DE643224C

DE643224C - Einrichtung zum Loeschen von Wechselstromunterbrechungslichtboegen

Info

Publication number: DE643224C
Application number: DES112275D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Carl Reher
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-12-23
Filing date: 1933-12-24
Publication date: 1937-04-05

Description

Einrichtung zum Löschen von Wechselstromunterbrechungslichtbögen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Löschen von Wechselstromlichtbögen, bei welcher der Lichtbogen durch die Wirkungen eines rasch strömenden gasförmigen Löschmittels gelöscht wird.
Die bekannten Einrichtungen mit Lichtbogenlöschung durch strömendes gasförmiges Löschmittel beruhen entweder .darauf, daß durch eine auf den ganzen Lichtbogen gerichtete Beblasung der Lichtbogenfußpunkt von der einen Elektrode abgehoben wird und dadurch eine durchschlagsfeste Strecke im Stromnulldurch@gang geschaffen wird. Bei anderen Einrichtungen soil durch eine quer auf den Lichtbogen gerichtete Beblasung der Lichtbogen schleifenförmig in die Länge gezogen und dadurch zum Abreißen gebracht werden.
Es ist besonders ein Schalter mit Lichtbogenlöschung durch einen Druckluftstrom bekannt, bei welchem eine Querheblasung des Lichtbogens an mehreren Stellen durch .ein und denselben Gasstrom dadurch herbeigeführt wird, daß dieser in einem Umlenkraum nach Durchquerung des Lichtbogens umgelenkt und nochmals durch den Lichtbogen geführt wird. Dieser Schalter besitzt eine nur sehr ,geringe Löschwirkung, da der in den Umlenkraum gerichtete Druckgasstro@m infolge des hohen in dem Umlenkraum entstehenden Gegendruckes nur eine ganz geringe Geschwindigkeit annehmen kann und ,die aus dem Umlenkraum herauskommenden Gasströme heißes hochionisiertes Gas führen. Es kommt auch bei diesem Schalter lediglich darauf an, den Lichtbogen an mehreren Stellen in entgegengesetzter Richtung schleifenförmi,g zu verlängern.
Nach der Erfindung werden aufeinanderfolgende verschiedene Teile des zwischen den Elektroden gezogenen Lichtbogens verschieden gerichteten getrennten Frischgasströmen ausgesetzt. Hierdurch werden Strömungsunstetigkeiten innerhalb eines vom Lichtbogendurchsetzten relativkühlenLöschmittels erzeugt, und an diesen Stellen werden Teile im Lichtbogen geschaffen, deren Durchschlagsfestigkeit in der stromschwachen Pause des Wechselstromes in besonders hohem Maße anwächst, und zwar vermöge sog. turbulenter Konvektion der heißen Lichtbogengase, welche mit außerordentlicher Schnelligkeit den betreffenden Stelden die Lichtbogenenergie entzieht. Diese Löschwirkung tritt ein, ohne daß die eigentliche Lichtbogenbahn nennenswert verlängert wird, da schon bei relativ kurzen Unstetigl:eitsstellen in der Lichtbogenbahn die Durchschlagsfestigkeit sehr stark hinaufgeht.
Die Einrichtung nach der Erfindung hät,#ti gegenüber den bekannten Einrichtungen gende Vorteile. Die Löschung wird ttich. wie bei Schaltern mit Längsbeblasung <las'' Lichtbogen: durch einen über eine Elektrode hintveg -zugeführten Druckgasstroin durch Metalldämpfe erschwert, weil die nach der Erfindung erzeugten Unterbrechungsstellen sich nicht an den Elektroden, sondern im mittleren Teil des Bogens befinden. Da längs des Bogens eine große Anzahl voll Unterbrechungsstellen gleichzeitig geschaffen werden kann, so kann eine besonders hohe wiederkehrende Spannung getragen «erden. Ferner kann man all der L"nstetigkeitsstelle relative Geschwindigkeiten erzeugen, die gegenüber einfacher Beblasung gesteigert sind, was zur Folge hat, daß die Unterbrechung all diesen Stellen mit hoher Geschwindigkeit vor sich geht. Hierzu ist es wesentlich, daß die getrennten Löschmittelströlne, welche die Unstetigkeitsstellen zwischen sich erzeugen, Frischgasströnte sind und nicht etwa daß wie bei dein bekannten Druckluftschalter mit (uerbeblasung des Lichtbogens an mehreren Stellen ein und derselbe Gasstrom mehrinals durch verschiedene Teile des Lichtbogens hindurchgeführt wird. Dieser Schalter weist der Erfindung gegenüber den grundlegenden Unterschied auf, daß weder eine entsprechende Turbulenz noch ein entsprechendes Wärmegefälle an den Grenzstellen der Gasströme entstehen kann. «-elches zur Unterbrechung des Lichtbogens ausreichend wäre.
Es ist insbesondere vorteilhaft, den Lichtbogen an benachbarten Stellen durch entgegengesetzt gerichtete Frischgasströme zu geblasen.
Es ist notwendig, den Lichtbogen zu stabilisieren, so daß er sich der Beblasung möglichst wenig entziehen kann und nicht in seiner ganzen Länge zu einer Schleife geblasen wird, wodurch er einen großen Raum beanspruchen würde. Man kann zu diesem Zweck den Lichtbogen in an sich bekannter Weise in einer Einrichtung ziehen, die ein System von Strömungskanälen bildet und den Lichtbogen in der Nähe der 'Mündungen der Strömungskanäle festhält. Die Einrichtung macht man zweckmäßig aus einem festen Isolierstoff. Man kann den Lichtbogen beispielsweise in einem engen Kanal ziehen. Hierdurch ist auch ein geschlossenes Heranführen der Löschmittelströme an den Lichtbogen in höherem Grade erreichbar.
Besonders zweckmäßig ist es, :die Strömungskanäle längs des Lichtbogens so gegeneinander ztt versetzen, daß sie sich kreuzen und unmittelbar einander berührende Löschgasstr5me erzeugen. Hierdurch «erden besonders schroffe I'nstetigkeitsstellen erzeugt,

IN K der Licbthoggen gezerrt und unter der

i. 41,ung der hohen Relativgeschwindigkeit

#

`,#na von Wirhelströmungen sehr stark im

Stromnulldurc.hgang entionisiert wird.
Eine -derartige Löscheinrichtung, die ein System von in einen Lichtbogenkanal mündenden Strörnnungskanälen bildet, kann z. B. aus gleichartigen Scheiben aufgebaut sein, welche die Düsen und Abgaskanäle für das Löschmittel als Bohrungen oder Aussparungen enthalten. Man kann z. B. den Scheiben S-förinige Kanäle geben. Die Abgaskanäle können in eine Satnntelleitung oder einen geschlossenen Abgasrauen münden, der den Löschkanal für den Lichtbogen als HohlzvIinderkonzentrisch umgibt.
Bei dem Löschprinzip nach der Erfindung hat der Lichtbogen besonders große Neigung, den Blasströmen seitlich auszuweichen. Es ist daher zweckmäßig, die Dichte bzw. die Geschwindigkeit jeder einzelnen Löschmittelstr<imung an den Seitenrändern gegenüber der Kanalmitte künstlich zu erhöhen, um den Lichthogen in der Mitte des Lichtbogenkanals zu halten. Man kann zu diesem Zwecke die Seitenränder des Licht@bogenkanals durch Düsen mit höherem Druck geblasen als seine .fitte. 1Ian kann ferner die Strömung in der Mitte drosseln und dadurch alt den Seitenrändern verstärken. Es ist auch möglich, die verschiedene Dichte bzw. Geschwindigkeit des Löschmittelstromes durch Zentrifugalwirkung zu erzeugen. Es ist ferner zweckmäßig, die Gasströme breiter zu machen als den lichten Kanalquerschnitt für den Lichtbogen.
'Man kann dein Lichtbogenkanal mit Vorteil flachen, z. B. rechteckigen Querschnitt gehen. Hierbei lassen sich besonders günstige Wirkungen erzielen, wenn gleichzeitig die Blasung in der Richtung der kürzeren Achse des Lichtbogenkanals erfolgt. Die dadurch hervorgerufene Zerrung eines schmalen Lichtbogens in der Richtung seiner Schmalseite erzeugt nämlich besonders schnell wachsende Stellen des Lichtbogens, die sehr wirksam entionisiert werden können.
Die Beblasung kann in an sich bekannter Weise auf :die Zeit um den StromnulWurchgang beschränkt werden. Auch kann der Schalter synchron (kurz vor dem Stromnulldurchgang) geöffnet werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In Fig. i sind t und 2 die Lichtbogenelektroden eines Schalters, von denen mindestens eine beweglich ist. Durch das Auseinanderbewegen dieser Elektroden wird ein Lichtbogen durch eine Löscheinrichtung hindurchgezogen, welche aus den Platten 3 bis 8 besteht. Die Platten sind vorzugsweise aus Isoliermaterial. Die Endplatten 3 und 8 erhalten je eine runde Öffnung 9 bzw. io, die Platten ¢ und 6 haben von vorn nach hinten gehende gerade Kanäle i i und 12 für das strömende Löschmittel, während die Platten 5 bis 7 von rechts nach links gehende geradlinige Kanäle 13, 14 für das Löschmittel besitzen. Die Zuleitungen eines gasförmigen, unter Druck stehenden Löschmittels sind nun an die Kanäle i i bis 14 derart angeschlossen, daß das Löschmittel im Kanal i i von hinten nach vorn, im Kanal 12 von vorn nach hinten, im Kanal 13 von links nach rechts und im Kanal 14 von rechts nach links strömt. Infolgedessen wirken auf diesen