DE672775C - Elektrischer Stromunterbrecher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Stromunterbrecher mit Hohl- und Stiftkontakt und Lichtbogenlöschung mittels Isolierflüssigkeit, welche letztere durch Mittel, die von der Lichtbogenbildung unabhängig sind, vom Augenblick der Entstehung des Lichtbogens an durch einen an den Hohlkontakt anschließenden Kanal gedrückt wird. Dieser ist dann so angeordnet, daß annähernd der ganze Flüssigkeitsstrom zwischen den Elektroden .hindurchgeleitet wird und hierbei wenigstens einen Teil des Lichtbogens vor dessen Eintritt in den Kontaktkanal wegspült.

Ein derartiger Stromunterbrecher wird erfin dungsgemäß so ausgebildet, daß der Austrittskanal für die Flüssigkeit senkrecht im Deckel des ganz mit Flüssigkeit gefüllten Schaltkessels angeordnet ist und kurz hinter der Stelle der Lichtbogenbildung in einen Raum (Austrittsbehälter) mündet, der mit der Außenluft in Verbindung steht. Dadurch wird erreicht, daß die von der Flüssigkeit mitgerissenen Lichtbogengase nach Durchschreiten einer dünnen, für die Abkühlung der Gase ausreichenden Flüssigkeitsschicht frei entweichen können, so daß sie die Abspülung der Lichtbogenfußpunkte und damit eine schnelle Löschung des Lichtbogens nicht behindern.

Eine Anzahl weiterer Merkmale des neuen Stromunterbrechers, die alle dem Zweck dienen, eine besonders schnelle Löschung des Lichtbogens auch bei sehr starken Strömen, von etwa 10 000 kVA aufwärts, sicherzustellen, sind in den nachstehenden Darlegungen beschrieben.

Die Zeichnung erläutert die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen. Abb. 1 ist eine schematische Darstellung eines" dreiphasigen Doppelstromunterbrechers; Abb. 2, 3 und 4 sind Längsschnitte nach den Linien 2-2, 3-3 und 4-4 der Abb. 1; Abb. 5 ist ein Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform; Abb. 6, 7 und 8 sind ähnliche Darstellungen wie diejenigen der Abb. 1, 3 und 4 für eine weiter abgeänderte Ausführungsform; Abb. 9 ist eine Seiteneinzelansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Betätigungsstange mit Ventil, und Abb. 10 ist die Einzelansicht einer besonderen Ausführungsform des Hohlkontaktes.

In Abb. ι sind die drei Kreise an der Oberseite der Zeichnung die drei Unterbrechungsstellen einer Drehstromleitung. Die unteren

Kreise stellen die anderen Unterbrechungsstellen in derselben Phase dar. Die beiden Kreise im mittleren Teil der Abb. ι bedeuten Gaskompressionszylinder. Der Stromunterbrecher nach den Abb. ι bis 4 ist in einem Ölbehälter ro mit Deckel 11 aufgebaut, von dem sechs zylindrische Gehäuse 12 nach aufwärts ragen. Diese enthalten die Unterbrecherkontakte und die beiden Kompressionszyldnder 13.

Jedes Gehäuse 12 ist mit einem flachen Deckel versehen, in dem ein Durchführungsisolator 14 befestigt ist. Am unteren Ende dieses befinden sich die Unterbrecherkontakte. Der Hohlkontakt 15 sitzt an einem Rahmen 16, der getragen wird von einem Isolatorstützer 17, der wieder seinerseits am Deckel 11 des Behälters befestigt ist. Der Hohlkontakt besteht aus mehreren zu einem Zylinder zusammengelegten Abschnitten, die zusammengehalten werden durch einen Gewindering 18, der in eine Gewindebuchse des Rahmens 1.6 eingeschraubt ist. Die Abschnitte des Hohlkontaktes werden zusammengedrängt durch einen federnden Ring 19, der um sie herumgelegt ist. Der Rahmen 16 hat einen zylindrischen Innenteil und ist am oberen Ende mit einem Schirm 20 versehen, der seinerseits am unteren Ende des Durchführungsisolators 14 sitzt und an eine Leitung 23 angeschlossen ist, die durch den Isolator hindurchführt. An seiner Unterseite hat der Schirm 20 einen zylindrischen Hohlraum, der sich anschließt an den zylindrischen Innenteil des Rahmens 16. Die Höhlung teilt sich in zwei Teile, beide führen nach außen. Die Oberflächen 21 sind so gestaltet, daß sie Isolierflüssigkeit, z. B. Öl, das durch den Hohlkontakt nach aufwärts gedrückt wird, in den unteren Teil des zylindrischen Gehäuses 12 ablenken. Jeder der Abschnitte 15 des Hohlkontaktes ist durch einen Leiter 22 mit dem Schirm 20 verbunden, und " da dieser letztere aus leitendem Stoff besteht, so befindet sich der Hohlkontakt in leitender Verbindung auch mit dem Leiter 23. Der Rahmen 16 ist mit Öffnungen 24 für den später noch zu beschreibenden öldurchgang versehen.

