DE822854C - Leistungsschalter fuer hochgespannte Stroeme - Google Patents

Description

I)Ii- Erfindung bezieht sich auf Leistungsschalter, hei welchen die Löschung des Unterbrechungslichtbogeiis dadurch erzielt wird, daH der Lichtbogen gezwungen wird, sich zwischen zwei benächbarten isolierenden Flächen zu entwickeln, die z. H. aus einem Zylinder und einer zu diesem konzentrischen Röhre bestehen, wobei deren Oberflächen vorzugsweise aus einem Werkstoff gebildet sind, der ein Gas abgibt, sobald er der hohen

ίο Temperatur des Lichtbogens ausgesetzt ist.

Geräte dieser Art besitzen im allgemeinen nur ein verhältnismäßig beschränktes Abschaltvermögen, was in der Hauptsache auf die zu langsame Abführung der ionisierten Gase zurückzuführen ist. Die Kontakte der Geräte widerstehen außerdem ungenügend der Wirkung starker Ströme und erleiden leicht Beschädigungen. Daneben sind die bekannten Ausführungsformen verwickelt und kostspielig.

Durch die Erfindung wird bei der Einzelanwendung oder der miteinander kombinierten Anwendung ihrer Merkmale eine Erhöhung des Abschaltvermögens, der Schutz der Kontakte vor Zerstörung und eine Vereinfachung des Aufbaues des Geräts erreicht.

Nach der Erfindung wird eine beschleunigte Abführung der ionisierten Gase dadurch erreicht, daß die Unterbrechungskammer die Form eines langgestreckten Raumes hat und, aus einer fest stehenden Röhre bestehend, wenigstens an den beiden Enden offen ist, so daß die erzeugten Gase sich in zwei in einander entgegengesetzter Richtung abziehende Ströme teilen können. Hierbei ist auf einem mittleren, zwischen Seitenkontakten vorgesehenen Kontaktstück eine isolierende Hülse zur Trennung der Kontakte verschiebbar angeordnet. Auf diese Weise ist nicht nur eine beschleunigte Abführung der ionisierten Gase, sondern auch

eine erheblich schnellere Wiederherstellung des Dielektrikums, in welchem sich der Lichtbogen bildet, erreicht und demzufolge ein erheblich größeres Abschaltvermögen erzielt.
Die Geschwindigkeit der Erneuerung des Dielektrikums läßt sich dadurch erhöhen, daß die Kammer mit zusätzlichen Ausströmöffnungen versehen ist, was eine weitere Steigerung der Abschaltleistung zur Folge hat.

ίο Zweckmäßig weist nach der Erfindung einer der Kontakte die Form eines Schaftes mit einer auf ihm gleitenden Hülse auf, die in eine feststehende Röhre eindringt und hierdurch den langgestreckten Abschaltraum ergibt. Während des Unterbrechungs-Vorganges wird der Fußpunkt des Lichtbogens, der an dem schaftförmigen Kontakt haftet, durch die sich verschiebende Hülse verschoben, so daß der Fußpunkt gezwungen ist, sich schnell auf der Oberfläche des kalten Metalls fortzubewegen. Dies vermeidet es, daß sich die Fußpunkte des Lichtbogens an einer bestimmten Stelle des Kontakts festbeißen, wo sie Schmelzperlen und andere Beschädigungen der Kontaktoberfläche erzeugen würden, falls sie nicht vertrieben werden.

as Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die bewegliche Hülse, vorzugsweise nach dem Erlöschen des Lichtbogens, eine Verschiebung des den Kontakt bildenden Schaftes herbeiführt. Es ergibt sich hierdurch eine Längsverschiebung des Kontakts, die vorteilhaft dazu ausgenutzt werden kann, um eine Trennung und einen isolierenden Abstand in der Luft zu erzeugen, der gleichfalls als sichtbares Zeichen der erfolgten Abschaltung dienen kann.

\^Tach der Erfindung ist es auch möglich, den Lichtbogen in an sich bekannter Weise durch wenigstens einen Widerstand mit einer Hilfselektrode zu überbrücken, welche über den Widerstand an einem der Kontakte leitend angeschlossen ist. Die Elektrode ist an einem geeigneten Punkt des langgestreckten Abschaltraumes angebracht. Vorzugsweise ist die Elektrode mit den Hilfsausströmöffnungen kombiniert.

