Druckgassehalter. Die Erfindung betrifft einen Druckgas schalter, bei dem das zur Lichtbogenlöschung dienende Druckgas während des Schaltvor ganges aus einem Druckgasraum durch den Schaltraum in einen Ausblaseraum strömt. Erfindungsgemäss ist hierbei der Ausblase- raum bis auf im Verhältnis zum Ganzen kleine Öffnungen geschlossen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird ein der artiges Volumenverhältnis b des Ausblase raumes zum Druckgasraum gewählt, dass bei einem bestimmten Anfangsdruckverhältnis a und einem bestimmten engsten Strömungs querschnitt q des Schaltraumes das Druck verhältnis bis zur vollendeten Lichtbogen löschung nicht unter den kritischen Wert k fällt.
Bei einem überkritischen Verhältnis der Gasdrücke stellt sich nämlich im Schaltraum eine Gasgeschwindigkeit ein, die der Schall geschwindigkeit im betreffenden Gas ent spricht. Wird also der Ausblaseraum in der oben angegebenen Weise bemessen, so findet während der Dauer der Lichtbogenlöschung tk, die bekanntlich bei Druckgasschaltern stromunabhängig und etwa konstant ist, die Beblasung mit der Schallgeschwindigkeit statt. Es tritt also der Gegendruck überhaupt nicht nachteilig für die Löschung in Erschei nung.
Anderseits ist es mit Rücksicht auf eine günstige Abriegelung erwünscht, dass der sich bei der Lichtbogenlöschung nach dem Blasstoss einstellende Enddruck möglichst hoch ist. Die Durchschlagsfestigkeit der Gase ist umso höher, je höher ihr Druck ist, so dass eine Wiederzündung umso wirksamer verhin dert wird, je höher der Gasdruck, also je kleiner der Ausblaseraum ist.
Während also durch die Löschbedingun gen Mindestabmessungen des Ausblaseraumes vorgeschrieben werden, verlangen die Ab riegelungsbedingungen nach einem möglichst kleinen Ausblaseraum. Es wird also zweckmässigerweise das Volumen des Ausblasera.umes nur gleich oder unwesentlich grösser als dieser Mindestwert gewählt. Das Volumen des Ausblaseraumes ergibt sich dabei angenähert zu
EMI0002.0005
Dabei bedeutet z die Schallgeschwindigkeit im zur Löschung benutzten Gas.
So ergibt sich zum Beispiel bei Luft mit v = 30000 cm/s tj; - 0,02 s q = \2 cm' b - 3 a = 5 k - 2 das Ausblasevolumen T' pro Phase I' __ 2690 cm', also zirka 2.7 Liter.
Dieser Wert stellt ein Maximum dar, da infolge der Abkühlung der Gase bei ihrer Entspannung eine zusätzliche Druckminde rung im Ausblaseraum erfolgt.
Anderseits erfolgt bei Unterbrechung grosser Ströme eine Erwärmung der Lösch- gase, die zu einer unerwünschten Druckstei gerung im Ausblaseraum führen kann. Es ist deshalb zweckmässig, im Ausblaseraum Kühlvorrichtungen, in.zbesonderN Kühlbleche, anzuordnen, durch die diese Wärme sofort abgeführt wird.
Es ist zweckmässig. den Ausblaseraum mit der Aussenluft derart zu verbinden, dass er während des Löschvorganges praktisch ge- schIossen ist, jedoch so, dass nach dem Lösch vorgang ein Druckausgleich nach der Aussen luft erfolgt. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass er über Gaswege grossen Strömungswiderstandes mit. der Aussenluft verbunden wird. Hierdurch wird einerseits vermieden, dass bei mehreren kurz aufeinan der folgenden Schaltungen der Druck im Ausblaseraum zu hoch anwächst. anderseits treten keine leitenden und auch keine heissen Schaltgase aus dem Schalter heraus.
