DE594755C

DE594755C - Schalter mit Mehrfachunterbrechung

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Publication number: DE594755C
Application number: DES109493D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1933-02-11
Filing date: 1933-02-11
Publication date: 1934-03-21

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit Mehrfachunterbrechung, insbesondere für Hochspannungskreise, mit zwei Gruppen gegeneinander beweglicher und gleichzeitig S unterbrechender Kontakte, die bei geschlossenem Schalter in Reihe geschaltet und bei offenem Schalter einzeln voneinander elektrisch isoliert sind.
Um hohe Spannungen auch ohne Anwendung von Öl oder allgemeinen Flüssigkeiten mit Sicherheit und ohne Lichtbogenbildung abschalten zu können, wird im Sinne der Erfindung beim Bau des Schalters die Erkenntnis nutzbar gemacht, wonach an einer kalten Elektrode, also an einem Kontakt der Unterbrechungsstelle, beim Öffnen des Stromkreises bekanntlich ein Kathodenfall in der Größenanordnung von ungefähr 200 Volt entsteht, ohne daß hierzu die zwei Elektroden in einen namhaften Abstand voneinander zu entfernen wären. Die Zahl der miteinander in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen ist beim Schalten nach der Erfindung gleich oder größer als die Verhältniszahl zwischen der zu unterbrechenden Spannung und den Spannungsabfall an der kalten Kathode pro Unterbrechungsstelle. Damit ist mit Sicherheit dafür gesorgt, daß beim Öffnen des Schalters zwischen den Kontakten des Schalters kein Lichtbogen entsteht, da der Spannungsabfall an der Kathode schon auftritt, wenn der Abstand "der beiden Elektroden erst den Bruchteil eines Millimeters bildet. Bis jetzt hat man im allgemeinen beim Bau von Schaltern mit dem normalen Lichtbogenspannungsabfall gerechnet, welcher bekanntlich von der Lichtbogenlänge abhängig ist. Die Öffnungsstrecke der Schalterkontakte wurde so gewählt, daß der im normalen Lichtbogen auftretende Spannungsabfall genügend groß sei.

Bei dem Schalter nach der Erfindung wird dieser normale Lichtbogenspannungsabfall ganz außer acht gelassen, nachdem ein Bruchteil eines Millimeters als Entfernung genügend ist, um den Kathodenfall hervorzurufen, und der Kathodenfall von der Lichtbogenlänge unabhängig ist. Bei der Berechnung der Unterbrechungsstellen für eine gegebene Spannung kann auch der Spannungsabfall an der Anode berücksichtigt werden, doch beträgt dieser gegenüber dem Spannungsabfall an der kalten Kathode einen derart kleinen Wert, daß er praktisch wenig in Betracht kommt.

Die mehrfache Unterbrechung als solche ist bereits bekannt. Auch ist es bekannt, daß sogar bei einer ganz minimalen Lichtbogenlänge im Lichtbogen noch ein Spannungsabfall entsteht, welchen man auf Grund von Versuchen als einen vom Material der Elektxoden abhängigen Wert erkannte und z. B. für Kupferelektroden mit 20 bis 30 Volt, für Reinkohle mit 40 bis 50 Volt angenommen hat. Man hat auch darauf hingewiesen, daß bei Wechselstrom das Material der Abreißkontakte von großer Bedeutung ist.

Demgegenüber geht die Erfindung vom Kathodenfall aus, welcher vom Material voll-

ständig unabhängig ist und seinen Wert nur mit der Temperatur ändert. Sorgt man daher dafür, daß die Unterbrechungsstellen, also die Kontakte, im erforderlichen Maße gekühlt werden, folglich als kalte Kathoden arbeiten, so kommt der volle Kathodenfall zur Wirkung, und man erhält einen Schalter mit einer wesentlich geringeren Anzahl von Unterbrechungsstellen, als es auf Grund der

«o bekannten Überlegungen möglich gewesen wäre.

Um beim Ausschalten eine möglichst kleine Wärmemenge und eine ausreichende Kühlung der Kontakte zu erhalten, wird man das Öffnen mit großer Geschwindigkeit ausführen und die Kontakte als möglichst großflächige Elektroden ausbilden.

Die Erfindung bezieht sich mithin auf einen Schalter mit Mehrfachunterbrechung,

ao insbesondere für Hochspannungsstromkreise, mit zwei Gruppen gegeneinander beweglicher und gleichzeitig unterbrechender Kontakte, die bei geschlossenem Schalter in Reihe geschaltet und bei offenem Schalter einzeln voneinander elektrisch isoliert sind, und besteht darin, daß die Zahl der in Reihe miteinander liegenden Unterbrechungsstellen gleich oder größer ist als die Verhältniszahl zwischen der zu unterbrechenden Spannung und dem Spannungsabfall an der kalten Kathode pro Unterbrechungsstelle.

