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Elektrischer Stromunterbrecher mit Lichtbogenlöschung durch Gase oder
Dämpfe Es sind Schalter und Sicherungen bekannt, bei denen die Lichtbogenlöschung
durch Gase bzw. Dämpfe erfolgt, die durch die Lichtbogenwärme aus den Schaltraumwandungen
erzeugt werden. Die Schaltraumwandungen müssen zu diesem Zwecke aus geeigneten Isolierstoffen
bestehen. Die hierfür vorzugsweise in Betracht kommenden organischen Stoffe, wie
Hartgummi, Fiber oder synthetische Stoffe, z. B. chlorierte Kohlenwasserstoffe,
Plexigum und seine Verbindungen, haben jedoch den Nachteil, daß sich auf ihren Oberflächen
bei der Vergasung Rückstände von Ruß bilden und daß ihre Gase selbst Kohlenstoff
frei oder gebunden enthalten, der sich ebenfalls als Ruß an den Wandungen des Schaltraumes
absetzt. Da Ruß stark hygroskopisch ist, so wird hierdurch die Oberflächenisolation
der Schaltraumwandungen herabgesetzt, so daß insbesondere bei Überspannungen Überschläge
längs dieses Kriechweges auftreten. Besonders gefährlich können diese Überschläge
bei Schmelzsicherungen werden, die in der Regel keine freien Lufttrennstrecken aufweisen
und bei Rückzündung nicht zur Löschung stroxnschwacher Lichtbögen eingerichtet sind.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß im Innern
des den Schaltraum enthaltenden Isolierkörpers besondere, die Kriechwege unterbrechende
Isolierräume derart angeordnet sind, daß die in ihnen eingeschlossene Luft während
des Schaltvorganges nicht entweichen kann und dadurch bewirkt, daß die Oberfläche
der Isolierräume oder Teile davon (Schutzstrekken) von den Lichtbogengasen überhaupt
nicht oder nur in einem so geringen Maße getroffen werden, daß hierdurch ihre Oberflächenisolation
nicht wesentlich herabgesetzt wird.
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Durch die Einschaltung derartiger Schutzstrecken wird die Rußablagerung
längs der ganzen Kriechwege erschwert. Es wird daher die Entstehung von Kriechströmen
verhindert, die in der geschwächten Oberflächenisolation der gasabgebenden Schaltraumteile
sich zu Lichtbögen auswachsen könnten.
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Es sind bereits Funkenkamine mit feuerfester Innenschicht und isolierender
Außenschicht bekannt, bei denen zwecks Verstärkung der Isolierung die feuerfeste
Schicht durch Schlitze unterteilt wurde. Auch hat man für die Außenschicht einen
Isolierstoff verwendet, der sich unter dem Einfluß des Lichtbogens .in Schichten
ablöst. Abgesehen davon, daß hierbei eine Löschung durch Gase nicht vorgesehen ist
die Fernhaltung derartiger
Gase von den Isolierstrecken also keine
Bedeutung besitzt, so muß gerade der Lichtbogen mit der Isolierschicht in Berührung
kommen, um deren schichtweise Ablösung zu bewirken. Wesentlich anders liegen die
Verhältnisse beim Gegenstand der Erfindung, wo gerade die Fernhaltung der Gase und
des Lichtbogens von den Isolierteilen erstrebt wird.
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Für die Erfindung wesentlich ist auch eine derartige Anordnung der
Schutzstrecken, daß sie vor dem Einfluß der Lichtbogenwärme geschützt sind. Sie
«-erden also auch nicht zur Gasentwicklung benutzt. Die Schutzstrecken können deshalb
aus nicht gasabgebenden Stoffen, z. B. keramischen Stoffen, hergestellt sein, da
die Stoffwahl ohne Rücksicht auf das Verhalten in unmittelbarer Lichtbogennähe erfolgen
kann. Andererseits können sie auch aus demselben Material wie die gasabgebenden
Wandungen bestehen, wobei sie jedoch an der Gasentwicklung nicht teilnehmen.
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Es istvorteilhaft; dietaschenartigen Schutzräume geschlossen auszuführen.
Die Schaltgase können in diese Räume nur über kurze Strecken eindringen, da die
darin enthaltene Luft nicht entweichen' kann und komprimiert wird, wobei sie die
Wandungen vor den rußabscheidenden Schaltgasen schützt. Die öffnungen in diese Räume
werden nur so breit gemacht, wie dies für eine Verhinderung des Durchschlages der
Luft an dieser Stelle über die berußten gasabgebenden Isolierstrecken erforderlich
ist. In dem Teil der Schutzräume, in dem die Luft komprimiert wird, ist es vorteilhaft,
durch Ouerrillen den Überschlagsweg zu vergrößern. Die Oberflächenisolation der
Schutzstrecken soll etwa den gleichen Wert haben wie.die der Luftstrecken an den
Ringspalten, die zu den Schutzräumen führen. Die Eindringtiefe hängt ab von dem
höchsten Druck, auf den die Luft in den Schutzräumen verdichtet wird, von dem Volumen
der Luft vor der Kompression und von der geometrischen Form des Restvolumens. Es
ist vorteilhaft, die Tasche am Ende besonders eng zu machen, damit beim gegebenen
Volumen der Schutzluft eine möglichst große Isolierhöhe erreicht wird.
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Bei vielen Anordnungen gemäß der Erfindung findet an den Oberflächen
der Schutzstrecken keine schnelle Gasbewegung, die eine glatte Oberfläche erforderlich
machen würde, statt. In solchen Fällen kann die Isolierfähigkeit der Oberfläche
durch Anbringung von Rillen, Vorsprüngen u. dgl. durch Vergrößerung der Kriechwege
längs der Schutzstrekken erhöht werden.
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Es ist.darauf zu achten, daß innerhalb dieser Schutzräume keine Wasserabscheidung
infolge Kondensation eintritt, da dadurch die Isolierfähigkeit der Schutzstrecken
herabgesetzt werden kann. Bei Sicherungen kann ein gasdichter Abschluß des Schaltraumes
vorgesehen werden. Vorteilhafterweise wird eine Durchlüftung des Schaltraumes und
der Schutzräume vorgesehen. Dazu können Öffnungen angebracht sein, die sich evtl.
beim Auftreten eines inneren Überdruckes schließen. Ein weiterer Weg zur Verhinderung
der Verrußung der Schutzstrecken liegt in der Ausnutzung der Trägheit des strömenden
Löschgases. Die ringförmigen Unterbrechungen der gasabgebenden Isolierstrecken werden
kegelmantelartig ausgebildet und so gelegt, daß sie in gleicher Richtung geneigt
sind wie die Gasströmung. Damit das Gas eindringen könnte, müßte. es seine Bewegungsrichtung
fast umkehren. Es kann hierdurch erreicht werden, daß überhaupt keine Löschgase
in die Schutzräume eindringen. Die Anordnung wirkt um so besser, je höher die Geschwindigkeit
des Schaltgases ist. Es ist deshalb vorteilhaft, die Schutzstrecke möglichst nahe
den Enden des Schaltraumes anzuordnen. Soll die Gasströmung die Luft injektorartig
aus den Schutzräumen saugen, so ist es vorteilhaft, die Schutzräume am entgegengesetzten
Ende mit der Außenluft in Verbindung zu bringen, damit darin keine Luftverdünnung
erfolgt, durch die nach der Abschaltung Restgase aus dem Schaltraume nachgesaugt
werden können.
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Diese injektorartigen Anordnungen werden vorteilhaft an Orten höchster
Gasgeschwindigkeit, also am Gasaustritt aus dem Schaltraume, angeordnet.
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Ein weiterer Weg zur Schaffung unberußter Schutzstrecken besteht erfindungsgemäß
darin, daß die Schutzstrecke selbst bzw. die Eintrittsöffnung zum Schutzraume durch
ein Isolier- oder Metallstück abgedeckt wird, das beim Abschaltvorgang berußt wird.
Das Abdeckstück wird infolge des Abschaltvorganges fortbewegt, wobei es die Schutzstrecke
bzw. die öffnung des Schutzraumes freigibt. Die Bewegung des Abdeckstücks kann bei
Sicherungen durch eine Feder erfolgen, die durch den Schmelzdraht gespannt wird,
oder durch den Gasdruck in dem Schaltraume. Seine Bewegung wird vorteilhafterweise
mit einem Abschaltkennzeichen gekuppelt.
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Bei Schaltern kann die Bewegung des Abdeckstücks mit der Schaltbewegung
gekuppelt werden. Sie kann auch durch Federn, die beim Einschalten gespannt werden,
oder auch durch den Druck des Schaltgases erfolgen.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann durch Entlastung der gasabgebenden
Oberflächen vom elektrischen Feld verbessert werden. Dadurch wird erreicht, daß
durch Verrußung dieser Oberflächen keine wesentliehe
Änderung der
Feldverteilung auftritt, vielm,ehr das elektrische Feld hauptsächlich von den Schutzstrecken
aufgenommen wird, so daß der Löschvorgang von der Verrußung hinsichtlich Feldausbildung
unabhängig wird.
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Durch die Anordnung der Schützstrecken wird es auch ermöglicht, eine
in Reihe mit dem Stromunterbrecher liegende Lufttrennstrecke kürzer zu bemessen.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung umfaßt alle Stromunterbrecher,
wie Schalter, Sicherungen, Selbstschalter, Funkenstrecken usw., die zur Löschung
des Lichtbogens strömende Gase bzw. Dämpfe verwenden, die aus ihren Wandungen entwickelt
werden. Es ergeben sich entsprechend den Konstruktionseigenarten verschiedener Apparate
verschiedene Arten der Anordnung der Schutzstrecken.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt als Beispiel einen Leistungstrennschalter, der als einfacher
Löschröhrenschalter ausgebildet ist. Der Schaltstift i, dessen Gegenkontakt mit
2 bezeichnet ist, wird aus der Schaltröhre 8, die aus einem gasabgebenden Stoff
hergestellt ist, herausgezogen. Bei Verwendung eines organischen Materials, z. B.
Hartgummi, wird die Oberfläche der Röhre 8- sich mit Ruß beschlagen, stellt also
eine leitende Schicht dar. Die Isolierung erfolgt dann an der Lufttrennstrecke io,
deren Durchschlagfestigkeit als Spitzenfunkenstrecke bei 5 kV/cm liegt. Sie wird
unterstützt durch die Luftstrecke 5, an der infolge der feldsteuernden Einlage 7,
die gegenüber der Abbrennelektrode angeordnet ist, die Durchschlagfestigkeit etwa
i5 kV/cm beträgt. Die L4ngenvergrößerung der Schaltröhre durch die Schutzstrecke
ermöglicht eine etwa dreifache Verringerung der Lufttrennstrecke. Die Schutzstrecke
6 ist in den angenähert feldfreien Raum i i gelegt und kann mit Querrillen versehen
werden, um den Kriechweg zu vergrößern. Der Raum i i besitzt einen möglichst geringen
Querschnitt (etwa 2 .... 5 mm), damit die aus dem Vorraum 12 in ihm komprimierte
Luft die Schutzstrecke auf eine möglichst große Höhe vor @'erruBung schützt.
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Längs der Schaltröhre 8 kaän ein Metallbelag vorgesehen werden, durch
den die Röhre elektrostatisch entlastet wird. Dadurch wird erreicht, daß durch Verrußung
keine wesentliche Feldänderung auftritt. Besondere Vorteile bietet die Anwendung
der Erfindung bei Schaltern ohne freie Lufttrennstrecke,wobei dann diese durch Schutzstrecken
in bezug auf Isolation vollwertig ersetzt wird. Diese Schalter arbeiten vorzugsweise
als Leistungsschalter. Die Unterbrechungsstellen können im Innern des Schaltraumes
angeordn -et werden. Sie können aber auch an die Stelle der Lufttrennstrecke treten.
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Abb. 2 zeigt als Beispiel einen Schalter mit bewegter Kammer und deren
Verengung durch ein Füllstück 13. Bei einer Anordnung mit bewegter Kammer ist es
besonders günstig, die Luftstrecke 5 außerhalb der Kammer an der Stelle der Lufttrennstrecke
anzuordnen. Im Ausführungsbeispiel wird eine Verschmutzung der Schutzstrecke durch
die Injektorwirkung verhindert. Die Schaltgase, die der Schaltröhre entströmen,
reißen die Luft aus dem nach unten mit Öffnungen versehenen Schutzraum i i mit,
so daß die Isolierwandungen 6 unberußt bleiben.
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Um die Wirksamkeit der Injektorwirkung zu erhöhen und die Gase zu
richten, ist eine Isolierdüse 15 in den Strömungsweg eingeschaltet. Der Löschvorgang
eines derartigen Schalters wird wesentlich beeinflußt durch den Abstand der Schaltstift-
und der Füllstiftspitze und durch die Schaltröhrenlänge.
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Die Schutzstrecke 6 dient hierbei -vorzugsweise als Tragisolator.
Der Isolator kann keramisch sein oder auch aus Hartpapier bestehen, evtl. mit keramischer
oder Glasauskleidung: Es ist vorteilhaft, den Schutzisolator innen mit Rillen zu
versehen, um seine Kriechfestigkeit zu steigern, Die Schaltgase strömen zusammen
mit der mitgerissenen Luft durch einen Kühler 44. in dem Gasrohr 4.5, das im oberen
Teil aus Metall bestehen kann.
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In Abb.3 ist ein gleichartig wirkender Schalter wie in Ab b.2 dargestellt,
bei dem jedoch die Schutzstrecke 6 durch den beweglichen Becherisolator 16 abgedeckt
wird. Im Einschaltzustand wird der Becherisolator durch die Feder 17 über
den Schutzisolator geschoben. Beim Ausschaltvorgang nimmt die nach unten bewegte
Schaltröhre 8, 2, nachdem die Gase bei Großstromlöschungen abgeströmt sind,-den
Becherisolator mit und legt die unberußte Isolierstrecke 6 frei. Da beim Ausschalten
die Luft im Innern des Becherisolators komprimiert wird, so erfolgt seine Mitnahme
beim Ausschalten nicht schlagartig, sondern allmählich. Auch hier ist es vorteilhaft,
den Schutzisolator mit Rillen u. dgl. zu versehen.
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Die gleichen Vorteile bringt die Erfindung bei. Hochspannungssicherungen,
die vorzugsweise als sogenannte Bussicherungen arbeiten. Gerade bei Sicherungen
wird in der Regel auf eine Lufttrennstrecke verzichtet. Infolge der einmaligen Abschaltung,
die die Sicherung auszuführen braucht, ist die Verrußung geringer; es tritt allerdings
ein gewisser Metallniederschlag durch die Verdampfung des Schmelzleiters hinzu.
Bei Sicherungen
können deshalb die Schutzstrecken und Schutzräume
kleiner und einfacher ausgebildet «'erden. Ferner können die Isolatoren der Schutzstrecken
als mechanischer Schutz und als Tragkörper ausgebildet sein. Dies kann insbesondere
dann erfolgen, wenn gasabgebende Wandungen aus Isolierstoffen geringer mechanischer
Festigkeit bestehen, z. B. bei ihrer Herstellung aus gepreßten oder gesinterten
Salzen oder festete Säuren. Wird der nicht vergasende Stoff als Tragkörper verwandt,
so können gasabgebende Wandungen als auswechselbare Einsätze ausgeführt «-erden.
Es kann durch Auswechselung der Einsätze und des Schmelzleiters derselbe Sicherungskörper
für verschiedene Stromstärken dienen.
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Die Abb. d. und _# zeigen Schmelzsicherungen mit Luftstrecken 5, die
zu möglichst tiefen Schutzräumen führen, an deren vorzugsweise verengten Enden die
Schutzstrecken fußfrei bleiben.
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In Abb._@ besteht die eigentliche Schaltröhre aus zwei Hälften 2,#
und 26. Der Sicherungskörper 18 kann aus nicht gasabgebenden Stoffen, z. B. aus
Porzellan oder anderen keramischen Stoffen oder aus Hartpapier bestehen. Er trägt
an seinen Enden die Armaturen i9 und 2o, die als Stromanschlüsse dienen. Die Schaltröhrenhälften
werden auswechselbar an den Armaturen befestigt. Sie können an ihren Enden durch
kraftschlüssig eingesetzte Pfropfen 21, an denen der Schmelzleiter 22 befestigt
wird. verschlossen werden. Die Stromzuführung 23 zum Pfropfen kann biegsam ausgebildet
sein, tim den beim Abschalten herausgeschleuderten Pfropfen am Wegfliegen zu hindern.
Der Stromdurchgang durch den Pfropfen kann federnd ausgebildet sein, tim den Schmelzleiter
zu spannen. Der herausgeflogene Pfropfen dient gleichzeitig als Abschmelzkennzeichen.
Der Schutzraum i i erstreckt sich in dem äußeren druckfesten Tragrohr 18 nach beiden
Seiten. Die eigentlichen Schutzstrekken 6 befinden sich in der Nähe der Elektroden
19 und 2o. Die eingesetzten Rollre 25 und 26 können keglig o. dgl. ausgebildet sein,
um den Luftraum an den Schutzstrecken zti verengen.
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Die Abb. 5 zeigt eine ähnliche Konstruktion, jedoch sind die Luftstrecken
5 in die Nähe der Armaturen i9 und 20 gelegt. Das gasabgebende Rohr 8 ist einteilig
und ist an einem Bund 27 in der Mitte des Tragrohrs 18 befestigt. Dieser Bund kann
auch aus Metall bestehen tmd das Tragrohr zweiteilig ausgeführt sein. Die Öffnungen
5 werden etwas in Richtung der Gasströmung geneigt ausgeführt, wodurch eine leichte
Injektorwirkung erzielt wird und die Schätzstrecken 6 besonders gut vor @'crrul.';ung
bewahrt werden.
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Bei derartigen Anordnungen ist darauf zu achten, daß durch Kondenswasserbildung
die Oberflächenisolierung herabgesetzt wird. Es ist deshalb vorteilhaft, Durchlüftur_gsöffnungen
vorzusehen. Diese können in einfacher Weise durch Blattfedern o. dgl. beim Auftreten
eines gewissen geringen Überdrucks von innen abgeschlossen werden. .Tuch am Bund
können Öffnungen vorhanden sein, die beide Schutzräume zwecks Entlüftung verbinden.
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Es kann auch ähnlich Abb. 2 die Injektor-,virkung voll zur Reinhaltung
der Schutzstrecken ausgenutzt werden. In Abb.6 tritt an Stelle eines Schutzraumes
eine Frischhiftzuführung 30. Zu diesem Zwecke dient ein Düsenkörper 31. Die Mitnahme
der Luft durch (las Schaltgas erfolgt an der Luftstrecke 5. bevor es durch die Diese
32 hindurchtritt.
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In Abb. 7 ist die Abdeckung der Schlitzstrecke 6 durch einen bewegten
Schaltröhrenteil 36 dargestellt. Der Teil 36 spannt unter dein Druck einer
verhältnismäßig schwachen Feder 37 den Schmelzleiter, der an ihm in beschriebener
Weise befestigt ist. Beim Abschalten bewegt er sich mit einer gewissen Verzögerung
gegenüber dem Blasvorgang. Die Schatzstrecke 6 wird also erst frei gemacht, nachdem
die Blasung @;orüber ist und keine Verrußungsgefalir besteht. Der Schutzstreckenisolator
kann mit dem Halterohr vereinigt oder in das Halterohr eingesetzt sein. Es ist auch
möglich, Schutzräume abzudekken, dann genügt ein geringerer Hub des Abdeckteils
zur Erzielung gleicher Schutzisolation.