DE690130C - Schalter mit Lichtbogenloeschung durch stroemende oder expandierende Gase oder Daempfe - Google Patents

Description

• Schalter mit Lichtbogenlöschung durch strömende oder expandierende Gase oder Dämpfe Die Erfindung betrifft Schalter mit Lichtbogenlöschung durch strömende oder expandierende Gase oder Dämpfe. Die zur Lichtbogenlöschung benutzten Gase oder Dämpfe, die der Unterbrechungsstrecke unter hohem Druck zugeführt werden, läßt man gewöhnlich ins Freie austreten, da im Gegensatz zu den Flüssigkeiten, . die, sich infolge ihrer Schwere von selbst sammeln, so daß sie zum Löschen wieder verwendet werden können, die Gase und Dämpfe das Bestreben haben, auseinander zu strömen und sich mit der umgebenden Luft zu vermischen. Zudem sind die praktisch bisher gewöhnlich zur Verwendung gelangenden Gase von vornherein billig oder ihre Löscheigenschaften werden durch den Lichtbogen derart verändert, daß sie ihren Wert verlieren. Der Verlust der verbrauchten Gase bedeutet daher keine Einbuße.
• Es ist ferner bekannt, die oft unerwünschte Vermischung der verbrauchten Gase oder Dämpfe mit der Umgebungsluft dadurch zu verhindern, daß man sie in einem am Schalter angebauten, unter Niederdruck stehenden Gefäß sammelt. Auch ihre erneute Verwendung für Schaltzwecke nach Entnahme aus dem .Niederdruckbehälter und nach stattgefundener Verdichtung ist bekannt: Üblicherweise wird dazu das entspannte Gas in einer zentralen Anlage, nötigenfalls nach vorangegangener Reinigung, auf Stahlflaschen gefüllt, die dann als Hochdruckbehälter an die zu den Schaltern führenden Druckleitungen angeschlossen werden können. Eine Stahlflasche enthält genügend Gas für eine große Anzahl von Schaltungen, die Flaschen müssen jedoch überwacht und rechtzeitig ausgewechselt werden, da sonst die Gefahr besteht, daß gerade dann der Vorrat erschöpft ist, wenn er dringend gebraucht wird.
• Dieser Nachteil wird nach der Erfindung dadurch vermieden, daß das benutzte Löschmittel unter Druckerhöhung in den Hochdruckbehälter zurückgeleitet wird. Das Löschmittel bewegt sich also innerhalb der Schalteranlage nach .der Erfindung im Kreislauf.
• Da infolgedessen ein merkbarer Verlust an Löschmitteln auch bei häufigem Schalten und in längerer Zeit nicht eintritt, ist es möglich und wirtschaftlich, ein Löschmittel zu verwenden, dessen Löscheigenschaft durch den Lichtbogen im wesentlichen nicht verändert wird. Das hat den Vorteil, daß besondere Einrichtungen zur Wiederaufbereitung der verbrauchten Gase bzw. Dämpfe nicht erforderlich sind. Ein Dampf, der sich wiederholt zum Löschen des Lichtbogens verwenden läßt, ist z. B. Ouecksilberdampf. Gase, die sich im vorliegenden Fall infolge großer Wärmeleitfähigkeit und großen Diffusionsvermögens besonders gut zur Lichtbogenlöschung eignen, sind z. B. die Edelgase Helium, Neon, Argon usw. sowie Wasserstoff und andere Gase, die chemische Grundelemente sind. Es kön A "' auch Gemische dieser Gase verwendet werde Bei Mischung von Wasserstoff mit eine anderen Gas wird der Wasserstoff in vorterK hafter Weise unbrennbar -gemacht. Ferner kommt die Erfindung auch bei Schaltern in Betracht, welche auch mit anderen Gasen mit reichem Wasserstoffgehalt arbeiten, z. B. mit Leuchtgas, Methan usw.
• Die verfügungsbereite Gas- oder Dampfmenge braucht nur für wenige Löschungen auszureichen. Daraus ergibt -sich der weitere Vorteil, daß die Behälter verhältnismäßig klein sein können und somit der Schalter kleine Gesamtabmessungen erhält.
• Erfindungsgemäß bilden Hochdruckbehälter, Unterbrechungseinrichtung und Niederdruckbehälter eine bauliche Einheit.
• Nach der weiteren Erfindung ist die Unterbrechungsstrecke zwischen dem Niederdruckbehälter und dem Hochdruckbehälter in einem Schaltrohr angeordnet.
• Die Strömungsverluste beim Ausschalten können dadurch klein gehalten werden, daß nach der weiteren Erfindung der Strömungsweg für das Löschmittel von der Eintrittsstelle in die Schaltsäule über die Unterbrechungsstelle bis in den Niederdruckbehälter im wesentlichen geradlinig gemacht wird.
• Das beim Ausschalten die Unterbrechungsstrecke durchströmende und sich dabei entspannende gas- oder dampfförmige Löschmittel löscht den Lichtbogen aus. Die Kontakte des Schalters werden besonders zweckmäßig als Hohl- oder Düsenkontakte ausgebildet, durch die das Löschmittel hindurchströmt. Um eine wirksame Löschung des Lichtbogens zu erzielen, wird durch entsprechende Bemessung des Hochdruckbehälters und des Niederdruckbehälters dafür gesorgt, daß das Verhältnis der Drücke in den beiden Behältern oberhalb des kritischen Druckverhältnisses (etwa 1,9 : i) liegt, bei welchem die Strömungsgeschwindigkeit die Größe der Schallgeschwindigkeit erreicht. Das Arbeiten des Kompressors, der das Gas oder den Dampf wieder aus dem Niederdruckbehälter in den Hochdruckbehälter zurückpumpt, geschieht selbsttätig mit Hilfe eines Druckregelschalters, der bei Abnahme des Druckunterschiedes zwischen Hochdruck- und Niederdruckbehälter anspricht und den Antriebsmotor des Kompressors einschaltet.
• Von besonderer Wichtigkeit ist es, daß alle Teile des Schalters gasdicht gegen den Außenraum abgeschlossen sind. Um den gasdichten Abschluß des Schalters nicht zu gefährden, wird erfindungsgemäß der Kompressor mit seinem Antriebsmotor in den Niederdruckbehälter oder einen mit diesem in Verbindung stehenden gegen außen abgeschlossenen Raum eingebaut. Um das auch bei gutem, gasdichten Abschluß allmähliche Eindringen der Luft zu verhindern, ist nach der Erfindung der Druck ihn Niederdruckbehälter des Schalters und im Schaltrohr größer als der Luftdruck im Außenraum. Undichte Stellen des Schalters werden dem Bedienenden durch einen Riechstoff angezeigt, der dem Gas oder dem Dampf zugesetzt wird.
• Um den durch Undichtigkeiten verlorengehenden Teil der eingeschlossenen Gas- oder Dampfmenge zu ersetzen, ist eine Nachfüllvorrichtung erfindungsgemäß an den Niederdruckbehälter angeschlossen, die in Abhängigkeit vom Druck im Niederdruckbehälter selbsttätig arbeitet. Wird der Schalter mit Wasserstoff betrieben, so kann die Nachfüllvorrichtung ein Kipp'scher Apparat oder ein elektrolytischer Apparat sein, der, wie der erstgenannte Apparat, bei Abnahme des Druckes Wasserstoff entwickelt. Die Erzeugung und Zuleitung des Wasserstoffes von der Nachfüllvorrichtung in den Niederdruckbehälter hört auf, wenn der Anfangsdruck im Niederdruckbehälter wieder erreicht ist. Man kann den Wasserstoff zum Nachfüllen aber auch aus einer mit Wasserstoff gefüllten Flasche entnehmen, die über ein auf konstanten Druck regelndes Mindestdruckventil an den Niederdruckbehälter angeschlossen ist.
• In den Fig. z und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt.
• In Fig. 1 ist der Niederdruckbehälter mit io und der Hochdruckbehälter mit i 1 bezeichnet. Die beiden Behälter sind mittels Isolatoren i2 und 13 an einem Sockel 14 befestigt. Mit dem Hochdruckzylinder i i ist ein Rohr_ 15 und mit dem Niederdruckzylinder 1o ein Rohr 16 verbunden. Zwischen den Rohren 15 und 16 ist ein die Unterbrechungsstrecke des Schalters umgebendes, aus Isoliermaterial bestehendes Schaltrohr 17 auswechselbar angeordnet. Im Rohr 15 ist ein als Hohlkontakt ausgebildetes festes Schaltstück 18 eingesetzt. Im Rohr 16 befindet sich ein Kolben i9, an dem das schaltstiftförmige bewegliche Schaltstück 2o befestigt ist. Der Teil des Rohres 16, der sich in den Niederdruckbehälter io hineinerstreckt, besitzt seitliche Öffnungen:2i, 22. Unten ist das Rohr 16 durch einen Deckel 23 abgeschlossen. Auf dem Rohr 16 ist zwischen seinem Befestigungsflansch und dem Behälter 1o eine Einschaltspule 24 aufgeschoben. 25 ist eine Ausschaltspule, die sich im Niederdruckbehälter am unteren Ende des Rohres 16 befindet.
• Im Niederdruckbehälter 1o ist ein Kompressor 26 mit seinem Antriebsmotor 27 angeordnet. Der Kompressor saugt aus dem Niederdruckbehälter an. Mit dem Hochdruckbehälter i i ist der Kompressor durch eine Leitung 28 verbunden, die zum Teil aus den Hohlisolatoren 12 und 13 gebildet wird.
• Beim Ausschalten wird das im Rohr 15 liegende Ventil 29- geöffnet, das den Hochdruckbehälter gegen den Niederdruckbehälter abschließt.
• Gleichzeitig wird beim öffnen des Ventils 29- der Stromkreis der Ausschaltspule 25 geschlossen, so d,aß der Kolben i9 .des Schaltstiftes 2o abwärts bewegt wird, bis er auf den Deckel 23 des Rohres i9 trifft. Dabei wird der Schaltstift 2o, aast dem hohlen Schaltstück 18 herausgezogen.- Durch das hohle Schaltstück strömt das Gas oder der Dampf in das Schaltrohr 17 ein und, sobald der Kolben i9 die seitlichen öffnungen 21 und 22 des Rohres 16 freigegeben hat, aus dem Rohr 16 in den Niederdruckbehälter. Dabei entspannt sich das Löschmittel und löscht den beim Trennen der Schaltstücke gezogenen Lichtbogen aus. Bei richtiger Wahl der Verhältnisse werden die Lichtbögen kleiner Ströme bis zur Größenordnung des Nennstromes schon gelöscht, ehe der Kolben i9 die seitlichen Öffnungen des Rohres 16 zum- Hineinströmen des Löschmittels aus dem Schaltrohr in den Niederdruckbehälter freigibt. Für die Löschung kleiner Lichtbögen ist dann nämlich die Strömung des Löschmittels im Schaltrohr ausreichend, die bei der Raumvergrößerung im Schaltrohr durch den sich bewegenden Kolben stattfindet, und es werden keine überspannungen erzeugt, da die Stärke der Strömung im richtigen Verhältnis- zu der Stärke des zu löschenden Lichtbogens steht.
• Bei Abnahme des Druckunterschiedes zwischen dem Hochdruckbehälter i i und -dem Niederdruckbehälter io spricht ein nicht besonders dargestellter Druckregelschalter an, der den Antriebsmotor 27 des Kompressors 26 einschaltet. Der Kompressor pumpt das Gas oder den Dampf durch das Rohr 28 in den Hochdruckbehälter i i zurück, der durch das Ventil29 wieder gegen das Schaltrohr und den Niederdruckbehälter abgeschlossen ist. Beim Einschalten wird die Einschaltspule 24 erregt und bewegt den Betätigungskolben i9 aufwärts, wobei der Schaltstift 2o wieder in das hohle Schaltstück 18 hineingeschoben wird.
• In Fig. 2 ist der Hochdruckbehälter ii in den Niederdruckbehälter io eingebaut, so daß der Hochdruckbehälter besonders geschützt .ist. Das am Hochdruckbehälter befindliche Rohr 15 ist durch die Wand des Niederdruckbehälters io hindurchgeführt. Das Rohr 15 trägt einen Hohlisolator 3o, auf dem ein Kniestück 31 befestigt ist. 32 ist ein am Niederdruckbehälter io angesetzter Hohlisolator, auf dem ein Kniestück 33 befestigt ist. Zwischen den Kniestücken ist das aus Isolieimaterial bestehende Schaltrohr 17 angeordnet; 'das die Unterbrechungsstrecke des Schalters -'umgibt. Das hohle, feste Schaltstück 18 befindet sich im Kniestück 33. Das Kniestück 3 i bildet einen Zylinder 34 für den Betätigungskolben i9 des Schaltstiftes 2o. 24 ist die Einschaltspule.
• Beim Ausschalten wird das im Rohr 15 angeordnete Ventil 29. geöffnet. Das gespannte Löschmittel tritt dann aus dem Hochdruckbehälter i i in das Schaltrohr 17 ein und drückt den Betätigungskolben i9 des Schaltstiftee 2o nach links bis an das Ende des Zylinders 34. Dabei wird der Schaltstift 2o aus dem hohlen, festen Schaltstück 18 herausgezogen, das Gas oder der Dämpf strömt dann bei gleichzeitiger Entspannung durch das hohle Schaltstück 18, löscht den Lichtbogen aus und gelangt durch -das weite Kniestück 33 und den weiten Isolator 32 in den Niederdruckbehälter io.
• Am Niederdruckbehälter ist ein Dom 35 angeordnet, in dem der Kompressor 26 und sein Antriebsmotor 27 eingebaut sind. Vom Kompressor 26 führt die Druckleitung 28 in den Hochdruckbehälter i i, deren Ende, wie auch in Fig. i, durch ein Rückschlagv entil 36 abgeschlossen ist. Das Einschalten geschieht, wie in Fig. i, dadurch, daß die Einschaltspule 24 erregt wird und den Kolben i9 bis zu einem Anschlag 37 nach rechts bewegt. Dabei wird .der Schaltstift 20 in den Hohlkontakt 18 hineingeschoben.

Claims (7)

1. PATEIITTANSPRTICHE: i. Schalter mit Lichtbogenlöschung durch strömende oder expandierende Gase oder Dämpfe, welche der Unterbrechungsstrecke unter erhöhtem Druck aus einem Hochdruckbehälter zugeführt und in einen Niederdruckbehälter abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das benutzte Löschmittel unter Druckerhöhung in den Hochdruckbehälter wieder zurückgeleitet wird.
2. 2. Schalter mit Lichtbogenlö'schung durch strömende oder expandierende Gase oder Dämpfe, welche der Unterbrechungsstrecke unter erhöhtem Druck aus einem Hochdruckbehälter zugeführt und in einen angebauten Niederdruckbehälter abgeleitet werden, insbesondere nach Anspruch i, dadurch.gekennzeichnet, daß Hochdruckvorratsbehälter; Unterbrechungseinrichtung und Niederdruckbehälter eine bauliche Einheit bilden.
3. 3. Schalter nach Anspruch i, gekennzeichnet durch -Verwendung eines Löschmittels, dessen Löscheigenschaft durch den Lichtbogen im wesentlichen nicht verändert wird.
4. 4. Schalter nach Anspruch i bzw. z, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungsstrecke zwischen dem Niederdruckbehälter und dem Hochdruckbehälter in einem Schaltrohr angeordnet ist.
5. 5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg für das Lösehmittel von der Eintrittsstelle in die Schaltsäule über die Unterbrechungsstelle bis in den Niederdruckbehälter im wesentlichen geradlinig ist.
6. 6. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der.Druck im Hochdruckbehälter so hoch gewählt und der Niederdruckbehälter so groß bemessen ist, daß das Verhältnis der Drücke im Hochdruekbehälter und im Niederdruekbehälter während des ganzen Löschvorganges oberhalb des kritischen Druckverhältnisses liegt.
7. 7. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Niederdruckteil des Sclialters (Nie.derdruckbehälter, Schaltrohr) ständig größer 'ist als der Luftdruck im Außenraum. B. Schalter nach Anspruchi mit einer Nächfüllvorrichtung des Löschmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachfüllvorrichtung mit dem Niederdruckbehälter in Verbindung steht und in Abhängigkeit vom Druck im Niederdruckbehälter selbsttätig arbeitet. 9. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas oder Dampf ein Riechstoff: zugesetzt ist. to. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompressor mit seinem Antriebsmotor in den Niederdruckbehälter oder in einen mit diesem in Verbindung stehenden, gegen außen abgeschlossenen Raum eingebaut ist. i i. Schalter nach Anspruch to, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor des Kompressors durch einen Druckregelschalter eingeschaltet wird, der bei Abnahme des Druckunterschiedes zwischen Hochdruck- und Niederdruckbehälter anspricht. 12. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckbehälter im Niederdruckbehälter angeordnet ist und das Schaltrohr mit jedem Behälter über einen Hohlisolator verbunden ist. 13. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckbehälter und der Niederdruckbehälter auf Isolatoren angeordnet sind. 14. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatoren hohl sind und Teile der vom Niederdruckbehälter zum Hochdruckbehälter führenden Druckleitung bilden.