Die Stiftkontakte 30 werden von einem senkrecht verschiebbaren Rahmen getragen, der sich in dem ölbehälter befindet und im wesentlichen waagerecht liegt. Der Rahmen besteht aus zwei Stangen 32, die mit einer Lage 33 von Isolierstoff umgeben sind und sich in der Längsrichtung des Gehäuses erstrecken; weiter aus zwei Paaren von Ouerstangen 34 und drei Paaren von Querstangen 31. Die Stangen 34 liegen unmittelbar unter den Kompressionszylindern 13, jede von ihnen ist an eine Kolbenstange 35 angeschlossen. Die Stangen 31 tragen die Stiftkontakte, und zwar jedes Paar zwei Kontakte einer Phase, eine an jedem Ende und leitend miteinander verbunden.

Jeder der Kompressionszylinder 13 ist mit ⁶S • einem Kolben 40 versehen, an dem die schon vorerwähnte Kolbenstange 35 mit Hilfe von Keilen 41 befestigt ist. An der Oberseite der Kolben befindet sich ein hohlzylindrischer Ansatz 42, in dessen Innenmantel eine Scheibe

43 eingeschraubt ist, die eine Antriebsstange

44 hat. Diese Antriebsstangen liegen in der Achse von zylindrischen Fortsätzen 45 der Zylinder 13 und sind oben wieder durch Stöpsel 46 verschlossen. Durch diese gehen die Antriebsstangen 44 hindurch, um oberhalb an Rahmen 47 anzugreifen, von dem aus sie aufwärts und abwärts bewegt werden können. Federn 48 suchen die Kolben 40 nach abwärts zu drücken. Die normale Öloberfläche im Kompressionszylinder ist durch die strichpunktierte Linie 49 angedeutet; am Kolben ist ein Dichtungsflansch 50 befestigt, dessen unterer Rand unter die Oberfläche taucht, unmittelbar nachdem der Kolben seine Abwärtsbewegung aus seiner obersten Stellung begonnen hat. Unter dem Kolben 40 ist dann eine Luftblase eingeschlossen. Ein Schauglas 51 läßt den jeweiligen ölspiegel erkennen.

Zur Unterbrechung des Stromkreises wird der Rahmen 47 nach abwärts bewegt. Dabei drücken die Federn 48 die Kolben 40 herab, so daß die Stiftkontakte 30 aus den Hohlkontakten sich herauszubewegen beginnen und die Luft unter den Kolben 40 zusammengedrückt wird. Eine kleine Menge von öl kann zwischen den Abschnitten der Hohlkontakte hindurchtreten, aber der Flüssigkeitsdruck steigt an, bis die Berührung zwischen den beiden Kontakten unterbrochen wird und ein Lichtbogen sich bildet. Sobald die Kontakte sich voneinander trennen, wird ein Ölstrom durch den Spalt zwischen ihnen "und aufwärts durch den Kanal in den Hohlkontakt gedrückt und erreicht die Führungsflächen 21 am Schirm. Die Druckluft unter den Kolben hält den ölstrom noch eine Zeitlang aufrecht, wenn die Bewegung der Kontakte schon aufgehört hat. Die Abmessungen der Teile werden zweckmäßig so gewählt, daß der ölstrom für eine no Zeitdauer aufrechterhalten wird, die annähernd einer Periode des Wechselstromes im Verteilungsnetz entspricht. Zwischen dem Gehäuse 12 und seinem Deckel sind Platten 25 vorgesehen, die kleine Abstände voneinander haben und die Entweichung von Gas aus dem Gehäuse 12 gestatten. So werden die Gase, die durch den Lichtbogen erzeugt werden, von dem ölstrom durch die Hohlkontakte hindurch nach einwärts und aufwärts getrieben und entweichen' schließlich aus dem Gehäuse 12. Wenn der Unterbrecher wieder geschlossen

wird, so fließt das Öl wieder nach einwärts über die Schwelle 22 und durch die Öffnungen 24 hindurch.

