Elektrischer Gasschalter. Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas, das durch die urärmeeinwirkung des Abschaltlichtbogens selbst aus Wandun gen eines Schaltraumes freigemacht wird, der einseitig geschlossen ist.
Schalter dieser Art sind bereits bekannt. Die Menge des jeweils freigemachten Lösch- gases hängt bei diesen Schaltern von der Stärke des abzuschaltenden Stromes, von der Grösse der mit dem Lichtbogen in Berührung kommenden Oberfläche des Löschkanals und der Dauer der Lichtbogeneinwirkung ab. Dementsprechend benötigt man, um die für die Löschung kleiner Ströme notwendige Gasmenge zu erzeugen, ein längeres Schalt rohr als für den Löschvorgang von grossen Strömen erforderlich ist. Ein langes, für die Löschung kleiner Ströme bemessenes .Schalt rohr wirkt sich jedoch beim Abschalten gro sser Ströme ungünstig aus.
Bei diesen be kannten Schaltern erfolgt die Löschung der Unterbrechungslichtbögen in der Regel erst, sobald die Spitze des beweglichen Schalt gliedes das Blasende der Löschrohre freigibt und die Löschströmung einsetzt. Die Brenn dauer der Lichtbögen wird deshalb bei der Abschaltung unnötig verlängert. Während dieser ganzen zusätzlichen Dauer werden die Isolierstoffauskleidungen und die Schalt kontakte durch die kräftigen Lichtbögen sehr stark beansprucht, ohne dass es für den Löschvorgang selbst- von Nutzen wäre.
Die Folge davon ist ein starker Verschleiss an gasabgebendem Stoff und an Kontakt material, sowie eine übermässige und unnötige Beanspruchung der Kammern durch den Druck der vom Lichtbogen erzeugten und erhitzten Gase.
Nach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass der Löschkanal, des sen Wandungen mindestens teilweise aus einem unter Wärmeeinwirkung gasabgeben den Stoff bestehen, und durch den das freie Ende des beweglichen Schaltkontaktes beim Abschalten hindurchgezogen wird, in einem Teil durch mit dem freien Ende des Schalt raumes verbundene Zwischenöffnungen in zwei Stücke unterteilt ist, von denen das dem festen Kontakt benachbarte Kanalstück für die Löschung grosser Ströme, beide Kanal stücke zusammen aber für die Löschung kleiner Ströme bestimmt sind.
Die Zwischen öffnungen selbst oder ihre Verbindung mit dem freien Ende des Schaltraumes kann man zu einer Zwisehenblaskammer erweitern, die bis auf die Durehtrittsöffnungen für das be wegliche Schaltglied allseitig verschlossen werden kann. Man kann sie aber auch durch eine in dem darauffolgenden Löschrohiteil bis zum Blasende des Schaltrohres hoch geführte Böhrung oder auch durch in dem Aussenmantel vorgesehene Öffnungen mit der Umgebungsluft verbinden. Unter Umständen kann es zweckmässig sein, in diesen Öffnun gen Ventile anzuordnen.
'Die Zwischenblaskammer bedingt aber selbst dann, wenn sie mit der Aussenluft durch Öffnungen in Verbindung steht, ent weder eine, wenn auch nur verhältnismässig geringe, zusätzliche Vergrösserung des Schalthubes oder aber eine Verbreiterung der Löschvorrichtung.
Will man eine Vergrösserung des Schalt hubes vermeiden, so kann man so vorgehen. dass man ein durchgehendes, für die Ab schaltung kleiner Ströme bemessenes Schalt rohr verwendet, in welchem in dem erforder lichen Abstand mehrere Löcher passender Grösse vorgesehen sind. Diese Löcher führen zweckmässig in einen das Löschrohr um gebenden, am Blasende des Löschrohres offenen Ringraum.
Man kann auch mehrere derartiger Loch kränze in zweckmässigen Abständen überein ander anordnen, wobei die Löcher der ein zelnen Kränze gegeneinander, und zwar vor teilhaft schraubengangartig versetzt sein kön nen. Schliesslich ist es auch möglich, die an dem offenen Ende des das Schaltrohr mantel artig umgebenden Zwischenblasraumes aus tretenden Schaltgase so zu lenken, dass sie die Endblasung beim Austritt des Schalt stiftes aus dem Löschrohr unterstützen.
