CH149214A - Verfahren und Schalter für die Abschaltung von Wechselstrom. - Google Patents

Description

  Verfahren und Schalter für die     Abschaltung    von     Wechselstrom.       Man hat bisher für die     Unterbrechung     hoher     Leistungen    fast ausschliesslich     Öl-          schalter    verwendet. Es .ist bekannt, dass die  bisherigen Konstruktionen für hohe Schalt  leistungen eine sichere Beherrschung des  Ausschaltvorganges nicht erlaubten und da  bei infolge der     Brennbarkeit    des Öls eine  ständige Gefahr     für    die ganze Anlage be  deuteten.

   Man ist daher bestrebt, Schalter für  die     Abschaltung    grosser Leistungen     zu    schaf  fen, welche die grosse Brandgefahr des     Öl-          schalters    nicht besitzen.  



  Die Erfindung     betrifft    ein Verfahren zur  Löschung elektrischer     Wechselstromlieht-          bögen,    mit dessen Hilfe es möglich ist, Lei  stungsschalter zur betriebssicheren und plan  mässigen Unterbrechung hoher Leistungen     ziz     bauen;

   wobei eine Schaltflüssigkeit angewen  det werden kann, welche die Eigenschaft be  sitzt, Dampf zu     entwickeln.    In der Wahl der  Schaltflüssigkeit ist man also bei diesem Ver  fahren     nicht-    wie bisher an das<B>01</B>     gebunden,     sondern     kann    .insbesondere auch Schaltflüs-         sigkeiten    verwenden, die keine brennbaren  Gase entwickeln, zum Beispiel Wasser.  Ferner     gelingt    es, die Menge an Schaltflüssig  keit wie auch an     entwickeltem    Dampf auf  ein im Vergleich zu den heutigen Ölschaltern  sehr geringes Mass zu beschränken.

   Bei Ver  wendung von<B>01</B> als Schaltflüssigkeit wird  infolgedessen die Gefahr eines ausgedehnten  Schalterbrandes beseitigt.  



  Bei den bekannten Leistungsschaltern       wird    die     Lichtbogenlöschung    durch die Er  zeugung eines hohen Druckes in der Um  gebung des Lichtbogens oder durch Glas  wirkung oder durch Kühlung des Licht  bogens herbeigeführt. So wurde zum Bei  spiel die     Olschalterlöschkammer    teils un  ter dem Gesichtspunkt gebaut, einen mög  lichst hohen Druck zu     entwickeln,    teils  so, dass ein in den Lichtbogen gerich  teter Ölstrahl. erzeugt wurde.

   Im ersten  Fall zielte man darauf hin, den Lichtbogen  bei geschlossener Kammer zu löschen, wobei  die     Durchschlagsfestigkeit    des Öls     .durch    die           Anwendung    hoher Drücke erhöht     wurde,    also  der Löscheffekt im innigen     Zusammenhan;     mit der Isoliereigenschaft der Schaltflüssig  keit stand. Im zweiten Fall wurde dagegen  eine heftige Strömung in der Nähe des  Schaltstückes oder durch den Lichtbogen hin  durch erzeugt. Im Gegensatz hierzu kommt  es beim erfindungsgemässen Verfahren nicht  auf die Erzeugung einer Strömung von Flüs  sigkeit oder Gas im     Lichtbogenpfad    an.  



  Man hat auch die bekannten Leistungs  schalter so gebaut,     da.ss    durch     Einschaltung     einer möglichst grossen Unterbrechungs  strecke in kurzer Zeit die     Lichtbogenlöschung     herbeigeführt wurde. Im Gegensatz dazu  kann man nach dem erfindungsgemässen Ver  fahren die Löschung des Lichtbogens auf  kurzem     Abschaltweg    bewirken.  



  Das Verfahren gemäss der     Erfindung    zur  Löschung von     Wechselstrom-Unterbrechungs-          lichtbögen    in elektrischen Schaltern, mit die  Unterbrechungsstellen umgebenden Kam  mern, die mit Schaltflüssigkeit gefüllt sind,  aus der der Lichtbogen Dampf erzeugt, be  steht darin, dass diese     Dampfkammer    zu  nächst     während    des     Dampfbildungsprozesses     bei     annähernd    konstant gehaltenem Raum  inhalt so lange geschlossen gehalten     wird,    bis  sich ein Teil der Schaltflüssigkeit in Dampf  von hohem Druck verwandelt hat, und dann  so plötzlich gegen einen Raum, in dem der  Druck niedriger ist als im Dampfraum,

   ge  öffnet     wird,    so dass eine plötzlich einsetzende  starke Dampfausströmung und damit eine  kräftige Expansion des Dampfes in der Um  gebung des Lichtbogens entsteht, während  welcher und durch welche der Lichtbogen  gelöscht wird.  



       Zweckmässigerweise        wendet    man nicht  brennbare Schaltflüssigkeiten an.  



  Die Löschwirkung beruht darauf, dass  Dampf, der mit einer gewissen Geschwindig  keit im     Lichtbogenraum    expandiert, sich um  die im Augenblick des     Stromnulldurchganges     im     Lichtbogenpfad    befindlichen elektrischen  Ladungsträger kondensiert, so dass der     Licht-          bogenpfäd    beim     Stromnulldurchgang    sehr    rasch     entionisiert        wird.    Die Erscheinung der       Dampfnebelbildung    um die elektrischen La  dungsträger bei genügend hohem Grad der  Expansion lässt sich experimentell leicht nach  prüfen.

   Wesentlich für die Löschung ist also  der während des     Stromnulldurchganges    vor  handene Grad der Expansion. Der Dampf  muss zunächst eine hohe Spannung annehmen  können (zum Beispiel von 50     Atm.),    damit  er, sobald die     Ausströmöffnung    freigegeben  wird, eine hohe     Ausströmungsgeschwindig-          keit    annehmen kann.  



  Das Verfahren nach der Erfindung kann  man vorteilhaft mit einem elektrischen Lei  stungsschalter ausüben, dessen Dampfkam  mer, welche die Unterbrechungsstelle um  gibt, eine nach oben gerichtete Austritts  öffnung für den nach oben bewegbaren  Schaltstift hat, und dessen     Dampfkammer-          Austrittsöffnung    zusammen mit dem Ende  des beweglichen Schaltstiftes als die Dampf  ausströmung steuerndes Organ ausgebildet  ist.  



  Anhand der Zeichnung, die Ausführungs  beispiele des Schalters darstellt, wird im  folgenden das Verfahren beispielsweise er  läutert.  



  In der     Fig.l    ist eine Unterbrechungs  stelle - eines Schalters nach der Erfindung  dargestellt.  



  Auf dem Stützisolator 10 ist die Dampf  kammer 11 befestigt. Der feste Kontakt 1?  der Dampfkammer steht durch den leitenden  Boden 13     mit    der     Stromzuführungsklemme     14 in Verbindung. Durch diesen Boden 13  ist die Dampfkammer nach unten flüssig  keitsdicht verschlossen. Durch die obere  Öffnung 15 der Dampfkammer tritt der  hohle Schaltstift 16 hindurch. 17 ist die  Unterbrechungsflüssigkeit, die durch den  Lichtbogen 18 erhitzt und verdampft wird.  Der obere Teil des     Dampfkammerraumes    19  ist in der gezeichneten Schaltstellung mit  dem Flüssigkeitsdampf gefüllt. Wenn der  Schaltstift die Mündung der Dampfkammer  bei seinem Aufwärtsgang erreicht, hat sich  noch ein grösserer Teil der Flüssigkeit in  Dampf verwandelt.

   Die plötzliche Entspan-           nung    dieses Dampfes beim Austritt des  Schaltstiftes aus der Öffnung     veranlasst    die  Löschung des Lichtbogens unter der Einwir  kung der Druckänderung und der gleich  zeitigen Kondensation des Dampfes um die  elektrischen Ladungsträger im Lichtbogen  raum beim     Stromnulldurchgang.     



  Bei dieser Dampfkammer bildet also die  nach oben gerichtete Austrittsöffnung 15 für  den nach oben bewegten Schaltstift 16 zu  sammen mit dem Ende des beweglichen  Schaltstiftes das die     Dampfausströmung     steuernde Organ. Die Teile sind so ausgebil  det, dass eine plötzliche Entspannung des  Dampfes entsteht.  



  Die     Durchtrittsöffnung    15 in der Dampf  kammer 11 für den beweglichen Schaltstift  ist eng und lang ausgebildet, um eine mög  lichst gute Dichtung, also eine kleine Vor  ausströmung von Dampf zu bewirken. Die be  wegten Schalterteile, von denen hier nur der  hohle     Schaltstift    16 dargestellt ist, sind mit  kleiner Masse ausgeführt, so dass sie durch  den Dampfdruck stark beschleunigt werden.       Vorteilhafterweise    liegen die Kontakte in der  Dampfkammer unter einer halbleitenden  (elektrolytischen) Schaltflüssigkeit, wodurch  kleine Ströme, bei denen die Stromdichte in  dem Elektrolyten nach der Trennung der  Kontakte gering ist,     lichtbogenfrei    unter  brochen werden können.  



  Die sich bei der Abschaltung bildenden  Dämpfe werden in eine     Kondensations-          kammer    geleitet. Bei kleinen Schaltleistun  gen     wird    man die Kondensationskammer  zweckmässig aus Isoliermaterial, zum Beispiel  Porzellan, herstellen. Für grosse Schalt  leistungen empfiehlt es sich, eine gegen Erde  isolierte Kondensationskammer aus Metall  zu verwenden. Die Kondensationskammer  kann als konzentrischer Mantel zur Dampf  kammer angeordnet werden. Vielfach emp  fiehlt es sich jedoch, die Kondensations  kammer von der Dampfkammer vollkommen  zu trennen und mittelst     Rohrleitungen        damit     zu verbinden.

   Zweckmässig ordnet man die       Kondensationskammer    so an, dass das Kon-         densat    durch die     Dampfkammeröffnung    wie  der zurückfliessen kann. Ist dies nicht mög  lich, erhält die Rückleitung ein Rückschlag  ventil, damit die Löschflüssigkeit bei der       Abschaltung    nicht in die Kondensations  kammer gepresst     wird.     



  Eine Ausführungsform einer mit Dampf-     r     und Kondensationskammer in konzentrischer  Anordnung ausgerüsteten Unterbrechungs  stelle ist in der     Fig.2    schematisch dar  gestellt. Die Dampfkammer 20, deren oberer  Teil aus Isoliermaterial und deren unterer  Teil 21 bis über den Flüssigkeitsspiegel aus  Metall besteht, ist hierbei in eine metallene  Kondensationskammer 23 eingebaut. Diese  ist gegen Erde 24 durch einen     kondensator-          ähnlichen    Durchführungsisolator 25 isoliert.  da die     Kondensationskammer    23 durch den       Dampfkammerboden    26 in leitender Verbin  dung mit dem festen     Schaltstück    27 steht.

    Der andere Schalterpol ist mit Hilfe des  Durchführungsisolators 28 in das Innere der  Kondensationskammer 23 eingeführt. Durch  diese Durchführung tritt der bewegliche  Schaltstift 29 hindurch, der bei seinem Ab  wärtsgang aus der gezeichneten Stellung  durch die Öffnung 30 der Dampfkammer       hindurchtritt.    Dampf- und Kondensations  kammer, die einen gemeinsamen Metallboden  haben, sind teilweise mit der Unterbrechungs  flüssigkeit 31 gefüllt. Die Flüssigkeitsspiegel  stehen     innerhalb    und ausserhalb der Dampf  kammer auf gleicher Höhe, da sie durch die  Öffnung 32 in der Dampfkammer mitein  ander in     Verbindung    stehen.

   Vor dieser  Öffnung ist das     Rückschlagventil    33 ein  gebaut, welches verhindert, dass die Flüssig  keit aus der Dampfkammer unter der Wir  kung des Überdruckes in die Kondensations  kammer hineingedrückt wird. 34 ist die  Klemme für die Stromzuführung zum festen  Kontakt.  



  In dem Augenblick, in dem beim Aus  schaltvorgang der Schaltstift 29 die Öffnung  30 der Dampfkammer verlässt, expandieren  die Dämpfe in die Kondensationskammer.  Die kondensierte Flüssigkeit sammelt sich an  ihrem Boden.      Die Kondensationskammer 23 kann auch  aus Isoliermaterial hergestellt werden. In  diesem Falle erübrigt sich eine besondere  Isolierung     gegen.    Erde und ein besonderer  Durchführungsisolator für den andern Schal  terpol.  



  Bei der in der     Fig.    2 dargestellten.     Aus-          führungsform    des Schalters mit Einfach  unterbrechung ist über der das feste Schalt  stück enthaltenden Dampfkammer 20 eine       Führungseinrichtung    28 für den beweglichen       Schaltstift    29 aufgebaut, und der Strom wird  dem Schaltstift 29 über die Klemme 35 zu  geführt und von der Dampfkammer mit Hilfe  der Klemme 34 abgenommen. Durch diese  Bauart ist eine einfache     geradlinige    Strom  führung erzielt.  



  Eine zweckmässige Ausführungsform des  Schalters ist in     Fig.    3 dargestellt. Hierbei  unterbricht der Hauptkontakt in Luft, wäh  rend die Unterbrechungskontakte von den  Dampfkammern umgeben sind. Die beiden       Schalterpole    sind wieder     auf    Stützisolatoren  40, 41 befestigt, die ihrerseits auf     einer          Grundplatte    42 aufgebaut sind. 43, 44     sind     die beiden Dampfkammern, 45, 46 die Schalt  stifte, die an der Schaltertraverse 47 befestigt  sind. Die Schaltstange 48 trägt an ihrem un  tern Ende den Kolben 49, der durch Druck  luft in die Ausschaltstellung bewegt wird.

    50 ist der     Druckluftzylinder.    Die Druckluft       tritt    durch den Stutzen 51 ein. An der  Schaltstange 48 ist die Schaltbrücke 52 in       Form    einer Bürste befestigt, die zusammen  mit den festen Schaltstücken 53, 54 des  Kammerbodens den Hauptkontakt bildet. Die  Stromzuführung erfolgt durch die Zufüh  rungsklemme 55 und die     Stromableitung     durch die Klemme 56.  



  In     Fig.    4 ist     -eine    weitere Ausführungs  form dargestellt, bei der Dampf- und Kon  densationskammer     voneinander    getrennt an  geordnet sind. Die Dampfkammer besteht  aus einem Metallrohr 60, gegen das am un  tern Ende ein Deckel 61 geschraubt ist, wel  cher den     feststehenden    Kontakt 62     trägt.    Das       becherartige    Gebilde 60 und 61 .     ist    .durch    einen Dichtungsring 63 gedichtet. 64 stellt  den Becher aus Isolationsmaterial dar, wel  cher durch eine     Kittung    65 in dem Metall  becher befestigt ist.

   Der Boden 66 der  Dampfkammer     wird    zweckmässig aus einem       hartpapierähnlichen    Stoff hergestellt. Über  der Dampfkammer befindet sich     ein.    Raum  67, in den der Dampf nach     Austritt    des be  weglichen Schaltstiftes 68 nach der Schalt  kammer zunächst     eintritt.    Dieser Raum hat  seitliche Öffnungen 69, 70, an die die Lei  tungen 71, 72 angeschlossen sind, welche nach  der     Kondensationskammer    73 führen, die als  Flüssigkeitsbehälter ausgebildet ist.     In    dem  Raum 67 ist am obern Ende ein hitzebestän  diges Isolierstück 74 befestigt.  



  Die Wirkungsweise der geschilderten An  ordnung ist folgende: Bei Auftreten eines  Kurzschlusses bewegt sich die Schaltbrücke  75 mit dem beweglichen Schaltstift 68 nach  oben und erzeugt in der Flüssigkeit einen  Lichtbogen, der eine     Dampfentwicklung    zur  Folge hat. Nach     Austritt    des Stiftes 68 aus  dem Boden 66 strömt der Dampf durch die  Rohre 69, 71 und 70, 72 nach der Konden  sationskammer 73.

   Die Öffnung 76     ist    jedoch  durch den Schaltstift 68 zunächst noch ver  schlossen.     Erst'nachdem    sich der Schalt- und       Kondensationsprozess    vollzogen hat, tritt der  Schaltstift 68 auch aus der Öffnung 76 her  aus, so dass eine isolierende Luftstrecke ohne  Kriechpfad zwischen Schaltkammer und  Schaltstift 68 entsteht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH' I V e rfahren zur Löschung von Wechselstrom- Unterbrechungslichtbögen in elektrischen Schaltern mit die Unterbrechungsstellen um gebenden Kammern, die mit Schaltflüssigkeit gefüllt sind, aus der der Lichtbogen Dampf erzeugt, dadurch gekennzeichnet,

   dass die die Unterbrechungsstelle umgebende Dampfkam mer zunächst während des Dampfbildungs- prozesses bei annähernd konstant gehaltenem Rauminhalt geschlossen gehalten -wird, bis sich ein Teil der Schaltflüssigkeit in Dampf von hohem Druck verwandelt hat, und dann so plötzlich= gegen einen Raum, .in dem der Druck niedriger ist, als im Dampfraum, ge öffnet wird, dass eine plötzlich einsetzende starke Dampfausströmung und damit eine kräftige Expansion des Dampfes in der Um gebung des Lichtbogens entsteht, während welcher und durch welche der Lichtbogen ge löscht wird. UNTERANSPRUCH: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, ge kennzeichnet durch die Anwendung einer nichtbrennbaren Schaltflüssigkeit. PATENTANSPRUCH II: Elektrischer Leistungsschalter zur Aus übung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampf kammer, welche die Unterbrechungsstelle um gibt, eine nach oben gerichtete Austritts öffnung für den nach oben bewegbaren Schaltstift hat, und dass diese Austritts öffnung zusammen mit dem Ende des Schalt sfiftes als die Dampfausströmung steuerndes Organ ausgebildet ist. UNTERANSPRÜCHE: Z.

   Leistungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung in der Dampfkammer für den beweglichen Schaltstift im Ver hältnis zur Länge eng ist, so dass eine Abdichtung der Kammer vorhanden ist, solange sich der Schaltstift in der Öff nung befindet. 3. Leistungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass bewegte Teile zur Erzielung einer kleinen beweg ten Masse hohl ausgebildet sind. 4.

   Leitungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet dass die Kon takte in der Dampfkammer unter einer halbleitenden Schaltflüssigkeit liegen. 5. Leistungsschalter nach. Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das be wegliche Schaltstück so weit gehoben werden kann, dass zwischen ihm und den übrigen Teilen des Schalters eine iso- lierende Luftstrecke ohne Kriechpfad entsteht. 6.

   Leistungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Ex pansionsöffnung der Dampfkammer in eine besondere Kondensationskammer mündet, in welche die Dämpfe nach Frei gabe der Expansionsöffnung expandieren. 7. Leistungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass sich dem obern Ende der Dampfkammer ein Raum anschliesst, der seitliche Dampfaustritts öffnungen hat. B.

   Leistungsschalter nach Patentanspruch II und Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Ausströmungs- öffnung des Raumes, in welchem der Dampf aus der Dampfkammer ausströmt, durch den Schaltstift geschlossen ist, während dieser die Ausströmungsöffnung der Dampfkammer freigibt. 9. Leistungsschalter nach Patentanspruch II und Unteranspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dampfkammer in die Kondensationskammer eingebaut ist. 10.

   Leistungsschalter nach Patentanspruch II und Unteranspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dampfkammer mit einer metallenen Kondensationskammer in Verbindung steht, welche gegen Erde isoliert ist. 11. Leistungsschalter nach Patentanspruch II und Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kondensations kammer aus Isoliermaterial besteht. 12. Leistungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfkammer auf einem Stützisolator aufgestellt ist.

   13. Leistungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Bo den der Dampfkammer aus Metall ist und zur Stromzuleitung zum festen Schaltstück dient. 14. Leistungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfkammer aus einem Becher aus Isolierstoff besteht, der über das feste Schaltstück gestülpt ist und in seinem Boden eine enge Durchtrittsöffnung für das bewegliche Schaltstück hat. 15.

   Leistungsschalter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfkammer aus zwei becherartigen, iueinandersteckenden Teilen besteht, wo- ,ron der eine, nach unten abgeschlossene, aus Metall, der andere, der in seinem obern Ende eine enge Durchtrittsöffnung für den beweglichen Kontakt hat, aus Isoliermaterial besteht. 16.

   Leistungsschalter nach Patentanspruch II und Unteranspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass Dampfkammer und Kondensationskammer einen gemein samen Metallboden haben. 17. Leistungsschalter nach Patentanspruch II und Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dampfkammer mit der als Flüssigkeitsbehälter ausgebildeten Kondensationskammer durch mit Rück schlagventilen versehene Öffnungen in Verbindung steht. 18. Leistungsschalter nach Patentanspruch II und Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die als Flüssigkeits behälter ausgebildete Kondensations kammer oberhalb der Dampfkammer an geordnet und mit ihr durch Rohre ver bunden ist.

   19. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kondensations kammer als Durchführungsisolator aus gebildet ist. 20. Leistungsschalter nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch ausserhalb der Dampfkammer angebrachte, in Luft schaltende Hauptkontakte. 21. Leistungsschalter nach Patentanspruch II und Unteranspruch 20, dadurch ge kennzeichnet, dass die festen Hauptkon takte unmittelbar an dem leitenden Dampfkammerboden angebracht sind. 22.

   Leistungsschalter nach Patentanspruch II mit Einfachunterbrechung, dadurch gekennzeichnet, dass über einer das feste Schaltstück enthaltenden Dampfkammer eine Führungseinrichtung für den be weglichen Schaltstift aufgebaut ist und dass der Strom dem Stift zugeführt und von der Dampfkammer abgenommen wird. 23. Leistungsschalter nach Patentanspruch II mit Zweifachunterbrechung, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dampfkam mern nebeneinander isoliert aufgestellt sind, zwischen denen sich die die Schalt stifte tragende Schalttraverse bewegt.