Abb. 5 zeigt eine geänderte Ausführungsform, in ähnlicher Darstellung wie Abb. 3, als Teil eines Dreiphasenunterbrechers oder als senkrechter Schnitt durch einen Einphasenunterbrecher. In diesem Fall erfolgt die Stromunterbrechung in einer Phase vor derjenigen in der anderen, und der Lichtbogen an der Unterbrechungsstelle, die als die zweite den Strom unterbricht, wird ausgelöscht durch einen Ölstrom, der erzeugt wird durch den Gasdruck, den der Lichtbogen an dem zuerst unterbrechenden Kontakt hervorbringt. So ist der Hohlkontakt 15 in gleicher Weise ausgebildet wie derjenige in Abb. 1 bis 4, während der andere Hohlkontakt 55 keine Einrichtungen für die Hindurchleitung eines oleo stromes zum Auslöschen des Lichtbogens aufweist. Das zylindrische Gehäuse 12, in dem der Kontakt 5 5 angeordnet ist, hat eine waagerechte Scheidewand 56 etwas unterhalb der Öloberfläche, und in dieser Scheidewand ist ein Durchführungsisolator 57 befestigt, der den Kontakt 55 am unteren Ende trägt, so daß dieser sehr viel tiefer in das öl eintaucht als der Kontakt 15. Die Scheidewand 56 hat ein paar kleine Durchlässe, die die Entweichung von Gas gestatten. Zwischen den beiden Gehäusen 12 ist ein Hohlzylinder 58 angebracht, der als Führung für eine Antriebsstange 59 dient und zugleich ein Luftkissen zwischen einer äußeren und einer inneren Wandung darbietet. Der Stiftkontakt 60, der dem Hohlkontakt 55 entspricht, ist ähnlich wie der Kontakt 30 ausgebildet, aber kürzer; seine Länge ist so, daß bei der angewendeten Bewegungsgeschwindigkeit die Kontakte 55 und 60 beispielsweise um eine halbe Periode früher sich voneinander trennen als die Kontakte 15 und 30. Wenn der Unterbrecher in Betrieb gesetzt wird, so bildet sich zunächst ein Lichtbogen zwischen den Kontakten 55 und 60. Dieser erzeugt Hitze und eine gewisse Menge von Gas. Dieses drückt die Luft im Gehäuse 58 zusammen und setzt das öl imBehälter unter Druck, und wenn die Kontakte 15 und 30 auseinanderweichen, so wird ein Ölstrom durch den Spalt zwischen ihnen gedruckt und löscht den Lichtbogen aus. Das Gas, das in der rechten Hälfte des Apparates erzeugt wird, strömt dann nach und nach durch die Öffnungen 56 ab, die teilweise durch öl verschlossen sind.

In der abgeänderten Ausführungsform der Abb. 6, 7 und 8 wird Öl durch die Schwerkraft unter Druck gesetzt. Der durch die Schwerkraft erzeugte Fluß würde indessen für den angestrebten Zweck ungeeignet sein, da die Beschleunigung des Öles niemals diejenige übersteigen könnte, die es bei freiem Fall annimmt, und daher kann ein solcher Ölstrom in einer Viertelperiode einer So-Perioden-Anlage nur ¹Zg mm zurücklegen, und die erreichte Geschwindigkeit ist nur 5 cm/sek. Aus diesem Grunde müssen andere Mittel als die Schwerkraft zur Erzwingung des Ölflusses Verwendung finden, und diese Mittel bestehen im vorliegenden Fall aus einem ringförmigen Luftkissen im Raum 68 im oberen Teil des zylindrischen Gehäuses 13. Das Ölzuflußrohr 65, in dem eine gleichbleibende Standhöhe aufrechterhalten bleiben kann, beispielsweise durch einen Vorratsbehälter mit Kugelventil, ist sehr hoch aufwärts gebogen, so daß ein ausreichender freier Zwischenraum zwischen dem Rohr und der Klemme am oberen Ende des Isolators 14 verbleibt, und eröffnet sich dann nach abwärts in den Zylinder 13. In diesem Zylinder hat das ölzuflußrohr einen nach abwärts sich erstreckenden Fortsatz 67, der die innere Wandung für die Bildung eines ringförmigen Luftkissens 68 abgibt. Eine Antriebsstange 70 erstreckt sich axial durch das Rohr 67 und durchsetzt dessen Wandung in einer Stoffbuchse 66.

An ihrem unteren Ende 35 trägt die Stange 70 Ouerstangen 34 ähnlich den bei Abb. 2 und 3 beschriebenen. Über diesen ist ein Ventil vorgesehen, das den Zufluß für das öl freigibt und unterbricht. Der Zylinder 13 ist nämlich unten geschlossen, und die Verschlußplatte trägt einen nach unten sich erstreckenden Rohrstutzen 69, dessen beide Enden als Ventilsitz ausgebildet sind. Mit diesen wirken Ventilscheiben 71 und y2 zusammen, die durch Führungsstangen 73 verbunden sind und bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Stange 70 die Ventile abwechselnd öffnen und ¹Q" schließen. .Wenn die Stange 70 sich in einer mittleren Lage befindet, so ist das Ventil an beiden Scheiben offen, und Öl fließt aus dem Zylinder 13 in den Behälter 10. An der Außenseite des Rohrstutzens 69 wird noch ein zweites Luftkissen zwischen ersterem und dem unteren Ende des Zylinders 13 gebildet. Dieses Luftkissen hält den ölfluß zwischen den Kontakten hindurch für wenigstens noch eine volle Periode nach dem Schluß des Ventils 71 no aufrecht.