Lichtbogen 15, welcher durch .die beiden Offnungen 9, io und durch die Kreuzungsstelle der Kanäle i i bis 1I hindurchgezogen wird, vier sich rechtwinklig kreuzende, voneinander getrennte Löschmittelströme, die einander unmittelbar berühren. Die Berührungsstellen je zweier benachbarter Löschmittelströme sind Unstetigkeitsstellen, wo auf den Lichtbogen eine abscherende Wirkung ausgeübt wird. Der Lichtbogen nimmt infolgedessen eine Form an, die in Fig.2 angedeutet ist. Die Stellen 16, 17, 18, i9 des Lichtbogens werden dabei zu sehr dünnen Strompfaden in die Länge gezogen, und diese Strompfade befinden sich noch ;dazu in einer sehr heftigen Strömung, da einerseits die Relativgeschwindigkeit der verschneden gerichteten Ströme an dieser Grenzstelle sehr hoch ist, andererseits Wirbelströmungen entstehen. Die Folge davon ist, daß diese Lichtbogenstücke in der stromschwachen Pause des Wechselstromes sehr rasch entionisiert werden, so daß die nach dem Stromnulldurchgang wiederkehrende Spannung die entstehenden Isolierstrecken nicht mehr neu zünden kann. :Ulan sieht ferner, daß eine sehr wirksame Vielfachunterbrechung in der Mitte des Lichtbogens, wo also keine Metalldämpfe entstehen, eintritt.
Fig.3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nicht sich kreuzende Ströme unmittelbar aneinandergrenzen, sondern mit unbewegten Gasschichten abwechseln. Die Strömungskanäle befinden sich in den Platten 2o, 21 und 22, während in den Platten 23 und 24 einfache Löcher 25, 26 vorhanden sind, in welchen sich das Gas nicht bewegt.
In .den Fig. 4, 5 und 6 sind scheibenförmige Elemente dargestellt, durch deren Aufeinanderschichten eine Löscheinrichtung nach der Erfindung aufgebaut werden kann. Die Scheiben bestehen zweckmäßig aus Isoliernnaterial. Die Platten.28 und 9 nach Fig. 4. und 5 enthalten S-förmige Ausnehmungen 3o, 3i, welche bezüglich ihrer nach der Zeichnun- senkrechten Achse spiegelbildlich sym-. metrisch sind. Die Platte 32 nach Fig. 6 enthält zwei ovale Öffnungen 33, 34 und eine mittlere, lang rechteckige Öffnung 35. Es werden eine größere Anzahl Platten 28, 29 unter Zwischenfügung von Platten 32 aUfeinandergesch,ichtet. Hierdurch entsteht ein in der Richtung der Achse dieses Plattenstapels durchgehender Kanal 36, welcher die Zu,gasleitung bildet, ferner der Kanal 37, welcher die Abgasleitung bildet, und drittens ein durchgehender Schlitz 38, welcher den Lichtbogenkanal bildet. Der Lichtbogen wird vorzugsweise durch ein Schaltstück von flach rechteckigem Querschnitt durch den Lichtbogenschlitz 38 hindurchgezogen, während gleichzeitig durch die Zugasleitung 36 das Löschgas einströmt. Das Löschgas strömt dann in der Richtung der Pfeile 39, .4o durch die S-förmigen Strömungskanäle in den aufeinanderfolgenden Platten, so daß der Lichtbogen an benachbarten Stellen abwechselnd nach links und nach rechts ausgebogen wird. Wegen der flachen Form des Lichtbogenquerschnittes ist die hierdurch erreichte abscherende Wirkung auf die betreffenden Stellen des Lichtbogens besonders wirksam. Der Lichtbogen wird daher wieder an diesen Stellen gelöscht.