Als Gasaustrittsmittel können einzelne kleine Öffnungen dienen, z. B. Rundlöcher oder Schlitze und dergl., oder auch Netze. Es können Kühler hohen Strömungswiderstandes davorgeschaltet -erden, z. B. Raschigringe oder Metallspäne, ferner mehrere durch kleine Öffnungen miteinander verbundene Entspannungskammern. Durch derartige A.ii- ordnungen wird die kinetische Energie der Schaltgase vernichtet.
Die Austrittsöffnun gen können durch Klappen, Hauben und dergl. vor dem Eindringen von Schmutz, Wasser usw. geschützt werden. Sie können ferner durch Isolierröhren zu geerdeten Tei len geführt werden. Diese Anordnung ist be sonders bei eisengekapselten Schaltanlagen vorteilhaft.
Der Ausblaseraum lässt sich umso kleiner bauen, je kleiner der Zähler<I>b .</I> r <I>. q .</I> tk wird. Durch eine Verkleinerung des Volumenver hältnisses b wächst der Energiebedarf des Schalters. Diese Massnahme ist daher nur zweckmässig bei zugeführtem Druckgas.
Dagegen lässt sich stets det Ausström- querschnitt q, der an sich durch das Schalt stück gegeben ist, durch Einführung von be- weglichen Isolierteilen in die Lichtbogen- bahn vermindern. Dies ist besonders vorteil haft bei Anordnungen, bei denen der Licht bogen in einem röhrenartigen Schaltraum brennt und axial beblasen wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
Fig. 1 zeigt einen Druckgasdüsenschalter. 1 ist der feststehende, düsenförmige Kontakt, 2 der bewegte, stiftförmige Kontakt. Der Lichtbogen wird in dem röhrenförmigen Schaltraum 4 gezogen. Das Druckgas zur Löschung wird im Raum 3 gespeichert. Es, kann bei mehreren Schaltern durch Röhren leitungen von einer zentralen Kompressor anlage zugeführt werden. Es kann auch che misch oder mechanisch erzeugt werden. Der Behälter kann für drei Phasen gemeinsam sein. Bei der Abschaltung wird das Ventil 9 geöffnet.
Das Gas strömt durch das Isolier- rohr 10 in den Schaltraum 4, wo es den Lichtbogen bebläst. Von dort strömt es in den Ausblaseraum 5.
Der Ausblaseraum 5 ist derart ausgebil det, dass das Gas erst durch einen Kühler 11 geringen Strömungswiderstandes strömt. Dann strömt es nacheinander durch mehrere Ent spannungsräume 12, 13, 14, die durch kleine Öffnungen 15 und 16 miteinander verbun den sind. Es strömt dann durch kleine Off nungen 17 ins Freie. Die Beblasung des Lichtbogens erfolgt also durch Druckaus gleich der beiden Räume 3 einerseits und 5 anderseits, wobei als Strömungsquerschnitt des Schaltraumes dessen engster Querschnitt, das heisst also der Öffnungsquerschnitt des Düsenkontaktes 1 anzusehen ist.
Da der Ausblaseraum 5 im wesentlichen, das heisst bis auf im Verhältnis zum Ganzen kleine Öffnungen geschlossen ist, so vollzieht sich der Schaltvorgang innerhalb des vollzieht sich ohne nach aussen in Erscheinung zu tre ten. Da ferner in dem Druckgasraum 3 eine bestimmte Druckgasmenge zur Verfügung steht, welche durch eine zweckmässige Aus bildung des Schaltraumes optimal zur Be- blasung des Lichtbogens ausgenutzt wird, er gibt sich die Möglichkeit, den Ausblaseraum wesentlich kleiner als bei bekannten Kon struktionen zu gestalten,
bei denen die Druckgaszufuhr durch Ventile oder dergl. begrenzt wird. Dieser bedeutende Grössen unterschied ist insbesondere deshalb wesent lich, weil er es ermöglicht, die Ausblase- gefäss'e isoliert an den Schalterpolen anzuord nen. Da ferner die zur Verfügung stehende Druckgasmenge genau bekannt ist, ist es möglich, durch richtige Bemessung der Räume und des Durchtrittsquerschnittes be sonders günstige Lösch- und Abriegelungs bedingungen herzustellen.
Der Antrieb erfolgt durch einen pneuma tischen Motor 18, der die Welle 19 antreibt. 20 ist der feststehende Schleifkontakt, 21 die Scha.ltstiftführung. 7 und 8 sind die Strom anschlüsse.
Fig. 2 zeigt einen Druckgasdüsenschalter mit Blasung in Richtung der Aussenschalt- bewegung. Dargestellt ist hier die Verdich- tung der Luft bei der Schaltbewegung durch einen Kolbenkompressor, dessen Kolben 23 in einem Zylinder 24 gleitet. Der Antrieb des Kolbens 23 kann durch dieselbe Welle 19 er folgen wie der Antrieb des Schaltstückes 2. Die Luft wird im Raum 3 verdichtet. Sie ge langt durch das vorzugsweise elastisch aus gebildete Isolierrohr 10, das Rückschlagven- til 29 und den Kontaktraum 30 zur Schalt stelle.
Das Schaltstück 2 wird durch eine Iso lierröhre 25, die vorteilhaft düsenartig aus gebildet wird, herausgezogen. Eine Bebla- sung des Lichtbogens erfolgt im wesentlichen erst, wenn der Schaltstift 2 die Öffnung der Düse 25, die den Schaltraum bildet, frei gegeben hat. Die Gase strömen dann in den Ausblaseraum 5, wo sie in ähnlicher Weise wie bei Fig. 1 gekühlt werden, und den sie allmählich durch kleine Öffnungen 17 ver lassen. Anstatt der Entspannungsräume ist in Fig. 2 eine Schicht 31 sogenannter Raschigringe angeordnet.
Der Ausblaseraum umgibt die Schaltstift- führung 21 von beiden Seiten (vor und hin ter der Zeichenebene).
Der im Raum 30 entstehende Lichtbogen erhöht die Temperatur des darin eingeschlos senen Gases, so dass der Gasdruck darin vor übergehend höher werden kann als der Druck im Raum 3. Damit die@erhitzten und ionisier ten Gase nicht in das Isolierrohr 10 gelangen, ist das Rückschlagventil 29 vorgesehen. Bei der Bemessung der Räume und Drücke muss als wirksames Blasvolumen die Summe der Inhalte der Räume 3, 10 und 30 betrachtet werden.
Fig. 3 zeigt einen Druckgasschalter, bei dem nach der Trennung der Kontakte das Gas quer zur Schaltrichtung und zum Licht bogen in den Schaltraum 4 hineinströmt. Der Raum 4 ist als ein Schlitz ausgebildet und so eng, dass(die Blasgase den Lichtbogen, ihn längend, vor sich herpressen. Die Gase strö men dabei in den Ausblaseraum 5, 6,
wo sie gekühlt werden und allmählich entweichen. Diese Anordnung ist besonders zweckmässig für Schalter für nicht sehr hohe Spannungen und dafür höhere Stromstärken. Da die Gase durch den Lichtbogen stark erwärmt werden, ist es vorteilhaft, die Lichtbogenenergie zii begrenzen. Zu diesem Zwecke sind Hilfselek troden 32 und 33 vorgesehen, die mit den Kontakten 1 und \? durch Widerstände<B>3,3</B> und 36 verbunden sind.
Der nach oben ge blasene Lichtbogen geht im Laufe des Lösch- vorganfies nacheinander von einem Elektro- denpaar zum nächsten. Dabei erfolgt durch die Widerstände eine wirksame Stromdämp fung. die gleichzeitig bei Kurzschlüssen eine Verringerung der Phasenverschiebung ergibt. Durch die Widerstände wird der Strom und damit die Energie des Lichtbogens herab gesetzt, so dass die Erwärmung der in die Ausblaseräume gelangenden Gase nicht über ein bestimmtes Mass steigen kann.