DE767713C - Elektrischer Gasschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Hochspannungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch Gase und Dämpfe, die aus den gasabgebenden Wandungen einer Schalfrkammer unter Einwirkung des Schaltlichtbogens erzeugt werden.

Bei diesen sogenannten Gasschaltern besteht die Schwierigkeit, die Ausströmung des Löschgases bei kleinen Strömen erst bei einem zur Löschung genügenden Gasdruck erfolgen zu lassen. Bei größeren Strömen dagegen soll die Strömung und Löschung zur Minderung der Lichtbogenarbeit möglichst rasch eintreten. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist es bereits bekannt, die als Löschkammer dienende Schaltröhre in der der Lichtbogen gezogen wird, neben der Ausströmöffnung mit einer Zwischenblasöffnung zu versehen, die bereits nach einem kurzen Kontakthub wirksam wird. Kleine Ströme werden beim Austritt des Schaltgliedes aus dem Schaltrohr gelöscht. Der Beginn der Lichtbogenlöschung ist also von zwei bestimmten Stellungen des Schaltgliedes abhängig.

Die Strömung soll jedoch immer dann, einsetzen, sobald sich ein zur Löschung genügender Druck im Schaltraum gebildet hat. Bei Flüssigkeitseehaltern ist es z. B. bekannt,

die Schaltfiüssigkeit in ein Isolierrohr zu drücken, das aus einzelnen übereinandergeschichteten Scheiben festeht, die von Federn nachgiebig aneinandergedrückt werden. Der Lichtbogen brennt bei diesen Schaltern innerhalb der Flüssigkeitssäule. Die Isolierscheiben haben dabei die Aufgabe, die Flüssigkeit in der Xähe der Lichtbogensäule zu halten.

Die Erfindung dagegen behandelt einen ίο elektrischen Hochspannungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch Gase und Dämpfe, die durch die Lichtbogenwärme aus den gasabgebenden Wandungen eines röhrenförmigen Schaltra.umes erzeugt werden, wobei sich der Ausströmquerschnitt des Schaltraumes selbsttätig auf die Größe das zu unterbrechenden Stromes einstellt. Es ist ein Schalter dieser Art bekannt, bei dem längs der Rohrinnenwand Platten aus gasabgebendem Material angeordnet sind, weiche unter Federdruck stehen. Diese Platten werden durch den Gasdruck mehr oder weniger auseinandergedrückt. Sowohl bei der Unterbrechung kleiner als auch großer Ströme kann die Löschung hier erst erfolgen, wenn der Schaltstift die rohrförmige Schaltkammer verläßt, i obwohl die Löschung großer Ströme an sich schon früher erfolgen könnte, da sich ja der genügende Gasdruck schon früher einstellt als bei der Unterbrechung kleiner Ströme. Die gasabgebende Schaltraumwandung wird daher bei der Unterbrechung großer Ströme unnötig hoch beansprucht.

Gemäß der Erfindung festeht nun die Wan dung des rohrförmigen Schaltraumes in Längsrichtung aus einzelnen beweglich und kraftschlüssig zusammengehaltenen Teilen, und lediglich die Löschung kleiner Ströme erfolgt in an sich bekannter Weise bei der Freigabe der axialen Öffnung des Schaltraumes, während bei der Abschaltung großer Ströme die einzelnen Wandungsteile unter j dem Einfluß des vom Lichtbogen erzeugten : Gasdruckes zwischen sich radiale Austrittsöffnungen längs der Lichtbogenbahn frei- j geben. Auf diese Weise kann die Löschung ; stromstarker Lichtbögen schon vor der Frei- | gäbe der axialen Ausströmöffnung erfolgen, j Die einzelnen Teile der Schaltkammerwan- ■ dung bestehen dabei zweckmäßig aus überein- i ander angeordneten Lochscheiben, die durch eine axial angeordnete Feder aneinandergedrückt werden. An ihrer der Lichtbogenkammer zugewandten Fläche müssen sie aus einem gasabgebenden Stoff, z. B. Harnsrolfkunstharz, bestehen und entwickeln hier unter gleichzeitiger Überfiächenabweisung des Lichtbogens dur.ch die Lichtbogenwärme das Löschgas.