Abb. 8 zeigt noch ein Ventil auf dem Stiftkontakt 30. Der Rahmen 16 ist mit einem abwärts ragenden Rohrstutzen 62 versehen, dessen Unterrand einen Sitz für einen Packungsring 64 darbietet, der in einem zweckmäßig aus Holz oder anderem Isoliermaterial bestehenden Ventilkörper 63 untergebracht ist. Dieser Ventilkörper ist auf dem Stiftkontakt befestigt. Wenn die Kontakte völlig geschlossen sind, so ist das Durchfließen eines ölstromes zu den Kontakten verhindert, unab-

hängig von dem Druck des unteren ringförmigen Luftkissens und irgendeiner Leckstelle hinter dem Ventil 72. Das Ventil 63 kann übrigens gegebenenfalls auch weggelassen werden, wie beispielsweise rechts in Abb. 8 ersichtlich.

Abb. 9 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform für die Antriebsstange 70, die den Zweck hat, eine Pause in der Auseinanderbewegung »o der Kontakte herbeizuführen, auf die dann eine weitere Abwärtsbewegung nach Schließung des Ventils 71 erfolgt. Das untere Ende der Stange 70 paßt in eine Bohrung in einer einen Fortsatz bildenden Stange 79. Die bei- «5 den Stangen können sich gegeneinander auf eine gewisse Strecke bewegen, und zwar vermöge der Anordnung eines Stiftes 76, der in einem Schlitz 78 geführt ist. Die den Fortsatz bildende Stange 79 wird für gewöhnlich gegenüber der Stange 70 durch eine Feder 75 niedergedrückt, die an einem Hals 74 der Stange 70 anliegt. Das Ventil 71, 72 gleitet auf der Stange 79 und ist mit einer Stopfbuchse 82 versehen. Eine Feder 81 liegt ζwisehen der Stopfbuchse und einem Bund 80 auf der Stange 79. Diese Feder hat eine Vorspannung, und eine Abwärtsbewegung des Ventils 71, 72 auf der Stange 70 wird durch einen Stift 84 verhindert.

Befinden sich die Teile in der Stellung der Abb. 9 und beginnt die Stange 70 ihre Abwärtsbewegung, so öffnet sich das Ventil 72, und die Kontakte beginnen sich voneinander zu entfernen. Sobald der richtige Abstand er-reicht ist, schließt das Ventil 71, und eine weitere Bewegung der Stange 79 wird durch die Feder 81 verhindert. Die Stange 79 steht daher still, während die Stange 70 unter Zusammendrückung der Feder 75 ihre Abwärtsbewegung fortsetzt. Wenn die durch die Feder ausgeübte Kraft diej enige Kraft überwiegt, die die Feder 81 ausübt, so setzt auch die Stange 79 ihre anfängliche Bewegung fort, und die Kontakte entfernen sich weiter von-⁴S einander. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Vorrichtung der ölfluß nur während der kurzen Zeitdauer stattfindet, während der ein Lichtbogen vorhanden ist. Beim Schließen des Schalters gibt das Ventil 71 wiederum dem ölstrom den Weg frei.

Bei voller Offenstellung wird wiederum ein ölstrom erzeugt, indem sich das Ventil 71 öffnet und die Luft in dem oberen ringförmigen Luftkissen die Energie zur Erzeugung von Druckluft in dem unteren Kissen liefert, wodurch der Ölfluß zustande kommt.

Am Ende der Bewegung wird der Druck im Zylinder 13, wie vorher beschrieben, wiederhergestellt.

Das Öl, das bei den Kontakten vorbeifließt, strömt dem Schirm 21 zu, durch den es nach aufwärts und abwärts in den Raum außerhalb des Isolierständers 17 geleitet wird. Von dort kann es abgeleitet und zurückgepumpt werden, um für weiteren Gebrauch bereit zu sein, entweder mit oder (ohne vorheriges Filtern. An allen Ausführungsbeispielen ist ersichtlich, daß, während die Querschnittsfläche am Grunde des Isolierständers 17 und des Behälters 10 groß ist, verglichen mit derjenigen des Raumes zwischen den beiden Kontakten, wenn sie auseinanderweichen, die Geschwindigkeit des ölstromes in dem Zwischenraum sehr viel größer ist als an anderen Stellen. So wird der Hauptteil der ölmenge nicht wesentlich beschleunigt, und die Trägheit braucht nur in bezug auf die vergleichsweise kleine ölmenge überwunden zu werden, die tatsächlich durch die Hohlkontakte fließt. Daraus aber ergibt sich, daß bei Trennung der Kontakte voneinander das öl in diesem Kanal sofort in schnellen Fluß gerät und nicht erst nach Ablauf eines gewissen Zeitraumes, der sonst zur Überwindung der Trägheit der ganzen ölmenge erforderlich wäre.

