DE539887C - Schalter mit Lichtbogenloeschung durch Druckgas - Google Patents

Description

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Druckgasschaltern das zur Lichtbogenlöschung dienende Druckgas so an die Unterbrechungsstelle zu führen, daß es auf den Lichtbogen im Sinne der Unterbrechung drehend einwirkt. Hierdurch wird das Abreißen des Lichtbogens von seinen Fußpunkten gefördert.

Nach der Erfindung wird eine ähnliche Wirkung dadurch erzielt, daß man, anstatt dem

ίο Lichtbogen eine Drehbewegung relativ zu den Kontakten zu erteilen, die Kontakte selbst eine Drehbewegung relativ zu dem Lichtbogen vollführen läßt und so das Abreißen bzw. Wandern der Lichtbogenfußpunkte erzwingt.

Es sind zwar bereits Schalter bekannt, bei welchen die Kontakte beim Schaltvorgang eine Art Drehbewegung ausführen. Bei diesen bekannten Anordnungen ist jedoch der bei der Drehbewegung zurückzulegende Weg verhältnismäßig klein und die Geschwindigkeit der Drehbewegung, die von der eigentlichen Schaltbewegung abhängt, ist gleichfalls gering.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß bei Druckgasschaltern die Kontaktteile, an denen die Unterbrechung des Lichtbogens erfolgt, derart ausgebildet und angeordnet sind, daß mindestens ein Kontakt eine durch den Druckgasstrom hervorgerufene Drehbewegung ausführt, die von der Geschwindigkeit der Schaltbewegung unabhängig ist. Bei dieser Anordnung ergibt sich die Möglichkeit, die Rotationsbewegung der Unterbrecherkontakte sehr schnell vorzunehmen und bereits vor Beginn der eigentlichen Schaltbewegung einsetzen zu lassen. Erst durch diese Maßnahme wird ein wirksames Wandern der Lichtbogenfußpunkte erzielt, so daß der Lichtbogen immer auf neue, noch nicht erwärmte Metallteile trifft und die Wirkung der Druckgasbeblasung, die selbst gleichfalls den Lichtbogen längs der Elektroden bewegt, noch unterstützt wird. Die beiden Bewegungen, Vorwärtstreiben des Lichtbogens durch das Blasen und gleichzeitiges Fortbewegen der Elektroden verstärken die Kühlwirkung an den Fußpunkten und verhindern damit die Ionenemission. Wenn aber die Ionenemission kleiner wird, so kann der Lichtbogen schnell und auch bei größeren Stromstärken gelöscht werden, als dies sonst möglich wäre. Diese Wirkung wird noch unterstützt, wenn die bewegten Elektroden oder Elektrodenteile aus schwer verdampfendem Metall, z. B. Wolfram, Wolframlegierungen oder Halbleitern, bestehen, wie dies an sich bereits vorgeschlagen wurde.

Das Druckgas wird vorzugsweise schon vor dem eigentlichen Trennvorgang zugeführt, und dieses Druckgas kann auch mit auf das obere Ende des Schalters injektorartig saugend wirken.

Der bewegte Kontaktteil sitzt entweder am oberen Ende der Hauptkontakte oder aber an besonderen Endunterbrecherkontakten bzw. einer Art Funkenstrecke, die den Lichtbogen von den Kontakten aus aufnimmt.

Ist die Anordnung des Schalters so getroffen, daß ein Mittelkontakt von einem Ringkontakt umgeben wird, so könnten an beiden Kon-

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takten bewegliche Stücke angebracht werden, die gegebenenfalls gegeneinander rotieren und so die Geschwindigkeit der Bewegung der Fußpunkte bzw. Fußpunktstellen erhöhen. Liegt die Drehebene senkrecht zur Beblasung, so könnte das Druckgas durch turbinenartig ausgebildete Teile hindurchgehen und hierbei die Kontaktstücke, die dann selbst das Turbinenrad bilden bzw. das Turbinenrad tragen, in ίο Drehung versetzen. Die schaufeiförmigen Gebilde könnten gegen Lichtbogenangriff geschützt unterhalb der eigentlichen Kontakt- bzw. Fußpunktstellen liegen. So könnte man z. B. bei einem hohlen Innenkontakt das Druckgas innen durch den Kontakt austreten lassen, nach innen Schaufeln anbringen und so die oberen Kontaktendigungen in Drehung versetzen. Am äußeren Teile könnten die schaufelartigen Gebilde am Umfang sitzen und außen ein Druckgasstrahl vorbeigeführt oder auch in dem Raum zwischen äußerem und innerem Kontakt und durch den zwischen beiden Kontakten durchtretenden Druckgassträhl beblasen werden. Die Kontaktverbindung zwischen den Hauptkontakten und as den bewegten Endstücken kann an besonderen Achsen oder durch Federkontakte, Flüssigkeitskontakte (auch Quecksilber) erfolgen.

Wird ein bewegtes Kontaktstück im Mittelkontakt so angeordnet, daß die Achse senkrecht zum Kontaktstück liegt, so kann dieses bewegte Kontaktstück im wesentlichen von diesem umhüllt sein, so daß nur ein Teil des bewegten, z. B. Schaufelkörpers nach oben heraussteht. Auch hier könnte durch besondere Führung das Druckgas diesen Rotationskörper turbinenartig antreiben. Wird das Druckgas von der Achse aus in das Innere dieses Rotationskörpers geführt, so könnte es die Schaufehl durcheilend am Umfang austreten und so gleichzeitig eine Umfangsbeblasung herbeiführen. Es wurden dann die Enden besonders beblasen, und die Beblasung der Seitenflächen könnte sowohl vom Mittelkontakt aus als auch durch die allgemeine Beblasung erfolgen.

Die Gegenbewegung der Kontakte gegeneinander kann> wie oben angegeben, durch entgegengesetzte Drehbewegung, durch Drehbewegung mit entgegengesetztem Rotationsluftstrahl erfolgen; es könnte aber auch eine gewisse Gegenbewegung in geradliniger Richtung dadurch hervorgerufen werden, daß das Endstück des Mittelkontaktes mit großer Geschwindigkeit, während sich der Mittelkontakt bewegt, in Richtung des Mittelkontaktes in diesen hineinbewegt wird. Wird diese Bewegung als Drehbewegung ausgeführt, so ist die Relativbewegung noch größer und den Fußpunkten wird dann in noch höherem Maße frisches, gekühltes Material zugeführt. Das nach innen hineingezogene Stück kann ebenso wie der Kontakt hohl sein, so daß sich nicht etwa Fußpunkte in der Mitte des bewegten Stückes bilden können.

Werden nicht einander umhüllende Kontakte, sondern gegenüberstehende verwendet, so kann die Bewegung der Kontakte bzw. von Hilfskontakten in ähnlicher Weise, wie oben beschrieben, vorgesehen werden.

In den Abbildungen sind einige der möglichen Ausführungsformen dargestellt.

