Druckgassehalter Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgas- schalter mit veränderbarem elektrischem Widerstand, der aus mehreren Teilwiderständen besteht und bei dem in der Einschaltstellung des Schalters, das heisst in der die beweglichen Kontakte in der einen Grenz- lage sind, die Teilwiderstände metallisch leitend über brückt sind. Es ist bekannt, z. B. aus dem Schweizer Patent Nr. <B>349670,</B> zum Schalten veränderbare Widerstände zu verwenden, die gestatten, den Widerstandswert in einigen Millisekunden um mindestens drei Grössen ordnungen zu erhöhen.
Es werden dort Massnahmen angegeben, um den metallischen Stromabnehmern eine hohe Beschleunigung zu erteilen und die Wider standseinschaltung praktisch lichtbogenfrei erfolgen zu lassen. Die im genannten Patent beschriebenen Konstruktionen verlangen jedoch eine hohe Genauig keit der Kontaktbahnen, damit bei den schnellen Bewegungen keine Kontaktabhebungen auftreten, die zu einer Zerstörung der Kontaktbahn führen würden.
Die vorliegende Erfindung zeigt eine besonders zweck mässige Lösung bei einem Druckgasschalter, die noch schnellere und grössere Widerstandsänderungen ge stattet, wobei an die Kontaktbahnen geringere Ge nauigkeitsansprüche gestellt werden und auf die licht- bogenfreie Widerstandseinschaltung verzichtet wird.
Erfindungsgemäss wird beim Ausschalten die metallische Überbrückung durch antreibende Mittel geöffnet, wobei die dabei entstehenden Lichtbögen als bewegliche Strombrücken dienen, die sich unter dem Einfluss der antreibenden Mittel derart bewegen, dass der wirksame Teil der Teilwiderstände vergrössert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführungsforrn des Erfindungsgegenstandes zeigt, näher erläutert. In Fig. <B>1</B> bedeuten<B>1</B> und 2 die Hauptanschlüsse des Druckgasschalters, die zu den feststehenden Kon takten<B>3</B> und 4 führen.<B>5</B> ist die bewegliche Strom brücke, die an einem Isolierrohr<B>6</B> befestigt ist und über die Isolierleiste<B>7</B> in starrer Verbindung mit dem rechteckförmigen, ebenfalls aus Isollermaterial be stehenden Ventilverschluss <B>8</B> steht,
durch den die zu gehörige öffnung im Ventildeckel<B>9</B> abgeschlossen wird.<B>10</B> ist der bewegliche Abreisskontakt, der sich gegen die feststehenden, elastisch etwas nachgiebigen Abreisskontakte <B>11.</B> und 12 legt.
Die Teilwiderstände <B>13</B> und 14 tragen Elektroden<B>15</B> und<B>16.</B> Am oberen Ende befinden sich die Lichtbogenhörner <B>17</B> und<B>18.</B> Die Widerstände<B>13,</B> 14 sowie die Kontakte 10-12 befinden sich in einem druckfesten Isoliergehäuse<B>19,</B> das durch Isolierwände 20 abgeschottet ist, wobei sich zwischen<B>je</B> zwei Isolierwänden 20 ein vollstän diges System, bestehend aus Ventilen<B>8, 9,</B> Abreiss- kontakten <B>10, 11,</B> 12, Widerständen<B>13,</B> 14 mit ihren Elektroden<B>15, 16</B> und Lichtbogenhörnem <B>17, 18</B> befindet. Diese Systeme können<B>je</B> nach Bedarf in Reihe, parallel oder auch gemischt geschaltet sein.
Das Hauptkontaktsystem <B>3,</B> 4,<B>5</B> ist jedoch im allge meinen für alle Widerstände gemeinsam. Das Ge häuse<B>19</B> ist über eine Dichtung 21 mit dem Stütz isolator 22 gasdicht verbunden. Den Abschluss nach dem Hohlraum des Stützers bildet die Membran<B>23.</B> Am unteren Ende des Isolierrohres<B>6</B> ist der Teller 24 eines elektrodynamischen Auslösers befestigt, des sen feststehende Spule<B>25</B> in den Isolierkörper<B>26</B> ein gegossen ist. Die Enden der Spule<B>25</B> sind über Durchführungen<B>27</B> und<B>28</B> nach aussen geführt.
So wohl der Stützer 22 als auch der Isolierkörper<B>26</B> sind auf der Grundplatte<B>29</B> gasdicht befestigt.<B>30</B> ist die Druckgaszuführung, von der über den elastisch nach giebigen Schlauch<B>31</B> und das Isolierrohr<B>6</B> das Druck gas dem Hohlraum<B>32</B> zugeführt wird. Die Schrau- benfeder <B>33</B> erzeugt den Kontaktdruck und nimmt zu gleich einen Teil des Überdruckes in dem Schlauch <B>3 1</B> auf.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: In dem gezeichneten Einschaltzustand fliesst der Strom vom Anschluss <B>1</B> zu dem feststehenden Kon takt<B>3,</B> von da über die Strombrücke<B>5</B> zum fest stehenden Kontakt 4 und weiter zum Anschluss 2. Wird nun die Spule<B>25</B> des elektrodynamischen Aus lösers durch einen Stromimpuls (z. B. Kondensator- entladung) erregt, so ergibt sich eine grosse abstossende Kraft auf den Teller 24, der sich nach unten bewegt.
Dies hat zur Folge, dass zunächst die Schaltbrücke<B>5</B> von den feststehenden Kontakten<B>3</B> und 4 abgehoben wird, was lichtbogenfrei erfolgt, da noch ein nieder- ohmiger Parallelweg über die Kontakte<B>11, 10,</B> 12 besteht. Praktisch gleichzeitig mit dem Hauptkontakt <B>5</B> öffnet sich auch das Ventil<B>8, 9,</B> so dass das im Hohl raum<B>32</B> befindliche Druckgas sofort nach Trennung des Kontaktes<B>10</B> von den Kontakten<B>11,</B> 12 nach oben zu strömen beginnt.
Hierbei werden die beiden Lichtbögen, die sich zwischen<B>10, 11</B> bzw. <B>10,</B> 12 bilden, zu einem einzigen Bogen vereinigt, der nun unter dem Einfluss der Gasströmung längs der Licht- bogenelektroden <B>15, 16</B> mit grosser Geschwindigkeit nach oben getrieben wird, wobei sich stufenweise die Widerstände<B>13</B> und 14 einschalten.<B>Je</B> nach Art des Stromkreises erlischt der Lichtbogen schon während seiner Aufwärtsbewegung, oder er reisst an den Licht- bogenhörnern <B>17</B> und<B>18</B> ab, womit der Unterbre chungsvorgang beendet ist.
Wesentlich für die innere Spannungsfestigkeit ist der Umstand, dass nun inner halb des Gehäuses<B>19,</B> das unten durch die Membran <B>23</B> abgeschlossen ist, also auch zwischen den Elek troden und den Teilwiderständen überdruck besteht, der sich nur allmählich über die kleine Öffnung 34 abbauen kann.
In Fig. 2, die einen Ausschnitt aus Fig. <B>1</B> darstellt, wobei sich die Anordnung im Zustande der Wider standseinschaltung befindet, sind die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Wie bereits erwähnt, entstehen bei der Trennung der Ab- reisskontakte <B>10, 11,</B> 12 zwei Lichtbögen 41 und 42, welche durch die mit Pfeilen angedeutete Gasströ mung nach oben getrieben werden. 43 bedeutet den Lichtbogen-Stromabnehmer. Beim Vorbeistreichen dieses Lichtbogens an den Elektroden<B>15, 16</B> sind nun zwei Fälle möglich.
