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Druckgasschalter mit besonderem Lichtbogenlöschmittel für die Unterbrechung
hoher Ströme Es ist bereits empfohlen worden, bei Druckgasschaltern in besonderen
Fällen, wie bei der Abschaltung von Kurzschlußströmen, insbesondere zusätzlich zur
Druckgasbeblasung ein besonderes Lichtbogenlöschmittel an die Schaltstelle zu leiten
bzw. in die Unterbrechungsstelle einzuspritzen. Als geeignet hierfür erscheinen
z. B. halogenierte Schwefelverbindungen, insbesondere Schwefelhexafluorid. Dabei
tritt das Problem auf, dieses besondere Löschmittel der Unterbrechungsstelle stromabhängig
zuzuführen. Bei normalen Abschaltungen soll es unverwendet bleiben und nur bei der
Abschaltung besonders hoher Ströme zur Wirkung kommen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe in besonders zweckdienlicher Art,
indem ein Betätigungsorgan vorgesehen ist, welches unter Ausnutzung der elektrodynamischen
Stromkräfte eine Steuerungseinrichtung bzw. ein Ventil für die Zuführung des besonderen
Lichtbogenlöschmittels selbsttätig beeinflußt. Dies kann z. B. dadurch geschehen,
daß um ein stromführendes Glied des Schalters, beispielsweise um den beweglichen
Schaltstift, ein vorzugsweise lamellierter, aus Eisen od. dgl. bestehender Ring
gelegt ist, der einen beweglichen, mit einem Steuerventil für die Zuführung des
besonderen Löschmittels verbundenen Teil enthält, derart, daß das Ventil infolge
der Anziehung dieses Teiles bei hohen Strömen, insbesondere gegen die Wirkung einer
Ventilschließfeder, geöffnet wird und das besondere Löschmittel unter Druck zur
Unterbrechungsstelle strömt. Dabei ist
Voraussetzung, daß das besondere
Löschmittel in geeigneter Art unter Druck gesetzt ist, damit es beim öffnen des
Ventils auch sofort zur Wirkung kommen kann. Dies geschieht beim Schalter der Erfindung
zweckmäßig in bereits vorgeschlagener Art dadurch, daß der Behälter für das besondere
Löschmittel mit dem Druckgasbehälter des Schalters in Verbindung steht, so daß das
Löschmittel durch Druckgas unter Druck gesetzt wird. -Nähere Einzelheiten und Ausgestaltungen
der Erfindung gehen aus den an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen
hervor. Die einzelnen Abbildungen sind im wesentlichen schematisch gehalten. Für
das Verständnis der Erfindung sind nicht notwendige Teile im allgemeinen weggelassen.
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In Fig. i ist ein Druckgasschalter der Wandbauart in üblicher Ausführung
veranschaulicht. Er enthält in einer rohrförmigen Schaltkammer i einen festen Schaltkontakt
2, der mit einem beweglichen stiftförmigen Schaltkontakt 3 zusammenwirkt. Im Einschaltzustand
fließt der Strom vom Stromanschlußkontakt 4 durch die beiden genannten Kontakte
zum Stromanschluß 5, der über den Schleifkontakt 5' mit dem Schaltstift 3 in Verbindung
steht. Am oberen Ende der Schaltkammer ist ein Dämpfer bzw. Kühler 6 für die ausströmenden
Schaltgase angeordnet. Beim Abschaltvorgang wird der bewegliche Kontakt mittels
des Schalthebels 7, der bei 7' schwenkbar gelagert ist und mit dem er über ein Langloch
8 und den Stift 9 verbunden ist, nach unten bewegt. Der Hebel 7 wird mittels eines
hier nicht dargestellten Druckluftantriebes in Bewegung gesetzt. Dieser Druckluftantrieb
sowie weitere Teile des Schalters werden von dem Grundgestell io getragen. Auf diesem
Grundgestell befindet sich oben der Druckluftbehälter i i, der durch die Leitung
12 über ein Auffüllventil13 von einer Drucklufterzeugungsanlage, die hier nicht
dargestellt ist, auf den erforderlichen Druck laufend aufgefüllt wird. Beim Abschaltvorgang
wird das Druckgasventil 14 geöffnet, so daß die Luft des Behälters i i durch die
Leitung 15 sowie das Ventil 14 und über die Leitung 16 zur Schaltkammer i strömt
und den Abschaltlichtbogen in der Düsenöffnung des Kontaktes 2 bebläst. In dem Grundgestell
io ist nun weiter ein Behälter 17 für das besondere Lichtbogenmittel untergebracht.