In Abb. ι ist 1 eine feststehende düsenartig geformte Elektrode, in welche der rohrartige Gegenkontakt 2 eingreift. In dem Rohrkontakt 2 tragen die Rippen 7 das Lager 6. Im oberen Teil des Rohrkontaktes 2 bewegt sich die Drehelektrode 3. Diese ist mit den schaufeiförmigen Rippen 4 an der Nabe 5 befestigt und wird durch das durch Rohr 2 einströmende Druckgas schon vor Beginn des eigentlichen Schaltvorganges in Drehung versetzt. Die Form der Schaufeln 4 kann derart gewählt sein, daß die Drehelektrode 3 während der Bewegung einen kleinen Auftrieb nach oben erhält, wobei dann durch Druckstück 8 und federndes Zwischenstück 9 die Stromzuführung von Rohr 2 nach Drehelektrode 3 erfolgt. Die Drehelektrode 3 kann an ihrem oberen Ende entweder als glatter Ring ausgebildet sein oder, wie im vorliegenden Fall gezeichnet, mit Zacken versehen werden. Die Abb. la stellt den Grundriß der in Abb. 1 beschriebenen Anordnung dar. Während in Abb. 1 nur eine Elektrode in Drehbewegung versetzt wird, ist in Abb. 2 und 2a eine Anordnung gezeichnet, bei welcher sowohl die innere als auch die äußere Elektrode eine Drehbewegung ausführen, wobei deren Drehsinn sowohl gleich als auch entgegengesetzt sein kann. Das feststehende Kontaktstück i, in welches der Rohrkontakt 2 eingreift, findet seine Fortsetzung nach oben in einem düsenartigen Stück 10, welches sich stromleitend um ι dreht. Die Bewegung dieses Stückes 10 erfolgt durch das durch Öffnungen 15 austretende Druckgas, welches auf die an Stück 10 befestigten Schaufeln 11 trifft. Das Rohr 13 aus Isoliermaterial sorgt für den Zusammenhalt des Druckgases in den Schaufeln 11. Die Rohrelektrode 2 ist an ihrem oberen Ende ebenfalls mit einer Drehelektrode 3 versehen, die mit den Schaufeln 4 mit der konischen Nabe 5 derart verbunden ist, daß auch hier die Drehelektrode 3 einen Auftrieb nach oben erhält. bezeichnet auch hier das Stromübertragungsstück vom Rohr 2 nach der Drehelektrode 3. Auf letzterer sind dann noch Abbrennstücke 12, welche aas schwer verdampfendem Material bestehen können, angeordnet. Die konische Form der Nahe 5 ist gewählt, um dem durch Rohr 2 austretenden Druckgas die Richtung nach den Abreißstellen hin zu geben. In der drehbaren Außenelektrode 10 ist dann noch das aus feuerfestem Isoliermaterial bestehende

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Rohr 14 angeordnet, welches gegebenenfalls ebenfalls eine Drehbewegung ausführen kann. Abb. aa stellt den Grundriß dieser Anordnung dar.

In Abb. 3 ist eine Ausführungsform einer Drehelektrode gezeigt, bei welcher die Drehung in Richtung des Druckgasstrahles erfolgt. In dem Rohrkontakt 2, welcher den Stromschluß mit dem Düsenkontakt 1 bildet, ist ein Schaufelrad 17 so angeordnet, daß das durch die Rohre 18 eintretende Druckgas dieses in Drehung versetzt, wobei dann das Druckgas am Umfang des Schaufelrades austritt. Das Schaufelrad 17 ist zwischen den scheibenförmigen Abreißelektroden 16 angeordnet. Diese Abreißelektroden haben ihre Stromzuführung durch die Rohre 18, die mit den Rippen 19 mit dem Rohrkontakt 2 verbunden sind. Um zu verhindern, daß das von unten her einströmende Druckgas die Drehbewegung des Schaufehrades 17 bremsend beeinflußt, ist im Rohrkontakt 2 eine Rippe 20 so angeordnet, daß das nach oben strömende Druckgas auf die Breite des Schaufelrades abgelenkt wird. Die Abreißelektroden 16 werden seitlich von dem durch Rohrkontakt 2 austretenden Druckgas beblasen. Abb. 3a und 3b stellen den Seiten- und Grundriß dieser Anordnung dar.

