DE648477C - Elektrischer Schalter mit Lichtbogenloeschung durch ein Druckmittel - Google Patents

Elektrischer Schalter mit Lichtbogenloeschung durch ein Druckmittel

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DE648477C
DE648477C DER94815D DER0094815D DE648477C DE 648477 C DE648477 C DE 648477C DE R94815 D DER94815 D DE R94815D DE R0094815 D DER0094815 D DE R0094815D DE 648477 C DE648477 C DE 648477C
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piston
pressure
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arc
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DER94815D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Vitaly Grosse
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/76Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts; Selection of material therefor

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  • Circuit Breakers (AREA)

Description

  • Elektrischer Schalter mit Lichtbogenlöschung durch ein Druckmittel Es sind Schalter bekannt, bei denen die Lichtbogenlöschung durch strömende Druckmittel erfolgt, deren Druck durch die Lichtbogenwärme in einem durch das Schaltstück im wesentlichen kolbenartig verschlossenen Raum erzeugt wird. Dies sind insbesondere Flüssigkeits-, z. B. Öl- oder Wasserschalter (vor allem Löschkam@merschalter), auch Gasschalter, bei denen das unter Atmosphären-oder höherem Anfangsdruck stehende Gas durch den Lichtbogen erwärmt wird. Schließlich sind auch ,Schalter nicht mehr neu, bei denen der Lichtbogen in der Nähe gasabgebender Isolierwandungen brennt und bei denen die Gase durch die Lichtbogenwärme aus diesen Wandungen entwickelt werden.
  • Bei allen diesen Schaltern wächst der zur Lichtbogenlöschung erforderliche Druck mit der Größe des abzuschaltenden Stromes und erreicht in der Regel bei starken Kurzschlußströmen hohe Werte. Durch diesen Druck wird das die Löschkammer angenähert oder vollständig kolbenartig verschließende Schaltstück im Sinne der Ausschaltbewegung beschleunigt.. Diese Beschleunigung ist an sich erwünscht, da sie eine schnellere Längung des Lichtbogens und damit eine schnellere Löschung gerade bei großen Strömen ergibt. Es treten jedoch am Schalter beim Erreichen der Ausschaltstellung große Massenkräfte auf, deren Beherrschung besonders stabile Konstruktionen erfordert.
  • Diese Massenkräfte hängen in ihrer Stärke von der Höhe des abzuschaltenden Stromes ab. Deshalb ist es nicht ohne weiteres möglich, sie durch Bremsen am Ende der Schaltbewegung zu vernichten, da die für die Abbremsung größtmöglicher Massenkräfte bemessenen Bremsen die Ausschaltung bei kleinen Strömen verzögern würden.
  • Es ist versucht worden, diese Kräfte durch Puffer abzufangen. Derartige Puffer, die in der Lage sind, auf kurzem Wege die gesamte Energie aufzunehmen, sind schwer und teuer; ferner neigen sie zu Schwingungen, die durch einen Rückstoß des Schaltstückes zu Rückzündungen führen können.
  • Die Erfindung vermeidet alle diese \Tachteile, indem erfindungsgemäß den auf das bewegliche Schaltstück während des Ausschaltvorgangs beschleunigend wirkenden Kräften Kräfte entgegenwirken, deren Größe mit dem vom Lichtbogen erzeugten Druck des Löschmittels wachsen. Zu diesem Zweck wirkt der Löschdruck, der auf den kolbenartig -die Löschkammer verschließenden Schaltstift wirkt, auf einen mit dem Schaltstück verbundenen Gegenkolben, dessen Kraft entgegen der auf das Schaltstück ausgeübten Kraft wirkt. i Dieser Gegenkolben bzw. diese Gegenkolbenfläche kann in verschiedener ZVeise finit (lein Schaltstück verbunden werden, insbesoildere wixd er durch das entgegengesetzte Ende des Schaltstückes gebildet oder mit ihn? verbunden sein, wobei er sich in einen Raum hewegt, der mit dem Druckrahm in Verbindung steht. Die Verbindung kann am einfachsten dadurch hergestellt werden, daß das Schaltstück eine Längsbohrung enthält, die den Gegenlzolben führt.
  • Ist mit dein beweglichen Schaltstück ein stiftförmiger Isolierfortsatz verbunden, so kann der Gegenkolben an dieseln Isolierfortsatz des Schaltstückes angeordnet werden.