Will man eine ständig offene Verbindung des Gasbildungsraumes der Löschröhre zu der Zwischenblaskammer vermeiden, was mit Rücksicht auf die Lichtbogenlöschung klei nerer Ströme von Vorteil sein kann, so ist es zweckmässig, die vorzugsweise mit der Au ssenluft unmittelbar in Verbindung stehende Zwischenblaskammer durch einen selbsttätig wirkenden, den Abstand der beiden gaswirk samen Rohrstücke überbrückenden Ring schieber von dem eigentlichen Gasbildungs- raum zu trennen.
Den jeweiligen Schaltver hältnissen entsprechend öffnet sich dann der Ringschieber mehr oder weniger, was vor zugsweise dadurch erreicht wird, dass der Schieber mit Druckflächen versehen ist, die so gerichtet sind, dass die eine Komponente des an ihm wirksam werdenden Druekgases den Schieber entgegen der Kraft einer Feder zu lüften bestrebt ist. Bei einer solchen oben beschriebenen Aus bildung werden auch kleinere Ströme bereits durch die Zwischenströmung beim Austritt des beweglichen Schaltstiftes aus dem ersten Löschrohrstück sicher gelöscht.
Auffallend ist ferner die für die Lichtbogenlöschung giinstige Erscheinung, dass bei dieser Ausbil dung die Lichtbogenspannung bei der Ab schaltung kleiner wie auch grosser Ströme gering ist. Daneben bietet diese Ausführung noch den weiteren Vorteil, dass auch der Ringschieber aus gasabgebendem Material, wenn auch zweckmässig aus einem etwas schwerer verdampfenden Werkstoff, herge stellt und so zur Löschgasentwicklung her angezogen werden kann.
Das selbsttätige Öffnen und Schliessen des Ringschiebers kann auch in Abhängigkeit von dem Abschaltstrom erfolgen. Zu diesem Zwecke wird dann zum Beispiel auf dem vor zugsweise aus Isolierstoff bestehenden Ring schieber ein Magnetanker aufgebracht, der mit einer von dem Abschaltstrom erregten Magnetspule zusammenwirkt.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfin- dungsgegenstandes sind auf der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 1 besteht die Schaltröhre aus den beiden Rohrstücken 1 und 2 aus gasabgeben dem Isolierstoff, die in einem Abstande von einander in einer Traghülse 3 angeordnet sind. Von der dadurch gebildeten Zwischen kammer . 4 führt bei dem Ausführungs beispiel ein Kanal 5 nach dem Blasende des Schaltrohres, an dessen entgegengesetztem, verschlossenen Ende der feste Kontakt 6 an geordnet ist.
Dieser wirkt mit dem -rohr förmig ausgebildeten, beweglichen Schalt- gliede 7 zusammen, in welches von dem Bo den der Hülse 3 aus ein Isolierstoffbolzen 8 hineinragt.
Bei der Abschaltung grosser Ströme wer den -durch den Lichtbogen erhebliche Gas mengen aus dem Isolierrobrstück 1 frei gemacht. Sobald die -Spitze des beg@eglichen Kontaktes 7 das Rohrstück 1 verlässt, bildet sich infolge der Druckdifferenz zwischen dem den festen Kontakt 6 umschliessenden Raume und der Zwischenkammer 4 eine Löschströmung in Richtung auf die letztere aus, wodurch der Lichtbogen gelöscht wird, ohne dass im weiteren Verlaufe des Aus schalthubes des beweglichen Schaltgliedes eine Wiederzündung des Lichtbogens erfolgt,
weil die noch unter Druck stehenden Gase im Rohrstück 1 und in der Zwischenkammer 4 die Wiederkehrspannung abriegeln.
Bei der Unterbrechung kleiner Ströme da gegen ist die durch den Lichtbogen aus dem ersten Isolierrohrstück freigemachte Lösch- gasmenge so gering, dass sie für die Löschung des Lichtbogens und die Abriegelung der Wiederkehrsspannung nicht ausreicht.
Der Lichtbogen wird vielmehr durch die Zwi schenkammer 4 hindurchgezogen und brennt im Rohrteil 2 weiter, wobei die Gasentwick lung so zunimmt, dass die beim Heraustreten der Spitze des beweglichen Kontaktes 7 aus dem Mundstück des Schaltrohres einsetzende Hauptlöschströmung den Lichtbogen zum Erlöschen bringt.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung kann somit erreicht werden, dass Lichtbögen von grosser Stromstärke rascher gelöscht wer den als bisher. Dadurch ist der Verschleiss der unter der Einwirkung des Lichtbogens stehenden Schalterteile und die Beanspru chung der dem Druck der Schaltgase aus gesetzten Teile geringer als bisher.
- Die mit der erfindungsgemässen Anordnung bewirkte Verkürzung der Lichtbogendauer bei grossen Strömen ist für den Kontaktverschleiss darum von besonders grosser Bedeutung, weil die in der ersten Halbwelle durch den- kräftigen Lichtbogen bereits stark erhitzten Metallteile beim Andauern des Lichtbogens über diesen Zeitpunkt hinaus dem Angriff desselben immer weniger gewachsen sind und der Ver schleiss in einem weit höheren Mass zunimmt, als der Lichtbogendaüer entspricht.
Ein weiterer Vorteil der in Fig. 1 dar gestellten Anordnung ist, dass die beim Ab schalten von grossen Strömen erzeugten heissen Gase nicht direkt durch den übrigen, für die Löschung der kleinen Ströme wich tigen Rohrteil 2 geleitet werden, sondern vor her im Zwischenraum 4 eine starke Abküh lung durch Expansion erfahren, so dass im wesentlichen nur der Rohrteil 1 dem Ver schleiss unterliegt.
Infolgedessen wird beim Abschalten grosser Ströme die Löschröhre 1, 2 besser für die Unterbrechung kleiner Ströme geeignet bleiben, als eine Löschröhre ohne Zwischenkammer, die beim Abschalten gro sser Ströme dem Verschleiss auf ihrer ganzen Länge unterliegt.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein, das Rohrstück 1 aus gasabgebendem Werkstoff nicht einteilig auszubilden, son dern es aus einzelnen, mit Bohrungen ver- sehenen und unter Zwischenlegung von Ab standsringen aufeinandergeschichteten Plat ten herzustellen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind für die entsprechenden Teile dieser Schaltanordnung die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1.
In dem einseitig geschlossenen Tragkörper 3 ist der feste Kontakt 6, sowie ein Futter stück 10 vorzugsweise aus gasabgebendem Material angeordnet. Das Futterstück 10 ist an seinem dem festen Kontakt 6 zugekehrten Ende mit einem flanschartigen Halteteil 11 versehen, in das das Schaltrohr 1, 2 aus gas abgebendem Werkstoff eingesetzt ist. Da durch entsteht zwischen dem Futter 10 und dem Löschrohr 1, 2 ein mantelartiger, unten offener Raum 4, in welchem Abstandsstücke für die Teile 2 und 10 vorgesehen sein können.
In dem Löschrohr 1, 2 sind in einem be stimmten Abstand von dem festen Kontakt 6, der im wesentlichen nach der für die Lö schung grosser Ströme erforderlichen Schalt rohrlänge bemessen ist, mehrere Bohrungen 9 vorgesehen, die den Mantelraum 4 mit dem Gasbildungsraum verbinden. Der letztere wird in bekannter Weise durch einen kon zentrisch eingesetzten Isolierstoffbolzen 8 zweckmässig ebenfalls aus gasabgebendem ,laterial auf einem schmalen Ringraum be grenzt, durch den der mit dem festen Kon takt 6 zusammenarbeitende rohrförmige, be wegliche Schaltkontakt 7 hindurchtritt.
Die Wirkungsweise des Schalters ist die gleiche wie bei dem nach Fig. 1. Bei der Abschaltung kleiner Ströme fliesst zwar ein Teil der erzeugten Löschgase durch die Boh rungen 9 ab. Jedoch wirkt für den kurzen Zeitabschnitt des Abschaltvorganges, da ein hoher Druck in dem Gasbildungsraum in folge der geringen Stärke des abgeschal teten Stromes nicht auftritt, die in dem Mantelraume 4 ruhende Luftschicht als er heblicher Widerstand, so da.ss der für die Lö schung kleiner Ströme erforderliche Blas druck beim Heraustreten des Schaltstiftes aus dem Löschrohr ohne weiteres zustande kommt.
Man kann die Sperrwirkung in dem Man telraum 4 bei der Abschaltung kleiner Ströme auch noch dadurch steigern, dass, wie bereits erwähnt, das Futter 10 aus gas abgebendem Material besteht. Die durch die Bohrungen 9 auf dem Wege nach aussen durch den Mantelbaum 4 strömenden heissen Gase entwickeln dann aus dessen Wandungen fase, welche die Isolierfestigkeit des Mantel- raumes erhöhen und Rückzündungen auf dem Wege über den Mantelraum verhindern.