Die Abb. 1 und 2 zeigen das Prinzip des neuen Schalters, die Abb. 3 eine Ausführungsform des Schalters mit plattenförmigen Kon- takten im Längsschnitt, die Abb. 4 eine Ausführungsform des Schalters mit keilförmigen Kontakten im Längsschnitt. Im geschlossenen, also stromführenden Zustande des Schalters sind die einzelnen Kontakte 11 in paralleler Lage aufeinandergedrückt, wie es die Abb. 1 zeigt, wobei die Platten in ihrer ganzen Ausdehnung aufeinander aufliegen. Die beiden Pfeile 12 und 13 zeigen die S tromrichtung.

In der Abb. 2 ist die offene Stellung des Schalters dargestellt, in welcher die Platten 11 voneinander in annähernd oder genau gleichen Abständen verschoben sind, und zwar in einer Richtung, die senkrecht zur Berührungsebene der einzelnen Kontakte steht. Hiefbei ist der erste Kontakt 14 als ortsfester Kontakt angenommen, und alle übrigen Kontakte sind gegenüber diesem Kontakt beweglich. Der erste Kontakt 14 bleibt unter Spannung. Alle übrigen Kontakte sind spannungslos. Der Strom ist unterbrochen.

Für die Wirkungsweise des Schalters ist es nicht gleichgültig, in welcher Weise der Übergang vom Zustand gemäß Abb. 1 — geschlossener Schalter — in den Zustand gemäß Abb. 2 — offener Schalter — erfolgt. Für die Wirkungsweise des Schalters ist es wichtig, daß in jedem Moment des Überganges von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand sich der Abstand zwischen je zwei benachbarten Platten in genau demselben Maße ändert, daß also sämtliche Abstände zwischen den Kontakten untereinander möglichst gleich sind. Solange also die Abstände zwischen den einzelnen Platten von der Größe Null — geschlossener Zustand — bis zur Größe b — geöffneter Zustand — zunehmen, muß der Abstand zwischen je zwei benachbarten Platten entlang der ganzen Kontaktreihe genau derselbe sein. Ferner ist es notwendig, daß der Übergang von dem einen Zustand in den anderen Zustand möglichst rasch erfolgt. Das Maß der Abstände zwischen je zwei benachbarten Platten wird man jeweils entsprechend der Größe der zu schaltenden Spannung bemessen. Desgleichen wird man die Größe, d. h. die Flächenausdehnung der einzelnen Platten und ihre Stärke gemäß der zu übertragenden Stromstärke bestimmen.

Wenn die angeführten Bedingungen erfüllt sind, so spielt sich der Schaltvorgang wie folgt ab:

Solange die Platten eng aneinanderliegen, go wird die Plattengruppe von dem Strom ahn-, lieh wie ein homogener Leiter durchflossen. Beim Beginn des Ausschaltens entstehen zwischen je zwei benachbarten Platten unendlich kleine Spalten, welche jedoch für den Strom bereits einen wesentlichen Widerstand darstellen, teils zufolge der zwischen je zwei benachbarten Platten liegenden Luftschicht, teils wegen des an den einzelnen Platten stattfindenden Kathodenfalles. Es ist eine Folge einerseits dieses Widerstandes, andererseits des großflächigen Plattensystems, daß auch im Falle großer Stromstärken und hoher Spannungen sich ein elektrischer Lichtbogen zwischen je zwei benachbarten Platten nicht bilden kann, sondern zwischen diesen höchstens ein verteiltes, geringes Sprühen stattfindet, welches in eine dunkle Entladung übergeht bzw. erlischt, wenn der Abstand der I'latten voneinander mit einer entsprechenden Geschwindigkeit und bis zu einer entsprechenden Größe zunimmt. Die beschriebene Anordnung und Betätigung der Kontakte hat demnach die Wirkung, daß sie die Bildung· eines Lichtbogens verhindern bzw. den Lichtbogen erlöschen.

Beim Einschalten ist der Vorgang derselbe wie beim Ausschalten, jedoch im umgekehrten Sinne.