  • Es wirken am Schaltstück also außer dem Antrieb zwei Kräfte, die von dem abzuschaltenden Strom abhängig sind. Diese Kräfte sind bestimmt durch die Drücke an beiden Seiten des Kolbens und von den wirksamen Kolbenflächen. An der einen Seite des Kolbens wirkt der Druck in der Löschkainnier. Die Drücke (Gegendrücke) auf der anderen Seite des Kolbens können ihrer Grölie und ihrem Verlaufe nach weitgehend beeinflußt werden. Bei einer Anordnung, bei welcher der Zvlinderratini des Gegenkolbens mit der Schaltkammer in Verbindung steht, kann der Gegendruck auf der dein Schaltrauen abgekehrien Seite des Kolbens konstant sein, wenn an der Rückseite des Kolbens ein Raum konstanten Druckes angeordnet ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Raum hinter dein Kolben mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Dadurch wird erreicht, daß unabängigvon etwaigen Undichtigkeiten der Kolbenführung die Gegenkraft ausschließlich in dem mit dein Schaltraum bzw. vom Druck in dein finit dein Schaltraum verbundenen Zvliiiderrauin abhängt. Wenn dagegen der Gegendruckrauni geschlossen ist, so entstellt bei der Ausschaltbewegung des Kolbens in diesem Rauin ein L'iterdruclc, der eine finit dein Schaltweg zunehmende Bremswirkung hervorruft. Hierbei ergeben sich IZegelniiglichkeiten dadurch, dali die Kolbenführung einen gewissen Druckausgleich zwischen dein denn 1_ichtbogendruckrauin zugekehrten Rauin und dein Gegetidritcl:ratitn gestattet. Dies erfolgt am einfachsten, indem zwischen der Gleitbahn und dein Kolben ein Zwischenraum vorgesehen wird. Es kann hierzu das Bewegungsspiel zwischen dein Kolbendurchinesser und dein Zvlin(ler(ltirclnnesser entsprechend bemessen ywerden, oder es können auch in den Zylinderwandungen besondere Rillen, Aussparungen ti. dgl. vorgesehen sein. Durch ihre Anordnung kann die Verbindung der Räunie an beiden Seiten des Kolbens hinsichtlich ihres Strömungswiderstandes wegabhängig gemacht werden. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
  • Abb. i zeigt zunächst in Forin eines Diagrainnies den Bewegungsverlauf bei einem Schalter der betrachteten Art. In der Senkrechten ist der Weg des Schaltstückes beim Ausschalten, in der Waagerechten die Zeit dargestellt. Kurve a, stellt den Verlauf der Bewegung beim Abschalten kleiner Ströme dar, d. h. den Bewegungsverlauf, der durch den Antrieb allein bewirkt wird. d bedeutet die Kontaktstellung bei der Kontakttrennung, c# die Ausschaltstellung.
  • Kurve b zeigt den Verlauf heim Abschalten eines hohen Kurzschlußstrornes. Nach der Kontakttrennung findet eine starke Beschleunigung des Schaltstückes statt. Es prallt infolgedessen finit einer außerordentlich großen Wucht gegen den Endanschlag hei t.
  • Bei.Aiwendung der Gegenkolbenbremsung geinä ß der Erfindung kann der Verlauf zweckmäßig entsprechend der Kurve e abgeändert werden. Iin ersten Teil des Schaltvorganges von o bis g besteht zwischen beiden Seiten des Kolbens eine Verbindung. Der Druck steigt also zu beiden Seiten des Kolbens an. Bei g wird diese Verbindung unterbrochen. Während der Druck an der Gegenseite des Kolbens nun hei der Weiterbewegung absinkt. steigt er an der Lichthogenseite weiter an. Während bis g der Lichtbogendruck beschleunigend auf (las Schaltstück wirkte, erfolgt jetzt je nach Bemessung der Kolbenflächen eine mehr oder minder große Bremsung, die zusammen finit der Reibung die Geschwindigkeit am Ende des Schaltvorganges angenähert auf den beim stromlosen Abschalten erreichten Wert herabsetzt, der durch die Kurve c von g bis e dargestellt ist. Dieser Verlauf ergibt eine schnelle Längung des Lichtbogens und trotzdem einen sanften Aufprall beim Erreichen der Endlage.
