Flüssigkeitsarmer Leistungsschalter Flüssigkeitsarme Leistungsschalter für Hochspan nung werden ganz allgemein als Löschkammerschalter ausgebildet, bei welchen die durch den Schaltlichtbogen erzeugten Gase in mehr oder weniger stromabhängiger Weise eine den Löschvorgang begünstigende Flüssig keitsströmung bewirken.
Es sind auch zahlreiche Schal terbauweisen bekannt, bei denen sowohl vollständig starre, als auch unter überdruck sich ausdehnende Löschkammern zur Anwendung kommen, die mit einer zusätzlichen Pümpvorrichtung versehen sind,. welche Löschmittel in die Lichtbogenzone fördert. Solche Pump vorrichtungen können entweder durch die Druckwir kung der entstehenden Lichtbogengase (z.
B: Differen tialkolben oder Hilfslichtbogen) betätigt werden oder auch durch eine äussere Kraftquelle, besonders wenn verhältnismässig schwache induktive Ströme, deren selbsterzeugte Blaswirkung ungenügend ist, ebenfalls kurzzeitig abgeschaltet werden sollen.
Ferner ist schon vorgeschlagen worden, die Pumpvorrichtung unmittelbar mit dem beweglichen Schaltkontakt zu kuppeln, was eine einfache Bauweise ermöglicht; nur muss dann dafür ge sorgt werden, dass beim Schalten grosser Ströme der in der Löschkammer auftretende hohe Druck, der sich der Löschmittelförderung entgegenstellt, die Schaltbewe gung nicht wesentlich hemmt, was z. B. durch eine mit Rückschlag und Überdruckventilen versehene Umlei tung in der Pumpvorrichtung erreicht werden kann.
Bei Schaltern, die für Schnellwiedereinschaltung vorgesehen sind, und zwei- oder mehrmals die volle Leistung rasch hintereinander ausschalten müssen, ist eine sofortige Löschmittelerneuerung in der Lichtbogenzone nach je dem Ausschaltvorgang notwendig.
Das Schalten kapazitiver Ströme stellt ein besonde res Problem dar, weil die Löschung im ersten Strom nulldurchgang schon bei kleinen Öffnungsdistanzen er folgt und die wiederkehrende Spannung schon im Ver laufe der nächsten Halbwelle auf den doppelten Scheitel wert der Phasenspannung ansteigt und zu unerwünsch ten Rückzündungen führen kann, wenn nicht schon zu Beginn der Ausschaltbewegung die höchst mögliche di- elektrische- Festigkeit zwischen den sich- trennenden Kontakten durch Einspritzen von frischem Löschmittel gewährleistet wird,
wobei in- erster Linie eine Kavita- tionsbildung hinter der sich rasch- durch die Löschfiüs= sigkeit bewegenden Schaltstift-spitze- vermieden werden muss.
Wenn, wie bereits vorgeschlagen, von der Pump vorrichtung frische- Löschflüssigkeit aus einem- druck- freien Behälter, z: B. aus dem- zwischen der Schaltkam mer und dessen- äusserem Porzellanmantel- bestehenden Hohlraum angesaugt wird, so muss der Pumpkalben den vollen in der Löschkammer vorhandenen Druck über winden;
um Löschflüssigkeit fördern zu- können. Alle diese bekannten Massnahmen erfordern eine-verhältnis- mässig- grosse Antriebsenergie für- die Betätigung der Löschmittel-Pumpvorrichtung, was besonders bei Sehal tern für Höchstspannung, die mehrere gleichzeitig arbei tende Schaltkammern enthalten, nachteilig- ist.
Die nachstehend beschriebene Erfindung vermeidet diesen Nachteil; indem sie es ermöglicht, den in der Löschkammer- entstehenden Druck bei bestimmten Schaltverhältnissen und während eines Teils der Schalt bewegung so auszunützen, dass die von der Pumpvor- richtung aufzuwendende: Energie wesentlich kleiner wird, als wie es bei einer sonst gleichwertigen Löschmittelför- derung der Fall wäre:
Gegenstand der Erfindung ist ein flüssigkeitsarmer Leistumgsschafter mit einer starrem,, kombinierte Längs- uni Querblasung-bewirkenden Löschkammer;
deren Bo den die Schaltkammer in einen auch ein Luftvolumen enthaltenden und praktisch dem Querblasungsdruck ausgesetzten oberen Raum und in einen unteren Raum unterteilt, in welch letzterem eine mit dem beweglichen Schaltstift starr gekuppelte Pumpvorrichtung angeordnet ist, die mindestens bei der Ausschaltbewegung solange zusätzlich Löschflüssigkeit durch die Löschkammer presst; bis der Strom und die damit verbundene Druck differenz an der Pumpeinrichtung einen bestimmten Wert nicht übersteigt;
wobei als Merkmal die Ansang= seite der Pümpvorrichtung durch einen besonderen Ka nal mit dem oberen Schaltkammerraum verbunden- ist und die in den unteren Schaltkammerraum mündende Förderseite der Pumpeinrichtung durch eine im Lösch- kammerboden angeordnete Öffnung mit der Löschkam- mer in hydraulischer Verbindung steht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Schaltkammer eines flüssigkeitsarmen Leistungsschalters mit einer Pumpvorrichtung, die nur beim Ausschalten Löschmittel fördert. Fig. 2 zeigt im Schnitt den unteren Teil einer sonst gleichen Schaltkammer mit einer Pumpvorrich- tung, die sowohl beim Aus- als auch beim Einschalten eine gewisse Menge Löschflüssigkeit in die Lichtbogen zone fördern kann. In beiden Figuren sind nur die für die Erfindung wesentlichen Organe gezeichnet, während alle übrigen Teile des Schalters, d. h. der ganze Aufbau, z.
B. für Mehrfachunterbrechung mit den verschiedenen Isolatoren und dem Antrieb, nicht dargestellt sind.
In Fig. 1 ist 1 das druckfeste Gehäuse einer Schalt kammer, die oben durch einen mit einer kleinen Druck ausgleichsöffnung 2 versehenen Deckel 3 abgeschlossen ist. Der zu schaltende Strom fliesst vom Anschlussstück 4 über den feststehenden Kontakt 5 durch den beweg lichen Schaltstift 6 und über einen Gleitkontakt 7 zum andern Anschlussstück B.
Eine aus Isolierstoff beste hende Löschkammer 9 ist in bekannter Weise für Längs und Querblasung vorgesehen, und der Löschkammerbo- den 10 unterteilt die Schaltkammer in einen auch das Luftvolumen 11 enthaltenden oberen Raum 12 und in einen unteren Raum 13, in welchem eine Pumpvorrich- tung 14 angeordnet ist. Der untere Raum 13 ist ganz und der obere Raum 12 teilweise mit Löschflüssigkeit gefüllt.
Auf einer mit dem Schalterantrieb verbundenen Welle 15 sitzt ein Hebel 16, der mittels Laschen 17 und 18 den Schaltstift 6 und den Kolben 19 der Pumpvor- richtung gleichzeitig betätigt, so dass während der gan zen Schaltbewegung der Schaltstift mit der Pumpvorrich- tung starr gekuppelt ist. Der mit Löschflüssigkeit stets vollständig gefüllte untere Raum 13 der Schaltkammer ist durch Öffnungen 20 mit den ebenfalls unter dem Flüssigkeitsspiegel liegenden inneren Taschen und Ka nälen 21 der Löschkammer 9 verbunden.
Von der An saugseite 22 der an sich bekannten Pumpvorrichtung 14 führt ein besonderer Kanal 23, dessen oberer Teil vor zugsweise aus Isolierstoff besteht, durch den Löschkam- merboden 10 in den oberen Schaltkammerraum 12. Die Förderseite 24 der Pumpvorrichtung mündet nicht, wie es bereits bekannt ist, unmittelbar in die Lichtbogen löschzone, sondern in den untern Schaltkammerraum 13, so dass ausschliesslich frisches Löschmittel, z.
B. Öl, das frei von Schaltgasen ist, nach oben in die Löschkam- mer 9 gepresst werden kann. Der unterste Raum 38 kann wie üblich als Sumpf für die Aufnahme der anfal lenden Ölverunreinigungen ausgebildet sein. Fig. 1 zeigt den Schalter in der EIN-Stellung; in der Ausschaltstel lung befinden sich die bewegten Teile in der strichpunk tiert eingezeichneten Lage.
Der beschriebene Schalter wirkt in folgender Weise: Beim Ausschalten dreht sich die Welle 15 mit dem He bel 16 im Gegenuhrzeigersinn. Wenn sich der Schaltstift 6 nach unten bewegt, presst er durch Verdrängen Flüs sigkeit aus dem untern Raum 13 durch die Öffnungen 20 in Pfeilrichtung ins Innere der Löschkammer 9. So bald die Schaltstiftspitze 25 den feststehenden Kontakt 5 verlässt, bildet sich ein Unterbrechungslichtbogen, der je nach der augenblicklichen Stärke des Stromes, mehr oder weniger Löschflüssigkeit verdampft und einen ent sprechenden Druckanstieg in den Löschkammerräumen 20 und im untern Schaltkammerraum 13 bewirkt.
Gleichzeitig bewegt sich auch der Kolben 19 der Pump vorrichtung 14 nach unten und drückt nach Zurückle- gung eines gewissen Hubes von der im Zylinder 26 vor handenen Flüssigkeit eine bestimmte Menge durch die Öffnung 24 über ein Rückschlagventil 27 entweder in den untern Schaltkammerraum 13, wodurch auch fri sches Löschmittel in die Löschkammer 9 dringt; oder wenn der äussere Gegendruck im gegebenen Moment zu hoch ist, bei geschlossenem Rückschlagventil 27, durch ein Überdruckventil 29 und die Umleitung 30 wieder hinter den Kolben 19. Dadurch vermeidet man in be kannter Weise, dass bei grossem Lichtbogenstrom, d. h.
sehr hohem Druck in & x Löschkammer, die Sahafbewe- igang @durch die Pumpvorrichtung zu stark gebremst oder eine übermässige Antriebsenergie erforderlich wäre.
Das Überdruckventil 29 ist so eingestellt, dass es nicht anspricht, wenn der auftretende Druck genügt, um bei stromschwachen Schaltungen die für die Löschmit- telströmung notwendige Energie zu decken.
Beim Ausschalten von Strömen oberhalb einigen 100 A erreicht der Druck im Raume 13 vorübergehend, d. h. insbesondere während der Stromspitzen, einen Wert, der den im Pumpzylinder 26 herrschenden über steigt, wodurch die Ventile 27 und 28 schliessen und das Überdruckventil 29 anspricht, weil wegen des im obern Raum 12 vorhandenen Luftpolsters 11 der Druck im Kanal 22, 23 wesentlich niedriger ist.
Während dieser Zeit hört die Flüssigkeitsförderung in die Löschkammer mittels der Pumpvorrichtung vorübergehend auf und er folgt nur noch durch das weitere Eintauchen des Schalt stiftes 6 in den sonst abgeschlossenen untern Raum 13. Die von der Pumpvorrichtung während dieser Zeit spanne benötigte Energie muss also nur die am über- druckventil 29 eingestellte Druckdifferenz überwinden. Sobald der Strom wieder gegen Null absinkt, so fällt auch der Druck im Raum 13, und die Löschmittelförde- rung der Pumpe setzt ebenfalls wieder ein.
Auf diese Weise werden die in der Unterbrechungsstrecke gebilde ten Schaltgase augenblicklich durch frische, dem Raum 13 entströmende Löschflüssigkeit verdrängt, was jeg liche Kavitation hinter der Schaltstiftspitze verhindert und die bestmögliche dielektrische Festigkeit zwischen den sich trennenden Kontakten gewährleistet, so dass kapazitive Ströme bei weit höheren Spannungen rück zündungsfrei ausgeschaltet werden können, als wenn die Pumpvorrichtung 14 nicht vorhanden wäre.
Beim Abschalten von grossen Kurzschlussströmen erfolgt die Lichtbogenlöschung in ähnlicher Weise, nur sprechen die Ventile 27, 28, 29 schon unmittelbar nach der Kontakttrennung an.
Wenn nach einer Schnellwiedereinschaltung bei Kurzschluss eine zweite Ausschaltung rasch nachfolgt, so hat sich der durch die erste Schaltung im obern Raum 11, 12 entstandene Druck durch die kleine mit der Aus senluft in Verbindung stehende Öffnung 2 noch nicht abbauen können und herrscht auch im Verbindungs kanal 23 und auf der Ansaugseite 22 der Pumpvorrich- tung. Dadurch muss die Pumpvorrichtung für die Lösch- flüssigkeitsförderung nicht den vollen, im untern Raum 13 vorhandenen Druck überwinden, sondern nur die Druckdifferenz zwischen den Räumen 13 und 11,
ver mehrt um den Ansprechdruck des Ventils 29 und die Flüssigkeitsreibungswiderstände. Daraus ergibt sich ein wesentlich kleinerer Aufwand an Antriebsenergie gegen über Schaltern, bei denen die Ansaugseite der Pumpvor- richtung druckfrei ist.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Pumpvorrichtung 14 doppelwirkend konstruiert ist, in dem sie auch bei der Einschaltbewegung Löschflüssig- keit durch das Ventil 31 in den Raum 13 fördern kann. Wenn der Druck im Raum 13 einen gewissen Wert über schreitet, so schliessen die Ventile 31, 27, und der sich nach oben bewegende Kolben 19 drückt bei geschlosse nem Ventil 32 eine dem Hub entsprechende, im Zylinder 26 vorhandene Flüssigkeitsmenge durch das überdruck ventil 33 in den Ansaugraum 22 und durch das Ventil 28 hinter den Kolben in den Zylinder zurück, also ana log dem Vorgang beim Ausschalten, wie bereits bezüg lich Fig. 1 beschrieben.
In bekannter Weise dienen die Zylinderräume 34, 35 mit den Engpässen 36, 37 als hydraulische Stoss- dämpfer für die Endlagen des Kolbens 19 und verhin dern ein unzulässiges Überschwingen des Hebels 16 und des angekuppelten Schaltstiftes 6.
Low-liquid circuit breakers Low-liquid circuit breakers for high voltage are generally designed as arcing chamber switches in which the gases generated by the switching arc in a more or less current-dependent manner cause a liquid flow that promotes the extinguishing process.
There are also numerous scarf terbauweise known in which both completely rigid, as well as extinguishing chambers that expand under excess pressure are used, which are provided with an additional pumping device. which extinguishing agent conveys into the arc zone. Such pumping devices can either by the Druckwir effect of the resulting arc gases (z.
B: differential piston or auxiliary arc) or by an external power source, especially if relatively weak inductive currents whose self-generated blowing effect is insufficient are also to be switched off briefly.
Furthermore, it has already been proposed to couple the pumping device directly to the movable switching contact, which enables a simple design; only then it must be ensured that when switching large currents, the high pressure occurring in the extinguishing chamber, which opposes the delivery of the extinguishing agent, does not significantly inhibit the Schaltbewe movement, which z. B. can be achieved by a provided with check and pressure relief valve Umlei device in the pumping device.
In the case of switches that are intended for quick reclosing and have to switch off full power two or more times in quick succession, an immediate replacement of the extinguishing agent in the arc zone is necessary depending on the switch-off process.
The switching of capacitive currents poses a particular problem, because the extinction in the first current zero crossing occurs even at small opening distances and the recurring voltage rises to twice the peak value of the phase voltage in the course of the next half-wave and can lead to undesired reignitions if the highest possible dielectric strength between the separating contacts is not ensured by injecting fresh extinguishing agent at the beginning of the switch-off movement,
whereby, first and foremost, the formation of cavitation behind the switching pin tip moving rapidly through the extinguishing liquid must be avoided.
If, as already proposed, fresh extinguishing liquid is sucked in by the pumping device from a pressure-free container, for example from the cavity between the switching chamber and its outer porcelain casing, the pump caliper must fill the full in the extinguishing chamber overcoming existing pressure;
to be able to convey extinguishing liquid. All of these known measures require a relatively large drive energy for the actuation of the extinguishing agent pump device, which is disadvantageous, especially in the case of Sehal tern for high voltage, which contain several switching chambers operating at the same time.
The invention described below avoids this disadvantage; by making it possible to utilize the pressure generated in the extinguishing chamber at certain switching conditions and during part of the switching movement so that the energy required by the pumping device is significantly lower than when the extinguishing agent is otherwise equivalent Case would be:
The subject of the invention is a low-liquid power shaft with a rigid, combined longitudinal and transverse blowing-causing extinguishing chamber;
the floor of which divides the switching chamber into an upper space, which also contains a volume of air and is practically exposed to the transverse blowing pressure, and a lower space, in which the latter a pump device rigidly coupled to the movable switching pin is arranged, which at least during the switch-off movement, additionally extinguishing liquid through the extinguishing chamber presses; until the current and the associated pressure difference at the pumping device does not exceed a certain value;
As a feature, the start side of the pumping device is connected to the upper switching chamber space by a special channel and the delivery side of the pumping device opening into the lower switching chamber space is hydraulically connected to the quenching chamber through an opening in the quenching chamber floor.
An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Fig. 1 is a longitudinal section through the switching chamber of a low-liquid circuit breaker with a pumping device that delivers extinguishing agent only when it is switched off. 2 shows, in section, the lower part of an otherwise identical switching chamber with a pumping device which can convey a certain amount of extinguishing liquid into the arc zone both when switching off and when switching on. In both figures, only the organs essential for the invention are drawn, while all other parts of the switch, d. H. the whole structure, e.g.
B. for multiple interruptions with the various isolators and the drive are not shown.
In Fig. 1, 1 is the pressure-resistant housing of a switching chamber, which is closed at the top by a cover 3 provided with a small pressure compensation opening 2. The current to be switched flows from the connector 4 via the fixed contact 5 through the movable switch pin 6 and via a sliding contact 7 to the other connector B.
An extinguishing chamber 9 made of insulating material is provided in a known manner for longitudinal and transverse blowing, and the extinguishing chamber floor 10 divides the switching chamber into an upper space 12, which also contains the air volume 11, and a lower space 13 in which a pumping device 14 is arranged. The lower space 13 is completely and the upper space 12 partially filled with extinguishing liquid.
A lever 16 is seated on a shaft 15 connected to the switch drive and actuates the switch pin 6 and the piston 19 of the pump device simultaneously by means of tabs 17 and 18, so that the switch pin is rigidly coupled to the pump device during the entire switch movement . The lower space 13 of the switching chamber, which is always completely filled with extinguishing liquid, is connected through openings 20 to the inner pockets and channels 21 of the extinguishing chamber 9 which are also below the liquid level.
From the suction side 22 of the known pump device 14, a special channel 23, the upper part of which is preferably made of insulating material, leads through the quenching chamber floor 10 into the upper switching chamber space 12. The delivery side 24 of the pump device does not open, as is already known is, directly in the arc extinguishing zone, but in the lower switching chamber space 13, so that only fresh extinguishing agent, z.
B. Oil, which is free of switching gases, can be pressed up into the quenching chamber 9. The lowermost space 38 can, as usual, be designed as a sump for receiving the oil impurities incurred. Fig. 1 shows the switch in the ON position; In the switch-off position, the moving parts are in the position shown in dash-dotted lines.
The switch described works in the following way: When switching off, the shaft 15 rotates with the He bel 16 counterclockwise. When the switching pin 6 moves downwards, it presses by displacing liquid from the lower space 13 through the openings 20 in the direction of the arrow into the interior of the arcing chamber 9. As soon as the switching pin tip 25 leaves the fixed contact 5, an interrupting arc is formed, which ever after the instantaneous strength of the current, more or less extinguishing liquid evaporates and a corresponding pressure increase in the extinguishing chamber spaces 20 and in the lower switching chamber space 13 causes.
At the same time, the piston 19 of the pumping device 14 also moves downwards and, after covering a certain stroke, presses a certain amount of the liquid present in the cylinder 26 through the opening 24 via a check valve 27 either into the lower switching chamber space 13, which also fresh extinguishing agent penetrates into the extinguishing chamber 9; or if the external back pressure is too high at the given moment, with the check valve 27 closed, through a pressure relief valve 29 and the bypass 30 back behind the piston 19. This avoids in a known manner that with a large arc current, i. H.
very high pressure in & x extinguishing chamber, the Sahafbewe- igang @ braked too much by the pumping device or excessive drive energy would be required.
The pressure relief valve 29 is set so that it does not respond when the pressure that occurs is sufficient to cover the energy required for the extinguishing agent flow in low-current circuits.
When switching off currents above a few 100 A, the pressure in space 13 temporarily reaches, i.e. H. especially during the current peaks, a value that rises above that prevailing in the pump cylinder 26, whereby the valves 27 and 28 close and the pressure relief valve 29 responds, because because of the air cushion 11 in the upper space 12, the pressure in the channel 22, 23 is much lower .
During this time, the pumping of liquid into the extinguishing chamber by means of the pumping device temporarily stops and it only follows through the further immersion of the switching pin 6 in the otherwise closed lower space 13. The energy required by the pumping device during this period must only be the Overpressure valve 29 overcome the set pressure difference. As soon as the current drops to zero again, the pressure in space 13 also falls, and the pump also starts to deliver the extinguishing agent again.
In this way, the switching gases formed in the interruption section are immediately displaced by fresh extinguishing liquid flowing out of space 13, which prevents any cavitation behind the switching pin tip and ensures the best possible dielectric strength between the separating contacts, so that capacitive currents at much higher voltages can be switched off without ignition back, as if the pumping device 14 were not present.
When large short-circuit currents are switched off, the arc is extinguished in a similar way, only the valves 27, 28, 29 respond immediately after the contact has been separated.
If after a quick reconnection in the event of a short circuit, a second disconnection quickly follows, the pressure created by the first circuit in the upper room 11, 12 has not yet been able to reduce through the small opening 2 connected to the air from the outside and also prevails in the connecting channel 23 and on the suction side 22 of the pumping device. As a result, the pumping device for the extinguishing liquid delivery does not have to overcome the full pressure present in space 13 below, but only the pressure difference between spaces 13 and 11,
ver increased by the response pressure of the valve 29 and the fluid friction resistances. This results in a significantly lower drive energy expenditure compared to switches in which the suction side of the pumping device is pressure-free.
FIG. 2 shows an embodiment variant in which the pump device 14 is designed to be double-acting, in which it can convey extinguishing fluid through the valve 31 into the space 13 even during the switch-on movement. When the pressure in space 13 exceeds a certain value, the valves 31, 27 close, and the upwardly moving piston 19 pushes, when the valve 32 is closed, an amount of liquid in the cylinder 26 corresponding to the stroke through the overpressure valve 33 the suction chamber 22 and back through the valve 28 behind the piston in the cylinder, that is, analogous to the process when switching off, as already described with respect to FIG. 1.
In a known manner, the cylinder chambers 34, 35 with the bottlenecks 36, 37 serve as hydraulic shock absorbers for the end positions of the piston 19 and prevent inadmissible overshooting of the lever 16 and the coupled switching pin 6.