In Fig. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei Scheiben 41 aufeinandergeschichtet «erden, welche vier durchgehende Gaszuführungskanäle 42 bis ,45 besitzen. Der Scheibenstapel ist in einem ihn konzentrisch umgebenden Behälter 46 aufgebaut, welcher den Plattenstapel mit Abstand umgibt, so daß ein konzentrisch liegender Ringraum 47 entsteht. Der Ringraum besitzt an einer geeigneten Stelle einen oder mehrere Abgasstutzen, welche das Abgas nach dem Freien ableiten. In den Scheiben 41 befinden sich Strömungskanäle 48 für das Löschgas. Diese münden mit z. B. düsenförmigen Abgasöffnungen 49 in den Ringraum 47. Je zwei aufeinanderfolgende Scheiben 41 werden um je 9o° versetzt aufeinandergeschichtet. In der in der Zeichnung dargestellten Platte 4i strömt das Gas in der allgemeinen Richtung von oben nach unten und wird der Zugasleitung .45 entnommen. Inder darauffol,gen.den Scheibe wird das Gas der Zugasleitung 42 entnommen und strömt von links nach rechts, in der darauffol.genden wird das Gas der Leitung 43 entnommen und strömt von unten nach oben, in der nächsten kommt das Gas aus der Leitung 44 und strömt von rechts nach links. Infolgedessen ist der Lichtbogen einer ununterbrochenen

Folge sich kreuzender Gasströme ausgesetzt.

@Ian wird dabei zweckm@il3ig diese Blasströme

durch Zwischenplatten, die ähnlich Fig. 6 aus-

gebildet sind, voneinander trennen.

Um den Lichtbogen inögliclist in der Mitte

der Kreuzungsstelle

L, ;o zu halten und da-

durch sein Anlegen an das Isoliermaterial der

Platten d i zu verhindern, wird bei der Ein-

richtung nach Fig. 7 eine Dichteänderung des

Löschmittelstromes durch Zentrifugalwirkung

benutzt. Infolge der gekrümmten Strömungs-

bahn q8 wird nämlich der von oben nach

unten gerichtete Löschgasstroin .eine größere

Dichte an der rechten Kanalwandung haben.

Der Lichtbogen wird daher in dieser Scheibe

die Neigung haben, nach der linken Seite der

Kreuzungsstelle 5o zu wandern. Unigekehrt

ist es jedoch in der zweitfolgenden Scheibe,

in welcher das Löschgas der Leitung :I3 ent-

nöininen wird und von unten nach oben

strömt, wo an der linken Seite des $-förinigen

Kanals 48 die größere Gasdichte herrscht. Da

also benachbarte Stellen des Lichtbogens nach

verschiedenen Richtungen ausweichen wollen,

wird mit Bezug auf den ganzen Lichtbogen

eine bestimmte Summenwirkung herbei-

geführt, welche ihn ungefähr in der .Mitte der

Kreuzungsstelle 5o hält und jedenfalls ein

starkes Anlegen des Lichtbogens an das Iso-

liermaterial verhindert.

