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Querströmungslöschkammer für elektrische Flüssigkeitsleistungsschalter
Neben den sogenannten elastischen Löschkammern finden im Bau von Flüssigkeitsleistungsschaltern
vielfach auch starre Unterbrecherkammern Verwendung. Zwei typische Vertreter der
starren Löschkammer sind die bekannten Anordnungen mit Querbespülung und die mit
Längsbespülung des Ausschaltlichtbogens. Kammern mit Querbespülung des Lichtbogens,
sogenannte Querströmungslöschkammern, arbeiten mit niedriger Lichtbogenspannung,
kurzer Lichtbogendauer und entsprechend geringer Schaltarbeit. Sie eignen sich bekanntlich
insbesondere zum Unterbrechen großer Ströme, wie sie beispielsweise bei Kurzschlußabschaltungen
auftreten. Bei kleinen Strömen hingegen sind sie in der Lichtbogenlöschung unsicher.
Gerade umgekehrt verhält es sich bei Löschkammern mit Längsbespülung des Lichtbogens.
Hier ergeben sich bei langer Lichtbogendauer hohe Lichtbogenspannungen. Diese Kammern
eignen sich, wie sich gezeigt hat, vornehmlich zum Unterbrechen kleiner induktiver
Ströme.
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Um nun bei einem Flüssigkeitsleistungsschalter mit Querströmungslöschkammer
eine sichere Lichtbogenlöschung über den gesamten Strombereich zu erlangen, lag
es unter Berücksichtigung der erwähnten Erkenntnisse nahe, sie zusätzlich mit einer
Löscheinrichtung mit Längsbespülung des Lichtbogens auszurüsten. Löschkammern dieser
Art sind an sich auch bereits bekannt und haben sich bewährt. Konstruktiv sind diese
Querströmungslöschkammern in der Regel so ausgebildet, daß der oder die bei Unterbrechung
großer Ströme wirksam werdenden Querströmungskanäle in der Nähe des ortsfesten Schaltkontaktes
liegen. Daran anschließend ordnet man im Wege des Schaltstiftes im allgemeinen mehrere
kleine flüssigkeitsgefüllte Druckkammern; sogenannte Löschtaschen, zum Unterbrechen
stromschwacher Ausschaltlichtbögen mittels Längsbespülung an. Die Querströmungskanäle
können dabei mit dem Druckraum der Löschkammer in Verbindung stehen. Sie münden
nach Überquerung des Schaltstiftkanals im Druckausgleichraum der Kammer. In üblicher
Weise wird die Löschmittelströmung innerhalb der Querströmungskanäle vom Schaltstift
gesteuert. Wird ein stromschwacher Lichtbogen in die Löschtaschen hineingezogen,
so bespült die darin befindliche Löschflüssigkeit den Lichtbogen in-- axialer Richtung.
Er wird hierbei also infolge-.Volumenkühlung zum Erlöschen gebracht.
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Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, bei einer solchen
Querströmungslöschkammer mit im Wege des Schaltstiftes angeordneten kleinen -flüssigkeitsgefüllten
Löschtaschen die Unterbrechung stromschwacher Ausschaltlichtbögen zu verbessern.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß die üblichen Löschtaschen in verschiedenen, mehr
oder weniger weit unterhalb des Schalternennstromes liegenden Strombereichen insbesondere
hinsichtlich Lichtbogendauer den gestellten Anforderungen nicht immer genügen. Unter
anderem mag dies darin begründet sein, daß bei Schaltern hohen Nennstromes infolge
des großen Verhältnisses von Schaltstiftdurchmesser zum Durchmesser des Plasmas
eines stromschwachen Lichtbogens und des vom Schaltstift freigegebenen und demzufolge
vom Lichtbogenplasma nicht ausgefüllten Volumens die in den Löschtaschen sich befindende
Löschflüssigkeit anfänglich nicht intensiv genug auf das Lichtbogenplasma einwirkt.
Es wäre zwar denkbar, der dadurch bedingten langen Lichtbogendauer durch Vergrößerung
der Abmessungen und Erhöhung der Anzahl der Löchtasten zu begegnen. Dem sind aber
durch die geforderten geringen Kammerabmessungen Grenzen gesetzt, die eine Verbesserung
der Lichtbogenlöschung in dieser Hinsicht nicht erlauben.