In Abb. 4 ist eine ähnliche Anordnung wie nach Abb. 3 dargestellt, nur erfolgt hier die Bewegung des Schaufelrades 17 durch das durch das Rohr 2 austretende Druckgas direkt. Um zu verhindern, daß der Lichtbogen von Abreißelektroden 16 nach dem Schaufelrad hin übergeht, ist das Schaufelrad 17 zwischen Isolierscheiben 21 gelegt. Die Abreißelektroden 16 haben über die Nabe 22 ihre Stromzuführung vom Rohrkontakt 2. Auch hier ist in der Breite des Schaufelrades 17 eine Rippe 20 zur Ablenkung des Druckgasstrahles angeordnet. Gegebenenfalls können die Schaufelräder auch vollständig aus Isoliermaterial bestehen. Abb. 4a und 4b zeigen den Seiten- und Grundriß der in Abb. 4 dargestellten Anordnung. In Abb. 5 ist eine Drehelektrode gezeichnet, welche während der Drehung in einen Rohrkontakt hineingezogen wird. 1 ist der feststehende düsenförmige Kontakt, in welchem der Rohrkontakt 2 den Stromschluß vermittelt. Im Rohrkontakt 2 ist dann ein weiteres Rohr 3 angeordnet, welches bei 5 auf einem Stab 23 drehbar gelagert ist. Durch schaufeiförmige Rippen 4 wird dieses durch das Rohr 2 ausströmende Druckgas in Drehung versetzt, wobei durch besondere, hier nicht gezeichnete Vorrichtungen Stab 23 und damit Rohr 3 nach unten in den Rohrkontakt 2 hineingezogen werden. Die vertikale. Bewegung kann sowohl durch den Antrieb als auch durch Druckgas erfolgen. In Abb. 5a ist der Grundriß der Anordnung dargestellt.

In Abb. 6 ist eine ähnliche Anordnung gezeigt. Nur ist hier das Rohr 3 mit den Schaufeln 4 in schraubenförmigen Eindrehungen (Drall) geführt und bewegt sich bei der Um- 6s drehung selbsttätig in das Rohr 2 hinein. Die Ansätze 24 greifen in die schraubenförmigen Eindrehungen ein. Für gleiche Teile gelten hier die gleichen Bezugszeichen wie bei Abb. 5·

In Abb. 7 ist eine Anordnung gezeichnet, bei welcher in der feststehenden Isolierdüse 25 mehrere Kontaktstücke 26 angeordnet sind. Die Stromzuführung erfolgt an den in der Düse 25 angeordneten Kontaktstücken 26. Letztere können paarweise parallel geschaltet sein oder in Hintereinanderschaltung und stellen so bei geeigneter Ausbildung des Kurzschlußstückes 28 eine Vielfachunterbrechung dar. Im gezeichneten Fall werden je zwei dieser Kontaktstücke 26 durch die Schiene 27, welche gleichzeitig die Anschlußschiene darstellt, parallel geschaltet. Der Stromschluß der Kontakte 26 erfolgt durch die am Bewegungsteil 2 angeordneten Rippen 28. In gezeichnetem Fall ist der Bewegungsteil 2 als Rohr ausgebildet, welches an seinem oberen Ende eine Drehelektrode 3 trägt. Diese ist mit den schaufeiförmigen Rippen 4 mit der Nabe 5 verbunden und in Nabe 6 des feststehenden Kontaktrohres 2 gelagert. Nabe 6 ist durch die Rippen 7 vom Rohr 2 gehalten. Die Drehung der Elektrode 3 erfolgt durch das durch das Rohr 2 austretende Druckgas. Im oberen Teil der Isolierdüse 25 ist ein Rohr aus feuerfestem Isoliermaterial 14 angeordnet, welches von Wänden 29 aus gleichem Material gehalten wird. Die Wände 29 dienen gleichzeitig in ihrer unteren Verlängerung als Unterbrechungsstellentrennwände. Die Drehung der Elektrode 3 erfolgt auch hier schon vor Beginn der eigentlichen Schaltbewegung, so daß bei Trennung der Kontakte 26 und 28 die Drehelektrode 3 schon eine hohe Drehzahl erreicht hat. Die Rippen 28 können so geformt sein, daß der außen an den Kontakten 26 vorbeistreichende Luftstrom ebenfalls eine Drehbewegung ausführt. Bei einer Anordnung ähnlich Abb. 7 mit mehreren Kontakten an der Düse kann man den eigentlichen Trennabstand in ruhender Luft (Serienabstand) dadurch erreichen, daß nach der Druckgasabschaltung n₀ noch ein besonderer Trennschalter geschaltet wird. Abb. 7a stellt den Grundriß der Anordnung nach Abb. 7 dar.