  • Eine zweckmäßige Anordnung, mit der dieser Verlauf erzielt werden kann, zeigt Abb. 2. Dargestellt ist ein Schalter mit gasabgebenden Wandungen. i ist der feste, 2 der bewegte stiftförmige Kontakt. 3 ist die Isolierschaltröhre aus gasabgebendem Stoff. 4 ist der sogenannte Füllstift. der an dein Schaltstück = befestigt ist und diesem bei der Ausschaltbewegung in die Schaltröhre 3 hinein nachfolgt. Am freien Ende ist der Füllstift .1 mit einem Gegenkolben 5 %-crschen, der dichtend in dein Füilstiftbehälter 6 gleitet. Die Dichtung kann als Lab_vrintlidichtung, als Kolbenringdichtung, als Stopfbuchse oder einfach durch genaues Einpassen des Kolbens erreicht werden. In der Wandung des Behälters G sind Rillen ; angebracht, die den Zylinderraum 8, in dein der Lichthogendruck herrscht, finit dein Gegenraum 9 verbinden. Beim Abschalten eines großen Stromes steigt der Gasdruck in beiden Räumen 8 und 9 zunächst etwa gleichmäßig an. Die auf das Schaltstück ausgeübte zusätzliche beschleunigende Kraft ist gleich dem Produkt aus dem Querschnitt q1 des Schaltstückes 2 und dem Lichtbbgendruck p1. Nach Überschleifung der Rillen 7 durch den Kolben erfolgt eine Trennung der Räume 8 und g. Während der Druck p1 im Raum 8, insbesondere falls die Lichtbogenlöschung noch nicht erfolgt ist, weiter ansteigt, sinkt der Druck p2 im Raum g. Die zusätzliche, auf das Schaltstück ausgeübte Kraft ist jetzt: q2 p2 - (q2 - ui) pl-Dabei bedeutet q2 den. Querschnitt des Kolbens 5. Wird er hinreichend groß bemessen, so läßt sich stets erreichen, daß der obige Ausdruck negativ wird, d. h. die auf das Schaltstück ausgeübte Kraft verzögernd wirkt.
  • Abb.3 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf Flüssigkeitsschalter. Der Ausschaltvorgang erfolgt in gleicher Weise wie bei Abb. 2 beschrieben, indem der Lichtbogen aus der Schaltflüssigkeit Gase und Dämpfe entwickelt, die in der Kammer 3 einen Druck erzeugen. Dieser Druck wirkt über die Flüssigkeit auf den Kolben 5. Beim Einschalten jedoch muß die in dem.Raum 9 befindliche Flüssigkeit durch den Kolben 5 herausgedrückt werden. Dies erfolgt durch ein Überdruckventil io, das über die Kanäle i i mit der Löschkammer in Verbindung steht. Bei dieser Anordnung bleibt der Isolierstift 4. innerhalb der Löschkammer.
  • Abb.4 zeigt ein Beispiel für die Anordnung des Gegenkolbens 5 am entgegengesetzten Ende des Schaltstückes. Das Schaltstück ist hier hohl ausgeführt. Durch diese Bohrung 13 steht der Kontaktraum 12 mit dem Druckraum 8 in Verbindung. Diese Anordnung ist für alle Arten von Schaltern mit Lichtbogenlöschung durch strömende Druckmittel verwendbar, z. B. für Löschkammerdruckgasschalter, Flüssigkeitsschalter usw. Dargestellt ist ihre Anwendung bei einem Schalter mit gasabgebenden Wandungen, bei dem das Schaltstück hohl ausgebildet wird. 14 ist- ein feststehender Isolierstift, der in der Schaltröhre 3 angeordnet ist.
  • Die - Abb. 5 zeigt eine andere Anordnung des Gegenkolbens am Beispiel eines Flüssigkeitsschalters. Das bewegte Schaltstück 2 besitzt eine Bohrung 13, die den mit Flüssigkeit gefüllten Kontaktraum-12 mit dem Druckraum 8 verbindet. Die Hülle 6 des Raumes 8 stellt die Fortsetzung des Schaltstiftes 2 dar, wird also mitbewegt. Darin gleitet der feststehende Kolben 5, der an der stromleitenden Führungsstange 15 befestigt ist: Im Anfang des Schaltvorganges wird die Verbindung zwischen den Räunien 8 und g -durch Schlitze; hergestellt. Im Raum 8 stellt sich der Lichtbogendruck ein, indem durch die Bohrung 13 Flüssigkeit und Schaltgase eintreten und die darin eingeschlossene Luft verdichten.