Es läßt sich erfindungsgemäß das eine Ende des Schaftes, welcher den Mittenkontakt bildet, durch einen zylindrischen Körper aus geeignetem Isolierwerkstoff verlängern, der bei seiner Überdeckung durch die bewegliche Hülse mit letzterer einen langgestreckten, zylindrischen Abschaltraum bildet, welcher mit dem erstgenannten Abschaltraum koaxial ist. Die Abmessungen des zweiten Abschaltraumes oder die Zusammensetzung seiner Begrenzungswände können so gewählt werden, daß sie sich insbesondere zum Abschalten schwacher Ströme eignen. Der Abschaltraum kann vornehmlich zum Abschalten des Reststromes dienen, der im Falle der Verwendung eines Widerstandes nach dessen Einschalten in den Widerstand fließt. Der Leistungsschalter erhält hierdurch zwei Abschalträume, von denen jeder seine eigene Aufgabe hat und demzufolge entsprechend dem in ihm abzuschaltenden Strom bemessen werden kann.

Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß die isolierende, feststehende Röhre mit einer vorzugsweise ringförmigen öffnung versehen ist, die einers.eits in den langgestreckten, zylindrischen Abschaltraum mündet und andererseits mit einem Hohlraum verbunden ist, der einen entionisierenden Körper enthält. Während des Abschaltprozesses dringen die unter Druck befindlichen Gase in den entionisierenden Hohlraum ein. Tn dem Augenblick, in welchem der Lichtbogen erlischt und demzufolge der vorhandene Druck abfällt, fließen die Gase in den Zwischenraum zurück, den sie kräftig durchströmen, so daß ein Wiederzünden des Lichtbogens verhindert ist. Dies erhöht gleichfalls die Abschaltleistung des Schalters.

Die Beschreibung erläutert in Verbindung mit den Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne aber die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele zu beschränken, auch wenn die Ausführungsbeispieleneue und patentfähige Sonderheiten aufweisen, für die Schutz beansprucht ist.

Abb. ι stellt einen axialen Schnitt durch einen Schalter in eingeschalteter Stellung dar;

Abb. 2 gibt den gleichen Schalter im Augenblick der Stromunterbrechung vor der Vollziehung der Abtrennung von der Spannungsquelle wieder;

Abb. 3 läßt den Schalter nach vollzogener Trennung erkennen; g₀

Abb. 4 verdeutlicht einen ähnlichen Schalter, der mit einem zum Lichtbogen in Nebenschluß geschalteten Widerstand ausgerüstet ist;

Abb. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher zusätzliche Ausströmöffnungen vorgesehen sind;

Abb. 6 gibt eine andere Ausführungsform mit zwei konzentrischen Abschalträumen wieder;

Abb. 7 ist die Teilwiedergabe eines Schalters mit einer entionisierenden Kammer.

In Abb. ι bezeichnet 1 das schaftförmige mittlere Kontaktstück, 2 die L^Tnterbrecherkontakte, welche unmittelbar auf den Mittenkontakt drücken und von einer nicht dargestellten Andrückvorrichtung gegen das mittlere Kontaktstück gepreßt werden. Das andere Ende 3 des mittleren Kontakt-Stückes greift in einen Trennkontakt 4 ein. Die Anschlußklemmen des Geräts sind mit 5 und 6 bezeichnet.

Auf dem mittleren Kontaktstück gleitet die aus einem geeigneten Werkstoff bestehende Isolier- no hülse 7, die gegebenenfalls unter der Einwirkung des Lichtbogens Gase abscheiden kann. Die Bewegung der Hülse 7 läßt sich in beliebiger Weise vornehmen, z. B. über einen aus Isolierwerkstoff bestehenden Hebel 8 mit zwei Schlitzen am oberen Ende, in welche zwei auf der Isolierhülse 7 angebrachte Rollen 10 eingreifen.

Die Hülse 7 hat Verschiebungsspiel, welches sie zurücklegen muß, bevor sie gegen den am mittleren Kontaktstück 1 vorgesehenen Anschlag 11 anschlägt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dieser Anschlag in der Zeichnung am Ende des Kontaktstückes 1 vorgesehen. Er kann jedoch selbstverständlich auch in anderer Weise angebracht sein. Das Kontaktstück 1 weist an dem anderen Ende gleichfalls einen Anschlag 12 auf, gegen den

das entsprechende Ende der Hülse 7 oder ein mit der Hülse 7 verbundenes Teilstück stößt, sobald der Schalter 1 eingeschaltet werden soll.

Das mittlere Kontaktstück 1 greift mit einem Teil seiner Länge in eine isolierende Röhre 13 ein, die aus geeignetem Werkstoff besteht, der z. B. unter der Einwirkung des Lichtbogens Gas absondern kann. Die Röhre 13 ist an dem Gehäuse 14 befestigt, in welchem die Hülse 7 eine dichte Führung hat. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die dichte Führung durch den Dichtungsring 15 gebildet. Durch die Öffnung 27 im Gehäuse können die vom Lichtbogen erzeugten Gase ausströmen. Die ganze Anordnung ruht auf zwei Stützisolatoren 16 und 17, die an einem Untergestell 18 befestigt sind.

Die Arbeitsweise und die verschiedenen Schaltphasen sind folgende: Der Strom tritt z. B. an der Klemme 5 ein, fließt durch die Kontakte 2, das mittlere Kontaktstück 1, dessen Ende 3 und dem Trennkontakt 4, um an der Klemme 6 auszutreten. Während des Trennvorganges wird die Isolierhülse 7 von links nach rechts bewegt und schiebt sich zwischen die Kontakte 2, welche hierdurch von dem Mittenkontakt 1 getrennt werden. Der entstehende Lichtbogen ist gezwungen, in den langgestreckten, ringförmigen Raum zwischen der Hülse 7 und der Röhre 13 einzudringen. Während dieses Vorganges wird der Fußpunkt des Lichtbogens, der sich auf dem Mittenkontakt 1 festzubeißen sucht, durch die Hülse 7 nach rechts gedruckt, so daß er an keinem Punkt des Mittenkontakts längere Zeit verweilen kann. Hierdurch ist eine bleibende gute Beschaffenheit des Kontakts gewährleistet. Die durch den Lichtbogen ionisierten Gase, welche sich im ringförmigen Zwischenraum zwischen der festen Hülse 13 und der beweglichen Hülse 7 entwickeln, können in zwei einander entgegengesetzten Richtungen ausströmen, nämlich einmal nach rechts durch die Öffnung der Röhre 13 und das andere Mal nach oben durch die öffnung 2j des Gehäuses 14. Beide öffnungen lassen sich notwendigenfalls mit Funkenlösch- und mit Kühlvorrichtungen ausstatten.

Die Lage des Anschlags 11 oder die Länge, mit welcher der Kontakt in die Röhre 13 eindringt, ist so gewählt, daß der Lichtbogen insbesondere dann erloschen ist, wenn sein Fußpunkt das Ende des Kontakts 1 erreicht.

In diesem Augenblick schlägt die Hülse 7 an den Anschlag und beginnt der Mittenkontakt 1 seine Bewegung nach rechts, wie es Abb. 2 erkennen läßt. Die Hülse 7 bewegt sich weiter und nimmt den Mittenkontakt 1 mit, wodurch eine Trennung der Kontakte 3 und 4 erfolgt. Zwischen den Kontakten 3 und 4 entsteht eine Trennstrecke, was zur Folge hat, daß die durch die Hülsen 13 und 7 gebildete Schaltkammer außer Spannung gesetzt wird. Zum Einschalten wird der Hebel 8 im entgegengesetzten Sinne betätigt. Die Hülse 7 bewegt sich hierbei von rechts nach links und greift mit ihrem linken Ende oder einem an diesem Ende befestigten Organ an dem Anschlag 12 an, so daß der Mitten- ! kontakt 1 nach links verschoben wird, bis sich sein Ende 3 zwischen die Kontakte 4 schiebt. Imgleichen Augenblick kommen die Kontakte 2 zur Anlage an den Kontakt 1.

Natürlich kann auch ein Schluß der Kontakte 3 erfolgen, bevor sich die Kontakte 3 und 4 berühren. Hierdurch werden die Schaltvorgänge voneinander getrennt.

Gemäß Abb. 4 ist ein Teil des Abschaltlichtbogens durch einen Widerstand 19 mit Hilfe einer vorzugsweise ringförmigen Elektrode 20 überbrückt. Die Löschung des durch den in den Widerstand 19 fließenden Reststrom erzeugten Lichtbogens erfolgt in dem zylinderförmigen Abschaltraum zwischen der Hilfselektrode 20 und der Spitze des Kontakts 1. Die Wirkung dieses Abschaltraumes läßt sich noch erheblich verstärken, wie es später erläutert ist. Die Elektrode 20 kann auch HiIfsausströmöffnungen aufweisen.

Abb. 5 zeigt die Vorsehung von Hilfsausströmöffnungen. Diese Ausströmöffnungen 21 münden in eine Kühlvorrichtung 22, die z. B. aus einer Reihe metallischer Ringe bestehen kann, die in geringem Abstand voneinander angeordnet, miteinander leitend verbunden und mit dem Widerstand 19 in Reihe geschaltet sind. Der Widerstand 19 hat in bezug auf den Abschaltlichtbogen die gleiche Wirkung wie der in Abb. 4 wiedergegebene Widerstand. Durch die Ausströmöffnungen 21 werden jedoch die ionisierten Gase beschleunigt abgeführt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 6 ist der Mittenkontakt 1 durch einen aus Isolierwerkstoff bestehenden zylindrischen Körper 23 verlängert, der beim Überdecken durch die Hülse 7 mit der Hülse 7 einen zweiten langgestreckten, zylinderförmigen Abschaltraum bildet. Letzterer ist gleichachsig zu dem ersten Abschaltraum.