Das besondere Lichtbogenmittel i8 kann z. B. das unter dem Handelsnamen Freon bekannte
Schwefelhexafluorid sein. Es wird dem Behälter 17 durch die Auffülleitung i9 über
das Auffüllventi12o zugeführt. Der Behälter 17 ist durch eine Leitung 2i mit dem
Druckluftbehälter i i verbunden. In dieser Leitung ist ein Ventil 22 angeordnet,
über dessen Aufgabe im folgenden noch gesprochen wird. Vom Behälter 17 führt eine
Leitung 23 in die Schaltkammer i. Am Ende dieser Leitung 23 ist eine Ausströmöffnung
angeordnet, die normalerweise durch ein Ventil 24 geschlossen gehalten wird. Nun
ist um den beweglichen Schaltstift 3 ein Ring aus Eisen in lamellierter Ausführung
gelegt. Dieser Ring ist zweiteilig ausgeführt; die beiden Teile sind durch ein Gelenk
25 miteinander verbunden, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist. Der eine Teil
26 dieses Ringes ist feststehend angeordnet und an dem Gehäuse der Kammer
i befestigt. Die Ringhälfte 27 dagegen ist um den Drehpunkt 25 schwenkbar. Sie trägt
den Ventilkegel 24, der mit der Ausströmöffnung 28 des Rohres 23 als Ventilsitz
zusammenwirkt. Die Feder 29 drückt normalerweise die beiden Ringhälften 26 und 27
auseinander, wodurch der Ventilkegel 24 auf seinen Sitz an die Düsenöffnung 28 gedrückt
wird.
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Das Ventil 22 in der Leitung 21 wird bei Betätigung des Druckgasventils
14 im Falle eines Ausschaltvorganges z. B. mechanisch geöffnet, so daß das Löschmittel
18 im Behälter 17 sofort unter Druck gesetzt wird und am Ende der Leitung 23 im
Falle des Bedarfs sofort bereitsteht. Tritt nun ein Kurzschlußstrom auf, so wird
die Ringhälfte 27 infolge der auftretenden Stromkräfte gegen die Wirkung der Feder
29 an die Ringhälfte 26 herangezogen, so daß sich der Ventilkegel 24 von seinem
Sitz an der Ausströmöffnung 28 des Rohres 23 abhebt und das besondere Lichtbogenlöschmittel
aus der Leitung 23 zusätzlich zur Druckgasbeblasung in den Lichtbogen eingespritzt
wird.
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Das Ventil 22 in der Leitung 2i kann auch auf andere Weise als rein
mechanisch bei der Schalterbetätigung geöffnet werden. Es kann z. B. ein kleiner
Differentialkolben vorgesehen sein, der von der Blasluft des Schalters beim Abschaltvorgang
gesteuert wird und somit das Ventil 2-:2 öffnet, so daß sofort bei der Einleitung
des Abschaltvorganges der Druck des Druckgases auf dem Flüssigkeitsspiegel des Freons
im Behälter 17 lastet. Man kann aber auch das Löschmittel im Behälter 17 dauernd
unter Druck halten und zu diesem Zweck das Ventil22 als Auffüllventil in der Weise
ausbilden, daß bei absinkendem Druck im Behälter 17 Druckgas aus dem Druckgasbehälter
i i zum Freon-Behälter 17 überströmt und daß sich das Ventil sofort wieder schließt,
wenn im Behälter 17 der erforderliche Druck wieder hergestellt ist.
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Eine Bedingung für das einwandfreie Arbeiten des Schalters ist die,
daß der Druck im Rohr 16 niedriger ist als der auf dem Löschmittel des Behälters
17 lastende Druck. Bei entsprechender Ausbildung des Druckgasventils 14 läßt sich
dies ohne weiteres dadurcherreichen; daßman,dafürsorgt, daß ,der Druckabfall nm
Ventil 14 entsprechend groß ist.
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In Fig. 3 ist ebenfalls ein Druckgaswandschalter dargestellt. Die
der Fig. i entsprechenden Teile sind dabei mit den gleichen Ziffern versehen wie
in dieser Figur. In gleicher Weise ist auch bei den weiteren Abbildungen der Zeichnung
verfahren worden. Der wesentliche Unterschied des Schalters nach Fig.2 gegenüber
dem zuvor beschriebenen Schalter besteht darin, daß zwischen dem Behälter 17 für
das besondere Löschmittel i8 und die Leitung 23 eine Pumpeinrichtung 30 geschaltet
ist, die bewirkt, daß die Einspritzung des Freons in die Leitung 16 mit erhöhtem
Druck erfolgt. Diese Pumpeinrichtung ist in einem Gehäuse untergebracht,
welches
einen Differentialkolben 31 enthält. Es steht mit dem Behälter 17 durch die Leitung
32 über ein Rückschlagventil 33 in Verbindung. Andererseits wirkt der Druck der
Blasluft des Rohres 16 über die Leitung 34 im Moment der Abschaltung auf die große
Fläche des Differentialkolbens 31. Das der Pumpeinrichtung durch den auf der Flüssigkeit
18 des Behälters 17 lastenden Druck zugeführte Freon wird somit durch die Leitung
23 in das Rohr 16 mit großem Druck eingespritzt, wenn im Falle eines Kurzschlußstromes
der Anker 35 in den Ring 36 gezogen wird, wodurch der Ventillcegel2q. mittels der
Stange 37 gegen die Wirkung der Feder 29 von der Öffnung 28 des Rohres 23 abgezogen
wird. Dies ist besonders in Fig. 4., die den Schnitt 13-B nach Fig. 3 darstellt,
veranschaulicht.
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Die in Fig. .4 dargestellte Betätigungseinrichtung für das Einspritzventil
an der Freonleitung 23 läßt sich auch derart ausbilden, daß mit einfachen Mitteln
gleichzeitig zwei Öffnungen an der Einspritzleitung im Kurzschlußfalle geöffnet
werden, und zwar besteht der Eisenring hier aus zwei beweglichen Hälften 27 (vgl.
Fig. 6), an denen sich kreuzende Halteglieder 27' für zwei Ventilkegel 24. befestigt
sind, die mit zwei Öffnungen 28 des Rohres 23 zusammenwirken. Normalerweise drückt
die Feder 29 die beiden Ringhälften 27 auseinander und demzufolge die Ventilkegel
24 gegen die beiden Öffnungen 28. Fließt nun durch den Kontaktstift 3 ein Kurzschlußstrom,
so werden die Ringhälften 27 gegen die Wirkung der Feder 29 gegeneinandergezogen,
so daß sich die Ventilkegel 24 von den Öffnungen 28 des Rohres 23 abheben. Der Schalter
nach Fig. 5 entspricht in seinen wesentlichen Teilen dem in Fig. 3 gezeichneten
Schalter, jedoch mit dem Unterschied, daß die Pumpe 3o in umgekehrter Lage angeordnet
ist und daß ferner die Leitung 23 bis nahe an dem Düsenkontakt 2 gelegt ist. Durch
diese Leitungsverlegung wird das besondere Löschmittel von vornherein näher an die
Unterbrechungsstelle geführt und gelangt nicht erst über einen Luftkolben dorthin,
wie es bei der Ausführung nach Fig.3 der Fall ist.
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In den Fig. 7 und 8, wobei die letztere den Schnitt C-C nach Fig.
7 darstellt, ist die Anwendung der Erfindung bei einem Freistrahldruckgasschalter
veranschaulicht, und zwar handelt es sich um eine Freistrahlschalterbauart, bei
der auf drehbaren Isolatorstützern 38 Schwenkarme 39 befestigt sind, die beim Schaltvorgang
um annähernd 9o° gedreht werden. Zu jedem Pol eines solchen Schalters gehören zwei
Stützer mit Schwenkarmen. Davon ist hier nur einer dargestellt, während der andere
lediglich mit dem Ende des Schwenkarmes angedeutet ist. Der Schwenkarm 39 weist
einen sogenannten Löschkopf d.o auf, in welchem in einem Gehäuse ,4i ein beweglicher
Schaltstift .12 gegen die Wirkung einer Einschaltfeder 43 unter dem Druck der durch
die Öffnung 44 auf einen Kolben 45 gelangenden Druckluft in die Ausschaltstellung
bewegt werden kann. Das Gehäuse .41 ist mittels Tragstegen 46 an die Wand des hohlen
Schwenkarmes 39 befestigt. Beim Ausschaltvorgang strömt das Druckgas aus dem Druckgasbehälter
i i, der im Unterteil des Schalters angeordnet ist, über das Druckgasventil 1,4
und die Leitung 16 durch den Isolator 38 zum Raum ,47 und von hier aus zum Löschkopf
40, wo es die Schaltung in der bereits angedeuteten Weise bewirkt. Sind auf diese
Art die Schaltkontakte des Schalters in die Löschköpfe zurückgezogen, so drehen
sich die Isolatoren 38 unter dem Einfluß eines nicht gezeichneten Druckluftantriebes,
dessen Gestänge an dem Hebel 48 angreift, um ihre eigene Achse auf dem Kugellager
49. Die Einrichtungen für das besondere Lichtbogenlöschmittel sind beim Freistrahlschalter
sinngemäß dem Aufbau des Wandschalters angeordnet. Im Schalterunterteil befindet
sich der Behälter 17 für das besondere Lichtbogenlöschmittel, welcher durch- die
Leitung 21 über das Ventil 22 an den Druckgasbehälter angeschlossen ist. Eine Leitung
32 führt vom Behälter 17 durch den Luftkanal des Isolators 38 zur Pumpeinrichtung
3o, die den Stromanschluß a' trägt und genauso aufgebaut ist wie beim Schalter der
Fig. 3. Die Luftleitung 3,4 für diese Pumpeinrichtung ist vom Raum ,a.7 abgezweigt.
Die Einspritzleitung 23 ist in Längsrichtung des Schwenkarmes 39 in dessen Innerem
verlegt und weist im vorliegenden Fall zwei Ventileinrichtungen 24. und 24' auf,
die in gleicher Weise wirken wie die an Hand der Fig.2 und q. beschriebene Bauart.
Über die Wirkungsweise dieses Schalters ist nichts Neues zu sagen. Es handelt sich
hierbei im wesentlichen lediglich um die bauliche Einfügung einer Anordnung nach
der Erfindung bei einem Freistrahlschalter. Es ist selbstverständlich, daß ebenso
wie der Druckgasbehälter i i und das dazugehörige Druckgasventil 14, was allgemein
üblich ist, auch der Behälter 17 und -das Ventil 22 für mehrere Pole eines z. B.
dreipoligen Schalters gemeinsam vorgesehen sein können.
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In Fig. 9 ist ebenfalls ein Freistrahlschalter gemäß der Erfindung
dargestellt. Dabei ist die Bauart ohne Pumpeinrichtung gewählt, und zwar in ähnlicher
Art wie bei dem Wandschalter nach Fig. i. Der Behälter 17 für das besondere Löschmittel
ist auf dem Kopf des Drehisolators 38 bzw. am Schaltarm 39 angeordnet. Die für ihn
erforderliche Druckgasleitung 21 und seine Auffülleitung i9 sind durch den Luftkanal
des Isolators 38 hindurch verlegt. Die Wirkungsweise des Schalters dürfte auf Grund
der bisherigen Erläuterungen ohne weiteres klar sein. Es ist hierbei wieder so,
daß der Druck des Druckgases im Löschkopf geringer sein muß als der auf dem Löschmittel
18 lastende Luftdruck, was durch Herbeiführung eines entsprechenden Druckabfalles
im Druckgasventil 1¢ bewirkt werden kann. Gegenüber dem Schalter nach Fig. 7 hat
die Bauart der Fig: 9 den Vorzug, daß sich der Einspritzdruck früher einstellt,
da nicht erst der Raum 47 mit Luft aufgefüllt werden muß, ehe sich der Druck auf
das Löschmittel 18 fortpflanzt.
Eine Abart des Schalters der Erfindung
zeigt die Fig. io. Dabei befindet sich am Ende der Einspritzleitung 23 eine Ringleitung
5o mit einer Mehrzahl von Ausströmöffnungen 28. Das Ventil 24 für die Steuerung
der Löschmittelzufuhr ist im Behälter 17 angeordnet und wirkt mit der in diesem
einmündenden Leitung 23 zusammen. Die stromabhängige Betätigungseinrichtung für
dieses Ventil ist dabei in Form eines Eisenringes 36 um die durch den Behälter 17
hindurchgeführte Stromleitung 51 gelegt. Die Anordnung hat den Vorzug, daß die Ausströmöffnungen
28 unabhängig vom Ventil ausgebildet werden können, da sie nicht verschlossen werden
müssen. Das Ventil 24 gibt beim Öffnen lediglich den Weg zu den Ausströmöffnungen
frei. Abweichend hiervon kann die Einrichtung auch so getroffen werden, daß das
Löschmittel 18 nicht zu einem Düsenring 5o, sondern in den beweglichen Schaltstift
42 eingeleitet wird, der zu diesem Zweck hohl auszubilden ist. Das Löschmittel 18
strömt in diesem Fall direkt dem Lichtbogen zu. Diese Anordnung kann selbstverständlich
auch bei den anderen beschriebenen Schalterbauarten gewählt werden.
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Fig. i i zeigt wieder einen Freistrahlschalter, der dem Schalter der
Fig.7 insofern sehr ähnlich ist, als er auch eine Pumpeinrichtung 30 für
das besondere Löschmittel besitzt. Dabei ist die Druckgasleitung 34, die diese Pumpeinrichtung
mit Druckgas versorgt, unmittelbar über ein Ventil 22' an den Druckgasbehälter des
Schalters angeschlossen. Das Ventil 22" kann automatisch so betätigt werden, daß
es immer nur kurzzeitig dann geöffnet wird, wenn der Druck auf der Flüssigkeit 18
unter einen bestimmten Wert gesunken ist. Er braucht jedoch nur so hoch zu sein,
daß Löschmittel in die Pumpeinrichtung 3,a nach dem Schaltvorgang nachgefüllt wird.
Die Pumpe selbst ist in Längsrichtung des Schaltarmes 39 geordnet. Der Aufbau verwendet
eine Ringleitung 5o mit einer ringförmigen Düsenöffnung in der Art, daß diese Düsenöffnung
durch einen ringförmigen Ventilkegel verschlossen und geöffnet wird.
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Der Aufbau geht im einzelnen aus den Fig. 12 und 13 hervor. Dabei
ist Fig. 13 die Ansicht in Richtung des Pfeiles D der Fig. 12. Man erkennt, daß
mit dem Eisenring 36 drei Anker 35 zusammenwirken, welche von einem Ring 52 getragen
werden, der sich mit Federn 29 gegen den Eisenring 36 abstützt und dadurch den ringförmigen
Ventilkegel 2q" gegen die ringförmige Öffnung 28" der Ringleitung 5o drückt. Im
Falle der Kurzschlußabschaltung wird der Ring 52 mit den Ankern 35 von der Ringleitung
5o weggezogen, so daß sich die Ringdüse 28" öffnet.
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Eine andere Art der Ausbildung für das Einspritzventil der Leitung
23 ist in Fig. 14 gezeigt. Sie entspricht in ihrem Gesamtaufbau im wesentlichen
der Anordnung nach Fig.4, jedoch mit dem Unterschied, daß der Ventilkegel 24 die
Leitung 23 völlig durchdringt, so daß beim Anheben des Ventilkegels an der Leitung
-zwei Öffnungen 28 und 28' für das ausströmende Einspritzmittel frei werden. In
Fig. 15 ist veranschaulicht, daß man eine solche Anordnung längs der Leitung 23
mehrfach vorsehen kann.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß sich die Erfindung nicht
auf die in den bisherigen Beispielen gezeigte spezielle Art der Ausnutzung der Stromkräfte
für das Öffnen eines Einspritzventils beschränkt, sondern daß auch andere Ausführungen
gewählt werden können.
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Eine weitere Möglichkeit zeigen in dieser Hinsicht die Fig. 16 und
17, von denen Fig. 17 den Schnitt E-E nach Fig. 16 darstellt. Hier ist ein Stromleiter
53 dargestellt, der infolge eines Längsschlitzes 54 zwei parallel verlaufende Leitungen
55 und 55' aufweist, die sich bei Durchgang eines starken Stromes infolge einer
gewissen Elastizität (Herstellung beispielsweise aus Bronze) gemäß den eingezeichneten
unterbrochenen Linien gegenseitig anziehen. An dem Leiterteil 55' ist der Ventilkegel
24 fest angebracht, der mit den Öffnungen 28 und 28' der Leitung 23 zusammenwirkt.
Durch eine starre Umklammerung 56 werden der Leiter 55 und das Rohr 23 in einem
festen Abstand gehalten. Ziehen sich nun die beiden parallelen Leiter 55 und 55'
infolge des Durchganges eines Kurzschlußstromes an, so löst sich der Ventilkegel
24 aus den Öffnungen des Rohres 23; und das in der Leitung 23 unter Druck stehende
Löschmittel wird ausgespritzt.