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Elektrischer Schalter mit einer Einrichtung zur Kurztrennung Bei einer
elektrischen Kraftübertragungsanlage hat es sich als vorteilhaft erwiesen, bei Auftreten
eines Kurzschlusses in einem Netzteil den Strornfluß in letzterem kurzzeitig zu
unterbrechen. Der Betrieb kann dann in den meisten Fällen ohne Störung fortgesetzt
werden, da nach dem Verschwinden des Kurzschlußlichtbogens und dem Wiedereinschalten
die Ursache des Kurzschlusses häufig nicht mehr vorhanden ist. Erweist sich jedoch
der Kurzschluß als ein dauernder, so erfolgt die endgültige Abschaltung des Netzteiles.
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Es wurden bereits für die vorerwähnten Schaltvorgänge eingerichtete
Schalter in den verschiedensten Ausführungen in Vorschlag gebracht. Damit der Betrieb
ohne nachteilige Folgen fortgesetzt werden kann, darf der Netzteil nur sehr kurze
Zeit stromlos sein. Um dies zu ermöglichen, wurde empfohlen, für die Kurztrennung
den beweglichen Schaltkontakt bereits nach Zurücklegung eines Teiles seines Ausschaltweges
zum Wiedereinschalten umkehren zu lassen, und erst bei der endgültigen Ausschaltung
den Schaltkontakt bis in seine Endlage zu führen. Für diese verschieden großen Schaltwege
sind für die beweglichen Teile besondere Antriebe und Einrichtungen nötig, die umständlich
und kostspielig sind. Außerdem ist es sehr schwierig, die Summe der von den einzelnen
Einrichtungen benötigten Schaltzeiten so klein zu halten, daß das erstrebte Endziel
auch zuverlässig bei jeder Schaltung erreicht wird.
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Auch sind Druckgasschalter mit zwei beweglichen Schaltkontakten bekannt,
die mit einer Vorrichtung zur Kurztrennung ausgerüstet sind. Bei diesen bekannten
Schaltern wird der zu dem stiftförmigen Schaltkontakt zugehörige Gegenkontakt bei
Auftreten eines Kurzschlusses durch den Druck
im Lichtbogenlöschraum
verstellt. Das bedeutet aber, daß der Kurzschlußauslöser zunächst das Öffnen des
großen Löschgasventils am Druckgaskessel veranlassen muß und erst nachdem das Druckgas
die Zuflußleitung und den Löschraum des Schalters angefüllt hat, der Druck im Löschraum
imstande ist, die auf dem Gegenkontakt lastende Federkraft zu überwinden und die
Kontakttrennung herbeizuführen. Auch schließt der Kontakt den Stromkreis erst dann
wieder, wenn das Löschgasventil geschlossen und die Druckgasfü lluug aus dem verhältnismäßig
großen Schalterraum entwichen ist. Bei einer Kurztrennung ist es aber erforderlich,
daß die Schaltzeiten für die Kontakttrennung und für das Wiederschließen der Kontakte
recht kurz sind, .damit während dieses Schaltvorganges die am Leitungsnetz hängenden
Stromverbraucher ungestört in Betrieb bleiben können.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Schaltern ist bei dem Erfindungsgegenstand
die Kurztrennvorrichtung derart durchgebildet, daß das die Schaltkraft auf,den Kurztrennkontakt
übertragende Verstellglied außerhalb des Lichtbogenlöschraumes des Schalters angeordnet
ist.
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Hierdurch wird erreicht, daß der zweite für die Kurztrennung vorgesehene
Kontakt unbeeinflußt von dem Druck im Lichtbogenlöschraum in seine Löschstellung
bewegt wird. Man ist dadurch in der Wahl der günstigsten Mittel für die Kurztrennung
vollkommen frei von den sich im Lichtbogenraum abspielenden Vorgängen. Erfolgt die
Verstellung des Kurztrenukontaktes z. B. pneumatisch, so wird für den kleinen Schaltweg
dieses Kontaktes nur sehr wenig Druckgas benötigt, da der Hubraum des Verstellkolbens
klein ist. Das erforderliche Steuerventil ist ebenfalls sehr klein und kann unmittelbar
am Zylinder des beweglichen Kurztrennkontaktes befestigt sein. Hierdurch werden
die Schaltzeiten für die Kurztrennung sehr verkürzt. Auch kann bei der Wiederkontaktgabe
auf eine Druckentleerung des Schalterraumes verzichtet werden. Dies ist bei einem
Druckgasschalter wichtig, da bei Aufrechterhaltung eines Überdruckes im Schalter
die Spannungsisolation eine höhere ist.
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Wird bei einer elektromagnetischen Verstellung des Kurztrennkontaktes
der Schalterstrom selbst über den Schaltmagneten geleitet, so wird die Schaltzeit
für die Kurztrennung noch weiterhin herabgesetzt. Bei Auftreten eines Kurzschlußstromstoßes
wird der Kurztrennkontakt unmittelbar, ohne Zwischenglieder benutzen zu müssen,
in seine günstigste Löschentfernung gebracht, und nach erfolgterLichtbogenlöschunggeht
der Kontakt,daalsdann die Verstellkraft fehlt, durch die ihn belastende Kraftfeder
angetrieben, sofort wieder in seine Schließstellung zurück. Auf diese Weise ist
die kürzeste Schaltzeit für die Kurztrennung erzielt, da irgendwelche Zwischenglieder,
die eine gewisse Eigenschaltzeit besitzen, vermieden sind.
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Man hat bei diesem Schalteraufbau die Vorteile, daß die Einzelglieder
für die endgültige Stromunterbrechung in ihrer bewährten Einfachheit erhalten bleiben
und nur der zweite für gewöhnlich ruhende Gegenkontakt für die Kurztrennung passend
auszubilden ist. Hierbei ist man in der Wahl der günstigsten Mittel für jeden Schaltvorgang
vollständig frei, ohne auf die Erfordernisse der anderen Kontaktbewegung Rücksicht
nehmen zu müssen. Die kürzeste Zeitdauer für die Aus-Einschaltung ist sicher dann
erreicht; wenn der normalerweise ruhende und durch eine Kraftfeder in Schließrichtung
belastete Gegenkontakt mit einem Kurzschlußauslöser in Verbindung steht, über den
der gesamte Schalterstrom fließt. Bei Auftreten eines Kurzschlußstromes wird der
dem beweglichen Schaltkontakt zugeordnete Gegenkontakt unmittelbar in seine günstigste
Löschentfernung gezogen, und nach der Unterdrückung des Kurzschlußlichtbogens geht
der Gegenkontakt, durch die ihn belastende Kraftfeder getrieben, sofort wieder in
seine Schließstellung zurück. Hierbei kann die Schließfeder so bemessen sein, daß
der Unterbrechungsmagnet bei normalen Überlastströmen den Kontakt nicht zu verstellen
vermag; daß aber bei außergewöhnlich hohen Überlastströmen die Kurztrennung erfolgt.
Irgendwelche Zwischenglieder, die eine gewisse Eigensehaltzeit besitzen, werden
hierbei vermieden. Dieser Schalteraufbau kann auch als Einphasen-Schnellschalter
für Bahnbetrieb mit 16.2/s Perioden vorteilhaft Verwendung finden. Bei einem übermäßigen
Stromstoß wird der sonst ruhende Kontakt unmittelbar durch den Auslöser selbst in
die günstigste Löschentfernung gezogen, die nach Zurücklegung eines nur kurzen Weges
bereits erreicht ist. Nach Verschwinden des Lichtbogens drückt eine Kraftfeder den
Kontakt in seine ursprüngliche Ruhelage zurück. Die Schaltzeiten sind hierbei derart
festgelegt, daß der eigentliche bewegliche Schaltkontakt während der Schaltlauer
seines Gegenkontaktes bereits seinen Ausschaltweg .angetreten hat, so daß er stromlos
seine Ausschaltendlage erreicht.
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Für manche Schalteinrichtungen kann es zweckmäßig sein, zwischen dem
beweglichen Schaltkontakt und dem nur für die Kurztrennung bewegten Gegenkontakt
in an sich bekannter Weise einen Zwischenkontakt einzuschalten, der ortsfest oder
auch für einen beschränkten Schalthub passend sein kann. Es befinden sich dann die
beiden beweglichen Schaltkontakte in voneinander getrennten Räumen. Auch ist es
wichtig, daß der Schaltvorgang der Kurztrennung sich nicht in gar zu kurzer Zeit
abspielt. Es muß der Zeitverlauf bei aller Kürze so lang andauern, .daß der Anlaß
zur Kurzschlußbildung nach der Kurztrennung verschwunden ist. Hierbei kann eine
Bremsvorrichtung von Nutzen sein, die auf den die Kurztrennung herbeiführenden Gegenkontakt
derart einwirkt, daß die Kontakttrennung ungehemmt, die Kontaktschließung aber verzögert
erfolgt.
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In der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung
an einem Flüssigkeitsschalter näher erläutert. Es kann aber auch irgendeine andere
Schalterart gemäß der Erfindung ausgebildet sein. In einem Schaltergehäuse r, das
teilweise mit einer
Löschflüssigkeit gefüllt ist, ist eine Löschkammer
2 eingebaut. Die Trennstelle der beiden Kontakte 3 und .4 befindet sich in dem Auslaßhals
5; der Löschkammer. Weiterhin ist in der Löschkammer ein Differentialpumpkolben
6 eingebaut, der bei seiner Bewegung die Löschkammer 2 in einen sich erweiternden
und in einen sich verengenden Raum unterteilt. Der sich erweiternde Raum 7 steht
über einen Kanal 9 mit dem Raum 8 in Verbindung. Der Kopf des Kontaktes .4, ist
mit einer Bohrung versehen, so daß bei Kontakttrennung ein Löschmittelstrom von
dem Pumpraum 81, durch den Kanal 9 und über die Bohrung im Kontakt d. nach
denn Pumpraum 7 gelangen kann. Ebenfalls kann der Kontakt 3 mit einer Bohrung versehen
sein, so daß auch durch ihn eine Löschströmung austreten kann. Der Differentialkolben
6 gleitet unter Vermeidung von Zwischenwänden unmittelbar auf dem Kontakt 4, und
es steht der mittlere Raum io unterhalb des Kolbens in freier Verbindung mit idem
druckfreien Schalterraum i i. In dem unteren Raum iiio ist ein Magnetjoch 12 eingebaut,
und an dem Spindelende des Kontaktes d, sitzt ein Magnetkern 13, der in dem Magnetjoch
beweglich ist. Eine Kraftfeder 14: drückt den Kontakt q. in seine Ruhelage. Die
Stromanschlüsse liegen bei 15, und 16.
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Soll bei Normalstrom oder bei geringem Überstrom eine Stromunterbrechung
erfolgen, so wird der bewegliche Kontakt 31 in seine Ausschaltstellung geführt,
wobei der Kontakt q., durch die Feder 14 gehalten, in seiner Ruhelage verbleibt.
Der zwischen den Kontakten 3, und q1 entstehende Lichtbogen ruft durch Verdampfen
eines Teiles der Flüssigkeit eine Drucksteigerung hervor, die in bekannter Weise
zum Antrieb des Differentialkolbens 6 ausgenutzt wird. Die durch die Bewegung des
Kolbens aus dem Raum 8 verdrängte Flüssigkeit fließt durch den Kanal 9 über den
Lichtbogen hinweg und durch die Bohrung des Kontaktes q. zu dem sich erweiternden
Raum 7. Hierbei wird der Lichtbogen gelöscht.
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Tritt aber ein Kurzschluß auf, so wird der Magnetkern 13, der vom
Kurzschlußstrom umflossen wird, so weit angezogen, daß der Kontakt q; in die günstigste
Löschentfernung gelangt. Der durch den Druckanstieg in der Umgebung des Lichtbogens
bewegte Kolben drückt die Löschflüssigkeit wiederum über den Lichtbogen hinweg,
so daß dieser sofort unterdrückt wird. Der Stromfluß wird Null, und die Kraftfeder
1q. bringt die Kontakte 3 und q; wieder zur Berührung. Ist die Kurzschlußursache
inzwischen verschwunden, fließt also der normale Laststrom, so bleibt der Schalter
eingeschaltet und der Netzteil im Betrieb. Dauert jedoch nach der Kurztrennung der
Kurzschluß an, so gibt ein Auslöserelais, dass inzwischen angesprochen hat, den
beweglichen Kontakt 3; frei, der in seine Endlage gezogen wird und damit die endgültige
Stromunterbrechung herbeiführt.
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Es kann in Sonderfällen nutzbringend sein, wenn in dem Schalter ein
zweiter Differentialpumpkolben vorhanden ist, der erst bei der endgültigen Stromunterbrechung
für die Lichtbogenlöschung mit zur Wirkung kommt.
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Für manche Betriebsfälle ist es von Vorteil, den Schalteraufbau so
zu wählen, daß die Kontaktstelle sich in der Löschkammeröffnung befindet, woselbst
der Trennstelle das Löschmittel ringförmig zugeführt wird. Bei jeder Überlastabschaltung
tritt also alsdann der eine Kontakt in die Löschkammer zwecks Löschung des entstehenden
Lichtbogens ein, während der andere Kontakt zwecks Einstellung der erforderlichen
Trennstelle in den druckfreien Schalterraum austritt. Hierdurch wird erreicht, daß
die Löschung eines verhältnismäßig kurzen Lichtbogens stets in der Löschkammer erfolgt,
der zweite Kontakt aber stromlos die erforderliche Trennentfernung außerhalb der
Löschkammer einstellt. Außerdem wird bei diesem Aufbau die Einschaltung auf Kurzschluß
wesentlich erleichtert. Bildet sich ein Einschaltlichtbogen, so brennt dieser lediglich
in dem druckfreien Schalterraum, so daß die gefürchteten Einschaltdruckstöße von
der Löschkammerwandung ferngehalten sind.