Die Geschwindigkeit, mit welcher die Lichtbogenfußpunkte sich relativ zu den Elektroden bewegen, läßt sich noch dadurch erhöhen, daß man den Lichtbogen selbst nicht im Räume feststehen läßt, sondern ihm ebenfalls eine Drehbewegung aufzwingt, und zwar im gegenläufigen Sinne zu der Kontaktdrehung. Zu diesem Zwecke ordnet man in der Lichtbogenbahn bewegliche Isolierwände an, die als Ro-

tationskörper ausgebildet sind und in entgegengesetzter Richtung rotieren wie die Elektroden. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Abb. 8 dargestellt. Hier erfolgt im eingeschalteten Zustand der Stromfluß von dem Rohrkontakt 2 über Rippen 40, Kontaktring 30 nach dem feststehenden Gegenkontakt 1. Auf dem Gegenkontakt 1 ist leitend in diesem verbunden und drehbar das Rohr 31 gelagert. Dieses Rohr hält über Isolierrippen 32 die konzentrischen Ringe 33. Im innersten Ring 33 bewegt sich stromleitend das Stück 41, welches das Potential des Rohrkontaktes 2 hat. Oberhalb der Ringkontakte 33 bewegt sich in diese hineinragend

ein aus mehreren Isolierrohren 34 bestehender Rotationskörper, welcher in der Nabe 37 gelagert ist. Die Isolierrohre 34 werden durch die Rippen 35 an der Nabe 36 gehalten. Rippen 38 halten das Lager 37 und sind an dem Isolier-

rohr 39, welches am Kontakt 1 befestigt ist, verbunden. Die Isolierrippen 32 und 35 sind schaufelartig geformt, und zwar derart, daß sich die aus den Rohren 33 und 31 bestehende Vielfachunterbrechung im entgegengesetzten

Drehsinn bewegt wie der aus den Isolierrohren 34 bestehende Rotationskörper. Der Trennungsvorgang vollzieht sich folgendermaßen: Bei der Abwärtsbewegung des Rohrkontaktes 2 wird zwischen dem Ringkontakt 30 und dem feststehenden Gegenkontakt 1 ein Lichtbogen gezogen. Da das innere Rohr 33 noch das Potential des Rohrkontaktes 2 hat, da der Stift 41 noch im Eingriff mit dem Rohr 33 ist, so wird der zwischen dem Ringkontakt 30 und der festen

Kontaktdüse 1 gezogene Lichtbogen nach den Rohren 33 bzw. 31 abgegeben. Unter Einfluß des von unten zuströmenden Druckgases bewegt sich der Lichtbogen nach oben, wobei die konzentrischen Rohre 32 sich beispielsweise im Uhrzeigersinn drehen. Das von unten einströmende Druckgas treibt den Lichtbogen nach oben, wobei dieser zwischen die sich entgegen dem Uhrzeigersinn drehenden Isolierrohre 34 bewegt wird, während die Fußpunkte

desselben dauernd in Wanderung bleiben. Da die Querwände 35 die Lichtbogen in ihrer Drehrichtung mitnehmen, so ist die Geschwindigkeit, mit der die Lichtbogenfußpunkte auf den Ringelektroden 33 wandern, gleich der Summe der absoluten Drehgeschwindigkeiten des Rotationskörpers 31, 32, 33 einerseits und der rotierenden Isolierwände 34, 35, 36 andererseits. Durch die Anordnung der rotierenden Funkenwände wird also das durch die Drehbewegung der Elektroden hervorgerufene Wandern der Lichtbogenfußpunkte noch verstärkt und beschleunigt. An den Isolierrohren 35 können gegebenenfalls einzelne Metallstücke angeordnet sein. Die Trennung auf Spannungsabstand erfolgt nach

Erlöschen des Lichtbogens durch Abwärtsbewegung des mit Rohr 2 verbundenen Stiftes 41.

Bei allen vorstehend erläuterten Abbildungen kann die Bewegung der Drehelektroden auch durch Dampf erfolgen. Es kann auch sowohl Druckgas und Dampf oder auch nur eins von beiden Verwendung finden.

Ebenso kann man beispielsweise bei der Anordnung nach Abb. 2 die Elektroden, zum mindestens die äußere Elektrode 10, feststehen lassen und durch entsprechende Anordnung der Rippen 11 das ausströmende Druckgas in Drehbewegung versetzen. Es ist dann bei dieser Anordnung möglich, dem zwischen den Kontakten 2 und ι durch die Öffnungen 15 tretenden Druckgasstrahl eine Rechtsdrehung zu geben und dem rotierenden Kontakt 3 durch geeignete Ausbildung der Schaufehl 4 eine Linksdrehung zu erteilen. Der Druckgasstrahl, der aus der Öffnung 15 austritt, wird sich daher mit Hilfe der Flügel 11 in entgegengesetztem Drehsinn wie der durch den Hohlkontakt 2 austretende Strahl bewegen. Dabei kann das Druckgas, das durch die Öffnungen 15 strömt, auch durch nicht gezeichnete Öffnungen in der Düse 10 in den Raum innerhalb der Düse 10 hineinströmen. Die Düse 10 kann dann an ihrem oberen Teil oberhalb dieser Ausströmöffnungen aus Isolierstoff bestehen. Bei einer derartigen Ausführung wird der obere Lichtbogenfußpunkt an den Kontakten 2 bzw. 3 durch die Luft in dem einen Drehsinn, der andere Fußpunkt am Kontakt 10 im entgegengesetzten Sinn fortbewegt; außerdem erfahren noch die beiden Lichtbogenfußpunkte durch die Blasrichtung der Luftstrahlen nach oben eine Bewegung nach oben. Die Fußpunkte haben also Gelegenheit, dauernd auf frisch gekühltes Material zu treffen. Durch entsprechende Kombination mit der Drehbewegung der Elektrodenenden, Drehbewegung isolierender Zwischenstücke mit und ohne Metallansätzen, Drehbewegung der Blasluft lassen sich Relativgeschwindigkeiten der Fußpunkte gegeneinander und der Elektroden gegeneinander erreichen, die eine außerordentlich günstige Unterstützung für die Löschung ergeben. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit kann man auch Anordnungen wählen, bei welchen Teile der in Drehung befindlichen Elektrode durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert werden, n₀ wodurch die Trenngeschwindigkeit noch erhöht wird.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteile, an denen die Endunterbrechung des Lichtbogens erfolgt, derart ausgebildet und angeordnet sind, daß mindestens ein Kontakt eine durch den Druckgasstrom hervorgerufene Drehbewegung aus-

   führt, die von der Geschwindigkeit der Schaltbewegung unabhängig ist.
2. 2. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Drehbewegung der Strömungsrichtung des Druckgases entgegengesetzt ist.
3. 3. Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Kontakte an seinem Ende mit einem drehbaren, vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Kontaktstück versehen ist, welches um die Mittelachse des Schalters rotiert.
4. 4. Schalter nach Anspruch 3 mit einander umhüllenden Kontakten, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung bei zwei drehbaren Kontaktenden einander entgegengesetzt ist.
5. 5. Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegte Kontakt (2) mit einem scheibenartigen rotierenden Kontaktteil (17) versehen ist, dessen Achse senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Kontaktes (2) liegt.
   
6. 6. Schalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Kontaktteil nach Art eines Schaufelrades bzw. einer Luftturbine ausgebildet und durch einen im Innern des hohlen Hauptkontaktes zuströmenden Druckgasstrom angetrieben ist.
7. 7. Schalter nach Anspruch 1 bis 6 mit schraubenartiger Führung des Druckgasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung des Druckgases der Drehrichtung des rotierenden Kontaktteiles entgegengesetzt ist.
8. 8. Schalter nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Hilfskontakt, der in geradliniger oder in schraubenförmiger Drehbewegung in den hohlen Mittelkontakt hineinbewegt wird.
9. 9. Schalter nach Anspruch 1 bis 8 mit isolierenden Funkenwänden, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierwände als Rotationskörper ausgebildet sind und sich zwischen den Endelektroden so bewegen, daß ihr Drehsinn entgegengesetzt dem Elektrodendrehsinn ist.
10. 10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierwände durch das durchströmende Druckgas angetrieben sind.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen