenluft hin enthält, mit einem Gasdruckkessel in Verbindung.
Ungefähr in der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im äußeren Vorratsraum ist vorteilhaft
eine mit Öffnungen versehene Abschlußwand la eingesetzt, die das Druckgas gleichmäßig
durchtreten läßt und ein Aufpeitschen des Flüssigkeitsspiegels verhindert.
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In Abb. a ist der gleiche Sehalter wie in Abb. i dargestellt, jedoch
fehlt der äußere Gehäusemantel a. Der Schalter besteht lediglich aus dem Innenzylinder
b, dem festen Kontakt d und dem beweglichen Polstift e. Dieser Schaltraum steht
mit einem besonderen Vorratsbehälter i für die Löschflüssigkeit in -Verbindung.
Das -Gefäß i kann alsdann bei dreipoliger Ausführung des Schalters alle drei Unterbrechungsstellen
mit Flüssigkeit versorgen. Ebenfalls kann, um die Schaltvorrichtung zu vereinfachen,
lediglich der mittlere der drei Schalterpole von einem Vorratsbehälter umgeben sein,
von dem aus alle drei Schalterpole mit Löschflüssigkeit beliefert werden.
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In Abb: 3 ist als Ausführungsbeispiel ein Absperrorgan k- dargestellt,
wie es in der Verbindungsleitung f zwischen Gasdruckkessel und Vorratsbehälter i
vorhanden sein soll. Das Druckgas vom Kessel tritt bei l ein und bei m aus dem Absperrorgan
aus. Der Ventilteller n wird in bekannter Weise durch einen Steuerkolben o bewegt.
Mit dem Ventilteller zt steht ein Hohlschieber p derart in Verbindung; daß bei geschlossenem
Ventil it durch den Hohlschieber p eine Verbindungsöffnung q nach der Außenluft
hin offen gelassen wird, während bei geöffnetem Ventil der Schieber p die Öffnung
q in der Rohrwandung versperrt.
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Die Arbeitsweise der Schaltvorrichtung ist folgende: Wird ein Abschaltvorgang
eingeleitet, so wird gleichzeitig durch den' Kraftkolben o das Gasdruckventil n
geöffnet und durch den Hohlschieber p die Öffnung q verschlossen. Der Gasdruck
gelangt in voller Stärke bis zum Flüssigkeitsspiegel des Vorratsbehälters i, drückt
die Flüssigkeit nach den einzelnen Polgehäusen b, woselbst das Druckgefälle in dem
engen Ringspalt zwischen Polstift e und Wandung bin Geschwindigkeit
umgesetzt wird. Erfolgt nunmehr die Poltrennung, so werden vom ersten Augenblick
der einsetzenden Verdampfung an von der schon bestehenden Flüssigkeitsströmung die
Dämpfe erfaßt, fortgespült und heim Durchtritt durch die Flüssigkeitshöhe kondensiert.
Kühle Flüssigkeit strömt fortgesetzt nach und sorgt für eine genügende Kühlung.
Der Zuflußdruck wird fortlaufend in gleicher Höhe aufrechterhalten, so daß bei abnehmender
Stromstärke im Lichtbogen die Kühlung um so ergiebiger erfolgt. Ist die Lichtbogenenergie
gleich null, so werden die restlichen Ladungsträger fortgespült und kalte Flüssigkeit
füllt die Lichtbogenstrecke aus. Verwendet man eine Löschflüssigkeit hoher Durchschlagfestigkeit,
so wird bei dieser Einrichtung mit hoher Sicherheit ein Rückzünden unmöglich gemacht.
Während des Spülvorganges steigt der Flüssigkeitsspiegel oberhalb der Schaltkontakte
an, wodurch die Verflüssigung der Lichtbogendämpfe begünstigt wird, so daß besondere
Kondensationseinrichtungen unnötig werden.