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Es ist bereits eine Lichtbogenlöscheinrichtung mit Differentialkolben
zum Löschen starker Ströme und einer zusätzlichen Pumpeinrichtung zum Löschen schwacher
Ströme bekanntgeworden, bei der der Lichtbogenraum der Löscheinrichtung für schwache
Ströme über ortsfeste Kanäle einerseits mit dem Druckraum der Pumpeinrichtung und
andererseits mit dem Pumpensaugraum und dem druckfreien Außenraum in Verbindung
steht. Diese Ausführung ist aber wegen ihrer raumbeanspruchenden zusätzlichen Pumpeinrichtung
und dem hierzu erforderlichen Antrieb wenig. vorteilhaft.
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Bei einem anderen Druckkammerschalter mit beweglichem Hohlkontakt
und quer dazu angeordneten
Wänden wurde bereits vorgeschlagen, in
den Querwänden diametral versetzte Bohrungen anzubringen und den Zylindermantel
des Hohlkontaktes so mit öffnungen zu versehen, daß der Lichtbogen gleichzeitig
in der Schaltrichtung und quer dazu beblasen wird. Da aber bei dieser Anordnung
der in der Kammer erzeugte Lichtbogengasdruck bereits nach öffnen der ersten Querwand
durch den hohlen Schaltstift nach außen entweicht, kann; wie dies insbesondere zum
Löschen stromschwacher Lichtbogen erwünscht ist, zwischen den Querwänden keine zusammenhängende,
sich über alle Zwischenräume erstreckende Strömung des Löschmediums zustande kommen.
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Die Erfindung schlägt einen anderen Weg ein, um das- gesteckte Ziel
bei einer Querströmungslöschkämmer, bei der im Wege des Schaltstiftes flüssigkeitsgefüllte
Löschtaschen zum Unterbrechen niedriger Ströme angeordnet sind, die von quer zur
Schaltrichtung liegenden, mit diametral versetzten Öffnungen versehenen Wänden gebildet
werden, mit einfachen Mitteln zu erreichen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht,
daß in den Löschtasten neben der Längsbespülung des Lichtbogens eine zusätzliche
Löschmittelströmung bewirkt wird, in der Weise, daß die dem Druckausgleichraum der
Kammer nächstliegende Löschtasche mit diesem so durch eine Öffnung verbunden ist,
daß sich nach Öffnen der unteren Löschtasche durch den beweglichen Schaltstift eine
sich kontinuierlich über die Löschtaschen erstreckende, die Lichtbogenbahn mehrfach
überquerende Löschmittelströmung ergibt. Das bei der Ausschaltbewegung des Schaltstiftes
in den Löschtaschen freigelegte, vom Lichtbogenplasma ausgefüllte Volumen wird infolgedessen
sofort mit Löschflüssigkeit ausgefüllt. Ein in die Löschtaschen hineingezogener
stromschwacher Ausschaltlichtbogen erfährt deshalb bereits vor Einsetzen der Axialbespülung
eine intensive Bearbeitung. Treffen im Zuge der Ausschaltbewegung Längs- und Querflüssigkeitsströmung
aufeinander, so entsteht innerhalb der Löschtaschen eine turbulente Strömung, die
wesentlich besser als die Längsbespülung allein in der Lage ist, in das Lichtbogenplasma
einzudringen und dem Lichtbogen Energie zu entziehen. Die Löschwirkung kann noch
weiter erhöht werden, wenn die Flüssigkeitsquerströmung in benachbarten Löschtaschen
ungleich, insbesondere entgegengesetzt gerichtet verläuft. Durch die Ungleichheit
der Strömungsrichtungen in den Löschtaschen tritt dann an den Schaltstiftbohrungen
Löschmittel in benachbarte Löschtaschen bereits vor ; Einsetzen der Axialströmung
über und bewirkt darin turbulente Strömung. Die Lichtbogenbearbeitung ist so noch
wesentlich wirkungsvoller, so daß das Lichtbogenplasma bzw. bei unterbrochenem Lichtbogen
die Restgassäule intensiv vom Löschmittel durchsetzt, dabei gekühlt und entionisiert
wird. Auch trägt die Ungleichheit der Flüssigkeitsquerströmung in benachbarten Löschtaschen
dafür Sorge, daß der Lichtbogen im wesentlichen zentral innerhalb der Löschtaschen
brennt. Irgendwelche Beeinträchtigungen, wie Kriech-Wegbildung usw, durch den Lichtbogen
an den die Löschtaschen bildenden Querwänden sind daher praktisch ausgeschlossen.
