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Anordnung zum Löschen von Hochspannungslichtbögen.
Die Verwendung von Druckgas zur Löschung von Hochspannungslichtbögen ist an sich bekannt, doch haben diesbezügliche Bestrebungen erst in jüngster Zeit zu brauchbaren Ergebnissen geführt. Die löschende Wirkung des Druckgases setzt sich bei den bisher bekannten Konstruktionen aus folgenden Komponenten zusammen : a) Beeinflussung der Ionenbewegung durch den Gasstrahl (Entführung von Ionen aus dem Lichtbogen). b) Mechanische Kraftwirkung auf den Lichtbogen (Ausweitung, Verlängerung und Zerreissung). c) Kühlender Einfluss des Gasstromes auf die Elektroden bzw. die Lichtbogenfusspunkte.
Die Fusspunkte des sich bildenden Lichtbogens sitzen bei einer bekannten Anordnung beispielsweise einerseits an der Spitze eines Mittelkontaktes, anderseits an der inneren Rotationsfläche eines mit diesem zusammenwirkenden Ringkontaktes. Dabei müssen unter allen Umständen die aus dem Mittelkontakt austretenden Ionen im Gebiete der vollen Feldstärke am Ringkontakt vorübergeführt werden, so dass sich trotz der bei den üblichen Spannungen verhältnismässig niedrigen Ionengeschwindigkeit die Notwendigkeit enorm hoher Blasdrucke ergibt. Überdies lässt die unsymmetrische Kontaktanordnung befürchten, dass der Schaltvorgang von der jeweiligen Stromrichtung im Augenblick des Beginnens der Unterbrechung abhängig wird, der Schalter also Polarität zeigt.
Der kühlende Einfluss des Druckgases kann bei dieser Kontaktanordnung nur zum Teil, nämlich an der Mittelkontaktspitze, ausgenutzt werden, während der zweite Fusspunkt des Lichtbogens, der knapp vor dem Abreissen ausserhalb des Gasstromes liegt, daher nicht richtig beblasen wird. Die mechanische Kraft des Druckgases wirkt nur innerhalb einer relativ kurzen Strecke, wodurch die mögliche Dehnung des Lichtbogens beschränkt ist. Bei dieser Konstruktion ist also vor allem darauf Bedacht genommen, das Abreissen des Lichtbogens nur an der Mittelelektrode zu erzwingen, welche Absicht, wie aus veröffentlichten Versuchsergebnissen ersichtlich ist, auch erreicht wurde.
Es ist auch eine andere Schalterbauart mit symmetrischen bzw. spiegelbildlich geformten Kontakten bereits bekannt ; dabei wird der Lichtbogen in einer Kammer quer zu dem im Wesen geradlinigen Gasstrahl gezogen, es trifft also der Gasstrahl zwar den Lichtbogen und seine Fusspunkte im Augenblick des Entstehens, aber es ist die Abwanderung der Lichtbogenfusspunkte nach Stellen relativ geringer Beblasung ohne Schwierigkeiten möglich und wird durch die Tendenz des Lichtbogens, sich bogenförmig auszubilden, geradezu unterstützt. In diesem Zustand bleibt dann die Wirksamkeit des Gasstrahles zur Hauptsache auf den Mittelteil des Lichtbogens beschränkt, die Gefahr des Wiederzündens von den heissen Fusspunkten aus bleibt bestehen.
Gemeinsam mit der zuerst besprochenen Konstruktion hat auch diese Bauart den Nachteil der kurzen möglichen Lichtbogenlänge. Praktisch unbeschränkt Lichtbogenlängen würden auch die bereits bekanntgewordenen Konstruktionen mit röhrenförmigen Kontakten in einer Schaltkammer gestatten. Wenn die Lichtbogenfusspunkte gezwungen werden, im Innern der Rohre von den Kontaktstellen nach aussen zu wandern,Iassen sich auf diese Art beliebig grosse Lichtbogenlängen erzielen. Die bisher bekannt gewesenen Konstruktionen werden aber diese Voraussetzung infolge einer unrichtigen Kontaktausbildung, die zur Stauung des Gasstrahls Anlass gibt, allerdings nicht erfüllen, da der Lichtbogenfuss an der Aussenseite des zugespitzten Hauptkontaktes hängen bleiben kann.
Mangels für die Leitung des Gasstromes geeigneter Kontaktformen dieser bekannten Schalterkonstruktionen und dementsprechender Luftführung wird nämlich die Bildung von toten Zonen, in denen ein Lichtbogenfusspunkt sich dauernd erhalten kann, nicht vermieden, wodurch auch trotz der röhrenförmigen
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Kontaktausbildung der mögliche Effekt der Lichtbogenstreckung nicht ini vollen Ausmass erzielt werden kann.
Erfindungsgemäss vermeidet die im nachstehenden beschriebene, in der Zeichnung schematisch dargestellte Anordnung sämtliche dieser Nachteile. Die kolbenförmigen, insbesondere z. B. pilzförmigen Kontakte K sind in einem Rohr verschiebbar angeordnet. Das Pressgas wird dem Ringraum R in beliebiger Weise zugeführt (in der Zeichnung nicht dargestellt), wobei die Mantelfläche des Ringraumes R, welche an dieser Stelle für die Führung der kolbenförmigen Kontakte nicht benötigt wird, auch ausgebaucht oder in einer für die gleichmässige Gaseinführung erforderlichen Art ausgebildet werden kann (z. B. als Spiralgehäuse). Das Pressgas bewirkt bei der Ausschaltung direkt oder mit Hilfe besonderer Steuerkolben ein Auseinandergehen der Kontakte K.
Der Lichtbogen entsteht dabei zwischen den beiden kreisringförmigen Berührungsflächen der Kontakte K und wird durch das allseits radial zuströmende Druckgas nach innen geblasen. Da die beiden Kreisringflächen in zueinander parallelen Ebenen liegen, braucht der Lichtbogen bei seiner Wanderung nach innen seine Länge nicht zu ändern und setzt daher der Verschiebung seiner Fusspunkte nur geringen Widerstand entgegen. Die beiden Lichtbogenfusspunkte erreichen daher nach kurzer Zeit den inneren Rand der Kreisringfläche und wandern nur unter dem Einfluss des strömenden Druckgases in zueinander entgegengesetzter Richtung längs der Innenfläche des rohrförmigen Ausblaseraumes AR.
Es ist dabei wesentlich, dass der Druckgasstrom automatisch in zwei Teile zerfällt, deren jeder nur eine Elektrode bebläst, wodurch der Ionentransport von einer Elektrode zur andern mit Sicherheit vermieden wird, da die fortzuschaffenden Ionen die Gegenelektrode nicht zu passieren brauchen. Die Anordnung der rohrförmigen Ausblaseräume AR hat nicht nur den Vorteil, dass sie das Auseinanderziehen des Lichtbogens bis auf sehr grosse Längen und damit die volle Ausnützung der mechanischen Wirkung des Druckgasstrahles auf den Lichtbogen gestattet, sondern sie ermöglicht auch zwanglos die günstigste Bemessung der Strömungsquerschnitte für das Druckgas. Beide Elektroden werden gleichmässig beblasen. Bei den Fusspunkten ist ein Abirren nach Flächen, die vom Druckgas nicht richtig bespült werden, unmöglich gemacht.
Die erfindungsgemässe Anordnung hat weiter den Vorteil, dass im Innern der beiden rohrförmigen Ausblaseräume AR nur relativ sehr geringe elektrische Feldstärken herrschen, da das elektrische Feld sich in der Hauptsache zwischen den einander am nächsten liegenden Begrenzungsmantelflächen der beiden Kontakte ausbildet. Sitzen die Lichtbogenfusspunkte aber einmal an den inneren Zylinderflächen AR, und nach vorstehendem sind sie ohne Schwierigkeit dorthin zu bringen, dann entstehen die beweglichen Ladungsträger, also in Gebieten geringer Feldstärke, können somit nur geringen elektrischen Beeinflussungen unterliegen, geringe Beschleunigungen erfahren, so dass sie also vom Druckgas weggeblasen werden können.
Aus demselben Grunde setzt der Lichtbogen einer Wanderung seiner Fusspunkte innerhalb der Ausblaseräume AR nur geringe Widerstandskraft entgegen, der Lichtbogen wird sozusagen verweichlicht, wobei die schnelle Wanderung der Fusspunkte innerhalb der Ausblaseräume AR eine ausreichende Erhitzung des jeweiligen Fusspunktes auf die Emissionstemperatur so erschwert, dass ein Wiederzünden nach der ersten Halbwelle bereits unterbleibt.
Zweckmässigerweise werden, wie die Zeichnung zeigt, die Kontakte derart ausgebildet, dass die einander zugekehrten Flächen der Kontakte bis auf die Berührungsflächen derselben konvexe Rotationsflächen (pilzförmig) sind. Im besonderen Fall sind sie spiegelbildlich ausgebildet. Die pilzförmige Ausbildung bezweckt derartige Verhältnisse zu schaffen, dass die Strömung des Löschmittels möglichst zwanglos unter Vermeidung schädlicher Stauungen, Wirbelbildungen und toter Stellen, aus denen ein Lichtbogenfusspunkt nicht hinausgeblasen werden würde, erfolgt.
Bei dem Druckgasschalter gemäss der Erfindung ist es möglich, die symmetrisch angeordneten, röhrenförmigen Kontakte durch ihre kolbenförmige Ausbildung selbst zur Einleitung der Öffnungsbewegung durch den Druck des Löschmittels bei der Ausschaltung des Schalters heranzuziehen. In der Zeichnung sind an den röhrenförmigen Kontaktteilen ausserhalb des Lichtbogenbereiches Ringkolben jE'angebracht. Bei dieser Ausschaltung durch den Druck des Löschmittels werden die Kontakte in der Einschaltestellung durch Federn oder Klinken gehalten, so dass die Ausschaltung erst dann erfolgt, wenn diese Sperren geöffnet werden oder der nötige
Gasdruck in der Schaltkammer erreicht ist.
Es ist erwünscht, eine möglichst hohe Ausströmungsgeschwindigkeit des Lösehmittels zu erreichen, weil dadurch die Zerreissung des Lichtbogens in kürzester Zeit gewährleistet wird. Aus diesem Grunde soll für die erfindungsgemässe Anordnung die Wirkungsweise der bekannten Lavaldüse mitverwendet werden. Bei der Lavaldüse wird durch anfängliche Verengung und spätere Erweiterung des Strömungsquerschnittes, wobei der Querschnitt beim Eintritt in die Düse, der engste Querschnitt sowie die Art der Querschnittzunahme hinter dem engsten Querschnitt bestimmten Bedingungen entsprechen, eine aussergewöhnlich hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht.
Diese bekannte Wirkung der Lavaldüse wird dadurch in der beschriebenen Kontaktanordnung erzielt, dass durch die einander zugekehrten Konvexflächen eine Querschnittsverengung des Gasstromes erzwungen wird, welche durch konische Erweiterung der rohrförmigen Ausblaseräume AR (nicht ge- zeichnet) vervollständigt wird.
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Die Erzeugende der Rotationsflächen der Kontakte kann (wie dargestellt) aus Geraden zusammengesetzt sein oder aus Kurven bestehen, wobei jedoch zweckmässigerweise Knickstellen und Unstetigkeiten in der Krümmung vermieden werden, damit die Strömung des Löschmittels möglichst zwanglos unter Vermeidung schädlicher Stauungen, Wirbelbildungen und toter, nicht beblasener Zonen erfolgen kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Löschen von Hochspannungslichtbögen durch eine Druckflüssigkeit oder ein Druckgas, das aus einer Schaltkammer durch die röhrenförmigen, darin befindlichen Elektroden ausströmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden an ihrem als Kontakt ausgebildeten Ende die Form von Kolben besitzen, zwischen welchen die Druckflüssigkeit eingeführt wird.
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Arrangement for extinguishing high voltage arcs.
The use of pressurized gas to extinguish high-voltage arcs is known per se, but efforts in this regard have only recently led to useful results. The extinguishing effect of the compressed gas in the previously known constructions is composed of the following components: a) Influence of the ion movement by the gas jet (removal of ions from the arc). b) Mechanical force on the arc (expansion, lengthening and tearing). c) Cooling influence of the gas flow on the electrodes or the arc roots.
In a known arrangement, the base points of the arc that is formed sit, for example, on the one hand at the tip of a center contact and, on the other hand, on the inner surface of rotation of a ring contact that interacts with it. Under all circumstances, the ions emerging from the central contact must be carried past the ring contact in the area of full field strength, so that despite the relatively low ion velocity with the usual voltages, the need for enormously high blowing pressures results. In addition, the asymmetrical contact arrangement gives rise to the fear that the switching process will depend on the respective current direction at the moment the interruption starts, i.e. that the switch shows polarity.
The cooling influence of the compressed gas can only be partially used with this contact arrangement, namely at the center contact tip, while the second base point of the arc, which is just outside the gas flow just before it breaks off, is therefore not properly blown. The mechanical force of the compressed gas only acts within a relatively short distance, which limits the possible expansion of the arc. With this construction, care is taken primarily to force the breaking of the arc only at the center electrode, which intention, as can be seen from the published test results, was achieved.
Another type of switch with symmetrical or mirror-inverted contacts is already known; The arc is drawn in a chamber transversely to the essentially straight gas jet, so the gas jet hits the arc and its root points at the moment of formation, but the migration of the arc root points is possible without difficulty after areas of relatively low blowing and is made through the tendency of the arc to form arcuately supported. In this state, the effectiveness of the gas jet remains mainly limited to the central part of the arc, the risk of reignition from the hot base points remains.
Together with the design discussed first, this design also has the disadvantage of the short possible arc length. Already known constructions with tubular contacts in a switching chamber would also allow practically unlimited arc lengths. If the arc root points are forced to migrate inside the tubes from the contact points to the outside, arc lengths of any size can be achieved in this way. However, the previously known constructions will not meet this requirement as a result of incorrect contact formation, which gives rise to the damming of the gas jet, since the arc root can get stuck on the outside of the pointed main contact.
In the absence of suitable contact forms of these known switch constructions and corresponding air ducting for the conduction of the gas flow, the formation of dead zones in which an arc root point can be permanently maintained is not avoided, which is also the case despite the tubular ones
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Contact training the possible effect of the arc extension can not be achieved to the full extent.
According to the invention, the arrangement described below and shown schematically in the drawing avoids all of these disadvantages. The piston-shaped, especially z. B. mushroom-shaped contacts K are slidably arranged in a tube. The compressed gas is supplied to the annular space R in any way (not shown in the drawing), with the outer surface of the annular space R, which is not required at this point for guiding the piston-shaped contacts, also bulging or in a manner required for the uniform introduction of gas can be designed (e.g. as a spiral housing). When switched off, the compressed gas causes the contacts K to diverge either directly or with the help of special control pistons.
The arc is created between the two circular contact surfaces of the contacts K and is blown inward by the compressed gas flowing radially on all sides. Since the two circular ring surfaces lie in planes parallel to one another, the arc does not need to change its length as it migrates inwards and therefore only offers little resistance to the displacement of its base points. The two arc root points therefore reach the inner edge of the circular ring surface after a short time and only migrate under the influence of the flowing pressurized gas in mutually opposite directions along the inner surface of the tubular exhaust space AR.
It is essential that the flow of pressurized gas automatically splits into two parts, each of which blows only one electrode, thus avoiding the transport of ions from one electrode to the other, since the ions to be removed do not have to pass the counter electrode. The arrangement of the tubular blow-out spaces AR not only has the advantage that it allows the arc to be drawn apart to very great lengths and thus the full use of the mechanical effect of the compressed gas jet on the arc, but it also allows the most favorable dimensioning of the flow cross-sections for the Pressurized gas. Both electrodes are blown evenly. At the foot points, it is impossible to wander to areas that are not properly flushed by the pressurized gas.
The arrangement according to the invention also has the advantage that only relatively very low electrical field strengths prevail inside the two tubular blow-out spaces AR, since the electrical field is mainly formed between the adjacent boundary surfaces of the two contacts. But if the arc root points are located on the inner cylinder surfaces AR, and according to the above, they can be brought there without difficulty, then the mobile charge carriers arise, i.e. in areas of low field strength, can therefore only be subject to minor electrical influences, experience low accelerations, so that they can can be blown away by the compressed gas.
For the same reason, the arc only offers a low resistance to a migration of its base points within the blow-out spaces AR, the arc is softened, so to speak, whereby the rapid migration of the base points within the blow-out spaces AR makes sufficient heating of the respective base point to the emission temperature so difficult that reignition already omitted after the first half-wave.
As the drawing shows, the contacts are expediently designed in such a way that the surfaces of the contacts facing one another are convex surfaces of rotation (mushroom-shaped) apart from the contact surfaces of the same. In a special case, they are designed to be mirror images. The mushroom-shaped design aims to create conditions such that the flow of the extinguishing agent occurs as casually as possible, avoiding damaging congestion, vortex formation and dead spots from which an arc root would not be blown out.
With the compressed gas switch according to the invention, it is possible to use the symmetrically arranged, tubular contacts themselves to initiate the opening movement due to the pressure of the extinguishing agent when the switch is switched off due to their piston-shaped design. In the drawing, annular pistons jE 'are attached to the tubular contact parts outside the arc area. With this switch-off by the pressure of the extinguishing agent, the contacts are held in the switch-on position by springs or latches, so that the switch-off only takes place when these locks are opened or the necessary
Gas pressure in the switching chamber is reached.
It is desirable to achieve the highest possible outflow velocity for the solvent, because this ensures that the arc is broken up in the shortest possible time. For this reason, the mode of operation of the known Laval nozzle should also be used for the arrangement according to the invention. With the Laval nozzle, the initial narrowing and subsequent expansion of the flow cross-section, whereby the cross-section when entering the nozzle, the narrowest cross-section and the type of cross-sectional increase behind the narrowest cross-section correspond to certain conditions, achieve an extraordinarily high flow velocity.
This known effect of the Laval nozzle is achieved in the contact arrangement described in that the facing convex surfaces force a cross-sectional narrowing of the gas flow, which is completed by the conical widening of the tubular blow-out spaces AR (not shown).
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The generating line of the surfaces of rotation of the contacts can be composed of straight lines (as shown) or consist of curves, whereby kinks and discontinuities in the curvature are expediently avoided, so that the flow of the extinguishing agent is as relaxed as possible while avoiding damaging congestion, vortex formations and dead, non-inflated ones Zones can be done.
PATENT CLAIMS:
1. An arrangement for extinguishing high-voltage arcs by means of a pressurized fluid or a pressurized gas which flows out of a switching chamber through the tubular electrodes located therein, characterized in that the electrodes are in the form of pistons at their contact end, between which the pressurized fluid is introduced becomes.