Ist der Spannungsabfall zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Elektroden so klein, das heisst höchstens gleich der Lichtbogenspannung bei den herrschenden Druck- und Strömungsverhält nissen, so dass ein Lichtbogen zwischen ihnen nicht bestehen kann, beispielsweise kleiner als etwa<B>10 ...</B> <B>15</B> V, so wird praktisch nur der Bogen 43 bestehen und nach oben wandern. Ist jedoch der Spannungs abfall grösser als vorhin genannt, so ist es denkbar, dass auch noch kleine Lichtbogen 44 und 45 auftreten. Diese werden durch die Gasströmung nach links und rechts weggetrieben und erlöschen einerseits durch die Gaskühlung, anderseits infolge des mit ihrem Fortschreiten abnehmenden Parallelwiderstandes der Schleife.
Das Einströmen des Druckgases zwischen die Elektroden<B>15, 16</B> und der Druckstau hinter dem als Stromabnehmer dienenden Lichtbogen 43 sind aber auch aus isolationstechnischen Gründen von grosser Bedeutung, denn bei derartigen veränder baren Widerständen läuft die Spannungsbeanspru chung hinter dem Stromabnehmer her. Dies wird sofort verständlich, wenn man bedenkt, dass die oberen Widerstände (vgl. Fig. <B>1)</B> hohe Werte haben und deshalb sich der Spannungsabfall bei kleinem Strom vornehmlich auf diese hohen Widerstände kon zentriert, während die unteren Schleifen mit grossem Querschnitt praktisch keinen Spannungsabfall mehr aufweisen.
Durch die Quereinströmung wird das<B>Sy-</B> stem auch wesentlich vereinfacht, da infolge der höheren zulässigen Stufenspannung weniger Elektro den und Widerstandsschleifen notwendig werden. Fer ner ist es im Interesse der Spannungsfestigkeit und der zulässigen Zahl der Abschaltungen zweckmässig, die Elektroden<B>15, 16</B> aus abbrandfestem Material wie Wolfram, Molybdän oder auch Wolfram-Kupfer- bzw. Wolfram-Silber-Sinterwerkstoffen herzustellen.
Die Elektroden werden zweckmässig auf das bandförmige Widerstandsmaterial<B>13,</B> 14 aufgeschweisst und dann die Widerstände erst nachträglich in die mäanderartige Form gebracht. Selbstverständlich wird man auch die Abreisskontakte <B>10, 11,</B> 12 aus abbrandfestem Material herstellen.
Anstelle einer Druckgasströmung oder zusätzlich dazu kann als antreibendes Mittel für die Strom abnehmer eine magnetische Blasung in an sich be kannter Form Anwendung finden, wobei diese magne tische Blasung quer zu den Lichtbögen 43 wirken muss (vgl. Fig. 2).
Eine solche magnetische Blasung hat den Vorteil, dass nicht nur auf die Zonen zwischen den Elektroden<B>15, 16,</B> sondern auch auf die Ansatz stellen des Lichtbogens 43 Kräfte in der Richtung nach oben einwirken, denn bekanntlich wird an die sen Stellen die Strömungsgeschwindigkeit des Druck gases klein sein (Wandeffekt). In sehr vielen Fällen wird man aber ohne zusätzliche magnetische Blasung auskommen, die an sich nur in der unteren Partie, das heisst etwa im ersten Fünftel des Gesamtweges zwischen der einen (Fig. <B>1)</B> und der anderen Grenz lage, wie letztere in Fig. 2 dargestellt ist, besonders zweckmässig ist.
Um die Wärmeentwicklung durch den Lichtbogen 43 möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, den Abstand zwischen gegenüberliegenden Elektroden<B>15,</B> <B>16</B> möglichst klein, z. B. höchstens<B>10</B> mm, zu machen. Die Lichtbogenspannung nimmt dann Werte bis höch stens 200 V an.