In der Fig. 8 ist diese Wirkung noch an

Hand zweier übereinanderliegender, nach ent-

gegengesetzter Richtung gekrümmter Strö-

mungskanäle verdeutlicht. In dem Kanal 51

strömt das Löschgas in der Richtung des

Pfeiles >2, wodurch die größere Gasdichte an

der rechten Kanalwand herrscht. Iin Kanal

53 strömt das Löschgas in Richtung des Pfei-

les wodurch die größere Gasdichte an vier

linken Kanalseite herrscht. Das Loch ;,5 für

den Lichtbogen ist so groß, dali dieser Spiel-

raum hat. Von entscheidender Bedeutung

wird dies In-die-Mitte-Stellen des Licht-

bogens immer iin Augenblick des Stroinnull-

durcbganges :ein, weil dann der Lichtbogen-

querschnitt immer auf einen Bruchteil des

Querschnittes des Lichtbogenkanals zusam-

menschrumpft, denn der Lichtbogenkanal

muß ja für das Volumen der Lichtbogensäule

im Strommatiinuin bemessen sein.

Die Fig. 9 und io zeigen ein weiteres Aus-

führungsbeispiel für die Erzeugung eines

Löschmittelstronies, der geeignet ist, den

Lichtbogen in der Mitte des Lichtbogenkanals

zu halten. Der Kanal 6o besitzt von oben

nach unten durchgehende Löcher 61, 62, durch

die der Lichtbogen gezogen wird. Die Lösch-

gasstrÖmung hat die Richtung der Pfeile 63.

Vor dein Lichtbogenloch 62 mit Bezug auf

die Strömungsrichtung 63 sind in den Kanal

Rippen 64, 65 eingebaut. Diese Rippen be-

wirken, daß die Strömung in der Mitte des

Kanals 6o gedrosselt und dadurch an den Sei-

tenrändern verstärkt wird. Der Lichtbogen

hält sich dann auch in der Mitte, wo die

Dichte bzw. Geschwindigkeit der Strömung

geringer ist.

Als Löschmittel kann man irgendein unter

Druck stehendes Gas, ferner Dampf und Gas-

flüssigkeitsgemische verwenden.

Zum Zwecke der Geräuschdämpfung kann

man die Abgaskanäle mit aufeinanderfolgen-

den Erweiterungen, Verengungen, Umlenkun-

gen usw. versehen. Ferner kann man die mit

dem Lichtbogen in Berührung kommenden

Isolierteile mit Schutzstücken aus geeigneten

Körpern, insbesondere aus wenig verdamp-

fenden Metallen, versehen.

Claims

PATR.ITA\ SPRÜ CHC i. Einrichtung zum Löschen von Wechselstromunterbrechungsl.ichtbögen in Schaltern und ähnlichen Unterbrechungsvorrichtungen mit Hilfe eines strömenden Löschmittels, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende verschiedene Teile des zwischen den Elektroden gezogenen Lichtbogens verschieden gerichteten getrennten Frischgasströmen ausgesetzt sind.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Frischgasströnie von verschiedener Geschwindigkeit verwendet werden.
3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen an benachbarten Stellen durch entgegengesetzt gerichtete Frischgasströme beblasen wird. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Strömungskanäle längs des Lichtbogens so angeordnet und gegeneinander versetzt sind, daß sie sich kreuzen und unmittelbar einander berührende Löschgasströme erzeugen. 5. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlöscheinrichtung aus gleichartigen Scheiben aufgebaut ist, .die die Düsen und Abgaskanäle für das Löschmittel als Bohrungen oder Aussparungen enthalten. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben $-förmige Kanäle enthalten. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Abgasraum für sämtliche Abgaskanäle angeordnet ist, in den nur die Abgasleitungen einmünden. B. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte bzw. Geschwindigkeit der Löschmittelströmung an den Seitenrändern der Löschkanäle gegenüber der Kanalmitte künstlich erhöht wird, um den Lichtbogen in der Mitte des Lichtbogenkanals zu halten. g. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenränder des Lichtbogenkanals durch Düsen mit höherem Druck beblasen .werden als seine Mitte. io. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung in der Mitte-gedrosselt und dadurch an den Seitenrändern verstärkt wird. i i. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedene Dichte des Löschmittelstromes durch Zentrifugalwirkung erzeugt wird. 12. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströme breiter sind als der lichte Kanalquerschnitt für den Lichtbogen. 13- Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenkanal flachen, insbesondere rechteckigen Querschnitt hat.