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Stromunterbrecher mit einer Differentialpumpeinrichtung Die Erfindung
betrifft einen elektrischen Stromunterbrecher mit einer Differentialpumpeneinrichtung,
dessen Pumpkolben bei seiner Bewegung die Pumpenkammer in einen sich erweiternden
und in einen sich verengenden Pumpenraum unterteilt und Löschflüssigkeit in den
Lichtbogen treibt. Bei diesem bekannten Schalter ist bereits die Kontaktstelle außerhalb
der Pumpkammerbegrenzungswand eingebaut, um hohe Einschaltdruckstöße vom Innern
der Pumpenkammer fernzuhalten. Die insbesondere bei einem Hochspannungsschalter
beim Einschalten auf Kurzschluß sich bildende große Gas- und Dampfmenge entsteht
im druckfreien Schalterraum und wird dort abgekühlt. Beim Ausschalten wird der Lichtbogen
bei diesem vorgeschlagenen Schalteraufbau von dem ruhenden Kontakt im druckfreien
Schalterraum durch eine isolierende Trennwand in die Pumpenkammer hineingezogen,
wobei die Lichtbogenbespülung in der Trennwand erfolgt. Der Lichtbogen brennt während
des Schaltvorganges auch im Innenraum der Pumpenkammer, und die heißen Lichtbogengase
müssen dortselbst gekühlt und fortgespült werden. Die bei der Lichtbogenbeblasung
durch den Flüssigkeitsstrahl entstehenden Druckschwankungen in der Umgebung des
Lichtbogens übertragen sich unmittelbar auf die Pumpenräume und beeinträchtigen
die Arbeitsweise der Pumpeinrichtung.
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Durch den Erfindungsvorschlag wird ein neuer Schalter mit einer Differentialpumpeinrichtung
geschaffen,
bei dem ebenfalls die Kontaktstelle im druckfreien Schalterraum
angeordnet ist. Die Erfindung besteht darin, daß bei diesem neuen Stromunterbrecher
außer der Kontaktstelle auch ein mit der Pumpenkammer mindestens in zeitweiser Verbindung
stehender, als Lichtbogenlöschkanal dienender Isolierkanal im drucklosen Schalterraum
untergebracht ist. Der ortsfeste Kontakt ist hierbei zweckmäßig der Pumpkammerwandzunächstliegend
angeordnet, so daß sich der Kontaktstift beim Ausschalten von der Kammerwand fortbewegt.
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Bei diesem Aufbau wird der Vorteil erzielt, daß der bewegliche Kontakt
sich nicht mehr durch die Begrenzungswand der Pumpenkammer bewegen muß, vielmehr
die hierfür bisher benötigte Wandungsöffnung fehlt und daher auch keine heißen Lichtbogengase
in der Pumpenkammer entstehen bzw. unmittelbar in die Pumpenkammer gepreßt werden.
Man ist bei diesem. neuen Schalteraufbau in der Lage, zwischen dem Innenraum des
Löschkanals und dem sich erweiternden Pumpenraum eine verhältnismäßig lange, vom
Löschkanal aus die ganze Pumpeinrichtung umgreifende und viel Flüssigkeit fassende
Verbindungsleitung vorzusehen, die es verhindert, daß eine erhebliche Gas- und Dampfmenge
in heißem Zustand zur Pumpenkammer gelangen kann.
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Es ist eines der Erfindungsmerkmale, daß die Kontaktstelle und der
Löschkanal in ihrer Lage zueinander so angeordnet sind, daß der Lichtbogen von Beginn
des Entstehens an mit dem sich verengenden Pumpenraum in ständiger und mit dem sich
erweiternden Pumpenraum in zeitweiser Verbindung steht. Diese Anordnung bietet den
Vorteil, daß der Lichtbogengasdruck sich erst bei einer bestimmten Lichtbogenlänge
auf den sich erweiternden Pumpenraum übertragen kann und eine Bespülung des Lichtbogens
erst-bei einer günstigen Löschdistanz der Kontakte einsetzt. Der ortsfeste Kontakt
und der Lichtbogenfußpunkt werden wirkungsvoll mit kalter Flüssigkeit bespült, und
alle Lichtbogengase sowie auch die Löschflüssigkeit werden im Löschkanal eng zusammengehalten.
Eine innige Mischung der Lichtbogengase mit der Löschflüssigkeit - ist gewährleistet,
da der Lichtbogen und die ihn umgebenden Gase und Dämpfe der Löschströmung nicht
auszuweichen vermögen.
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Auch ist es in vielen Fällen wertvoll, einen als Hohlkontakt ausgebildeten
ortsfesten Kontakt mit seiner in Ausschaltrichtung liegenden Seite mit dem drucklosen
Schalterraum und mit seiner Gegenseite mit dem sich verengenden Pumpenraum in Verbindung
zu bringen, während die beiden Kanalenden des Löschkanals ebenfalls nach dem drucklosen
Schalterraum münden. Der Innenraum des Löschkanals wird in diesem Falle mit den
beiden Pumpenräumen in der Weise verbunden, daß während der Ausschaltbewegung des
Kontaktstiftes zunächst ein Verbindungskanal mit dem sich verengenden Pumpenraum
und darauffolgend ein Verbindungskanal mit dem sich erweiternden Pumpenraum freigelegt
wird. In diesem Falle werden der ortsfeste Hohlkontakt von der Rückseite aus durchspült
und in Parallelfluß hierzu der Löschkanal vom Löschmittel durchströmt. Der Lichtbogen
wird vom Innenraum des Hohlkontaktes ferngehalten und in dem Löschkanal ringförmig
mit Löschflüssigkeit beblasen, die darauffolgend im Gegenstrom über den Lichtbogen
abströmt. Es können sich daher auch höhere Druckstoßspitzen im Löschkanal nicht
ausbilden. Die Antriebskraft für den Pumpkolben bleibt daher auch eine gleichmäßige,
da die beiden Endquerschnitte des Löschkanals nach dem druckfreien Schalterraum
ausmünden und einen weitgehenden und schnellen Ausgleich für größere Druckschwankungen
im Löschkanal gestatten. Trotzdem ist die den Kolben treibende Kraftquelle eine
ergiebige, da das in der Verbindungsleitung zwischen dem Löschkanal und dem Kolbenantriebsraum
entstandene Druckgaspolster eine vorzeitige Verausgabung der Antriebskraft verhindert.
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In den Fig. i und 2 sind Ausführungsbeispiele für den Erfindungsgegenstand
dargestellt. Bei dem Schalteraufbau nach Fig. i wird die Bespülung des ortsfesten
Gegenkontaktes und die des Lichtbogens im Löschkanal im Parallelstrom durchgeführt,
während bei dem Aufbau nach Fig. 2 das über den ortsfesten Gegenkontakt zuströmende
Löschmittel in Hintereinanderschaltung auch über den Lichtbogen im Löschkanal verläuft.
Es kann aber auch eine besondere Bespülung des ortsfesten Kontaktes gänzlich fehlen.
In einem Schaltergehäuse i der Fig. i ist ein Differentialpumpkolben 2 eingebaut,
der durch eine Druckfeder 3 in seiner Anfangslage festgehalten wird. Der Kolben
2 unterteilt die Pum-, penkammer während des Pumpvorganges in einen sich erweiternden
Pumpenraum 4, in einen sich verengenden Pumpenraum 5 und in einen Druckausgleichsraum
6, der mit dem drucklosen Schalterraum 7 durch die Wandbohrungen 8 in freier Verbindung
steht und die Rückstellfeder 3 für den Kolben enthält. Die beiden offenen Seiten
des Schaltergehäuses sind je durch einen Deckel 9 und io verschlossen. Außerhalb
der Pumpkammerwand i i im druckfreien Schalterraum 7 ist der ruhende Schalterkontakt
12 als' Hohlkontakt eingebaut, von dem aus sich der zugehörige Kontaktstift 13 beim
Ausschalten durch den druckfreien Schalterraum hindurchbewegt. In Ausschaltrichtung
des Kontaktstiftes ist dem ruhenden Kontakt 12 eine aus Isolierstoff bestehende
Löschkanalhülse 14 nachgeschaltet, deren beide Endquerschnitte nach dem druckfreien
Schalterraum ausmünden. Zwischen den beiden Endquerschnitten sind in der Wandung
der Löschkanalhülse zwei Ringquerschnitte 15 und 16 vorgesehen, von denen der untere
15 mit dem sich verengenden Pumpenraum 5 und der obere 16 mit dem sich erweiternden
Pumpenraum 4 verbunden ist. Auch steht die Rückseite des Hohlkontaktes 12 über das
Rohrstück 17 mit dem sich verengenden Pumpenraum 5 der Pumpenkammer in Verbindung:
Wird eine Kontakttrennung eingeleitet, so wird der zwischen den Kontakten 12 und
13 entstehende Lichtbogen durch einen Teil des druckfreien Schalterraumes 7 und
darauffolgend durch die Löschkanalhülse 14 gezogen. Die sich in der Umgebung
des
Lichtbogens durch die Flüssigkeitsverdampfung ausbildende Druckstoßspitze gleicht
sich zum Teil nach dem druckfreien Schalterraum aus, ohne dabei irgendwelche Schalterteile
ungünstig zu beanspruchen. Der im Innern des Löschkanals 14 verbleihende Ül>erdrtick
in der Umgebung der glühenden Lichtbogengassäule überträgt sich durch- den Ringkanal
18 und lg auf den sich erweiternden Pumpenraum 4 und setzt den Kolben 2 in Bewegung.
Die hierbei durch den Kolben aus dem Raum 5 verdrängte Flüssigkeit strömt sowohl
durch den Hohlkontakt 12 als auch parallel hierzu durch mehrere 1Zollrkanäle 20
zu einem Ringkanal 21 und von dort über den Lichtbogen hinweg durchs den L<isc
hkanal 14. Durch die dem Hohlkontakt 12 durch das lZohrstiick 17 zugeführte kühle
Pumpfliissigkeit wird die thermische Beanspruchung des Kontaktes in mäßigen Grenzen
gehalten. Infolge der kräftigen Bearbeitung des Lichtbogens im Löschkanal 1.1. mit
kühler Druckflüssigkeit wird der Widerstand dieses Lichtbogenteiles erhöht und die
im Lichtbogen frei werdende Wärme und damit auch die Verdampfung von Flüssigkeit
im Löschkanal 14 gesteigert. Die entstehende größere Dampfmenge bedingt eine Erhöhung
des Druckes in der Umgebung des Lichtbogens. Diese zusätzliche Drucksteigerung im
Löschkanal bleibt für den Kolbenantrieb nur zum Teil 4virksam, da sie sich im Löschkanal
zum druckfreien Schalterraum genügend ausgleichen kann. Sie bewirkt aber eine volle
Aufrechterhaltung der Druckverhältnisse in den Verbindungskanälen zum Kolbenantriebsratim
4 sowie in dem Antriebsraum selbst, wodurch eine fortschreitend gleichmäßige Arbeitsweise
des Kolbens gewährleistet ist. Erst beim Erlöschen des Lichtbogens im Stromnulldurchgaug
fällt die Wärmequelle zur weiteren Dampferzeugung aus. Trotzdem wird der Kolbenantriebsdruck
im Raum 4 durch das in den Kanälen 18 und 1g inzwischen entstandene Druckgaspolster
auch weiterhin nachhaltig aufrechterhalten, so daß die Löschströmung im Löschkanal
während der stromlosen Pause bestehen bleibt. Die Säuberung des Lichtbogenpfades
ist datier auch schnellstens durchgeführt, so daß in den meisten Fällen bereits
im ersten Stromnulldurchgang die endgültige Lichtbogenlöschung herbeigeführt ist.
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Es ist ein charakteristisches Merkmal dieses neuen Schalters, daß
der Lichtbogen völlig außerhalb der Begrenzungswände der Pumpenkammer im druckfreien
Schalterraum bleibt und damit auch die Gas- und Dampfentwicklung nur im druckfreien
Raum vor sich geht. Wird ein Einschalten durchgeführt, so nähert sich der Kontaktstift
dem Löschkanal 14 und durchläuft denselben. Die Abmessungen und die Lage des Löschkanals
sind so gewählt, daß ein Überschlag zwischen den beiden Kontakten 12 und 13 erst
darin erfolgt, wenn der Kontaktstift den Ringkanal 18 verschlossen hat. Die selbst
beim Einschalten auf Kurzschluß entstehende starke Gas- und Dampfbildung verläuft
ohne nachteilige Einwirkung auf den Schalteraufbau, da alle Gase und Dämpfe frei
durch den Flüssigkeitsinhalt des Schalterraumes 7 entweichen können. Die Gase werden
dort gekühlt, die Dämpfe kondensiert und der Lichtbogen entsprechend der Einschaltgeschwindigkeit
schnellstens durch die Berührung der beiden Kontakte kurzgeschlossen.
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In der Fig. 2 ist die Lage des Hohlkontaktes 12 zum Löschkanal 14
derart gewählt, daß die durch den Hohlkontakt zuströmende Löschflüssigkeit in voller
Menge durch den Löschkanal weiterzuströinen gezwungen ist. Hierbei erfolgt die Lichtbogenlösclit:ng
durch eine reine Längsbespülung des Lichtbogens. Es ist aber auch möglich, eine
Längsbespülung gemeinsam mit einer Ringbespülung des Lichtbogens vorzusehen. In
diesem Falle wird, wie die Fig.2 erkennen läßt, noch zusätzlich kühle Löschflüssigkeit
dem Löschkanal 14 durch den Ringkanal 20, 21 zugepumpt, die dann gemeinsam mit der
durch den Hohlkontakt zugedrückten Flüssigkeit den Lichtbogen im Löschkanal 14 bespült.