  • Ein besonderer Vorteil der dargestellten Anordnung besteht darin, daß hierbei die Spitze des bewegten Kontaktes sich innerhalb einer intensiven Löschmittelströmung befindet, wodurch die Lichtbogenlöschung wesentlich begünstigt wird. Der am Ende des Kontaktes 2 angeordnete Abbrennstift 1G, der den Lichtbogenfußpunkt führt, wird dabei allseitig vom Löschmittelstrom umfaßt. Die Bremsung am Ende des Schaltvorganges erfolgt, indem der Druck im Raum 8 auf die ,Fläche 17 entgegen der Schaltbewegung wirkt.
  • Auch bei kleinen Strömen ergibt sich eine zusätzliche Löschwirkung, indem die Luft aus dem Raum 8 herausgedrückt wird und dabei den Lichtbogenfußpunkt an der Spitze des bewegten Kontaktes bebläst.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Schalter mit -Licht-, bogenlöschung durch ein Druckmittel, dessen Drück durch die Lichtbogenwärme in einem durch das bewegliche Schaltstück im wesentlichen kolbenartig verschlossenen Raum (Löschkammer) erzeugt wird, wobei dieser Druck auf das bewegliche Schaltstück eine die Ausschaltbewegung beschleunigende Kraft ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß den auf das bewegliche Schaltstück während des Ausschaltvorganges beschleunigend wirkenden Kräften Kräfte entgegenwirken, deren Größe mit dem vom Lichtbogen erzeugten Druck des Löschiinittels ansteigt.
  2. 2. Elektrischer - Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltstück mit einem Gegenkolben verbunden ist, dessen Zylinderraum (8) mit der Schaltkammer in Verbindung steht.
  3. 3. Elektrischer Schalter nach An-, Spruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkolben durch das dem Schaltraum entgegengesetzte, kolbenförmig ausgebildete Ende des Schaltstückes gebildet wird, dessen Zylinderrauen vorzugsweise durch das hohle Schaltstück (i3) mit dem Druckraum in Verbindung steht (Abb. 4).
  4. 4. Elektrischer Schalter nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hohl ausgebildete, bewegte Schaltstück an seinem dem Schaltraum entgegengesetzten Ende einen Raum (8) enthält, der durch die Bohrung (i3) des Schaltstückes () mit dem Druckraum (12) in Verbindung steht, wobei in diesem Raum ein feststehendes kolbenartiges Führungsstück (5) angeordnet ist (Abb. 5).
  5. 5. Elektrischer Schalter nach Anspruch i bis .I mit einem am bewegten Schaltstück befestigten Isolierfortsatz (.I), dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkolben am Isolierfortsatz angeordnet ist.
  6. 6. Elektrischer Schalter nach Anspruch i .bis 5, dadurch gekennzeichnet. daß der Kolben auf der dem Lichtbogendruck abgekehrten Seite an einen Raum konstanten Druckes, insbesondere freie Luft, grenzt. ;.
  7. Elektrischer Schalter nach Anspruch i bis h, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum auf der dem Lichtbogendruck abgekehrten Seite d_ es Kolbens geschlossen ist. B.
  8. Elektrischer Schalter nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenführung so ausgebildet ist, daß während der gesamten oder während eines Teiles der Schaltbewegung eine Verbindung zwischen beiden Seiten des Kolbens vorhanden is't, wobei der Strömungswiderstand der `'ert>indung wegabhängig veränderlich ist.
  9. 9. Elektrischer Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand während des ersten Teiles der Ausschaltbewegung gering ist und am Ende der Bewegung einen hohen Wert erreicht.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE838916C (de) * 1949-09-30 1952-05-12 Voigt & Haeffner Ag Loeschkammerschalter mit rohrfoermigem Schaltstift
DE1024145B (de) * 1953-04-17 1958-02-13 Voigt & Haeffner Ag Daempfungspumpe fuer Kraftspeicherantriebe elektrischer Leistungsschalter, insbesondere fuer Loeschkammerfluessigkeitsschalter
DE1076225B (de) * 1954-03-08 1960-02-25 Calor Emag Elektrizitaets Ag Elektrischer Schalter mit einem bei der Schaltbewegung angetriebenen Pumpkolben zur Erzeugung einer Loeschmittelstroemung
DE1203855B (de) * 1960-02-27 1965-10-28 Asea Ab Vorrichtung zur Bremsung der OEffnungsbewegung der beweglichen Kontaktes eines Druckluftschalters

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