Einen anderen Schalter gemäß dem beschriebenen Prinzip zeigt die Abb. 3 in Längsschnitt. An den einander gegenüber-

liegenden zwei Trägern 15 und 16, welche aus einem isolierenden Material bestehen, sind aus leitendem Material gebildete, im Querschnitt (J-förmige Kontaktstücke 17 befestigt, deren Schenkel 21 zueinander parallel liegende Kontakte bilden. Die zwei Schenkel je eines Kontaktstückes 17 bilden je eine Kammer 48. Die Kontakte 17 sind voneinander durch die Träger 15 bzw. 16 elektrisch

10. isoliert und bilden die ortsfesten Kontakte. Parallel zu den beiden Trägern 15 bzw. 16 ist eine aus isolierendem Material gebildete Stange 18 vorgesehen, welche von einer isolierenden Hülle 19 umgeben ist. An dieser Hülle sind zueinander parallel scheibenförmige Kontakte 20 befestigt, und zwar derart, daß je ein Kontakt 20 zwischen je zwei ortsfesten Kontakten 21 liegt. Die Kontakte 20 sind voneinander elektrisch isoliert. Sie werden, indem sie an der Stange 18 befestigt sind, in der Richtung des Pfeiles 49 durch Verschieben der Stange 18 bewegt, und zwar so lange, bis sich die Kontakte 20 auf die Kontakte 21 auflegen. Durch dieses Aufliegen sind die beiden Pole X und F miteinander leitend verbunden. Es sind nämlich die am oberen isolierenden Träger 15 befestigten ortsfesten Kontakte 17 mit U-förgem Querschnitt gegenüber dem am unteren

3a isolierenden Träger 15 befestigten ortsfesten Kontakt 17 mit U-förmigem Querschnitt um das Maß der lichten Weite je einer Kammer 17 verschoben.

Dieser in der Zeichnung nicht dargestellte Zustand ist der geschlossene Zustand des Schalters, welcher erreicht wird, wenn man die Stange 18 in der Richtung des Pfeiles 49 bewegt.

Wenn man die Stange entgegen der Pfeilrichtung 49 so lange bewegt, bis der in der Zeichnung dargestellte Zustand erreicht wird, so trennen sich die beweglichen Kontakte von - den ortsfesten Kontakten, und zwar gleichzeitig, wobei der jeweilige Abstand b für alle '45 benachbarte Kontakte in jedem Zeitpunkt der gleiche ist. Diesen offenen Zustand des Schalters zeigt die Abb. 3.

Der Schaltweg ist der Abstand zwischen je einem ortsfesten Kontakt und einem beweglichen Kontakt, und um diesen zu begrenzen, wird man zweckmäßig einen oder mehrere Anschläge vorsehen. Schematisch wurde dies in der Abb. 3 dadurch zum Ausdruck gebracht, daß im offenen Zustande des Schalters die isolierende Hülle 19 sich mit ihrem linken Ende an die isolierende Schlußplatte 23 legt. Dann ist der Stromweg zwischen den beiden Polen X und Y unterbrochen.

Bei der Ausführungsform nach der Abb. 3 sind die oben angeführten Bedingungen erfüllt, indem der Abstand zwischen je zwei zusammenarbeitenden Kontakten in der Zeiteinheit für alle Kontakte mit demselben Maß zunimmt bzw. abnimmt. Auch kann das Ein- bzw. Abschalten mit jeder gewünschten Geschwindigkeit erfolgen.

Die Länge des Schaltweges wird durch die Anwenditng einer entsprechend hohen Anzahl von zueinander parallel stehenden Kontakten, also mit der Vergrößerung der Unterteilung der Kontaktstellen, verkürzt.

Wenn man annimmt, daß die Geschwindigkeit der Schalter stange 18 die gleiche sein soll wie die Geschwindigkeit der Brücke der jetzt üblichen Ölschalter, so ist die Zeitdauer des Schaltens gegenüber den bekannten Schaltern proportional der Anzahl der Spalte der Schaltvorrichtung gemäß Abb. 3 verringert.

Die Spaltweite beträgt beim neuen Schalter bloß einige Millimeter gegenüber dem nach Zentimetern messenden Abstand der üblichen Ölschalter. Es liegt also auf der Hand, daß die Schaltzeit des neuen Schalters auf ¹Z₁₀ bis ¹^o der Schaltzeit der üblichen Ölschalter verringert werden kann. Dieser Umstand ist besonders vorteilhaft für die Schaltvorgänge bei Abschaltungen unter Kurzschluß. Nachdem ferner bei dem neuen Schalter die Masse der Stange 18 und. der an derselben vorgesehenen plattenförmigen Kontakten 20 nicht groß ist, kann dieser bewegliche Schaltteil mit großer Geschwindigkeit bewegt werden, so daß man leicht mit wesentlich höheren Schaltgeschwindigkeiten arbeitet als bisher üblich. Das Ausschalten beim neuen Schalter kann ohne weiteres schlagartig erfolgen.