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Die zusätzliche Flüssigkeitsquerströmung innerhalb der Löschtaschen
kann auf verschiedene Weise herbeigeführt werden. Besonders einfach und vorteilhaft
ist es; den beim Ausschalten im Druckraum der Löschkammer erzeugten Lichtbogengasdruck
dazu heranzuziehen. Die Löschtaschen stehen zu diesem Zweck untereinander in geeigneter
Weise in Verbindung. Es empfiehlt sich dabei, die nächst den Querströmungskanälen
gelegene äußere Löschtasche mit einer im überdruckteil der Löschkammer mündenden
Einlaßöffnung und die vom Schaltstift zuletzt freigegebene Löschtasche mit einem
im Druckausgleichraum der Kammer mündenden Auslaß zu versehen: An sich wäre es auch
denkbar, die zusätzliche Flüssigkeitsquerströmung in den Löschtaschen unabhängig
vom Lichtbogengasdruck mechanisch zu erzeugen. Es könnte hierzu beispielsweise eine
in Abhängigkeit von der Ausschaltbewegung des Schaltstiftes betätigte kleine Pumpe
od. dgl: dienen. Ist in die Löschkammer ein mit Luft oder Gas gefüllter Druckspeicherraum
eingebaut, wie er beispielsweise zum Wiederfüllen der Löschkammer mit Löschflüssigkeit
nach erfolgter erster Ausschaltung bei Kurzunterbrechung dienen kann, so hat es
sich als vorteilhaft erwiesen, die Einlaßöffnung für die zusätzliche Flüssigkeitsquerströmung
in die Nähe des Druckspeicherraumes zu legen.
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Die neue Flüssigkeitslöschkammer sei des weiteren an Hand eines in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert, aus dem zusätzliche
Merkmale der Erfindung hervorgehen. Es zeigt die Abb. 1 schematisch einen Schalterpol
im Längsschnitt und Abb. 2 im Querschnitt längs der Linie i-I in Abb. 1.
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Im einzelnen bezeichnet 1 den festen Schaltkontakt, 2 den beweglichen
Schaltstift und 3 den bis zur Marke 4 mit Löschflüssigkeit, z. B. Öl, gefüllten
Löschkammermantel, 5 sind die Querströmungskanäle, die von Scheiben 6 gebildet werden.
Die Querströmungskanäle stehen über den Verteilerraum s mit dem Druckraum 8 der
Löschkammer in Verbindung und münden über den Teilkana19 im Druckausgleichraum 10
der Löschkammer. In üblicher Weise sind die Querströmungskanäle im Schaltstiftkanal
so weit eingeengt, daß der Schaltstift das Einsetzen der Löschflüssigkeitsströmung
steuert. Der Teilkanal 9 wird von einem in die Löschkammer eingeschobenen Einsatzkörper
11 gebildet, der z. B. in einem Stück aus Gießharz, Polyamid; od. dgl. hergestellt
sein kann. Dieser Löschkammereinsatz 11 bildet des weiteren einen ein Luft- oder
Gaspolster enthaltenden Druckspeicherraum 12, der mit dem Verteilerraum 7 bzw. dem
Druckraum 8 in freier Verbindung steht. Wie bereits erwähnt, dient der Druckspeicherraum
vornehmlich bei Kurzunterbrechung zum Wiederfüllen der Löschkammer mit Löschflüssigkeit
nach erfolgter erster Kurzschlußausschaltung. Oberhalb der Querströmungskanäle 5
sind; wie ersichtlich; im Löschkämmereinsatz 11 vier flüssigkeitsgefüllte Löschtaschen
13 vorgesehen. Sie bestehen aus scheibenförmigen Querwänden 14 und den rohrförmigen
Distanzstücken 15. Die Löschtaschen stehen untereinander über die in benachbarten
Querwänden und den Distanzstücken diametral versetzt angebrachten öffnungen 16 bzw.
Aussparungen 17 in Verbindung. Die unterste Löschtasche enthält dabei einen Einlaß
18 am Löschkammereinsatz 11 und die oberste Löschtasche einen in der Scheibe 19
eingearbeiteten, im Druckausgleichraum 10 mündenden Auslaß 20.