Die Fläche des Schirmes 20, die bei den dargestellten Ausführungsbeispielen so gestaltet ist, daß das öl um einen größeren Winkel als 90⁰ abgelenkt wird, kann auch anders ausgeführt sein, etwa so, daß das öl um einen kleineren Winkel als 90⁰ abgelenkt wird oder daß die Oberfläche des Isolators 14 reingehalten wird. Bei Gestaltung-des Tragrahmens 16 ist der obere Teil dieses, der über den öffnungen 24 liegt, mit Rücksicht auf den Querschnitt des Ringraumes zwischen der Außenfläche dieses Rahmens und der Innenfläche des Zylinders 12 zu bemessen, nämlich so, daß das Volumen kleiner ist als das Volumen des Flüssigkeitsanteils, der durch den Hohlkontakt während des Bestehens eines Lichtbogens fließt. Das hat den Vorteil, daß ein Rückfluß von Öl über den Rahmen 16 hinweg während der Lichtbogenperiode nicht stattfindet, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Rückfluß durch die Löcher 24 während dieser Zeit vernachlässigt werden kann. Das Volumen kann gleichgesetzt werden mit einer Größe α χ ν χ t, worin α den Querschnitt des Kanals im Hohlkontakt in cm² darstellt, ν die no Durchschnittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in diesem Kanal in cm/Sek. und t die Zeit vom Beginn der Ölströmung bis zur Lichtbogenlöschung in Sekunden. Für einen Unterbrecher mit einem Kanal von %" Durchmes- ¹¹S ser und für eine Unterbrechung von beispielsweise 2000 Amp. bei 5500 V je Unterbrechung (RMS .-Werte), wobei die Zeiti ⁼ Vioo Sek. sein mag, wird dieses Volumen die Größenordnung von nur 200 ecm je Unter- "°- brechung haben. In Abb. 8 ist der gezeichnete Abstand zwischen dem Isolierständer 17 und

der Wandung von 12-im allgemeinen vollkommen ausreichend, da der Ölstand daselbst vor der Bildung des Lichtbogens immer niedrig ist, weil das öl durch das kleine Ablaßrohr abgeflossen istj, das auf der linken Seite der Abb-. 8 über dem Buchstaben 11 ersichtlich ist. Bei einer abgeänderten Ausführungsform mit einer einzigen Unterbrechungsstelle und Erzeugung der Druckluft von irgendeiner

«ο äußeren Quelle anstatt durch den Kolben 40 haben Versuche ergeben, daß Lichtbogen von beispielsweise über 1000 Amp. in einer Periode gelöscht werden können oder Lichtbogen bei einer Spannung von einigen 5500 RMS.-Volt bei einer sehr bemerkenswerten Herabsetzung der frei werdenden Energie im Lichtbogen im Vergleich mit gewöhnlichen Stromunterbrechern, die unter denselben Stromverhältnissen arbeiten.

Der Hohlkontaktkanal, die Kontaktträger, die Abströmungskanäle und die Ventilöffnungen sind so bemessen oder so angeordnet, daß die Lichtbogengase mit Sicherheit frei ausströmen können, ebenso schnell als sie sich bilden, so daß sie nicht die Tendenz haben, sich in der Lichtbogenkammer zusammenzuballen und dadurch das Öl von dem Eintritt in den Kanal der Hohlkontakte zurückzudrängen, und keine irgendwie wesentliche Vergrößerung des Gegendruckes entsteht, der sich dem Entweichen der heißen Gase und des Öles nach Beginn der Lichtbogenbildung entgegenstellt.

Der Abstand von dem Trennungspunkt des Kontaktes bis zur Öloberfläche im Abströmungskanal wird so klein als möglich gehalten in bezug auf den Abstand von diesem Punkt durch die ölmenge hindurch zu der Oberfläche, an der der Gasdruck angreift, in der Ringkammer. So sucht also die ölmenge sich sofort in der Richtung des geringsten Widerstandes in Bewegung zu setzen, sobald die Lichtbogenbildung beginnt oder plötzliche Druckänderungen zu irgendeiner Zeit während der Unterbrechung des Stromkeises eintreten. Das bedeutet, daß das Öl nach aufwärts durch den Abströmungskanal und aus diesem heraus fließt.

Damit die Höchstgeschwindigkeit des Öl-So flusses zwischen den sich voneinander trennenden Kontaktoberflächen erzielt werden kann, ist es zweckmäßig, die Trennung der Kontakte so stattfinden zu lassen, daß der Durchflußquerschnitt zwischen den beiden Kontakten nicht größer ist als der Querschnitt des Kanals in dem Hohlkontakt. Wenn beispielsweise der Krümmungsradius des oberen Endes des Stiftkontaktes und des unteren Endes des

Hohlkontaktes gleich — ist, wobei D der Durchmesser des Stiftkontaktes und annähernd auch derjenige des Kontaktkanals ist, wird die beste Wirkung erreicht, wenn der Stiftkontakt bis auf einen Abstand von % D aus der Stellung, in der die Lichtbogenbildung beginnt, zurückgezogen ist. In dieser Stellung muß der geringste Abstand zwischen den Kontakten, der in dem oben gegebenen Beispiel kleiner als D ist, größer gehalten werden als die Dicke der Ölschicht, die durch Spannungsspitzen durch den Luftraum durchschlagen werden kann. Wenn der erhaltene Wert für den Luftspalt aus Sicherheitsgründen nicht ausreicht und wenn der Durchmesser des Kanals und der Krümmungsradius nicht vergrößert werden können, so kann man auch einen höheren Abstand, als vorstehend dargelegt, anwenden. Indessen zeigten die Versuche, daß der Wirkungsgrad des Apparates dann geringer wird, weil höhere Drücke -So im Betrieb angewendet werden müssen. In der Praxis hat sich ergeben, daß der vorerwähnte geringste Luftspalt zwischen den Kontakten während der besprochenen Pause in der Bewegung von der Größenordnung 0,5 cm für 6000 V RMS. sein sollte.

Wenn die Kontakte um den vorerwähnten Abstand voneinander entfernt und dadurch, was unabänderlich geschieht, der Lichtbogen gelöscht ist, so empfiehlt es sich, den Stiftkontakt noch weiter nach abwärts zu bewegen, um in der vollen Offenstellung des Unterbrechers Sicherheit gegen Zurückspringen des Lichtbogens zu schaffen. Eine Ausführungsform des Unterbrechers, bei der eine solche Pause in der Bewegung mit nachheriger Fortsetzung eintritt, ist in Abb. 9 dargestellt und oben beschrieben.

Die Dauer der Bewegungspause, wenn diese nicht geregelt wird durch eine Stromspule, die so anzuordnen wäre, daß sie die Bewegung so lange unterbricht, bis sie stromlos wird, wird zweckmäßig wenigstens gleich gemacht einer Frequenzperiode des Systems, in dem der Unterbrecher arbeitet.

Was den vorerwähnten anfänglichen Trennspalt zwischen den Elektroden anbelangt, so ist es ratsam, wenn der Abstand, unterhalb dessen der Lichtbogen nach dem Durchgang durch Null sich wieder bilden könnte, sich als sehr klein ergibt, beispielsweise unter ¹I₂ cm, einen etwas größeren anfänglichen Trennspalt vorzusehen, um einen Sicherheitsfaktor zu schaffen. Um die hiernach zweckmäßige Größe des anfänglichen Abstandes herbeizuführen, muß die Stiftelektrode etwa ι V₂ cm verschoben werden wegen ihrer gekrümmten Oberfläche und der gekrümmten Oberfläche des Hohlkontaktes.

Es muß das Bestreben des Konstrukteurs eines nach der Erfindung auszuführenden Unterbrechers sein, dafür zu sorgen, daß der

vorerwähnte zweckmäßigste Luftabstand so schnell als möglich herbeigeführt wird. Zu diesem Zweck muß die Geschwindigkeit, mit der die Trennung der Kontakte erfolgt, so groß als möglich gemacht werden. Als untere Grenze kann man annehmen, daß die Geschwindigkeit wenigstens groß genug sein muß, um die Erreichung des notwendigen Abstandes zwischen den Kontakten in einer ίο Zeitspanne herbeizuführen, die gleich ist derjenigen, die einer halben Frequenzperiode des Systems entspricht.

Wenn aus konstruktiven Gründen die hiernach erwünschte Geschwindigkeit der Kontaktbewegung nicht erreicht werden kann, so muß der oben besprochene größere Abstand in einem größeren Zeitraum als einer halben Periode entsprechend herbeigeführt werden. Wenn bei Unterbrechern nach der Erikedung der richtige Luftabstand in der vollen Offenstellung erreicht ist, so kann man, um eine völlige Isolierung des abgeschalteten Netzteils sicherzustellen und jede Möglichkeit der Wiederbildung des Lichtbogens zu vermeiden, eine zweite, in Reihenschaltung liegende Unterbrechungsstelle unter Öl oder einem sonstigen isolierenden Medium, wie auch Luft, in Tätigkeit setzen, nachdem der Lichtbogen gelöscht ist, zweckmäßig, bevor die Geschwindigkeit des ölstroms unter ein gewisses Maß gesunken ist. Das kann man durch wohlbekannte Mittel erreichen, beispielsweise durch die Auslösung einer Schaltklinke, die durch eine Stromspule gesteuert wird und beim Wegbleiben des Stromes in der Spule eine Federkraft freigibt, die die Unterbrechung herbeiführt. In einer derartigen Anordnung befindet sich das untere Ende des Stiftkontaktes oder seiner Antriebsstange in einem Behälter, der in dem Apparat unter dem ölbehälter angeordnet ist. In diesem zweiten Behälter, der ein gutes Dielektrikum, wie öl, enthält, ist ein Schalter angeordnet, der durch die Bewegungen der Antriebsstange oder durch die von ihr abgeleiteten Bewegungen geöffnet und geschlossen wird.