Wie ferner auf der rechten Bildhälfte der Fig. ? dargestellt ist, kann man das offene Ende der Malitelkammer 4 so ausbilden, dass die an diesem austretenden Löschgase die Endblasung beim Austritt des beweglichen Schaltstiftes aus dem Löschrohr unterstützen.
Der Löschkanal des Gasschalters nach Fig. 3 ist wieder durch die beiden Rohr. stücke 1 und 2 aus unter Einwirkung des Lichtbogens gasabgebendem Material ge- k>ildet, die in einem Abstand voneinander in einem Tragkörper 3 angeordnet sind. Auch die übrigen Teile der Anordnung entsprechen denjenigen der Fig. 1. Abweichend ist da gegen, dass an dem Rohrstück 2 ein Ring schieber 12 gleitbar ist, der unter dem Ein fluss einer Feder 14 steht, eine Druckfläche 13 für den Angriff der Schaltgase z. B. in Form einer konischen Abdrehung aufweist und sich in der Ruhestellung auf dem das Rohrstück 1 tragenden Teile des Gehäuses 3 abstützt.
Der Ringschieber 12 kann eben falls aus gasabgebendem Material bestehen und selbstverständlich auch an dem andern Rohrstück 1 oder auch an den Wandungen des Gehäuses 3 geführt sein.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist. folgende: Beim Abschalten eines Stromes von be liebiger Grösse wird zunächst aus dem Rohr stück 1 eine Löschgasmenge freigemacht. Die gebildeten Druckgase heben den Schieber 12 mehr oder weniger an und es findet durch den freigewordenen Ringspalt eine Blasung statt, die die Lichtbögen grosser und auch verhältnismässig kleiner Ströme zum Er löschen bringt. Bei den ganz kleinen Strömen dagegen bleibt. der Schieber 12 geschlossen und die für die Abschaltung dieser Ströme erforderliche Druckgasbildung nimmt ihren ungehinderten Fortgang, bis die Spitze des beweglichen Schaltgliedes das Löschrohr ver lässt.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ebenfalls der Gasbildungsraum von der Zwischenblaskammer durch einen Ring schieber getrennt ist. Jedoch erfolgt die Steuerung des Ringschiebers in Abhängigkeit von dem zu unterbrechenden Strome.
Zu diesem Zweck ist der unter dem Einfluss der Rückholfedern 14 stehende Ringschieber 12 mit einem Magnetanker 15 versehen, der mit' einer Magnetspule 16 zusammenarbeitet, die vom Abschaltstrom oder auch von einem ihm proportional schwächeren Strom durch flossen wird, wie der in Fig. 4 eingezeich nete Stromverlauf erkennen lässt. Der Ab schaltstrom erzeugt in der Spule 16 ein mehr oder weniger starkes Feld, wodurch der Ringschieber 12 über den Anker 15 entgegen der Wirkung der Druckfedern 14 mehr oder weniger stark gelüftet wird.
In Fig. 5 ist schliesslich in perspektivi scher Teildarstellung eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung nach Fig.4 gezeigt, bei der eine Spule, durch die der Abschaltstrom hindurchgeleitet wird, in Fortfall kommt. Stattdessen wirkt der be wegliche Schaltstift als magnetisierender Leiter, der auf einen das Löschrohrstück 2 umschliessenden, doppelt aufgeschnittenen Ring 17 aus lamelliertem Eisen einwirkt.
In die Schlitze 18, 19 des Ringes 17 ragen zwei entsprechend bemessene Zapfen 20, 21 eines Ankers 15 zweckmässig ebenfalls aus lamelliertem Eisen hinein, der auf dem Ringschieber 12 aufsitzt und mit diesem fest verbunden ist.
Die Anordnung wirkt in der Weise, dass der Abschaltstrom, wenn er in dem beweg lichen Schaltglied die durch den Pfeil 22 ge kennzeichnete Richtung aufweist, in dem Ringkörper 17 einen Kraftfluss in Richtung des Pfeils 23 hervorruft. Dieser sucht sich in den Schlitzen 18, 19 möglichst über Eisen zu schliessen und zieht dabei die Zapfen 20, 21 in die Schlitze hinein, wodurch der Schie ber 12 in Richtung des Pfeils 24 angehoben wird. Auf diese Weise wird vorzugsweise unter Benutzung von Rückholfedern die glei che Wirkung erreicht wie bei dem vor beschriebenen Ausführungsbeispiel.