Einrichtung zam Unterbrechen von Wechselstromkreisen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung, um den Lichtbogen, der beim Tren nen der Schaltstücke in Schaltern, beim Durchschmelzen von Schmelzsicherungen und dergleichen in Wechselstromkreisen entsteht, sicher zu löschen.
Es sind Schalter bekannt, bei denen der Lichtbogen im Augenblick des Stromnull- durch-an-es gelöscht und ein Wiederzünden bei wiederkehrender Spannung verhindert wird, indem ein kräftiger Druckluftstrahl in den Lichtbogen geblasen wird.
Durch die Druckluft wird der Lichtbogen verlängert und der Baum zwischen den Elektroden ent- ionisiert. Bei einer andern Schalteranordnung sind zwei röhrenförmige Elektroden angeord net, bei deren Trennung Druckgas oder Druckflüssigkeit eingeblasen. der Lichtbogen verlängert wird und die Fusspunkte .des Lichtbogens in die hohlen Elektroden hinein- verschoben werden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Un terbrechungsvorrichtung für Wechselströme, bei der dem Lichtbogen ein Löschmittel unter Druck, zum Beispiel ein gasförmiges Lösch- mittel, zugeführt wird. Das Löschmittel braucht jedoch nicht unter sehr hohem Druck zugeführt zu werden, sondern es genügt, das Löschmittel unter mässigem Druck zuzu führen.
Die Erfindung besteht. darin, dass dem von einem Kanal umschlossenen Lichtbogen ein Löschmittel unter Druck an einer Stelle zugeführt wird, die zwischen .den beiden En den des Kanals liegt, welcher Druckent- lastungsöffnungen nur in .den beiden Rich tungen der Liehtbogenachse hat, nach allen andern Richtungen aber abgeschlossen ist, derart, .dass der Lichtbogen durch den ent stehenden Löschmittelstrom nicht quer zu seiner Achse verlagert werden kann,
son dern in der Achse einer Doppeldüsenströ- mung des Löschmittels brennt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Löschmittel dem Lichtbogen quer zu seiner Richtung zuzuführen. Durch die Anordnung der Zuführungsstelle zwischen den beiden Enden des Kanals ist eine Verlängerung,des Lichtbogens durch -die Blaswirkung der in die achsiale Richtung umgelenkten Lösch mittelströmung nicht möglich, so dass der Lichtbogen in der Hülle mit der kürzesten Länge, welche der geradlinigen Entfernung ,der Lichtbogenelektroden entspricht, ge löscht wird.
Das Löschmittel kann gas- oder dampf- förmig sein. Insbesondere kann auch eine Flüs sigkeit, zum Beispiel ein Strahl zerstäubter Flüssigkeit zugeführt werden. Wegen des hohen Wärmefassungsvermögens der Flüssig keit ist die Löschwirkung eines solchen Strahles besonders gross. Er hat ferner den Vorteil, dass. die Zuführung des flüssigen Löschmittels aus einer Leitung oder einem Hochbehälter sehr einfach ist, da es sich selbst beim Ausschalten hoher Leistungen nur um eine geringe Menge Löschmittel han delt. Besonders zweckmässig ist es, Flüssig keit mit Druckgas zuzuführen.
Auch in Druckgas zerstäubte oder sonstwie verteilte Flüssigkeit kann man verwenden. Es kann eine beliebige Flüssigkeit gewählt werden, insbesondere auch eine halbleitende, wie zum Beispiel Wasser. Von Isolierflüssigkeiten kommt unter anderem auch Tetrachlorkohlen- stoff in Betracht. .
In den Figuren.sind einige Ausführungs beispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine -Schmelzsicherung. Der Schmelzdraht f ist zwischen den Elektroden <I>a</I> und<I>b</I> gespannt. Zwischen den Elektroden ist ein Isolierkörper c angeordnet, der mit einem Kanal d versehen ist, durch welchen hindurch -der .Schmelzdraht geführt ist, so ,dass, wenn der Schmelzdraht bei Über lastung durchschmilzt, ein Lichtbogen durch .den Kanal d hindurch gezogen wird. Senk recht zum Kanal d mündet ein Kanal e ein, durch den im Augenblick,des Entstehens des Lichtbogens ein Gas, zum Beispiel Luft, Kohlensäure oder dergleichen, eingeblasen wird.
Da der Lichtbogen durch :den Kanal im Isolierkörper eine ganz bestimmte Führung hat und nicht ausweichen kann, wird er beim Einblasen von Frischluft in den Querkanal zerschnitten und erlischt bei Stromnulldurch- gang. Die eingeblasene Frischluft strömt rechts und links zum Kanal d hinaus und spült alle Ladungsträger weg, so dass eine Wiederzündung verhindert wird.
In den Fig. 2 und 3 ist. ein Schalter nach der Erfindung im geschlossenen und offenen Zustand dargestellt. Das bewegliche Schalt stück a ist durch den Kanal d im Isolier- körper c bis zur Berührung mit dem festen Schaltstück b durchgeführt und schliesst die Luftleitung e, die in den Kanal mündet, ab. Wird das bewegliche Schaltstück a nach links herausbewegt (Fig. 3), so wird der Lichtbogen gezogen und Luft durch den Ka nal e eingeblasen.
Dabei wird der Lichtbogen zerschnitten und Frischluft nach rechts und links ausgeblasen, wodurch der Raum zwi schen den .Schaltstücken von Ladungsträgern befreit wird.
In den Fig. 4 bis 6 ist ein Schalter dar gestellt, bei dem der Querschnitt -des Kanals für den Lichtbogen im Isolierkörper im Ver lauf des Abschaltvorganges zunächst sehr groEr ist und dann verengt wird. a und b sind .das feste und das bewegliche Schaltstück. Im geschlossenen Zustand des Schalters. (Fig. 4 und 5) legt sich der Schieber h, der in dem Isolierkörper c geführt ist, gegen das Schalt stück a.
Sobald dieses Schaltstück nach links aus dem Isolierkörper herausgezogen ist (vergleiche Fig. 3), so wird der Schieber 1a beispielsweise mittelst der Federn<I>i</I> nach unten gezogen und verengt den Kanal für :den Lichtbogen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Die in den Kanal e eingeblasene Luft vermag dann den Lichtbogen rasch zu lö schen. Die Breite desf Isolierkörpers c bezw. die Länge des Kanals d wird nach der zu be herrschenden .Spannung bemessen.
Bei hohen Spannungen können mehrere Isolierkörper e mit einem schmalen Luftabstand hinterein ander angeordnet werden, so dass der in den Löchern d entstehende Lichtbogen an mehre ren .Stellen zerschnitten wird. Der Isolier- körper erhält solche Abmessungen, da.ss ioni- sierte Gase keinen überschlag des Licht bogens einleiten können.
Der Querschnitt des Kanals d im Isolier- körper c ist, ganz beliebig. Wesentlich für die Form und Abmessungen des Kanals ist ins besondere. -dass der durch den Kanal gezogene Lichtbogen nicht ausweichen kann. Auch .die Lage des Kanals im Verhältnis zu den beiden Elektroden bezw. zu den Fusspunkten des ge zogenen Lichtbogens spielt an sich keine Rolle, weil die Löschung des Lichtbogens vollständig unabhängig von den Vorgängen an den beiden Elektroden erfolgt.
Der Stoff, aus dem der Körper c zwischen den Elektroden besteht, kann sehr verschie denartig gewählt werden. Man kann irgend einen Isolierstoff, wie zum Beispiel Porzel lan, Pressmasse, kunstharzgetränkten Faser stoff (Hartpapier, Leinen), Aluminiumoxyd, Speckstein und auch Metall verwenden. Das Metall muss an .seinen Aussenflächen mit einer der Spannung entsprechenden Isolierschicht versehen sein. Es ist auch möglich, Holz (Eiche, Buche) und insbesondere ölgetränktes Holz zu verwenden.
Beiden drei Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 6 ist nur ein. Kanal e angeord net, durch den Gas in den Kanal d ein geblasen wird. Man kann aber auch einen Ringraum um das Loch d anordnen, von dem aus eine Anzahl radial gerichtete Bohrungen in den Kanal d münden, so dass der Lieht- bogen von allen Seiten beblasen und zer schnitten wird.
Man kann den Kanal d, in welchem der Liehtbogen gezogen wird, zur Kühlung mit einem Wasserschleier überziehen. Zu diesem Zweck kann man um den Körper c herum einen Ringraum anordnen, von dem feine Kanäle so in den Kanal münden, dass in den Ringraum eingeführtes Wasser sich entlang der Wandung des Kanals nach rechts und links ergiesst und es mit einer dünnen Was serschicht bedeckt. In den Kanal d mündet der Kanal e, durch den das Gas eingeblasen wird.
Die Luftleitung e kann dauernd unter einem .Überdruck stehen. Man kann aber auch den Druck in der Luftleitung vom Entstehen des Lichtbogens abhängig machen.
Zweckmässigerweise ist die Löschmittel- zufuhr zu dem Löschkanal so angeordnet und der Strömungsweg des Kanals so eingerich tet, dass !die Lösohmittelströmung in dem Ka nal sich schon ausgebildet hat, bevor der Lichtbogen in den Kanal hineingezogen wird. Da sich hierbei die Strömung bei Abwesen heit des Lichtbogens ausbildet, wird ihre volle Ausbildung und daher ihre frühzeitige Wirksamkeit durch den Lichtbogen nicht ge hindert.
Es kann somit mit einer verhäItnis- mässig kurzen Kanallänge und mässigem Zu führungsdruck .des Löschmittels ein erhöhtes Abschaltvermögen des Schalters oder der Si cherung erzielt werden. Dies kommt insbeson dere bei flüssigem Löschmittel zur Geltung.
Es ist zweckmässig, den Eintritt des Löschmittels in den. Löschkanal an einem Punkte erfolgen zu lassen, an den der Licht bogen .später hinkommt, so dass mindestens zu Beginn des Unterbrechungsvorganges das Löschmittel im Gegenstrom zu der Richtung der Lichtbo.genverlängerung strömt.
Das- Löschmittel wird dem Löschkanal unter einem bestimmten Druck zugeführt, da der Gegendruck des Lichtbogens. überwunden werden muss. Der Druck kann sieh jedoch in mässigen Grenzen halten, wenn die Einrich- tung so entworfen ist, dass. sich die Strömung, ohne vom Lichtbogen behindert zu werden, ausbildet, bevor der Lichtbogen in dem Ka nal gezogen wird.
Die Druckmittelzufuhr muss somit, wenn die Kontakttrennungsstelle nicht gar zu weit von dem Löschkanal ent fernt sein soll, schon vor dem Auslösekom- mando. beginnen.
Die zeitliche Aufeinander folge der beiden Kommandos, nämlich der Druckmittelzuführung und der Kontaktaus lösung, bei einem-Schalter muss, unter Berüok- sicht bgung der Strömungsverhältnisse, der Art und des Druckes des Löschmittels, sowie der Kontaktgeschwindigkeit entsprechend ge wählt sein, um mit kleinstem Löschmittel- verbrauch dennoch die volle Wirkung der Er findung zu erzielen. Prei Verwendung von Flüssigkeit als Löschmittel. ist zu .
be- rücksichtigen, dass wegen der kleineren Strömungsgeschwindigkeit die Füllung des Kanals längere Zeit beansprucht. Die hohe Wirksamkeit des aus der Flüssig keit unter der Wirkung des Lichtbogens und der Druckverminderung durch Expansion sich entwickelnden Dampfes ist bekannt.
In der Fig. 7 ist 20 ein Löschkanal aus Isoliermaterial, der in einem flüssigkeits freien Raum angeordnet ist, so dass das Gas aus seinem Innern nach beiden Seiten frei expandieren kann. In der Mitte des Kanals ist durch den Rohrstutzen 21 die Zufüh rungsleitung 22 für das Löschmittel an geschlossen. 23 ist das feststehende Schalt stück und 24 der bewegliche Schaltstift des Schalters.
Das Schaltstück 23 ist in einem be stimmten Abstand 2.5 von der untern Mün dung des Löschkanals 20 befestigt, um beim Ausschalten, bevor der Lichtbogen in den Kanal eintritt, genügend Zeit für die Aus bildung der Löschmittelströmung in dem Löschkanal zur Verfügung zu haben. Der Stift 2'4 ist mit geniigendem Spiel im Kanal 20 geführt, so: dass er die Mündung .der Löschmittelzuführung 21 nicht verschliesst und :das Löschmittel frei hindurchströmen kann, sobald die Zufuhr freigegeben wird.
Bei dieser Einrichtung strömt das Löschmit tel, wieder Pfeil 26 anzeigt, im untern Teil ,des Kanals im Gegenstrom zu der Schalt stiftbewegung. Der Lichtbogen gelangt somit bei der Aufwärtsbewegung des Schaltstiftes immer wieder mit frisch zuströmendem Löschmittel in Berührung.
Eine andere Ausführungsform der Erfin dung besteht .darin, dass: der Kanal als sich erweiternde Doppeldüse ausgebildet ist, wel cher gas-, dampfförmiges oder flüssiges Löschmittel oder ein Gemisch unter Druck an derjenigen Stelle, wo. die beiden Düsen zusammenstossen, zugeführt wird.
Fig. 8 zeigt eine isolierende Doppeldüse 30, 31 mit einem Zuführungsrohr 32 für das Löschmittel. 33 ist das feststehende Schalt stück, dem. der Strom durch !die Leitung 34 zugeführt wird, und 35 ist der bewegliche Schaltstift, aus dem der Strom über einen Gleitkontakt abgenommen und durch die Lei tung 36 abgeleitet wird. Die Düse ist in einem flüssigkeitsfreien Raum angeordnet, so dass das Lösehmittel, das der Doppeldüse in der Mitte unter Druck zuströmt, nach beiden Seiten frei expandieren kann.
Wenn nach der Kontakttrennung der Schaltstift 35 nach oben bewegt wird, wird der Lichtbogen zu erst durch den untern Teil 31 der Doppeldüse und dann durch den obern Teil 30 hindurch gezogen. In dem untern Teil bewegt sich der Stift dem Löschmittelstrom entgegen, wes halb der Lichtbogen in frisches zuströmendes Löschmittel hineingezogen wird, während die heissen Lichtbogenga.se nach der entgegen gesetzten Richtung aus der Düse expan dieren. Im obern Teil 30 der Düse bewegen sich Stift und Löschmittel in der gleichen Richtung.
Das Löschmittel -wird nach beiden Seiten gegen die Kontakte geblasen, nämlich nach unten gegen das Schaltstück 33 und nach oben gegen die Spitze des Schaltstiftes 35, sobald diese bei ihrem Aufwärtsgang die .litte passiert hat. Infolgedessen kann der Lichtbogen keine Schleifen bilden und hat eine streng definierte, durch die ihn um fassende Düse vorgeschriebene Länge. Er entwickelt :deshalb auch nur einen kleinen Gegendruck, weshalb man mit mässigen Drücken für die Löschmittelzufuhr auskom men kann.
Beim ersten Stromnulldurchgang des Wechselstromes, bei welchem -die Unter brechungsstrecke eine genügende Inge be sitzt und die Expansion des Löschmittels im vollen Gange ist, erlischt der Lichtbogen, und der Stromkreis ist damit unterbrochen.
Beider Wahl des Löschmittels muss sowohl auf seine Löschfähigkeit, wie auch auf seine Isolationseigenschaften Rücksicht genommen werden, da nach der Lichtbogenlöschung die Unterbrechungsstrecke gegen Rückzündung gesichert sein muss. Sehr hohe Abschaltlei- stungen wurden mit kleinen Mengen Wassers erzielt, die mit Druckluft in nie Düse hinein gedrückt wurden.
Die 'Wassermenge war da bei so. klein, dass sie beim Abschaltvorgang mit der Löschung des Lichtbogens oder knapp nach dem Erlöschen des Lichtbogens ausgestossen wurde. Der Zuführungsdruck be trug etwa 10 At.
In Fig. 9 ist eine andere Kontaktanord nung dargestellt. Der Strom wird einem nach unten beweglichen Schaltstift 37 mit Hilfe eines Gleitkontaktes zugeführt und von einem nach oben bewegten Schaltstift :38 wie der durch Gleitkontakt abgenommen. Beige schlossenem Schalter sitzen die beiden Stifte in einem feststehenden Mittelkontakt 39, der dort befestigt ist, wo die beiden isolierenden Düsen 40 und 41 zusammentreffen. Das Löschmittel wird durch das Rohr 42 in .der Richtung des Pfeils 43 zugeführt. Bei dieser Ausbildung ist die Kontakttrennungsge- schwindigkeit besonders gross.