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Ein bei Trennung der Schaltkontakte 1 und 2 gezogener Ausschaltlichtbogen
verdampft zunächst einen Teil der im Raum 8 befindlichen Löschflüssigkeit, so daß
.ein überdruck entsteht. Der Druck pflanzt sich in den Verteilerraum 7 fort und
preßt
einerseits das im Druckspeicherraum 12 enthaltene Luft- bzw.
Gaspolster zusammen, zum anderen bewirkt er innerhalb der Löschtaschen 13 die zusätzliche
Flüssigkeitsquerströmung, da ja der Einlaß 18 im Überdruckteil der Löschkammer mündet
und der Auslaß 20 mit dem Druckausgleichraum 10 der Kammer in Verbindung steht.
Abgesehen von ihrer Intensität spielen sich diese Vorgänge unabhängig von der Höhe
des auszuschaltenden Stromes ab.
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Bei Erreichen der sogenannten Löschdistanz gibt die Spitze des Schaltstiftes
2 im Zuge der Ausschaltbewegung sodann nacheinander die beiden Querströmungskanäle
5 frei. Der im Raum 8 der Kammer herrschende Druck bringt über die Querströmungskanäle
5 eine aus einem Flüssigkeits-Gas-Gemisch bestehende Löschströmung zustande, die
über den Teilkanal 9 im Druckausgleichraum 10 mündet. Handelt es sich um die Unterbrechung
eines hohen Stromes, so wird der gezogene Ausschaltlichtbogen durch diese Querbespülung
in kürzester Zeit zum Erlöschen gebracht. Ist der Lichtbogen hingegen 'stromschwach,
so reicht die Flüssigkeitsquerströmung in der Regel für die Lichtbogenlöschung nicht
aus. Der Lichtbogen wird daher im Zuge der weiteren Ausschaltbewegung in die Löschtaschen
13 hineingezogen. Infolge der darin. herrschenden (strichliert eingezeichneten)
zusätzlichen Flüssigkeitsquerströmung ist der Lichtbogen bzw. das Lichtbogenplasma
dort bereits bei Freigabe der untersten Löschtasche einer intensiven Bespülung ausgesetzt.
Gibt der Schaltstift weitere Löschtaschen frei, so tritt infolge der entgegengesetzten
Strömungsrichtung der zusätzlichen Querbespülung innerhalb der Löschtaschen Flüssigkeit
an den Schaltstiftdurchtrittsöffnungen in den Querwänden 14 in benachbarte Löschtaschen
über. Die Folge davon ist eine noch vor Auftreten der Axialbespülung entstehende
turbulente Strömung innerhalb der Löschtaschen. Kommt nach entsprechender Druckspeicherung
die Längsbespülung des Lichtbogens (strichhert eingezeichnet) in den Löschtaschen
hinzu, so erhöht sich die Turbulenz der Strömung weiterhin ganz beträchtlich. Ein
stromschwacher Ausschaltlichtbogen wird daher wesentlich schneller als bei bekannten
Anordnungen in den Löchtaschen unterbrochen und die Lichtbogenprodukte gekühlt und
in den Druckausgleichraum 10 abgeführt. Dies ist vor allem auch darauf zurückzuführen,
weil die zusätzliche Flüssigkeitsquerströmung innerhalb der Löschtaschen auch zum
Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs unverändert aufrechterhalten wird. Beim Stromnulldurchgang
entspannt sich nämlich das im Druckspeicherraum eingeschlossene Luft- bzw. Gaspolster
und führt über den in seiner Nähe liegenden Einlaß 18 den Löschtaschen von den Lichtbogenprodukten
praktisch unbeeinflußtes kühles Löschmittel zu. Das sich entspannende Gaspolster
drückt des weiteren reine Löschflüssigkeit über den Verteilerraum 7 in die Querströmungskanäle
5 und in den Druckspeicherraum B. Neben der Aufrechterhaltung der zusätzlichen Flüssigkeitsquerströmung
in den Löschtaschen unter Verfestigung der Schaltstrecke in den Querströmungskanälen
5 trägt der Druckspeicherrauen also auch noch für das Wiederfüllen des Druckraumes
8 mit Löschflüssigkeit Sorge. Die neue Löschkammer gewährleistet somit eine besonders
sichere Lichtbogenlöschung über den gesamten Strombereich des Schalters und ist
außerdem ohne irgendwelche zusätzliche Vorkehrungen bestens für Kurzunterbrechung
geeignet.