DE690055C

DE690055C - Elektrischer Hochspannungsschalter mit Lichtbogenloeschung durch stroemendes Druckgas

Info

Publication number: DE690055C
Application number: DE1938A0085624
Authority: DE
Inventors: Jean Dormont
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-01-28
Filing date: 1938-01-26
Publication date: 1940-04-13
Also published as: GB514359A; FR828466A

Description

30 AUG. 1940

AUSGEGEBEN AM
13. APRIL 1940

PATENTSCHRIFT

M 690055
KLASSE 21c GRUPPE 3δ ίο

A 85624 VIIIbIz ι c

Jean Dormont in Enghien-Ies-Bains, Frankreich,

ist als Erfinder genannt worden.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. Januar 1938 ab
Patenterteilung bekanntgemacht am 21. März 1940

Es sind elektrische Schalter mit Beblasung des" Unterbrechungslichtbogens durch ein strömendes Druckmittel bekannt, bei denen die Erzeugung des notwendigen Druckgases mittels eines Verdichters herbeigeführt wird, der von der Trennbewegung des Schalters in Tätigkeit gesetzt wird.

Der Verdichter besteht im allgemeinen aus einem Zylinder und einem Kolben, deren gegenseitige Bewegung zur Verdichtung in Verbindung mit der Trennbewegung des Schalters benutzt wird. Dabei ist es auch bereits bekannt, die Kolbenbewegung durch Federkraftspeicher zu beschleunigen, die beim Einschalten aufgeladen werden.

Die zu liefernde Druckgasmenge und besonders die Strömungsgeschwindigkeit des Druckgases werden durch die Stärke des Unterbrechungslichtbogens bedingt. Je stärker der Unterbrechungslichtbogen ist, um so größer muß die Geschwindigkeit des Blasgases und folglich auch die Spannkraft der Federn für den Verdichter sein. Man gelangt deshalb für Schaltleistungen in der Größenordnung von roo MVA bereits zu Anordnungen, die nicht mehr von Hand einschaltbar sind und wird zu Unterbrechungen großer Lichtbögen zur Benutzung von Geräten gezwungen, die beschwerlich zu bedienen sind.

Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten. Sie geht im wesentlichen von dem Gedanken aus, daß die bei der Auslösung des Schalters zur Erzeugung des zur Beblasung bestimmten Druckgases erforderliche Leistung hauptsächlich oder zum Teil durch den Stromkreis bedingt ist, in dem der Schalter liegt. Der Verdichter wird deshalb zur Erhöhung seiner Wirksamkeit von einem vom Abschaltstrom durchflossenen Elektromagneten unterstützt, wobei gemäß der Erfindung die Feder und der Elektromagnet derart angeordnet werden, daß die Druckerzeugung in der

Hauptsache durch die Kraft der Feder eingeleitet und mit dem Nachlassen der Federspannkraft in steigendem Maße durch die Kraft des Elektromagneten fortgeführt wird. Dies bringt den Vorteil, daß der Druck der Löschluft mit dem Anwachsen des Abschaltstromes gesteigert wird. Außerdem lassen sich durch den Elektromagneten, besonders bei hohen Stromstärken, bedeutend größere Beschleunigungskräfte für den Kolben als mit Federkraftspeichern erzielen.

Der Elektromagnet soll den vorhandenen Antrieb, z.B. Federn, die bei der Einschaltbewegung des Schalters gespannt werden und in jedem Fall eine zur Unterbrechung, schwacher Ströme hinreichende Verdichtung sicherstellen, nur unterstützen. Um eine solche Verdichtung zu erzielen, haben die Federn nur eine geringe Spannung. Da beim Schließen des Schalters nur ihre Spannung überwunden werden muß, bereitet es so weiter keine. Schwierigkeiten, das Einschalten von Hand vorzunehmen.

Die Anordnung dieser Federn oder anderer geeigneter Hilfsmittel ermöglicht es weiterhin, den Verdichter dem Einfluß der Magnetwicklung,, die hauptsächlich die zur Verdichtung erforderliche Leistung bereitstellt, zu entziehen und Schwankungen im Kontaktdruck mit den dabei entstehenden Verlusten zu vermeiden. In der Einschaltstellung liegt der Magnetkern außerhalb des Kraftfeldes der Wicklung und wird jetzt, wenn, der Schalter öffnet, durch die Federn in das Kraftfeld bewegt. Das gleiche Ergebnis erzielt man, wenn man die ■ Wicklungen, die die zur Verdichtung des Löschgases nötige Arbeit leisten, beigeschlossenem Schalter kurzschließt. Die fraglichen Wicklungen können dabei eine solche Anordnung erhalten, daß sie im Augenblick der Unterbrechung in Reihe mit dem Lichtbogen liegen und-so die Unterbrechung erleichtern. Die Erfindung bezieht sich auf solche Baue formen von Verdichtern, die mit dem Schalter vereinigt sind. Im einzelnen ist jedoch noch zu erwähnen, daß der Verdichter in bekannter Weise mit einem Kolben arbeitet, wobei entweder der Kolben oder der Zylinder oder beide Teile zugleich beweglich sind. Der oder die beweglichen Teile des Verdichters können mit dem beweglichen Kontakt des Schalters mechanisch verbunden sein oder auch völlig unabhängig von ihm arbeiten.

Als Löschgas kann man reine Luft ver>wenden oder jedes andere geeignete Gas oder Dämpfe, die in irgendeiner geeigneten Weise erzeugt und zugeführt werden; insbesondere läßt sich die Löschwirkung des Druckgases in bekannter Weise durch Beimischung bestimmter chemischer Zusätze erhöhen, die beim Ausblasen der Gase oder Dämpfe die Entionisation des Lichtbogenpfades begünstigen.

In der Zeichnung sind eine Reihe von Ausführungsbeispielen des Schalters nach der 65· Erfindung in schematischer Form dargestellt.

Bei allen Bauformen des Schalters mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas sind ein Zylinder 1 zur Erzeugung des Druckgases und ein Kolben 2 vorgesehen. Die Abbildungen beschränken sich auf die Darstellung der notwendigsten Teile im Zusammenhang mit der Erfindung, da die übrigen Anordnungen als aus dem Schalterbau geläufig und für Schalter mit Selbsterzeugung des Druckgases als belcannt vorausgesetzt werden. Die Abbildungen beziehen sich weiter auch nur auf einen einzigen Schalterpol bzw. eine einzige Unterbrechungsstelle, da sich mehrpolige Anordnungen bzw. die Ausbildung mit mehreren, Trennstellen für den Fachmann von selbst ergeben. '

Der feste und der bewegliche Schaltkontakt sind mit 3 und 4 bezeichnet; die Wicklung, die vom Lichtbogenstrom durchflossen wird und auf die Bewegung des Verdichters elektromagnetisch einwirkt, sie soll im folgenden Beschleunigungswicklung genannt werden, ist mit 5 und die durch die Einschaltbewegung des Schalters gespannte Hilfsfeder mit 6 bezeichnet. In der Mehrzahl der Abbildungen ist der Schalter während des Öffnens dargestellt; der dabei entstehende Lichtbogen ist mit 7 bezeichnet. -

Der Pfeil 8 gibt die Richtung an, in der sich der bewegliche Kontakt während des Öffnens verschiebt. Bei den Anordnungen nach den Abb. 1 bis 8 ist die Beschleunigungswicklung 5 stets in Reihe mit der Leitung geschaltet; dabei sind die Stromzufuhr rungen des Schalters mit 9 und 10 bezeichnet, während n einen Schleifkontakt darstellt. Der Verdichter selbst ist vom beweglichen Kontakt unabhängig.

Im Ausführungsbeispiel nach der Abb. 1 ist der Kolben 2 des Verdichters beweglich und der Zylinder 1 fest angeordnet. Der Kolben wird elektromagnetisch betätigt und bildet dabei selbst den Kern des Magneten, dessen Spule von der Wicklung 5 dargestellt wird.

Eine nicht weiter dargestellte, aber zu dieser Ausführungsform, gehörige Verriegelung hält den Kern 2, während sich der Schalter in der Schließstellung befindet, am Anfang seines Hubweges und entgegen dem Druck der i'5 Feder 6 fest, die entgegen der Arbeitsbewegung, die von der Wicklung S ausgelöst wird, gespannt ist. Die Öfrhungsbewegung des Schalters löst diese Verriegelung, worauf die Feder 6 den Kolben 5 nach rechts drückt, der, iao sobald er in das Feld der Wicklung 5 gelangt, " weiter kräftig und ruckartig nach rechts ge- ·

stoßen wird, dabei die Luft im Raum 12 verdichtet und einen kräftigen Blasstrahl über den festen Kontakt 3 bzw. durch diesen Kontakt, falls er hohl ausgebildet ist, erzeugt; die Stärke des Blasstrahles wächst mit' der Zugkraft der Wicklung 5 und diese ist wiederum von der Stärke des zu unterbrechenden Stromes bedingt.

Die Abb. 2 zeigt eine Abwandlung, bei der zwar ein eigener Magnetkern 13 für den Kolben 2. vorgesehen ist, der jedoch unmittelbar mit dem Kolben verbunden ist.

In der Anordnung nach der Abb. 3 ist ebenso ein besonderer Magnetkern 13 vorgesehen, der über einen weiteren Kraftspeicher, z.B. eine Feder 14, mit dem Kolben verbunden ist. Die Führungsstange des Kolbens trägt eine Scheibe 15, die . vom Anschlag 16 festgehalten wird; gegen diese Scheibe drückt die Feder 14. Sobald beim Ausschalten eine günstige Löschstellung erreicht, ist, gibt der Anschlag 16 nach und läßt die Spannung der Feder 14 gegen den Kolben 2 wirken. Die Zahnstange 18 hindert die Scheibe 17 an der Rückkehr in die Ausgangslage, solange der Schalter öffnet, und ermöglicht die Rückkehr erst dann, wenn der Schalter wieder geschlossen wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach der Abb. 4 wird der Magnetkern zum Teil vom Zylinder des Verdichters gebildet oder ist Jn dessen Innern angeordnet. Der Kolben 2 steht fest, während der Zylinder, der den Kontakt 3 trägt, beweglich ist und beim Öffnen des Schalters wieder einen festen Gegenmagneten 19 in Richtung des Pfeiles 20 drückt. Die Schnelligkeit der Kontakttrennung wird deshalb von der Summe der Geschwindigkeiten des mit 4 bezeichneten beweglichen Kontaktes und des Zylinders 1 gebildet, der den festen Kontakt 3 trägt;

Die Abb. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen, bei denen der Magnetkern 13 getrennt vom Zylinder 1 des Verdichters angeordnet ist. Während jedoch in der Abb. 5 der Magnetkern 13 noch unmittelbar mit dem Zylinder ι verbunden ist, wird bei der Anordnung nach Abb. 6 ein Kraftspeicher, z. B. eine Feder 14, zwischengeschaltet. Die Arbeitsweise dieser Anordnung entspricht· völlig jener nach der Abb. 3.

Man kann natürlich aucft, s.tatt die Wicklung 5 auf einen Magnetkern der erwähnten Art zu bewegen, auf diesen eine zweite Wicklung anbringen, die konzentrisch zur Wicklung 5 liegt. Diese zweite Wicklung wird sich dann mit ihrem Magnetfeld axial so einzustellen versuchen, daß ihr Feld mit dem Feld der Beschleunigungswicklung 5 zusammenfällt. Die erwähnte zweite Wicklung kann entweder gesondert angeschlossen sein, in Reihe oder parallel mit der Wicklung 5 liegen oder kurzgeschlossen sein. Diese Abwandlung kann ebensogut auch für· Anordnungen, die den Abb. ι bis 6 entsprechen und bereits beschrieben wurden, angewendet werden, ferner auch auf die übrigen Ausführungsbeispiele, die im folgenden noch erwähnt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Abb. 7 bis 9 liegt die Beschleunigungswicklung 5 zwar stets in Reihe mit der Leitung, doch arbeitet sie auf einen Verdichter, der mit dem beweglichen Kontakt 4 zu einer Einheit zusammengebaut ist.

Die Abb. 7 zeigt eine Anordnung, bei weleher der Kolben 2 des Verdichters zugleich den Magnetkern bildet. Die Luft wird im Raum 12 des Zylinders verdichtet und strömt durch die Bohrung des Kolbens 2, an den sich ein Rohr 21 anschließt, das den beweglichen Kontakt 4 trägt.

Bei den Abb. 8 und 9 ist der Magnetkern gesondert vorgesehen, wobei er nach der Abb.' 8 unmittelbar, nach der Abb. 9 über einen Kraftspeicher, z.B. eine Feder 14, mit dem Kolben verbunden ist.

In gleicher Weise läßt sich ohne Schwierigkeit die Ausführung nach der Abb. 4 einrichten. Der dort mit 4 bezeichnete Kontakt wird dann fest angeordnet, während der Zylinder 1, der den Kern 3 trägt, die ganze Öffnungsbewegung des Schalters mitmacht. Ebenso kann man die Anordnungen nach den Abb. 5 und 6 und allgemein alle Anordnungen nach dem Beispiel, bei denen der Verdichter unabhängig vom beweglichen Kontakt arbeitet, gleichermaßen ändern.

Die an Hand der Abb. 1 bis 9 beschriebenen Anordnungen tragen alle eine Beschleuriigungswicklung, die in Reihe mit dem >°° Schalter liegt: Man kann die Anordnung aber auch in ähnlicher Form so einrichten, daß die Beschleunigungswicklung 5 in der Schließstellung des Schalters überbrückt wird. In diesem Fall darf man der Wicklung unbe- ^l°5 denklich eine hohe Windungszahl geben, wobei sich bei gleicher Stromstärke eine hohe Amperewindungszahl ergibt. Solange der Schalter geschlossen ist, werden so alle Verluste und jede Erwärmung der Beschleunigungswicklung 5 vermieden. Der Kurzschluß der Beschleunigungswicklung wird erst aufgehoben, wenn der Schalter öffnet. Die Beschleunigungswicklung liegt dann in Reihe mit dem Lichtbogen, wirkt dabei als hoher »15 Widerstand und erleichtert so die Löschung des Lichtbogens.

In den Abb. 10 bis 13 werden drei Beispiele einer solchen Anordnung gezeigt.

Die Ausführung gemäß der Abb. 10 entspricht der Abb. 4. Das an der Stromzuführung 9 liegende Wicklungsende 5 ist ferner

Claims

noch mit einem isolierten Kontakt 22 verbunden. Sobald der Schalter schließt, drückt der bewegliche Kontakt 4 den Kontakt 3 entgegen der Spannung einer Feder 23 zurück. Der Kontakt 4 legt sich im weiteren Verlauf seiner Bewegung gegen den Kontakt 22 und schließt dabei die Wicklung kurz. Beim Öffnen des Schalters nimmt der Kontakt wieder die Stellung nach der Zeichnung ein und hebt dabei den Kurzschluß der Wicklung 5 auf, die den Zylinder 1, der den Magnetkern bildet, mit Unterstützung einer nicht gezeichneten Spannfeder, die der Feder 6 in der Abb. 4 entspricht, nach links anzieht. Die Abb. 11 bringt eine einfache Abwandlung entsprechend der Abb. 10, wobei der bewegliche Kontakt 4 während des Schließens des Schalters durch die hohlen Kontakte 3 und 22 dringt und beide verbindet. Die Anordnungen nach den Abb. 12 (Schließstellung des Schalters) und 13 (Offenstellung des Schalters) entsprechen der Ausführung nach der Abb. 7. In der Schließ' stellung ruht das Kontaktstück 22 auf jenem Teil des zylindrischen Rohres 21, der einen großen Durchmesser besitzt. Beim Öffnen des Schalters bewegt sich der Kolben 2 mittels der Feder 6 nach links, der Kontakt 22 wird • vom Teil 24 abgenommen und der Kurzschluß der Wicklung 5 so aufgehoben. Patentansi'-köciie:

1. Elektrischer Hochspannungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch ein strömendes Löschmittel, vorzugsweise Druckgas, dessen Druck in einem von der Schalterbewegung gesteuerten Kolbenverdichter durch die Kraft einer Feder und eines vom Abschaltstrom durchflossenen Elektromagneten erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Feder und des Elektromagneten, daß die Druckerzeugung in der Hauptsache durch die Kraft der Feder eingeleitet und mit dem Nachlassen der Federspannkraft in steigendem Maße durch die Kraft des Elektro-• magneten fortgeführt wird.

2. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Elektromagneten derart in Reihe mit dem Schalter liegt, daß sie der Lichtbogenstrom beim Öffnen ganz oder teilweise durchfließt.

3. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetwicklung auf einen fest angeordneten Zylinder aufgebracht ist, dessen beweglicher Kolben (2) zugleich als Magnetkern wirkt.

4. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im feststehenden Zylinder gleitende Kolben (2) durch seine Führungsstange mit einem besonderen Magnetkern (13) verbunden ist, der von der Wicklung (5) beeinflußt wird.

5. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im feststehenden Zylinder gleitende Kolben (2) über einen weiteren Kraftspeicher (14) mit dem gesonderten und auf den Einfluß der Wicklung (5) ansprechenden Magnetkern (13) verbunden ist.

6. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) fest und der ganz oder teilweise als Magnetkern wirkende Zylinder (1) gegenüber der Wicklung (s) beweglich angeordnet ist.

7. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Zylinder . (1) mit einem Magnetkern (13) verbunden ist, der von der Wicklung (5) beeinflußt wird.

8. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch i, 2, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinder (1) und dem von der Wicklung (5) beein- go flußten Magnetkern (13) ein Kraftspeicher (14) eingeschaltet ist.

9. Elektrischer Hochspannungsschalter • nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) fest angeordnet und der unter dem Einfluß der Wicklung (5) und der Druckfeder (6) verschiebbare Kolben mit einem eine düsenförmige Ausströmöffnung bildenden Rohransatz (21) versehen ist, durch den das Druckgas über den im Rohransatz feststehenden Kontakt (4) ausströmt.

10. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Rohr- «05 ansatz (21) versehene Kolben (2) mit einem gesonderten Magnetkern (13) verbunden ist, der von der Wicklung (5) beeinflußt wird.

11. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, 2, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Rohransatz (21) versehene Kolben (2) über einen Kraftspeicher (14) mit dem von der Wicklung (5) beeinflußten Magnetkern verbunden ist.

12. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) fest und der Zylinder (1) unter dem Einfluß der Wick- »20 lung (5) verschiebbar angeordnet ist, wobei neben den beweglichen Hauptkontakten

(3 und 4) ein fester Hilfskontakt (22)
vorgesehen ist, der die Magnetwicklung in
der Einschaltstellung des Schalters kurzschließt.

13. Elektrischer Hochspannungsschalter
nach Anspruch 1, 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) fest
angeordnet und der mit einem Rohransatz
versehene Kolben (2) unter dem Einfluß
der Magnetwicklung verschiebbar ist, wo

bei zwei feststehende und mit dem Wicklungsende der Magnetwicklung (5) verbundene Kontaktstücke (22 bzw. 11) auf den verschiedenen Durchmessern (24 bzw. 21) des Rohransatzes schleifen und die Durchmesser des Rohransatzes derart abgestuft sind, daß nach Zurücklegen eines bestimmten. Schaltweges der Kurzschluß der Magnetwicklung (5) aufgehoben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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