-
Druckgasschalter Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter, dessen
Gasdruck zur Erzeugung einer Löschmittelströmung durch die Lichtbogenwärme selbst
in einer allseitig geschlossenen Schaltkammer erzeugt wird. Tritt bei einem derartigen
Schalter während der Stromunterbrechung keine zusätzliche Dampf- oder Gasbildung
auf, so ist die erzielbare Abschaltleistung, bei der noch Löschung des Lichtbogens
erfolgt, sehr klein.
-
Um die Leistungsfähigkeit eines solchen Druckgasschalters zu steigern,
wurde empfohlen, bei Beibehaltung der Unterbrechungsstelle des Schalters in Gas
in der Umgebung des Lichtbogens flüssigkeitsgetränkte Körper vorzusehen, mit deren
Hilfe eine zusätzliche Drucksteigerung hervorgerufen werden kann. Das Material dieser
schwammartigen Körper, die sich durch Kapillarwirkung mit Flüssigkeit füllen müssen,
stellt für einen Raum mit den hohen Lichtbogentemperaturen einen sehr unzuverlässigen
Stoff dar. Ein anderer Vorschlag geht dahin, den Lichtbogen in einem drucklosen
Raum brennen zu lassen, der mit der Außenluft in ständig freier Verbindung steht,
und im Gasraum einen engen Löschkanal anzuordnen, durch den der Lichtbogen hindurchgezogen
wird. Hierbei wird während des Bestehens des Lichtbogens mit Hilfe von Fremdgas
Flüssigkeit in den Löschkanal gepreßt. Die Löschflüssigkeit ist in der Druckgaszuführungsleitung
in einer solchen Menge enthalten, daß sie unter der Wirkung des fremden Druckgases
während des Unterbrechungsvorganges vollständig in den Löschkanal hineingetrieben
wird. Dieser Ausführungsvorschlag betrifft aber einen Flüssigkeitsströmungsschalter,
der von dem einfachen Aufbau eines Druckgasschalters, dessen Druckgas zur Erzeugung
einer gasförmigen Löschmittelströmung allein durch die Lichtbogenwärme erzeugt wird,
beträchtlich abweicht. Auch die geforderte Arbeitsweise ist kaum sicherzustellen.
Die
Strömungsgeschwindigkeit über den Lichtbogen hinweg hängt von vielen Faktoren ab.
Läßt man schon die Stiftgeschwindigkeit im Löschkanal sowie die Form und Weite der
verschiedenen Strömungsquerschnitte außer Betracht, so hängt die Strörnungsgeschwindigkeit
außer von dem Druck des Fremdgases in erheblichem Maße von dem Gegendruck im Löschkanal
ab. Dieser ist aber je nach der Kurzschlußstromstärke verschieden groß, so daß auch
die Stauung der Flüssigkeitsströmung eine nicht im voraus bestimmbare Größe darstellt.
-
Auch sind Schalter bekannt, bei denen bereits Einrichtungen vorgesehen
sind, mit deren Hilfe für jeden Unterbrechungsvorgang Flüssigkeit in die Umgebung
der Kontakte gebracht wird. Diese bekannten Schalter sind jedoch Expansionsschalter,
deren Kontakte unter Flüssigkeit getrennt werden.
-
Durch die Erfindung soll im Gegensatz zu diesen bekannten Vorschlägen
die Leistungsfähigkeit eines trockenen Druckgasschalters in der einfachen Ausführung
mit Gasdruckerzeugung durch die Lichtbogenwärme selbst und zusätzlich aus Flüssigkeit
gesteigert werden, ohne daß die Wirkungsweise dieser einfachen Druckgasschaltergattung
verlassen wird.
-
Zu diesem Zweck ist bei einem Druckgasschalter, dessen Kontakte in
einer allseitig geschlossenen Löschkammer@aangeordnet sind, deren Ausströmquerschnitt
durch den beweglichen Kontaktstift geöffnet wird und dessen Gasdruck zur Erzeugung
der Löschmittelströmung durch die Lichtbogenwärme selbst und zusätzlich aus Flüssigkeit
erzeugt wird, wobei der zur Dampferzeugung dienende Flüssigkeitsvorrat der Kammer
jeweils für jeden Abschaltvorgang zugeführt wird, erfindungsgemäß innerhalb der
Löschkammer ein den Schaltstift umgebender und als Verdampfungsraum dienender Flüssigkeitsvorratsbehälter
vorgesehen, dessen unteres Ende durch den Schaltstift im eingeschalteten Zustande
des Schalters verschlossen gehalten wird und dessen oberes Ende zwecks Vermeidung
einer Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsvorratsbehälter und dem übrigen Löschkammerraum
einen großen Übergangsquerschnitt aufweist, wobei das Auffüllen des Vorratsbehälters
mit Löschflüssigkeit unter Verwendung von bekannten Fördermitteln in der Zeit erfolgt,
während der das untere Ende des Flüssigkeitsbehälters durch den beweglichen Schaltstift
verschlossen ist.
-
Durch die Anordnung eines den Schaltstift umgebenden, die für einen
Schaltvorgang benötigte zusätzliche Flüssigkeitsmenge fassenden Vorratsbehälters,
also durch die Vereinigung von Vorratsbehälter und Verdampfungsraum, wird erreicht,
daß die Vorratsmenge den Schaltstift in einer für die schnelle Verdampfung des Vorrats
günstigen Lage umgibt. Der Lichtbogen wird in die kleine ..Flüssigkeitsmenge hineingezogen,
die Flüssigkeit gelangt ohne besondere Hilfsmittel und ohne Kraftaufwand durch die
eigene Schwere in den unteren engen Verbindungskanal zwischen dem Vorratsbehälter
und dem übrigen Schaltraum und damit in die unmittelbare Nähe des Lichtbogens. Eine
intensive Dampfbildung setzt ein, so daß augenblicklich der gesamte Flüssigkeitsvorrat
innerhalb des Behälters verdampft und vergast ist. Durch die besondere Wahl des
Zeitpunktes, in dem der Flüssigkeitsvorrat in die Löschkammer eingebracht wird,
ist erreicht, daß die Einführung der Vorratsmenge mit geringem Kraftaufwand erfolgt,
daß hierbei also kein bemerkenswerter Gegendruck in der Schaltkammer zu überwinden
ist. Der Schalter kann mit Handbetätigung ausgeführt sein, da außer zum Spannen
der Ausschaltfeder kein Kraftaufwand erforderlich ist. Durch die besondere Bemessungsregel
für die vorrätig zu haltende Flüssigkeitsmenge, die nur so groß sein soll, daß die
Vergasung des Vorrates bereits beendet ist, bevor die wirkungsvolle Expansion über
den Lichtbogenpfad hinweg ins Freie einsetzt, hat man die Möglichkeit, den maximal
erreichbaren Kammerdruck der Festigkeit der Schaltkammerwandung anzupassen. Die
Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß bei einem einfachen Druckgasschalter
ohne Fremderzeugung von Druckgas eine gute Abschaltleistung erzielt werden kann,
sobald die in der Schaltkammer eingeschlossene Druckgasmenge nicht zu klein ist
und in ihrer Gesamtheit auf einen für die Schaltkammerwandung noch zulässigen Maximaldruck
gebracht wird. Bei jeder Abschaltleistung steht alsdann der der maximal zulässigen
Beanspruchung in der Kammerwandung angepaßte höchste Kammerdruck für die Expansionsströmung
zur Verfügung. Diese hohe Expansionsströmung über den Lichtbogenpfad hinweg, vereint
mit der plötzlichen Druckabsenkung in der Schaltkammer, verursachen eine gute Lichtbogenlöschung.
-
Die übrigen Erfindungsmerkmale werden bei der Beschreibung der einzelnen
Ausführungsbeispiele erläutert.
-
In der Abb. i ist in der Löschkammer i ein kleiner, den Schaltstift
z umschließender Flüssigkeitsv orratsbehälter 3 eingebaut, der nach oben und unten
in der Ausschaltstellung des Schaltstiftes mit dem umgebenden Löschkammerraum in
offener Verbindung steht. Der untere Verbindungskanal .I des Behäl- i ters 3 mit
dem Außenraum der Löschkammer ist so bemessen, daß er im eingeschalteten
Zustand
des Schalters durch den Schaltstift verschlossen ist.
-
Es ist empfehlenswert, den Schalteraufbau so durchzubilden, daß die
untere Schaltkammerwand einen Hohlkontakt 5 als Gasauslaß besitzt, an dem sich unmittelbar
in ungefähr gleich großer Weite des Hohlkontaktes ein Isolierzylinder 14 anschließt,
während das dem festen Schaltkontakt 5 zugekehrte Kanalende des Vorratsbehälters
3 eine den Schaltstift eng umschließende Isolierhülse 7 enthält. Hierbei kann das
dem festen Hohlkontakt 5 zugekehrte Kanalende mit einer den Sclhaltstift umschließenden
Metallhülse 6 versehen sein, an der sich dann die mit gleich enger Bohrung versehene
Isolierhülse 7, in der Ausschaltrichtung gesehen, anschließt. Die Metallhülse 6
bedingt, daß der durch sie hindurchgezogene Lichtbogen an der 'Wandung der Hülse
Fuß faßt und in zwei Teillichtbögen weiterbrennt, wodurch der Löschvorgang erleichtert
wird. Außerhalb der Löschkammer unterhalb des festen Hohlkontaktes 5 ist eine Gasführungswand
8 angebaut, in der ein durch Federkraft gestützter und mit dem Kontakt 5 in leitender
Verbindung stehender Hilfskontaktbolzen 9 untergebracht ist. Die am unteren Kammerboden
befestigte Glockenwand io dient zur Abschirmung der ausströmenden Löschgase. Weiterhin
ist außerhalb der Löschkammer i eine kleine Kolbenpumpe i i angeschraubt, deren
Kolben mitRückschlagventilen derart versehen ist, daß beim Niedergehen des Kolbens
Flüssigkeit zu der oberen Kolbenseite übertritt, während beim Hochgehen des Kolbens
die übergetretene Flüssigkeitsmenge in den Flüssigkeitsbehälter 3 gefördert wird.
Die untere Kolbenseite der Pumpe steht vermittels einer Leitung 12, in der sich
ein Rückschlagventil 13 befindet, mit einem kleinen Vorratsbehälter in Verbindung.
Die Kolbenstange des Pumpkolbens ist an einem Schaltgestängeglied angelenkt. Das
jedesmalige Aufladen des Behälters 3 mit Flüssigkeit geschieht während der Zeitdauer,
in der sich der Kontaktstift im Hohlkontakt 5 bewegt. Da die für den Löschvorgang
benötigte Flüssigkeitsmenge sehr klein ist, so genügt diese kurze Wegstrecke, um
den Kolben seinen vorgeschriebenen Förderhub machen zu lassen. Es ist daher die
Flüssigkeitsförderung in den Behälter 3 beendet, sobald der Kontaktstift 2 den festen
Kontakt 5, der als Fingerkontakt ausgebildet sein kann, verläßt. Hierbei ist es
gleichgültig, ob die Flüssigkeitsförderung auf der letzten Wegstrecke des Einschaltvorganges
oder auf der ersten Wegstrecke des Ausschaltvorganges erfolgt.
-
Der Löschvorgang spielt sich wie folgt ab: Die für die Löschung benötigte
kleine Flüs-' sigkeitsmenge befindet sich bereits im Behälter 3, bevor der Kontaktstift
2 den Lichtbogen in den Behälter hineinzieht. Die Flüssigkeitszuführungsleitung
ist verschlossen. Der zunächst entstehende Lichtbogen brennt in der Luft und erzeugt
in der Löschkammer einen gewissen Druckanstieg. Dieser Druckanstieg genügt noch
nicht, um in dem Kanal 14. eine wirkungsvolle Löschströmung zu erzeugen, da der
durch den Lichtbogen in dem Kanal 1,4 hervorgerufene Gegendruck zu hoch ist. Gleitet
der Kontaktstift durch die Metallhülse 6 und durch den Kanal s, so wird der Lichtbogen
durch die Metallhülse unterteilt. Es brennt ein Teillichtbogen zwischen der Hülse
6 und dem Kontakt 5 und ein Teillichtbogen zwischen der Hülse 6 und dem Stift
2 -
in den Flüssigkeitsbehälter 3 hinein. Die Flüssigkeit wird dort augenblicklich
vollständig verdampft, und die hierdurch entstehende Drucksteigerung, zusätzlich
zu dem schon vorhandenen Druck, überwindet den Sperrwiderstand des unteren Teillichtbogens
in der Isolierhülse 14 und erzeugt eine kräftige Löschströmung durch den Kanal 1.4
und 4 hindurch. Die Lichtbogenstrecke wird während der Zeitdauer des Stroinnulldurchgangs
gesäubert, wodurch eine Rückzündung vermieden wird. Der Hilfskontaktbolzen 9 hat
lediglich die Aufgabe, den Lichtbogenfußpunkt aufzunehmen und eine Schleifenbildung
des Lichtbogens zu verhindern.
-
Der Schalteraufbau in Abb. z ist der gleiche wie in Abb. i. Bei diesem
Ausführungsbeispiel geschieht die zur Lichtbogenlöschung benötigte Auffüllung des
Flüssigkeitsbehälters mit Hilfe eines außerhalb des -Schaltraumes liegenden Differentialkolbens
15, dessen beide Kolbenflächen mit dem Schaltraum in Verbindung stehen. Wird die
Kontakttrennung eingeleitet, so setzt sich der Differentialkolben der Pump-vorrichtung
bei dem geringsten Druckanstieg in der Löschkammer in Bewegung, und der geringe
Förderhub ist längst beendet, bevor der Lichtbogen von dem Kontaktstift durch den
Verbindungskanal in den - Flüssigkeitsbehälter 3 hineingezogen ist. An der höchsten
Stelle des Schaltraumes befindet sich, wie in vielen Fällen üblich, eine i kleine
Atembohrung in der Kammerwandung, die einen allmählichen Druckausgleich auch dann
ermöglicht, wenn der Schalter eingeschaltet, also der Schaltraum verschlossen ist.
-
In vielen Fällen ist es wertvoll, an Stelle der Kolbenförderung für
die Löschflüssigkeit, diese durch das natürliche Fallgewicht dem Flüssigkeitsbehälter
zufließen zu lassen. Zu diesem Zweck ist bei der bereits beschriebenen Schaltereinrichtung
nach Abb. i ein oberhalb der Löschkammer gelegener, unter dem Schalterdruck stehender
Flüssigkeitsbehälter
17 vorgesehen, der mit dem Ringraum i9 in der
Wandung des Vorratsbehälters 3 in Verbindung steht, wobei der Ausflußöffnung des
Ringraumes i9 zum Schaltraum ein siebartiger Zylinder als Mundstück 2o vorgelagert
ist, durch das infolge des natürlichen Flüssigkeitsgefälles Flüssigkeit hindurchtritt,
sobald der Schaltstift den siebartigen Zylinder verlassen hat. Der Raum oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 17 steht durch ein Druckaüsgleichsrohr ebenfalls
mit dem Löschraum in Verbindung. Gelangt während des Ausschaltens der Lichtbogen
in den Behälter 3, so verdampft durch die Lichtbogenhitze der Flüssigkeitsinhalt
in dem siebartigen Mundstück -2o, wodurch der für den Löschvorgang erforderliche
Druckanstieg in der Schaltkammer sichergestellt ist.
-
In besonderen Fällen ist es wünschenswert, einen etwas größeren Gestängehub
für die Flüssigkeitsförderung zum Zylinderraum 3 nach der Abb. i zur Verfügung zu
haben. Dieser größere Pumphub des Gestänges außerhalb des Schaltvorganges wird in
einfacher Weise durch einen Totgang im Schaltgestänge ermöglicht, der vor Beginn
des Ausschaltvorganges zurückgelegt wird. Die kleine Kolbenpumpe i i kann dann so
angeordnet sein, daß sie entweder nach erfolgter Einschaltung des Kontaktstiftes
2 mit Hilfe des nachfolgenden Totganges des Gestänges die gewünschte Flüssigkeitsmenge
in den Raum 3 fördert, oder aber, daß der Gestängeweg vor der Kontakttrennung zur
Einfüllung der Flüssigkeit ausgenutzt wird. Im ersteren Falle ist der kleine Flüssigkeitsvorrat
während der Zeitdauer des eingeschalteten Zustandes im Schaltergehäuse enthalten,
während im zweiten Falle die Flüssigkeitsimpfung des Druckgasschalters erst kurz
vor dem Ausschaltvorgang durchgeführt wird. Auch kann der Totweg des Gestänges bei
der Schaltereinrichtung nach Abb. 3 dazu dienen, ein Verschlußorgan oberhalb des
Röhrchens 18 zu öffnen, so däß Flüssigkeit zu dein Zylinderkörper 2o zutreten kann,
während das Organ für die Zeitdauer des Schaltvorganges und der Offenstellung des
Schalturs das Röhrchen 2o verschlossen hält.