Je nach der erforderlichen Span nungsfestigkeit kann der Abstand auch noch wesent lich geringer gehalten werden, um so mehr, als man bei höheren Nennspannungen meistens eine grosse Zahl von Teilwiderständen, die durch die Isolier- wände 20 getrennt sind, vorsehen wird. # Im allgemeinen wird es zweckmässig sein, in Reihe mit dem Druckgasschalter und damit dem veränder- baren Widerstand, wie ihn beispielsweise Fig. <B>1</B> zeigt, einen Trenn- oder Lastschalter vorzusehen, mit dem auch das Schliessen des Stromkreises bewirkt wird.
Der Vorgang verläuft dann so dass zunächst der Widerstand eingeschaltet und der Strom unterbrochen wird, wobei das Isoliergehäuse<B>19</B> noch unter über- druck steht. Anschliessend wird der zusätzliche Schal ter geöffnet und dann der überdruck über die<B>Öff-</B> nung 34 (vgl. Fig. <B>1)</B> abgeblasen, wobei sich der Schalter<B>3,</B> 4,<B>5</B> und das Ventil<B>8, 9</B> wieder schliessen.
Durch richtige Wahl der bewegten Massen, der Feder <B>33</B> sowie des Druckes im Raum<B>32</B> und im Innern des Stützers 22 kann der Schliessvorgang auch ohne Verwendung von Klinken oder Sperrungen so lange verzögert werden, bis der zusätzliche Schalter sich weit genug geöffnet hat.
Im allgemeinen wird es zweckmässig sein, die Be wegung des lichtbogenförmigen Stromabnehmers mit Hilfe von Druckluft oder komprimierter Kohlensäure herbeizuführen. Es kann aber zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit sowie zur besseren Küh lung und Entionisierung vorteilhaft sein, die Bebla- sung mit Wasserstoff vorzunehmen.
Besondere Vor teile in isolationstechnischer Hinsicht erhält man bei Verwendung elektronegativer Gase, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid. Bei Verwendung besonderer Gase ist es zweckmässig, diese im Kreislauf zu ver wenden; die Öffnung 34 (vgl. Fig. <B>1)</B> steht dann in Verbindung mit der Ansaugseite eines Kompressors, der das komprimierte Gas wieder der Druckgasleitung <B>30</B> zuführt. Im allgemeinen wird man zwischen Kom pressor und Druckgasleitung<B>30</B> noch einen Druck gasbehälter vorsehen.
Compressed gas holder The invention relates to a compressed gas switch with variable electrical resistance, which consists of several partial resistances and in which in the switched-on position of the switch, that is, in which the movable contacts are in one limit position, the partial resistances are bridged in a metallic manner are. It is known e.g. B. from Swiss Patent No. 349670, to use variable resistors for switching that allow the resistance value to be increased by at least three orders of magnitude in a few milliseconds.
Measures are given there to give the metallic pantographs a high acceleration and to allow the resistance to be switched on practically without an arc. The constructions described in the cited patent, however, require a high accuracy of the contact tracks so that no contact lift-offs occur during the rapid movements that would lead to the destruction of the contact track.
The present invention shows a particularly expedient solution in the case of a gas pressure switch, which equips even faster and greater changes in resistance, with lower accuracy requirements being made on the contact tracks and arc-free switching on of the resistance being dispensed with.
According to the invention, when switching off, the metallic bridging is opened by driving means, the resulting arcs serving as movable current bridges that move under the influence of the driving means in such a way that the effective part of the partial resistances is increased.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention. In Fig. 1, <B> 1 </B> and 2 mean the main connections of the gas pressure switch, which lead to the fixed contacts <B> 3 </B> and 4. <B> 5 < / B> is the movable current bridge, which is attached to an insulating tube <B> 6 </B> and is rigidly connected to the rectangular valve closure <B, which is also made of insulating material, via the insulating strip <B> 7 </B> > 8 </B> stands,
through which the associated opening in the valve cover <B> 9 </B> is closed. <B> 10 </B> is the movable tear-off contact that rests against the fixed, elastically somewhat flexible tear-off contacts <B> 11. </ B > and 12 places.
The partial resistors <B> 13 </B> and 14 carry electrodes <B> 15 </B> and <B> 16. </B> At the upper end are the arc horns <B> 17 </B> and <B > 18. </B> The resistors <B> 13, </B> 14 and the contacts 10-12 are located in a pressure-resistant insulating housing <B> 19 </B> which is sealed off by insulating walls 20, with between <B> each </B> two insulating walls 20 form a complete system, consisting of valves <B> 8, 9, </B> tear-off contacts <B> 10, 11, </B> 12, resistors <B> 13, </B> 14 with their electrodes <B> 15, 16 </B> and arc horns <B> 17, 18 </B>. These systems can be connected in series, in parallel or mixed as required.
The main contact system <B> 3, </B> 4, <B> 5 </B> is, however, generally common for all resistors. The housing 19 is connected in a gas-tight manner to the support insulator 22 via a seal 21. The membrane <B> 23. </B> forms the closure after the hollow space of the support. At the lower end of the insulating tube <B> 6 </B>, the plate 24 of an electrodynamic release is attached, its stationary coil <B> 25 < / B> is cast into the insulating body <B> 26 </B>. The ends of the coil <B> 25 </B> are led to the outside via bushings <B> 27 </B> and <B> 28 </B>.
Both the support 22 and the insulating body <B> 26 </B> are attached to the base plate <B> 29 </B> in a gas-tight manner. <B> 30 </B> is the compressed gas supply, from which via the elastic to generous hose <B> 31 </B> and the insulating tube <B> 6 </B> the compressed gas is fed to the cavity <B> 32 </B>. The helical spring <B> 33 </B> generates the contact pressure and at the same time absorbs part of the excess pressure in the hose <B> 3 1 </B>.
The mode of operation of the arrangement is as follows: In the switched-on state shown, the current flows from connection <B> 1 </B> to the fixed contact <B> 3, </B> from there via the current bridge <B> 5 </ B > to fixed contact 4 and further to connection 2. If the coil <B> 25 </B> of the electrodynamic release is now excited by a current pulse (e.g. capacitor discharge), a large repulsive force is generated the plate 24 moving downward.
As a result, the switching bridge <B> 5 </B> is first lifted off the stationary contacts <B> 3 </B> and 4, which takes place without arcing, since there is still a low-impedance parallel path via the contacts <B > 11, 10, </B> 12 exists. Practically at the same time as the main contact <B> 5 </B>, the valve <B> 8, 9, </B> opens so that the pressurized gas in the cavity <B> 32 </B> immediately after the contact has been separated <B> 10 </B> begins to flow upwards from contacts <B> 11, </B> 12.
Here, the two arcs that form between <B> 10, 11 </B> or <B> 10, </B> 12 are combined into a single arc, which is now under the influence of the gas flow along the light arc electrodes <B> 15, 16 </B> are driven upwards at high speed, with resistors <B> 13 </B> and 14 switching on in stages. <B> Depending </B> on the type of circuit, the The arc already during its upward movement, or it breaks at the arc horns <B> 17 </B> and <B> 18 </B>, which ends the interruption process.
What is essential for the internal dielectric strength is the fact that inside the housing <B> 19, </B> that is now closed at the bottom by the membrane <B> 23 </B>, i.e. overpressure also between the electrodes and the partial resistors exists, which can only gradually degrade through the small opening 34.
In Fig. 2, which shows a detail from Fig. <B> 1 </B>, wherein the arrangement is in the state of resistance was switched on, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals. As already mentioned, when the tear-off contacts <B> 10, 11, </B> 12 are separated, two arcs 41 and 42 arise, which are driven upwards by the gas flow indicated by arrows. 43 means the arc pantograph. When this arc sweeps past the electrodes <B> 15, 16 </B>, two cases are now possible.
If the voltage drop between two consecutive electrodes is so small, i.e. at most equal to the arc voltage under the prevailing pressure and flow conditions, so that an arc cannot exist between them, for example less than about <B> 10 ... </ B > <B> 15 </B> V, then practically only the arc 43 will exist and move upwards. However, if the voltage drop is greater than mentioned above, it is conceivable that small arcs 44 and 45 also occur. These are driven away to the left and right by the gas flow and are extinguished, on the one hand, by the gas cooling and, on the other hand, as a result of the loop's parallel resistance, which decreases as it progresses.
The influx of the compressed gas between the electrodes 15, 16 and the pressure build-up behind the arc 43, which serves as a current collector, are also of great importance for insulation reasons, because with such changeable resistances the voltage stress runs behind the current collector here. This is immediately understandable when you consider that the upper resistances (see Fig. 1) </B> have high values and therefore the voltage drop with a low current is mainly concentrated on these high resistances, while the lower loops with a large cross-section practically no longer show any voltage drop
The <B> system </B> system is also significantly simplified by the cross-flow, since fewer electrodes and resistance loops are necessary due to the higher permissible step voltage. Furthermore, in the interest of the dielectric strength and the permissible number of disconnections, it is expedient to manufacture the electrodes 15, 16 from erosion-resistant material such as tungsten, molybdenum or also tungsten-copper or tungsten-silver sintered materials.
The electrodes are expediently welded onto the strip-shaped resistor material <B> 13, </B> 14 and then the resistors are only subsequently brought into the meander-like shape. Of course, the tear-off contacts 10, 11, 12 will also be produced from erosion-resistant material.
Instead of a pressurized gas flow or in addition to this, a magnetic blow in a known form can be used as the driving means for the current collector, this magnetic blow must act transversely to the arcs 43 (see FIG. 2).
Such a magnetic blow has the advantage that forces act in the upward direction not only on the zones between the electrodes 15, 16, but also on the attachment points of the arc 43, because, as is well known, the sen set the flow rate of the pressure gas to be small (wall effect). In very many cases, however, you will get by without additional magnetic bubbles, which actually only lie in the lower part, i.e. about the first fifth of the total distance between the one (Fig. 1) and the other limit position , as the latter is shown in Fig. 2, is particularly useful.
In order to keep the heat generated by the arc 43 as small as possible, it is advantageous to keep the distance between opposing electrodes <B> 15, </B> <B> 16 </B> as small as possible, e.g. B. to make a maximum of <B> 10 </B> mm. The arc voltage then takes on values up to 200 V at the most.
Depending on the required voltage strength, the distance can also be kept significantly smaller, all the more so since a large number of partial resistances, which are separated by the insulating walls 20, are usually provided for higher nominal voltages. # In general, it will be useful to provide a circuit breaker or load switch in series with the gas pressure switch and thus the variable resistor, as shown, for example, in Fig. 1, with which the circuit can also be closed is effected.
The process then proceeds so that first the resistor is switched on and the current is interrupted, with the insulating housing <B> 19 </B> still being under overpressure. The additional switch is then opened and then the excess pressure is blown off via the opening 34 (cf. Fig. 1), with the switch 3, < / B> 4, <B> 5 </B> and close the valve <B> 8, 9 </B> again.
With the correct choice of the moving masses, the spring 33 and the pressure in the space 32 and inside the support 22, the closing process can be delayed for as long without the use of latches or locks until the additional switch has opened wide enough.
In general, it will be useful to move the arc-shaped current collector with the aid of compressed air or compressed carbon dioxide. However, in order to increase the flow rate and for better cooling and deionization, it can be advantageous to blow hydrogen.
Special advantages in terms of insulation are obtained when using electronegative gases such as sulfur hexafluoride. When using special gases, it is advisable to use them in the circuit; the opening 34 (cf. FIG. 1) is then connected to the suction side of a compressor which feeds the compressed gas back to the compressed gas line 30. In general, a pressurized gas container will also be provided between the compressor and the pressurized gas line 30.