Hierdurch wird, wie bereits erwähnt, eine erhebliche Erhöhung der Ausweitgeschwindigkeit des Lichtbogens erzielt, der nun in den zweiten Zwischenraum verlegt ist. Diese Geschwindigkeit wird vorteilhaft zur Unterbrechung schwacher Ströme ausgenutzt. Wie es aus der Abbildung ersichtlich ist, können die Teile 1, 7 und 23 so bemessen sein, daß der erste Teil des Weges, den die Hülse 7 zurücklegt, der Abschaltung starker Ströme dient, die vornehmlich unterbrochen werden müssen, bevor die Spitze der Hülse 7 das rechte Ende des Mittenkontakts erreicht. Von diesem Augenblick an beginnt sich der zweite Abschaltraum zwischen der Hülse 7 und der Verlängerung 23 zu bilden, der die Unterbrechung der schwachen Ströme übernimmt, die eine größere Verlängerung des Lichtbogens und eine größere Gasentwicklung erfordern als starke Ströme.

Zu diesem Zweck können die Innenwandungen der Hülse 7 und/oder die Außenwandungen des Körpers 23 aus einem Werkstoff hergestellt sein, der eine stärkere Gasentwicklung als die Außenwandungen der Hülse 7 und die Innenwandungen der Röhre 13 zuläßt. Der zweite Abschaltraum kann vorteilhaft der Unterbrechung des durch den Widerstand 19 fließenden Reststromes dienen. In

diesem Fall kann der Widerstand direkt an einen Flammenlöscher 24 angeschlossen sein, der auf dem freien Ende der Röhre 13 angebracht ist. Der Flammenlöscher 24 kann auch in allen vorerwähnten Fällen mit Vorteil Verwendung finden.

Abb. 7 läßt ein Ausführungsbeispiel erkennen, bei welchem die Isolierröhre 13 mit einer vorzugsweise ringförmigen Öffnung versehen ist, welche einerseits in den Löschraum mündet, der durch die Hülsen 13 und 7 gebildet ist und andererseits mit einer Kammer 26 in Verbindung steht, welche einen entionisierenden Körper enthält.

Der entionisierende Körper kann beispielsweise aus dünnen Blättern bestehen, welche zu beiden Seiten der Öffnung 25 um die Hülse 13 derart spiralenförmig gerollt sind, daß ein geringer Zwischenraum zwischen den einzelnen Lagen der Spirale vorhanden ist.

Die heißen ionisierten Gase, die aus dem Löschraum austreten, strömen in die Kammer 26, wo sie abgekühlt und entionisiert werden sowie gleichzeitig unter Druck bleiben, solange der Lichtbogen einen starken Strom führt.

In dem Augenblick, in welchem sich die Stromstärke des Lichtbogens dem Nullpunkt nähert, kehren die nun neutralen Gase in den Löschraum zwischen den Hülsen 7 und 13 zurück, um eine gründliche Erneuerung des Dielektrikums des Abschaltraumes herbeizuführen. Ein etwaiges Wiederzünden des Lichtbogens wird auf diese Weise verhindert, wodurch sich eine merkliche Erhöhung der Abschaltleistung ergibt.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Leistungsschalter für hochgespannte Ströme, gekennzeichnet durch eine langgestreckte Abschaltkammer in Form eines zum wenigsten an seinen beiden Enden offenen Raumes, der durch eine fest stehende Röhre (13) gebildet ist, wobei auf einem mittleren, zwischen Kontakten 2 vorgesehenen Kontaktstück (1) eine isolierende Hülse (7) verschiebbar angeordnet ist.
2. 2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenkontakt (1) teilweise oder ganz in die fest stehende Röhre (13) einschiebbar ist.
3. 3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenkontakt (1) zur Mitnahme durch die verschiebbare Hülse (7) während deren Verschiebung eingerichtet ist.
4. 4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Ausnutzung der Stellungsänderung des Mittenkontakts (ι) zur Herbeiführung einer Spannungstrennung.
5. 5. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine über einen Widerstand an einen der Kontakte angeschlossene Elektrode (20) an geeigneter Stelle der langgestreckten Schaltkammer vorgesehen ist.
6. 6. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (13) radiale Ausströmöffnungen aufweist.
7. 7. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Mittenkontakts einen zylindrischen Körper (23) aus Isolierwerkstoff trägt und der Körper (23) mit der Hülse (7) einen zweiten langgestreckten Abschaltraum bildet.
8. 8. Leistungsschalter nach Anspruch τ, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Öffnungen (25) der Röhre (13) in eine einen entionisierenden Körper enthaltende Kammer (26) münden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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