Die Antriebsstange selbst oder ein auf ihr angebrachter Kontakt kann dabei den einen Kontakt dieses Hilfsunterbrechers darstellen, der elektrisch in Reihe mit den Kontakten des Hauptschalters geschaltet ist. Dieser Reihenschalter ist so angeordnet, daß er öffnet, nachdem der Lichtbogen an den Hauptkontakten gelöscht ist und bevor der ölstrom seine Geschwindigkeit unter ein bestimmtes Maß vermindert hat, während er beim Schließen des Stromkreises in die Schlußstellung gebracht wird, bevor die Hauptkontakte miteinander in Berührung kommen. Ein solcher Unterbrecher ist aber, wie schon erwähnt, lediglich als ein Ausführungsbeispiel von Mitteln zu betrachten, durch die nach erfolgter Unterbrechung eine Wiederbildung des Lichtbogens verhindert und so eine tsolierung zwischen den voneinander zu trennenden Netzteilen sichergestellt wird.

Gegebenenfalls kann der Stiftkontakt, besonders wenn es sich um sehr starke Ströme handelt, mit Nuten versehen, durchbohrt oder in anderer Weise so geformt werden, daß auch er von Öl durchflossen wird, wenn die Kontakte in Berührung miteinander stehen. Beispielsweise kann der Kontakt eine von seiner Spitze ausgehende axiale Bohrung erhalten, die eine Strecke weit in den Kontaktkörper hinab- und dann durch einen oder mehrere seitwärts gerichtete Kanäle nach außen führt. Durch diese Seitenkanäle kann also öl in den Kontakt einströmen, wenn dieser mit dem Gegenkontakt in Berührung steht, und dann in der Axialbohrung aufwärts steigen.

Die in den Ausführungsbeispielen dargestellte Form des Hohlkontaktes hat sehr gute Ergebnisse gezeitigt. Es ist aber hervorzuheben, daß die Erfindung nicht etwa auf diese Ausführungsart beschränkt ist. Beispielsweise könnte der Hohlkontakt mit einem nach abwärts sich erweiternden Mundstück von Stromlinienform versehen sein, vorzugsweise kann er, wie in Abb. 10 dargestellt, ein nach aufwärts sich erweiterndes Mundstück haben. In Abb. 10 hat, wie ersichtlich, der Kontakt ein in Stromlinienform ausgebildetes Mundstück 83. Stets muß dafür gesorgt· werden, daß im ölkanal möglichst keine Einschnürungen und scharfe Biegungen vorkommen, durch die die Strömungsgeschwindigkeit vermindert würde. Zweckmäßig ist es, dafür zu sorgen, daß der bewegliche Kontakt sich nicht etwa unbeabsichtigterweise verschiebt und so vorschriftswidrig den Stromkreis wieder schließt. Dafür stehen bekannte Mittel zur Verfugung, beispielsweise eine unter Federdruck stehende Klinke, die auf irgendeinen bewegten Teil des Mechanismus so einwirkt, daß sich der Kontakt nur in der vorschriftsmäßigen Richtung bewegen kann, alle zufälligen Bewegungen in der entgegengesetzten Richtung aber verhin- no dert sind.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen bildet sich der Lichtbogen an der Innenwandung des Kontaktkanals und wird gelöscht durch einen ölfluß durch den Kanal hindurch. Der Kanal wird zweckmäßig so bemessen, im Verhältnis zum Lichtbogenquerschnitt, daß der Lichtbogen bei Höchststrom sich nicht in sich selbst zurückbeugen kann, ohne kurzgeschlossen zu werden. Diese Kurzschließung auf einem Teil der Lichtbogenstrecke beruht auf dem Umstand, daß die Kanalwand oder

ein Teil dieser eine Äquipotentialoberfläche darbietet, an der der Lichtbogen sich kurzschließt. Zweckmäßig wird der Kanal in bezug auf den Querschnitt des Lichtbogens so bemessen, daß nicht nur die Schleifenbildung verhindert ist, sondern daß auch der Lichtbogenfußpunkt selbst bei Höchststrom nicht sich in den Kanal hinein verschieben kann. Die besten Ergebnisse werden anscheinend ίο erreicht, wenn die Abmessungen des Kanals sich in der Größenordnung von ungefähr dem doppelten Durchmesser des Lichtbogenkraters bewegen, der durch einen Lichtbogen während einer ganzen Frequenzperiode sich bildet.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Stromunterbrecher mit Hohl- und Stiftkontakt und Lichtbogenlöschung mittels Isolierflüssigkeit, die durch von der Lichtbogenbildung unabhängige Mittel vom Augenblick der Entstehung des Lichtbogens an durch einen an den Hohlkontakt anschließenden Kanal gedrückt wird, der so angeordnet ist, daß im wesentlichen der ganze Flüssigkeitsstrom zwischen den Elektroden hindurchgeleitet wird, wobei er wenigstens einen Teil des Lichtbogens vor dessen Eintritt in den Kanal wegspült, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht im Deckel des vollkommen mit Flüssigkeit gefüllten Schaltkessels angeordnete Austrittskanal kurz hinter der Stelle der Lichtbogenbildung in einen mit der Außenluft in Verbindung stehenden Raum (Austrittsbehälter) mündet, wo die von der Flüssigkeit mitgerissenen Lichtbogengase nach Durchschreiten einer dünnen, für die Abkühlung der Gase ausreichenden Flüssigkeitsschicht frei entweichen können.