Während beim Flüssigkeitsschalter die Umgebung des Lichtbogens stets Flüssigkeit ent- ! halten muß und die Lichtbogenlöschung daj durch erfolgen soll, daß eine Strömung von Gasen und Dämpfen in das Innere des Lichtbogens gelangt, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung um einen Schalter, bei dem die Löschgase den Lichtbogen mit j hoher Geschwindigkeit axial Leblasen und dadurch zum Erlöschen bringen, wobei die Löschung kleiner Ströme bei der Freigabe der axialen Öffnung des Schaltrohres erfolgt, während bei großen Strömen die seitlichen Öffnungen des Schaltraumes aufgedrückt werden, wodurch der Strömungswiderstand für den axialen Blasstrahl wirksam vermindert wird. Beim Flüssigkeitsschalter hingegen setzt die Löschung des Lichtbogens sowohl kleiner als auch großer Ströme erst dann ein, wenn ein seitliches Abblasen des Dampfes bei einem gegebenen Druck ermöglicht ist.

Bei den Schaltkammern mit gasabgebenden Wandungen erfolgt bei häufigem Schalten auf Kurzschluß eine rasche Abnutzung der unter der Lichtbogeneinwirkung stehenden Löschrohrteile, die dann ein Auswechseln der ganzen, aus einem Stück bestehenden Schaltröhre erforderlich macht. Bei der Schaltkammeranordnung nach der Erfindung genügt es, einzelne der Lichtbogenwirkung am stärksten ausgesetzte Scheiben, also die dem festen Kontakt zunächst liegenden Teile, auszuwechseln, wodurch eine bedeutende Materialersparnis erzielt wird.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Ernndungsgegenstandes dar- gestellt.

Abb. ι zeigt eine Anordnung, bei der die Schaltkammer aus axial geschichteten und abgefederten Platten besteht. Die eigentliche Schaltvorrichtung wird dabei von den Platten 1 und 2 zusammengehalten, die durch Zugbolzen 3 aus Isolierstoff miteinander verbunden sind. Die obere Platte 1 dient als Grundplatte für die Zugbolzen 3 und ist zweckmäßig, da sie zugleich den Anschluß mit dem festen Kontakt 7 trägt, aus Metall gefertigt. Die untere Platte 2 besteht aus Isolierstoff und hat in der Mitte eine Durchtrittsöffnung für den beweglichen Kontakt 5. Z\vischen diesen Halteplatten liegen einzelne Lochscheiben 6 aus gasabgebendem Stoff, innerhalb deren der Lichtbogen gezogen wird. Die Lochscheiben stützen sich einerseits auf die Isolierplatte 2 und andererseits gegen einen Ringansatz am festen Kontakt 7, der topfförmig ausgebildet ist und mittels einer Druckfeder 8 gegen die Metallplatte 1 abgefedert ist, so daß die seitlich geschichteten Platten sich einschließlich des festen Kontaktes in axialer Richtung verschieben können. iao Der Kontaktschluß erfolgt zwischen der Schaltelektrode 5 und einem Ringansatz 9 im

festen Kontakt 7, der zweckmäßig federnde Kontaktsegmente -in bekannter Ausbildung enthält. Der Kontaktschluß zwischen den beiden Elektroden läßt" sich auch dadurch erzielen, daß man die Spitze der Schaltelektrode 5 auf dem Boden des abgefederten Topfkontaktes aufsitzen läßt. Der erforderliche Kontaktdruck wird dann durch die axial wirkende Feder 8 hergestellt.

Beim Trennen der Kontakte wird die Schaltelektrode S nach abwärts bewegt und der Lichtbogen in der Bewegungsbahn der Elektroden zwischen den Lochscheiben 6 gezogen. Dabei bildet sich über der Wandung der Lochscheiben· unter dem Einfluß■ · der Lichtbogenwärme sofort eine dünne Gasschicht, welche die Scheiben vor einer zerstörenden; Einwirkung des Lichtbogens schützt. Hat das im Lichtbogenraum aus den Wandungen der Scheiben 6 entwickelnde Löschgas einen genügenden Druck erreicht, dies tritt in Abhängigkeit von der Strom-

- stärke nach einem bestimmten. Hubweg der Schaltelektrodie 5 ein, so wird der Topfkontakt 7 entgegen der Spannung der Feder 8 nach oben angehoben. Hierdurch werden die vorher fest aufeinandergepreßten Lochscheiben 6 vom Druck entlastet, das Löschgas drängt die nunmehr axial verschiebbaren Platten im Lichtbogenraum auseinander "und strömt in den Umgebungsraum des Schalters aus. Das Ausströmen- erfolgt bei der geringen Spaltbreite zwischen den Lochscheiben mit hoher Geschwindigkeit und führt zum soforti'gen Löschen, des Lichtbogens: Bei der Abschaltung kleiner Ströme reicht der Gasdruck im Schaltraum nicht aus, die "Scheiben 6 voneinander zu trennen. Die Löschung erfolgt dann erst, wenn der Kontakt 5 die untere axiale Öffnung des Schaltraumes freigibt.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 stehen die längs, dar Schaltstreeke geschichteten Platten axial nur so weit unter Spannung, daß sie sich ohne· bedeutende Reibungskräfte radial entgegen der Spannung von Federn 8 verschieben können. Die 'Platten sind hierzu aus einzelnen Segmenten 10 gebildet, die Bohrungen 11 aufweisen, ■ mittels deren die Segmente in Führungsstiften 12 gleiten, die an der zylindrischen und aus. Isolierstoff bestehenden Wandung der Lichtbogenkammer befestigt sind. In,· die Bohrungen der einzelnen Segmente 10 sind Federn 8 eingelegt, welche die einzelnen Segment© so gegen die Schaltstreeke schieben, daß sie sich, zu einer geschlossenen Schaltkammer ergänzen. Grund- und Deckplatte 13,14 der Kammer sind gleichfalls aus; Isolierstoff gefertigt. Die Grundplatte 13 enthält Bohrungen 15, die als Gasausiströmöffnungen dienen, und weiter die Durchtrittsöffnung für den beweglichen Schaltkontakt 5. Auf der Deckplatte 14 ruht der feste Topfkontakt 7, der entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 aufgebaut ist. Noch innerhalb des Mantels dieses Zylinders ruht eine aus einem Stück bestehende Lochscheibe 16 aus gasabgebendem Stoff. Diese Lochscheibe hat die Aufgabe-, noch ehe die Elektrode bis; zu den abgefederten Segmentengelangt ist, bereits einen Gasdruck zu erzeugen, der besonders bei schwächeren Strömen die Löschung beschleunigt. Ist beim Ziehen des Lichtbogeiis; der Druck in der. Schaltkammer so" weit angestiegen, daß er die Spannung der Federn 8 überwiegt, dann werden die einzelnen Segmente radial nach außen geschoben, und das Löschgas entweicht mit 'großer Geschwindigkeit durch die zwischen' den Segmenten gebildeten Spalte zur nächst in die Kammer, von. dort über die Öffnungen 15 nach dem Umgebungsraum des Schalters. Als besonderer Vorteil dieser Ausführung mit radialer Abfederung erweist sich bei' gleicher Länge der Löschstrecke die kurze Bauhöhe der Kammer.

Man kann die einzelnen Segmentreihen der Scheiben längs der Lichtbogenstrecke in der Stärke der Federung abstufen. Die am 'schwächsten gefederten Segmente liegen gegen das Ende der Schaltstreeke. Da je nach der Stromstärke immer nur die am schwächsten, gefedertem Segmentteile öffnen, die zugleich auch der Lichtbogenwurzel am Schaltkontakt am nächsten liegen, läßt sich so eine eindeutige Löee'hS'trömung erzielen.