Die Geschwindigkeit der Unterbrechung des Lichtbogens ist in dem Maße größer, als die Schaltgeschwindigkeit erhöht wird, welche wiederum abhängig von der Anzahl der Spalte ist. Mit Rücksicht darauf, daß die Zahl der Unterbrechungsstellen leicht erhöht werden kann, ist es verständlich, daß man eine zehn- bis fünfzehnfache Geschwindigkeit der Unterbrechung des Lichtbogens gegenüber den üblichen Ülschaltern erreichen kann.

Die eingangs beschriebenen Bedingungen können auch durch eine andere Ausbildung des Schalters erfüllt werden. Es eignet sich no hierzu z. B. die Schalterausbildung gemäß Abb. 4. In dieser Abbildung ist der isolierende Träger für die ortsfesten Kontakte 24 mit dem Bezugszeichen 25 versehen. Die ortsfesten Kontakte 24 haben bei dieser Ausführungsform einen keilförmigen Querschnitt. Mit dem gleichen Querschnitt sind die gruppenartig beweglichen Kontakte 26 ausgebildet, welche von der Platte 27 aus isolierendem Material getragen werden. Die Stromzuführung zu den Kontakten 24 erfolgt bei 28; der zweite Pol ist mit 29 bezeichnet. Beide Pole

befinden sich beim Ausführungsbeispiel am ortsfesten Kontaktsystem 24. Die beweg-

. liehen Kontakte 26 bzw. deren gemeinsame Träger 27 werden in der Richtung des Pfeiles 30 alternativ bewegt. Abb. 4 zeigt den Schalter in offenem Zustande. Man gelangt aus diesem zum geschlossenen Zustand, wenn man den Träger 27 so lange nach abwärts drückt, bis die Kontakte 26 kammartig zwisehen die Kontakte 24 greifen. In diesem zusammengedrückten Zustand der Kontakte sind die Pole 28 und 29 miteinander leitend verbunden und der Schalter geschlossen. Zufolge der dargestellten Ausbildung der Kontakte nimmt auch bei dieser Lösung der Abstand zwischen zwei miteinander zusammenarbeitenden Kontakten sowohl beim Schließen wie beim Öffnen des Schalters jeweils in gleichem Maße ab bzw. zu.

Die beschriebenen Kontaktsysteme bzw. Schalter können sowohl für Einphasen wie auch für Mehrphasenstrom ausgebildet werden. Man kann auf Grund des beschriebenen Prinzips Betriebsschalter bauen, wobei dann außer dem neuen Schalter keine weiteren Schalter notwendig sind. Man wird jedoch den neuen Schalter in Schaltanlagen vorteilhaft auch derart verwenden, daß in an sich bekannter Weise der neue Schalter nur zum Einschalten bzw. Ausschalten dient, um die Bildung von Lichtbögen zu vermeiden, und parallel zu ihm einen üblichen, den Betriebsstrom übertragenden Trennschalter legen. Bei dieser Anwendung braucht der neue Schalter nur für ganz kurze Zeiten eingeschaltet sein und kann dementsprechend in einfacher und leichter Form gebaut werden. Zufolge der beschriebenen; Ausführung der neuen Schalter können die üblichen Trennschalter zum Abschalten von Betriebsstrom geeignet gemacht werden, wenn man den neuen Schalter mit dem Trennschalter in Serie oder parallel zu ihm legt. Der neue Schalter kann auch als einphasige Hochspannungssicherung angewendet werden, wobei dann der neue Schalter mit dem Auslösemagnet in Reihe geschaltet ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Schalter mit Mehrfachunterbrechung, insbesondere für Hochspannungskreise, mit zwei Gruppen gegeneinander beweglicher und gleichzeitig unterbrechender Kontakte, die bei geschlossenem Schalter in Reihe geschaltet und bei offenem Schalter einzeln voneinander elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der in Reihe miteinander liegenden Unterbrechungsstellen gleich oder größer ist als die Verhältniszahl zwischen der zu unterbrechenden Spannung und dem Spannungsabfall an der kalten Kathode pro Unterbrechungsstelle.

2. Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Reihe von mit ihren Berührungsflächen zueinander parallel angeordneten und voneinander durch Spalte getrennten, U-förmig ausgebildeten, ortsfesten Kontakten und durch eine Reihe von in den Spalten zwischen den ortsfesten Kontakten vorgesehenen, zu den gegenseitigen Berührungsflächen senkrecht bewegbaren Kontakten, wobei die Breite des Spaltes zwischen je zwei ortsfesten Kontakten größer ist als die Dicke des im Spalt beweglichen Kontaktes (Abb. 3).

3. Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Reihen kammartig ineinandergreifender Kontakte mit keilförmigem Querschnitt (Abb. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen