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Gasschalter.
Die Erfindung betrifft Gasschalter, das sind Schalter, deren Unterbrechungsstelle zum Unterschied von den Flüssigkeitsschaltern in Gas liegt. Die gebräuchlichsten Schalter dieser Art sind die Luftschalter.
Es ist bekannt, dass Oberflächen, vorzugsweise solche von guter Leitfähigkeit, wie z. B. kühlende Metalloberflächen, wenn sie eng an einen Lichtbogen herangebracht werden, eine entionisierende Wirkung auf diesen ausüben. Diese Wirkung beruht darauf, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die positiven und negativen Ionen im Lichtbogenraum wieder vereinigen, an den Oberflächen ausserordentlich gesteigert wird. Anderseits entladen sich die Ionen in die Oberfläche. Es wurde bereits vorgeschlagen, diese Entionisation zur Löschung von Unterbrechungslichtbogen bei Schaltern auszunutzen. Insbesondere hat man bei Luftschaltern den Lichtbogen in enge Schlitze zwischen Isoliermaterial gezogen, und man hat ihn durch quer zu ihm stehende leitende Platten in Einzellichtbögen unterteilt, die dann über die Plattenoberflächen bewegt wurden.
Nach der Erfindung soll die Entionisierung und damit die Löschung des Unterbrechungslichtbogens bei einem Gassehalter dadurch bewirkt werden, dass an mehreren Stellen längs des Lichtbogens Gase oder Dämpfe entwickelt und in den Lichtbogen geliefert werden. Hiedurch wird gewissermassen eine sehr grosse entionisierende innere Oberfläche"geschaffen, also eine besonders wirksame Entionisierung erreicht. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäss längs der Kontaktbahn des Schalters feste Körper aus einem Stoff, der unter der Einwirkung des Lichtbogens entionisierende Gase und Dämpfe entwickelt, derart angeordnet, dass sie an den Unterbrechungslichtbogen eng herantreten und die Gase und Dämpfe den Lichtbogenraum durchströmen.
In den Lichtbogen hineingeschleuderte Gase oder Dämpfe bilden nämlich unionisierte verhältnismässig kühle Stellen, die über den ganzen Lichtbogenraum verteilt sind. Die Ionen aus dem umgebenden hochionisierten stromführenden Lichtbogenraum diffundieren mit grosser Schnelligkeit in diese Stellen, wobei sie sich zu neutralen Molekülen wiedervereinigen. Wenn man nun an vielen Stellen solche entionisierende Gase und Dämpfe in den Lichtbogenraum eintreten lässt, für eine kräftige Strömung bzw.
Expansion und reichliche Menge sorgt, so kann man erreichen, dass im ganzen Lichtbogenraum eine kräftige Entionisierung vor sich geht.
Bei Wechselstrom, bei welchem die Anwendung dieses Löschplinzips besonders vorteilhaft ist, muss die Entwicklung und Hineinlieferung der entionisierenden Gase und Dämpfe in den Lichtbogenpfad über den Stromnulldurchgang anhalten, bei dem die Löschung des Lichtbogens erfolgt. Die Ge- schwindigkeit der Wiedervereinigung der Ionen wird durch diese Gase und Dämpfe so gesteigert, dass der Lichtbogenraum beim Wiederkehren der Zündspannung nach dem Stromnulldurchgang seine dielektrische Festigkeit wiedergewonnen hat und von dieser nicht mehr durchschlagen werden kann. Bei Gleichstrom wird durch die Erhöhung der Wiedervereinigungsgeschwindigkeit der Ionen, die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche Energieaufnahme so gesteigert, dass der Lichtbogen erlischt.
Um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten, ist nämlich die fortwährende Neubildung der durch die Wiedervereinigung verschwindenden Ionen erforderlich. Da nun nach der Erfindung die Geschwindigkeit dieser Wiedervereinigung sehr stark erhöht wird, so steigt die Energieaufnahme des Lichtbogens, also die
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erforderliche Spannung über die im Stromkreis verfügbare. Er erlischt somit schon bei kürzerer Länge als bei Anwendung der bekannten Blasvorrichtung.
Die Körper, welche durch Entwicklung von Gasen und Dämpfen entionisierend auf den Lichtbogen einwirken, sollen vorzugsweise aus einem isolierenden Faserstoff hergestellt werden, der unter der Einwirkung des Lichtbogens Gase von niedrigem Molekulargewicht abgibt. Insbesondere eignet sich der unter dem Namen"Fiber"bekannte Isolierstoff, der durch Umwandlung von Zellstoff in soge- nannte"Hydratzellulose"entsteht. Man hat beispielsweise gemessen, dass durch die Zersetzung von
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ausserordentlich grosse Menge. Ein Viertel davon kann durch den Lichtbogen während einer Wechselstromhalbwelle gebildet werden.
Auch Hartpapier zeigt sich geeignet. Diese Stoffe haben einen ziemlich grossen Flüssigkeitsgehalt.
Unter normalen Verhältnissen enthalten sie Wasser. Werden sie dem Lichtbogen ausgesetzt, so entsteht eine starke Verdampfung, und die Dämpfe expandieren von der Oberfläche des Faserstoffkörpers sehr heftig in den Lichtbogenpfad. Dieser Wassergehalt gibt den Stoffen ausserdem noch die Eigenschaft, dass sie nur sehr schwer angebrannt werden können und dass reine Oberflächen zurückbleiben, die eine hohe Überschlagsfestigkeit besitzen. Infolge der sehr kurzen Dauer des Lichtbogens findet eine nennenwerte Verkohlung nicht statt.
Nach der weiteren Erfindung wird die ganze Unterbrechungsstelle des Schalters in ihrer ganzen Länge von einer Lichtbogenkammer aus dem entionisierend wirkenden Stoff eng umhüllt. Man kann insbesondere den die entionisierenden Gase entwickelnden Stoff auswechselbar in einer Lichtbogenkammer befestigen. Um bei dieser Ausführung den Gasen, die vom Lichtbogen in beträchtlicher Menge entwickelt werden, einen Austritt zu ermöglichen und so das Bersten der Kammer zu verhindern, werden Gasausströmöffnungen angebracht. In diesen Gasausströmöffnungen sind Entionisierungseinrichtungen der an sich bekannten Art, die vorzugsweise durch metallische Gitter oder Platten gebildet werden, angeordnet.
Durch diese Entionisierungseinrichtungen streichen die aus dem Lichtbogen kommenden hochionisierten und stark erhitzten Gase und Dämpfe hindurch, verlieren hiedurch ihre Leitfähigkeit und werden gleichzeitig gekühlt, so dass sie Überschläge ausserhalb der Vorrichtung nicht herbeiführen können. Ist der Lichtbogen besonders lang, beispielsweise bei Schaltern für hohe Spannungen, dann werden derartige Gasausströmöffnungen an mehreren Stellen längs des Lichtbogens vorgesehen.
Für die Wirksamkeit der Vorrichtung ist es Bedingung, dass die auf den Lichtbogen einwirkenden gasentwickelnden Körper sehr eng an den Lichtbogen herantreten. Benutzt man daher einen Schalter mit Lichtbogenkammern von bestimmter Weite zur Abschaltung sowohl grosser wie auch kleiner Stromstärken, wie es gewöhnlich der Fall ist, so wird man mit Rücksicht auf die Gasentwicklung bei den hohen Strömen die Lichtbogenkammer mit einem grösseren Rauminhalt und daher weiter ausführen müssen, als mit Rücksicht auf die Löschung der kleinen Stromstärke erforderlich wäre. Die kleinen Lichtbögen würden daher von einem solchen Schalter nicht gelöscht.
Um nun auch die Löschung der kleinen Lichtbögen sicher zu bewirken, wird nach der Erfindung einem Schalter, dessen Unterbrechungsstelle von einer weiteren Lichtbogenkammer von grösserem Rauminhalt umhüllt ist, ein zweiter Schalter mit einer engeren Lichtbogenkammer und mit einem Vorschaltwiderstand parallel geschaltet. Man kann zu demselben Zwecke auch eine zusätzliche Blasung durch Druckgas vorsehen, welches man durch ein hohles Schaltstück in die Lichtbogenkammer einströmen lässt.
In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. l zeigt einen Schalter mit einer rohrförmigen Lichtbogenkammer im Schnitt.
An einem Isoliergehäuse 10 ist auf der einen Seite das hohe feststehende Schaltstück 11, auf der andern Seite eine Führungsbuchse 12 mittels Gewinde befestigt. Die Hülse 12 bildet die Führung für das bewegliche stiftförmige Schaltstück 13. In das Innere des Gehäuses ist das auswechselbare Isolierrohr 14 eingesetzt. Dieses besteht aus einem Isolierstoff, der in Gegenwart des Lichtbogens entionisierende Gase und Dämpfe entwickelt, beispielsweise aus Fiber. Das feststehende Schaltstück 11 ist nach unten erweitert und enthält die entionisierenden Platten oder Gitter 15. 16 ist die Gasausström- öffnung im Schaltstück 11.
Wird der Schalterkontakt durch Hinaufbewegen des Schaltstückes 13 geöffnet, so entsteht in dem Rohr 14 der Lichtbogen, der aus diesem die Gase und Dämpfe entwickelt. Diese strömen durch den Lichtbogenpfad hindurch nach der Auströmöffnung 16 und verlassen durch diese die Lichtbogenkammer. Sie streichen über die Oberflächen der Platten oder Gitter 15 und werden dabei entionisiert und gekühlt.
Fig. 2 zeigt die Kombination von zwei Schaltern zum Zwecke der Löschung starker und schwacher Wechselstromlichtbogen.
Das Rohr 17 des linken Schalters, welches die Lichtbogenkammer bildet, ist bedeutend weiter,
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Strom vom beweglichen Schaltstück abgenommen wird, ist über den Widerstand 20 mit der Führungshülse 21 des linken Schalters verbunden. Die festen Schaltstücke 22 bzw. 23 der beiden Schalter sind durch die Leitung 24 verbunden. Die Leitung ist einerseits an die Hülse 21, anderseits an das Schalt-
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stück 23 des linken Schalters angeschlossen. Der rechte Schalter liegt also samt dem Vorschaltwiderstand 20 zu dem linken Schalter parallel.
Zum Zwecke der Abschaltung wird immer der linke Schalter zuerst geöffnet. Nach einer genügend weiten Kontaktöffnung erlöscht hiebei der Unterbreehungslichtbogen immer, gleichgültig ob der Strom gross oder klein ist. Im ersten Fall wird nämlich der Lichtbogen in genügend enge Berührung mit dem Rohr 17 kommen. Es werden also genügend Gase oder Dämpfe entwickelt und in den Lichtbogen geliefert, um ihn zu entionisieren und beim Stromnulldurchgang zum Erlöschen zu bringen. Im zweiten Fall, wo der Strom verhältnismässig gering ist, wird der Anstieg der wiederkehrenden Zündspannung durch den zur Unterbrechungsstelle parallelgeschalteten Widerstand 20 so stark herabgesetzt, dass die Isolierstrecke, die sich zwischen den Kontakten beim Stromnulldurchgang auch bei geringer Entionisation bildet, nicht durchschlagen wird.
Erst nachdem der Lichtbogen in dem linken Schalter erloschen ist, wird der rechte Schalter geöffnet. Die Stromstärke des Lichtbogens in diesem Schalter ist durch den Vorschaltwiderstand 20 begrenzt. Es wird also ein verhältnismässig schwacher Lichtbogen gezogen, dem das Rohr 18 in seinem Durchmesser angepasst ist. Dieses Rohr wirkt dann stark entionisierend auf den Lichtbogen ein und bringt ihn zum Verlöschen.
In der Fig. 2 sind die Isoliergehäuse der beiden Schalter mit sogenannten statischen Schirmen 25 bzw. 26 umgeben, welche zur gleichmässigen Verteilung der Spannung über die ganze Länge der Unter- brechungsstelle dienen. Diese Schirme bestehen aus Isolierzylindern, in die Einlagen 27 und 28 aus Zinnfolie eingebettet sind. Diese Einlagen überlappen sich teilweise und sind in bekannter Weise geformt, um eine gleichmässige Spannungsverteilung herbeizuführen. Durch die gleichmässige Unterteilung der Feldstärke auf die Unterbrechungsstrecke soll die Überlastung der Unterbrechungsstrecke an einer oder mehreren Stellen, welche einen Durchbruch der ganzen Isolierstrecke und damit eine Neuzündung des Lichtbogens zur Folge hätte, vermieden werden.
An Stelle der elektrostatischen Schirme können auch Widerstände oder Induktanzen verwendet werden, um eine gleichmässige Spannungsverteilung längs des Lichtbogenpfades herbeizuführen.
In Fig.. ist ein Schalter dargestellt, dessen bewegliches Schaltstück 29 hohl ausgebildet und mit einem Rohransatz 30 versehen ist, durch welches Pressgas mit Hilfe einer beweglichen Zuleitung 31 eingeblasen wird. Das Pressgas strömt durch den Kontakt und durch die Lichtbogenkammer hindurch und verlässt diese durch die Ausströmöffnung 32 im feststehenden Schaltstück. Diese zusätzliche Blasung hat den Zweck, Lichtbogen kleinerer Stromstärke zu löschen. Das Rohr dieses Schalters ist nämlich mit Rücksicht auf die Gasentwicklung so weit gehalten, dass es nur die Lichtbogen der hohen Stromstärken mit Hilfe der entwickelten Gase und Dämpfe zum Verlöschen bringt.
In der Fig. 4 ist ein Schalter dargestellt, in dem Lichtbögen von besonders grosser Energie gelöscht werden. Um den grossen Gasmengen, die in der Liehtbogenkammer entwickelt werden, den Austritt zu ermöglichen, sind längs derselben mehrere Gasaustrittsöffnungen 33, 34, 35, 36 mit Entionisierungseinriehtungen für die Gase vorgesehen. Diese Gasaustrittsöffnungen sind durch Isolierwände 37, 38, 39, 40 voneinander getrennt, damit sich die austretenden Gase ausserhalb des Schalters nicht vereinigen und dadurch eine Neuzündung des Lichtbogens herbEiführen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gasschalter, dadurch gekennzeichnet, dass lärgs der Kontaktbahn des Schalters feste Körper aus einem Stoff, der unter der Einwirkung des Lichtbogens Gase und Dämpfe entwickelt, derart angeordnet sind, dass sie an den Unterbrechungslichtbogen eng herantreten und die Gase und Dämpfe den Lichtbogenraum durchströmen.