Besonders- zweckmäßig erweist sich die Anordnung mit den axial oder radial abgefederten Scheiben, wenn man nach Abb. 3 die gesamte Löschstrecke in eine geschlossene Schal'tkammer 17, die zweckmäßig aus Kunstharz gefertigt ist, einbaut. Die heißen Löschgase entspannen sich in der Kammer, in die Kühlvorrichtungen eingebaut sein können, und verlassen die Kammer mit verringerten Feuer- und Geräuscherscheinungen durch die seitlichen) Austrittsschlitze 18. Zur Erzielung einer besonders starken Wärmeeinwirkung auf die Schaltraumwandung ist im Lichtbogenraum ' in bekannter Weise ein Füllstift 19, der, wie es ebenfalls bekannt ist, aus gasabgebendem Stoff gefertigt sein kann, vorgesehen, der den Lichtbogen auf die Flächen der Scheiben abdrängt. Der Schaltkontakt 5 ist hier hohl ausgeführt und greift in der Einschal tstellung über den Füllstift 19 in den entsprechend den bereits erwähnten. Beispielen ausgeführten festen Kontakt 7.

Die Ausführungen nach den Abb. 2 und 3 ergeben beide gemeinsam den Vorteil, die wirksam voirgekühlten Gase in einer bestimmten Richtung abzukühlen. Bei mehrphasigem Aufbau des Schalters werden so· Überschläge

zwischen den einzelnen Phasen durch Vorionisation der Luftstrecke vermieden.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrischer Hochspannungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch Gase und Dämpfe, die durch die Lichtbogenwärme aus den gasabgebenden Wandungen eines röhrenförmigen Schaltraumes erzeugt

   ίο werden, wobei sich der Ausströmquerschnitt des Schaltraumes selbsttätig auf die Größe des zu unterbrechenden Stromes einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des rohrförmigen Schaltraumes in Längsrichtung aus einzelnen beweglich und kraftschlüssig zusammengehaltenen Teilen besteht und lediglich die Löschung kleiner Ströme in an sich bekannter Weise bei der Freigabe der axialen öffnung des Schaltraumes erfolgt, während bei der Abschaltung großer Ströme die einzelnen Wandungsteile unter dem Einfluß des vom Lichtbogen erzeugten Gasdruckes zwischen sich radiale Ausströmöffnungen längs der Lichtbogenbahn freigeben.
2. 2. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Schaltröhre von axial übereinander angeordneten Lochscheiben gebildet sind, die durch eine axial angeordnete Feder aneinandergedrückt werden.
3. 3. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkammerwandung aus segmentartigen Teilen zusammengesetzt ist, die durch radiale Kräfte aneinandergepreßt werden.
4. 4. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die einzelnen Segmente ausgeübten radialen Kräfte in Richtung der Ausschaltbewegung abnehmen.
5. 5. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des festen Kontaktes, daß er den Schaltraum auf einer Seite abschließt.
6. 6. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen radial aus dem Schaltraum austretenden Gase in eine Blaskammer einströmen, von der aus sie in geeigneter Weise in die Außenluft abgeführt werden.
7. 7. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegte Kontakt hohl ausgebildet ist und beim Einschalten über einen im Schaltraum angeordneten Füllstift greift, der aus vorzugsweise gasabgebenden Stoffen aufgebaut ist.
8. 8. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kontakt topfförmig ausgebildet ist und einen Ringansatz zur Aufnahme der beweglichen Kontaktsegmente trägt.
9. 9. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktschluß zwischen der Spitze des Schaltkontaktes und dem Boden des Topfkontaktes erfolgt, wobei die den axialen Druck ergebenden Federn zugleich zur Erzeugung des Kontaktdruckes dienen.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Nr. 508 683, 609387, 616174, 622015, 626 121, 638 121, 643821;
   französische Patentschriften Nr. 720 450,

   724251, 749 115;
   britische Patentschriften Nr. 370 980, 379 105;

   schweizerische Patentschriften Nr. 155 897, ¹⁶⁰ 557. 161 413, 165 266.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   5820 3.5S