2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Austrittsbehälter Mittel, wie z. B. Führungsflächen, vorgesehen sind, durch die die Gase und die zuströmende Flüssigkeit in solcher Richtung abgelenkt werden, daß sie kein Hindernis für das durch die Hohlelektrode nachströmende Gasflüssigkeitsgemisch bilden.

3. Stromunterbrecher nach Anspruch 2 mit einem Ventil, das das Zustandekommen der Strömung erst bei der Kontakttrennung gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (63, Abb. 8) des Ventils aus Isolierstoff besteht, am Stiftkontakt befestigt ist und im Ruhezustand den Kanal des Hohlkontaktes verschließt.

4. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 oder 2 für Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Erzeugung des den Kontaktkanal passierenden Flüssigkeitsstromes diesem eine Geschwindigkeit vom Ruhezustand bis auf ■wenigstens 100 cm/Sek. im engsten Kanalquerschnitt in einer Zeitdauer erteilen, die einer Viertelperiode des Wechselstromes entspricht.

S- Stromunterbrecher für Wechselstrom nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskanal aus der Lichtbogenkammer so bemessen und die mit den Kontakten elektrisch leitend verbundenen Wandungsteile des Kanals so angeordnet sind, daß auch bei Maximalstrom der Lichtbogen nicht in den Kanal sich zurückbiegen kann, ohne sich kurzzuschließen.

6. Stromunterbrecher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkontakt von einem kegelförmigen Isolatorstützer (17) getragen wird, dessen Innenfläche der Flüssigkeitsspülung ausgesetzt ist.

7. Stromunterbrecher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal des Hohlkontaktes am oberen Ende sich trichterförmig zu einem Mundstück erweitert, um dem Flüssigkeitsstrom einen möglichst Widerstandslosen Durchtritt zu gestatten, und am unteren Ende, in das der Stiftkontakt eintritt, in ein Eintrittsmundstück übergeht, das der Gestalt des oberen Endes des Stiftkontaktes so angepaßt ist, daß sich der Flüssigkeitsstrom bei der Kontaktunterbrechung gleichzeitig über die einander zugewendeten Oberflächen des Mundstückes und des Stiftkontaktes hin in den Kanal bewegt.

8. Stromunterbrecher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte nach Beginn ihrer Öffnungsbewegung eine Zeitlang in einem Abstand voneinander verbleiben, der nicht größer ist als ungefähr der siebenfache Minimalabstand, bei dem eine unverkohlte stillstehende Isolierflüssigkeit derjenigen Spannung zu widerstehen vermag, der die Isolation des Unterbrechers gegen Erde entspricht.

9. Stromunterbrecher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Löschung des Lichtbogens die Kontakte in einer gegenseitigen Stellung gehalten werden, in der der Einlaßquerschnitt in dem Kanal, der durch die gegenseitige Stellung der Kontakte gegeben ist, höchstens doppelt so groß ist als der kleinste Querschnitt des Kanals.

10. Stromunterbrecher nach Anspruch 8

für Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte den vorerwähnten Abstand voneinander innerhalb einer halben Periode des Wechselstroms erreichen.

II. Stromunterbrecher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Kurve der einander gegenüberstehenden Kanten der Kontakte im Axialschnitt nicht kleiner

als-

ist, wobei e die höchste zu

17000 cm
unterbrechende Spitzenspannung ist.

12. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch Mittel, die sich der Weiterbewegung der Kontakte über den gewünschten Betriebsabstand entgegenstellen, z.B. eine Feder (75) mit Vorspannung, so daß eine Vergrößerung der

ao zur Weiterbewegung der Kontakte erforderlichen Kraft notwendig ist, sowie durch ein zusammenfallendes Glied (70, 79, Abb. 9) in dem die Kontakte bewegenden Mechanismus, das durch die vorerwähnte Vergrößerung der Antriebskraft zusammenfällt, zum Zweck, eine Ruhepause in die Trennbewegung der Kontakte einzuführen.

13. Stromunterbrecher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisch angetriebener Kompressor zur Erzeugung des Flüssigkeitsdruckes mit Kolben (40) und Zylinder (13) oder deren Äquivalenten mechanisch gekuppelt ist mit der Antriebsstange (35, Abb. 23) des Unterbrechers.

14. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter als U-förmiges Rohr

o. dgl. ausgeführt und mit Mitteln versehen ist, um in einem Schenkel die Flüssigkeit unter Druck zu setzen und sie so in dem anderen Schenkel nach aufwärts zu drücken, in der Richtung auf und zwischen die darin angeordneten Kontakte und den Austrittskanal.

15. Stromunterbrecher nach Anspruch 14, bei dem die Flüssigkeitsströmung durch die Schaltgase des Lichtbogens eines in Reihe mit dem Hauptkontakt liegenden Vorunterbrechers erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorunterbrecher (60) in dem anderen oben geschlossenen Schenkel des U-förmigen Schaltkessels unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angebracht ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen