DE969871C - Leistungsschalter mit zentripetaler Beblasung des Lichtbogens und zylindrische Form aufweisenden Kontakten - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. JULI 1958

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter mit zentripetaler Beblasung des Lichtbogens und zylindrische Form aufweisenden Kontakten, von denen wenigstens einer für das Ausströmen des Löschmittels Rohrform mit umlenkungsfreiem Durchgang aufweist, wobei die Kontakte von einem das Löschmittel enthaltenden Druckraum umgeben sind.

Bei Leistungsschaltern der vorstehend erwähnten Art wird der Abschaltlichtbogen durch das Löschmittel zentripetal nach dem Mittelpunkt und in das Innere des oder der röhrenförmigen Kontakte gedrängt. Die Löschung erfolgt in dem Augenblick, in welchem der Strom seinen Nullwert erreicht als Folge der kräftigen Regenerierung des dielektrischen Widerstandes der Lichtbogenstrecke durch die radialen und zentripetalen Löschmittelströme, die eine große Geschwindigkeit aufweisen.

Die dielektrische Regenerierung ist bei den bekannten Leistungsschaltern durch verschiedene Einwirkungen mehr oder weniger behindert. So kann z. B. das Abströmen des Löschmittels infolge auftretender Wirbel und einer ungünstigen Verteilung der einzelnen Löschmittelströme nicht symmetrisch zur geometrischen Achse erfolgen. Hierdurch wird der Lichtbogen so verlagert, daß er sich außerhalb der für eine Höchstwirkung des Löschmittels günstigsten Lage befindet. Außerdem übt der Lichtbogen in der Zeitspanne zwischen der Trennung der Kontakte und seinem Erlöschen, d. h. in der Zeitspanne des Brennens mit voller Stärke auf die ihm benachbarte Löschmittelzone eine, ionisierende und

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erhitzende Wirkung aus. Dies hat eine merkliche Herabsetzung des dielektrischen Widerstandes des Löschmittels in der Umgebung des Lichtbogens zur Folge. Im Augenblick des natürlichen Erlöschens des Lichtbogens, d. h. im Augenblick des Stromdurchganges durch Null, besitzt deshalb das frische Dielektrikum, welches durch die Strömung des Löschmittels in den Weg des Lichtbogens gelangt, keinen genügenden Widerstand, weil seine dielektrisehen Eigenschaften durch die vorangehende Einwirkung des Lichtbogens herabgesetzt worden sind. Die Einwirkung des Lichtbogens auf die dielektrischen Eigenschaften seiner unmittelbaren Umgebung wirkt sich ganz besonders nachteilig bei denj enigen Leistungsschaltern aus, die mehrere in Reihe geschaltete Unterbrechungsstellen aufweisen und deren Unterbrechungsstellen von einer einzigen Löschmittelquelle beblasen werden, weil der Teillichtbogen, der zuerst beblasen wird, seine störende so Wirkung auf die Beblasung der folgenden Teillichtbögen ausübt.

Bei den bekanntgewordenen Anordnungen fließt das Löschmittel in einer Richtung, welche eine Höchstabschaltleistung zu gewährleisten nicht in «5 der Lage ist.

Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile behoben und soll eine erheblich erhöhte Abschaltleistung der Schalter erzielt werden.

Nach der Erfindung sind die Kontakte innerhalb des Druckraumes in einer einen Ringspalt gegenüber den Kontakten frei lassenden Hülle angeordnet, derart, daß das Löschmittel von beiden Enden des Ringspaltes her der Unterbrechungsstelle gleichmäßig zuströmt. Hierdurch ist erreicht, daß eine sehr kräftige Ablenkung des Gasstromes nach der Mitte der Kontakte erfolgt, welche im Trennungslichtbogen einen Druck und einen Wirbel erzeugt, wodurch sich eine besonders wirksame dielektrische Regenerierung der ionisierenden Atmosphäre des Lichtbogens ergibt. Diese kräftige Ablenkung des Löschmittels ist eine Folge der an der Trennstelle aufeinandertreffenden Löschmittelströme in Verbindung mit der Hülle, welche nur einen Spalt für das Löschmittel gegenüber den Kontakten beläßt. Gleichzeitig ist hierbei jeweils nur eine geringe Menge von Löschmittel der Strahlung des Lichtbogens unterworfen, so daß das Löschmittel seine dielektrischen Eigenschaften beibehält. Auf Grund dieser Umstände erfährt die Abschaltleistung des Schalters eine erhebliche Erhöhung.

Weitere Kennzeichen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

Die Zeichnung veranschaulicht verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Abb. ι gibt einen Schnitt durch die Achse einer Kontaktanordnung wieder ;

Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel;

Abb. 3 ist ein Schnitt nach der Linie IH-III in Abb. 2;

Abb. 4 verdeutlicht einen durch die Achse einer Kontaktanordnung mit mehreren Unterbrechungsstellen gelegten Schnitt.

In Abb. ι sind die Kontakte mit 1 und 2 bezeichnet. Die Kontakte befinden sich in der Stellung eines geöffneten oder eines sich gerade öffnenden Schalters. Der eine der beiden Kontakte kann feststehend angeordnet sein, während der andere Kontakt verschiebbar angeordnet ist. Natürlich können auch beide Kontakte verschiebbar angeordnet sein. Die Hülle 3 ist zusammen mit den Kontakten in einem Gehäuse oder einer Kammer untergebracht. In der Zeichnung ist diese Kammer, welche das Löschmittel bei einer vorzunehmenden Abschaltung aufnimmt, nicht dargestellt. Das unter Druck stehende Löschmittel dringt von beiden Seiten, wie es durch die Pfeile 4 und 5 angedeutet ist, in den Ringraum zwischen der Hülle und den Kontaktträgern 6 und 7 ein, so daß zwei einander entgegengesetzt gerichtete Ströme 4', 4' und 5', 5' entstehen, die aufeinandertreffen und sich hierdurch gegenseitig kräftig nach der Mitte der Kontakte ablenken. Dort strömen sie durch das Innere der röhrenförmigen Kontaktträger 6 und 7 ab. Die sehr kräftige Ablenkung des Gasstromes nach der Mitte der Kontakte erzeugt im Trennungslichtbogen einen Druck und einen Wirbel, was eine besonders wirksame dielektrische Regenerierung der ionisierten Atmosphäre des Lichtbogens zur Folge hat. Es ist leicht zu erkennen, daß das außerhalb der Hülle 3 befindliche Löschmittel der Einwirkung des Lichtbogens entzogen ist und demzufolge alle seine dielektrischen Eigenschaften beibehält.

Von Vorteil ist es, einen größtmöglichen Teil des Löschmittels der Strahlung des Lichtbogens zu entziehen. Aus diesem Grunde darf der Innendurchmesser der Hülle 3 nicht zu groß gewählt werden, da gegenteiligenfalls der Lichtbogen auf ein zu großes Volumen des Löschmittels einwirken würde. Es darf aber auch der Durchmesser der Hülle nicht so klein gewählt werden, daß der Ringraum zwischen der Hülle und den Kontaktträgern so eng wird, daß er einen erheblichen Druckabfall des Löschmittels bedingt. Der Querschnitt des ringförmigen Zwischenraumes ist zweckmäßig gleich dem inneren Querschnitt der Kontaktträger. In der Praxis kann er jedoch ein Vielfaches dieses Querschnitts betragen.

Das vom Lichtbogen bestrahlte Löschmittelvolumen ergibt sich durch einen Rotationskörper, no der von den beiden an die Rundung der Kontakte angelegten Tangenten 8 und 9 und dem Teil der Innenfläche der Hülle begrenzt ist, der innerhalb dieser Tangenten liegt. Dieses Volumen muß so klein gewählt werden, wie es einerseits der Druckabfall im Löschmittel und andererseits der zur Isolierung notwendige Abstand zwischen den Elektroden und der Hülle bedingen.

Zur Verringerung der schädlichen Wirkung des vom Lichtbogen bestrahlten Teils des Löschmittels auf ein möglichst geringes Maß müssen stärkere Wirbel oder andere Störungen vermieden werden, die das Abströmen des Löschmittels behindern könnten. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Innenfläche der Hülle 3 einen Wulst 10 aufweist, wie es aus Abb. 2 ersichtlich ist.

Der Wulst kann scharfkantig oder abgerundet sein. Die Anordnung des Wulstes ergibt nicht nur den Vorteil, daß das Volumen des bestrahlten Teils des Löschmittels herabgesetzt wird, sondern auch noch den weiteren Vorteil, daß die beiden einander gegenläufigen Löschmittelströme eine Ablenkung erfahren, die ihre Leitung nach der Mitte der Kontakte begünstigt. Hierdurch wird eine Wirbelbildung beim Aufeinandertreffen der beiden Ströme auf ein

ίο Mindestmaß herabgesetzt.

Erfindungsgemäß ist die Innenfläche der Hülle 3 derart ausgebildet, daß sie im wesentlichen den Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes folgt, welches die Elektroden umgibt. Der elektrische Gradient längs der Innenfläche der Hülle wird hierdurch erheblich verbessert.

Zur Verhinderung einer schraubenförmigen Bewegung im Ringraum, die zur Wirbelbildung führen könnte, können erfindungsgemäß Leitschaufeln vorgesehen sein, die vorzugsweise an den Enden der Hülle 3 angebracht sind. In Abb. 2 sind die Leitschaufeln mit 11 und 12 bezeichnet, während Abb. 3 die Schaufeln 11 im Schnitt wiedergibt.

Wenn die aus der Hülle 3 und den Kontakten 1 und 2 bestehende Vorrichtung in ein Gefäß oder eine Kammer eingebaut werden soll, wie es regelmäßig der Fall ist, in welcher das Löschmittel unter Druck an dem einen Ende einströmt, so kann der Fall eintreten, daß die Achse der Einströmöffnungen der Kammer und die Achse der Einströmöffnungen der Hülle 3 eine versetzte Lage zueinander haben, wodurch die Geschwindigkeit der in Abb. 1 angedeuteten Ströme 4 und S verschiedene Werte annehmen' kann. Dies kann eine ungünstige Verteilung der

beiden Ölasströme zur Folge haben, insbesondere wenn die Elektroden und die Hülle ein symmetrisches Ganzes bilden müssen, wie es Abb. 2 wiedergibt. Die Erfindung vermeidet einen solchen Übelstand dadurch, daß das Löschmittel der Hülle von der Seite zugeführt wird, so daß die beiden Einströmöffnungen der Hülle gegenüber dem in die Kammer einströmenden Löschmittel gleichgerichtet sind. Die seitliche Einströmung kann in jeder geeigneten Weise bewirkt sein. Vorzugsweise sind hierzu entsprechend Abb. 2 zwei Ringkörper 13 und 14 in einem geeigneten Abstand von der Hülle 3 vorgesehen. Die Ringe lassen es zu, daß die Einströmöffnungen in die Hülle 3 unabhängig voneinander so gewählt werden können, daß je nach Wunsch gleich starke oder verschieden starke, einander entgegengesetzte Löschströme entstehen.

Eine andere Lösung besteht darin, an Stelle der seitlichen Einströmöffnungen axiale Einströmöffnungen beizubehalten und diejenige öffnung, welche dem in die Kammer einströmenden Löschmittel abgewandt ist, mit einem Ablenkungsring zu versehen, der den Löschmittelstrom um i8o° ablenkt, d. h. völlig umkehrt mit dem Ergebnis, daß auch diese Öffnung dem Löschmittelstrom zugewandt ist.

Abb. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung auf einen Leistungsschalter mit mehreren Trennstellen. Jede einzelne Trennvorrichtung besteht aus zwei Kontakten 1 und 2, die mit einer Hülle 3 sowie-Leitschaufeln 11 und 12 versehen sind. Die Anordnung ist in einem Schutzisolator 15 untergebracht, der gleichzeitig die Kammer oder das Gehäuse bildet, in welches das komprimierte Löschmittel, z. B. von unten her, in den Ringraum 16 strömt. Der Isolator 15 ist an dem einen Ende durch eine Kappe 17 abgeschlossen, welche Kanäle 18 enthält, aus denen das Löschmittel ausströmt, wenn es die Kontakte 2 und 2' durchströmt hat, und einen Kanal 19 aufweist, durch den das Löschmittel aus dem Gehäuse 15 in das nächste Gehäuse 15' strömen kann. Wie die Abbildung zeigt, läßt es die Hülle 3 zu, daß das unter Druck stehende Löschmittel aus dem Ringraum 16 durch den Kanal 19 in das nächste Gefäß 15' fließt, ohne eine Beeinflussung durch den zwischen den Kontakten 1 und 2 zündenden Lichtbogen zu erfahren. Der Einfachheit halber können die Hülle 3 sowie die Leitschaufeln 11 und 12, welche das Löschmittel zur Trennstelle leiten, zu ihrem Zusammenhalt ganz oder teilweise gegeneinandergedrückt sein, wozu beispielsweise eine Feder 20 dient, die in einem auseinanderschiebbaren Gehäuse untergebracht ist. Das Gehäuse ist von den gleitfähig ineinandergeschobenen Teilen 26 und 27 gebildet.

In Abb. 4 bewegt sich der verschiebbare Kontakt ι nach unten. Naturgemäß wäre auch seine unbewegliche Anordnung und eine verschiebbare Anordnung des Kontakts 2 möglich, der sich vorliegendenfalls nach oben verschieben würde. Bei einem Leistungsschalter mit einer einzigen Trennstelle fällt der Verbktdungskanal 19 in der Kappe 17 fort.

Die Abbildungen zeigen die Kontakte in symmetrischer Anordnung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Insbesondere kann der eine der Kontakte eine kleinere oder größere innere öffnung oder überhaupt keine öffnung aufweisen, d. h., er kann gegebenenfalls massiv sein und möglicherweise eine Spitze aus einem hochhitzebeständigen Metall tragen, auf welcher der Trennungslichtbogen Fuß fassen kann.

Die Hülle läßt sich aus leitendem Werkstoff (Metall od. dgl.) bilden und kann in einem solchen Fall vollständig von den Elektroden isoliert oder mit diesen durch Widerstände, Kondensatoren, Drosselspulen oder Impedanzen verbunden sein, die ihr ein gewisses Potential aufdrücken. Die Hülle kann aber auch aus einem isolierenden, hitzebeständigen Werkstoff bestehen, wie z. B. Spezialporzellan, Steatit, Zirkon usw. Es empfiehlt sich, einen isolierenden Werkstoff zu verwenden, der einerseits starken Temperaturschwankungen widersteht und andererseits einen hohen dielektrischen Widerstand und einen hinreichenden elektrischen Oberflächenwiderstand besitzt. Die Hülle läßt sich auch aus zwei Teilen bilden, wobei der äußere Teil aus einer isolierenden Röhre von großer mechanischer Festigkeit bestehen kann, so aus Preßstoff, aus mit einem synthetischen Harz imprägnierten Papier oder Textilgewebe od. dgl., während die Innenauskleidung der Hülle aus einem das gewünschte Profil und die erforderlichen Eigenschaften aufweisenden Werkstoff gebildet ist.

Die Hülle kann gegebenenfalls auch durch einen schlecht leitenden Werkstoff gebildet sein, welcher einen parallel zur Trennstelle geschalteten Widerstand darstellt. In diesem Fall kann der Querschnitt oder der Widerstand des Werkstoffes auf der Länge der Hülle veränderlich sein, um eine gewünschte Spannungsverteilung zu erreichen. Die Hülle kann gleichfalls als Träger eines metallischen oder anderen Widerstandes dienen, der die gleichen Wirkungen erzeugt, wie es vorangehend beschrieben ist.

Claims (18)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Leistungsschalter mit zentripetaler Beblasung des Lichtbogens und zylindrische Form aufweisenden Kontakten, von denen wenigstens einer für das Ausströmen des Löschmittels Rohrform mit umlenkungsfreiem Durchgang aufweist, wobei die Kontakte von einem das Löschmittel enthaltenden Druckraum umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte innerhalb des Druckraumes in einer einen Ringspalt gegenüber den Kontakten frei lassenden Hülle angeordnet sind, derart, daß das Löschmittel von beiden Enden des Ringspaltes her der Unterbrechungsstelle gleichmäßig zuströmt.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide durch den Spalt zwischen den Kontakten und der Hülle gebildeten Löschmittelzuleitungen die gleiche Querschnittsgröße wie die Löschmitteldurchtrittsöffnungen der Kontakte aufweisen.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle in ihrem Innern in der zwischen den in der Öffnungsstellung befindlichen Kontakten liegenden Querebene einen Einschnürungswulst aufweist.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Hülle (3) so ausgebildet ist, daß sie im wesentliehen mit der Äquipotentialfläche des dem entsprechenden Kontakt umgebenden elektrischen Feldes zusammenfällt.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 3,. dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Hülle (3) im Spaltraum Leitelemente (11, 12) zur Ablenkung des Löschmittels in radialer Richtung vorgesehen sind.

6. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschmitteleinlaß an jedem Hüllenende radial gerichtet ist.

7. Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Enden der Hülle (3) einen Eintrittsspalt in der Rundumrichtung ergebende Ringe (13, 14) vorgesehen sind.

8. Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Hülle aufweisen und mittig nach der dem Hüllenende abgewandten Seite zu abgebogen sind.

9. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kontaktpaare in Reihe geschaltet und je Paar nebst zugehöriger Hülle von einem Isolator (15) als Kammer umgeben sind, wobei zwischen einander benachbarten Isolatoren eine Kappe (17) vorgesehen ist, die den Innenraum der röhrenförmigen Kontakte mit der freien Atmosphäre verbindende Durchtritte (18) und die benachbarten Kammern verbindende Kanäle (19) enthält.

10. Leistungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (20) die Hülle (3) gegen die Kappe (17) preßt.

11. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3), aus leitendem Werkstoff bestehend, gegenüber den Kontakten isoliert ist.

12. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3), aus leitendem Werkstoff bestehend, über Widerstände an die Kontakte angeschlossen ist.

13. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3), aus leitendem Werkstoff bestehend, über Kondensatoren an die Kontakte angeschlossen ist.

14. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3), aus leitendem Werkstoff bestehend, über Drosselspulen an die Kontakte angeschlossen ist.

15. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3) aus einem schlecht leitenden Werkstoff besteht und mit den Kontakten leitend verbunden ist.

16. Leistungsschalter nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3) aus isolierendem Werkstoff eine Innenauskleidung aufweist und die Innenauskleidung den inneren Einschnürungswulst bildet.

17. Leistungsschalter nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenauskleidung der Hülle (3) aus isolierendem Werkstoff die Äquipotentialfläche des den entsprechenden Kontakt umgebenden elektrischen Feldes bildet.

18. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3) aus Isolierwerkstoff einen parallel zu den Kontakten geschalteten Widerstand trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 647 141, 665 797, 680030,735702;

britische Patentschriften Nr. 458 101, 463 619; Z.VDL, 1934, S. 737 bis 741; ETZ., 1942, S. 171.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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