DE743896C - Elektrischer Hochspannungs-Wechselstromschalter - Google Patents

Elektrischer Hochspannungs-Wechselstromschalter

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DE743896C
DE743896C DEA88138D DEA0088138D DE743896C DE 743896 C DE743896 C DE 743896C DE A88138 D DEA88138 D DE A88138D DE A0088138 D DEA0088138 D DE A0088138D DE 743896 C DE743896 C DE 743896C
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DE
Germany
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gas
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voltage switch
arc
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Expired
Application number
DEA88138D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Vitaly Grosse
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AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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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
    • H01H33/02Details
    • H01H33/04Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16Impedances connected with contacts
    • H01H33/161Variable impedances

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)

Description

  • Elektrischer Hochspannungs-Wechselstromschalter Bei Wechselstromschaltern für hohe Spannungen drfolgt die Löschung des Unterbrechungslichtbogens praktisch beim Nulldurchgang des Stromes. Beim Verschwinden des Stromes schwingt die Spannung an den Schalterkontakten vom Wert der Löschspitze des Lichtbogens auf den Augenblickswert der. EMK des Kreises. Beim ungedämpften Aufschwingen kann die Spannung an den Schalterklemmen vorübergehend Werte bis zum Zweifachen .des Höchstwertes der EMK vermehrt um den Wert der Löschspitze annehmen, wodurch leicht Rückzündungen, die zur Verlängerung der Lichtbogendauer oder gar zum Versagen des Schalters führen, entstehen.
  • Durch Dämpfung des Stromkreises kann das Überschwingen über den Wert der EMK verhindert werden. Dient zur Dämpfung ein Wirkwiderstand parallel zur Unterbrechungsstelle, so wird außer der Herabsetzung des Höchstwertes der wiederkehrenden Spannung auch noch ihre Anstiegsgeschwindigkeit herabgesetzt, wobei durch den Parallelwider stand die Abschaltung wesentlich erleichtert und damit die Abschaltleistung des Schalters erhöht wird. Nun stellt die stromlose Lichtbogenrestsäule unmittelbar nach dem Verschwinden des Stromes einen Wirkwiderstand dar und ergibt damit eine gewisse Dämpfung. Darüber hinaus ist es bekannt, metallische Dämpfungswiderstände parallel zur Unterbrechungsstelle zu schalten und den durch sie fließenden Reststrom nach der Unterbrechung des Hauptlichtbogens durch einen zum Hauptschalter und Widerstand in Reihe liegenden Schalter abzuschalten.
  • Die Erfindung besteht demgegenüber" darin, daß als Dämpfungswiderstand ein Heißleiter dient, dessen Widerstandswert bei gewöhnlicher Temperatur praktisch unendlich groß ist und mit steigender Temperatur endliche Werte annimmt.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht gegenüber der Verwendung metallischer Widerstände darin, daß die Verwendung einer zusätzlichen, in Reihe liegenden Unterbrechungsstrecke entfällt, da ja der Heißleiter nach der ITnterbrecliung einen vollwertigen Isolator darstellt. Es kommen für die Erfindung sowohl Schalter mit Eigenerzeugung des Löschmittels als. auch solche mit Fremderzeugung des Löschmittels, wie Druckgasschalter, in Betracht. Die Erfindung läßt sich aber auch mit Vorteil auf Vakuumschalter anwenden, bei denen die Paralleldämpfung durch einen Lichtbogen überhaupt nicht vorhanden ist.
  • Widerstände mit negativen Temperaturkoeffizienten und Stoffe. die im heißen Zustand leiten und bei Abkühlung ihre Leitfähigkeit verlieren, sind in verseliiedenen Arten bekannt. Dazu gehören z. B. keramische Körper und leitende Gassäulen. Als keramische Körper kommen vor allem stabförmige oder anders gestaltete Körper von angenähert konstantem Stromdurchgangsquerschnitt in Betracht, die aus gesinterten Metalloxyden. wie z. B. Si 02 oder Al. 0;i, bestehen. Es kommen jedoch auch Stoffe, wie z. B. Sulfide oder auch Halogenverbindungen, wie CaF.=, sowie Sintermischungen und feste Lösungen derartiger Stoffe in Frage. Ihre Eignung zur Stromführung im heißen Zustand sowie zur raschen Unterdrückung des Stromes bei Abkühlung ist bei mit körnigem Löschmittel gefüllten Hochspannungssicherungen bewiesen worden. Diese Stoffe haben wesentlich höhere Aufnahmefähigkeit für Wärme als Kaltleiter und dürfen deshalb auch ein wesentlich geringeres Volumen erhalten. Dazu währt ihre Belastung wesentlich kürzer als bei Kaltleitern, da sie beim Verschwinden des Lichtbogenstromes einsetzt und nach dem Erreichen. des Spannungshöchstwertes in kürzester Zeit von selbst verschwindet, während bei Kaltleitern die Belastung erst durch den Reihenschalter unterbrochen werden muß. Die X'orwärmung der keramischen Körper kann durch Hilfsströme erfolgen, die über Spannungswandler kapazitiv o. dgl. durch die verketteten Spannungen des abzuschaltenden Netzteiles bewirkt werden. Es ist jedoch auch direkte oder indirekte Heizung durch den Abschaltlichtbogen selbst möglich, z. B. indem die Schaltprodukte des Lichtbogens ;in der keramischen Heißleitern entlang streichen.
  • Als leitende Gassäulen kommen vor allein tliermoionisierte Gase hohen Druckes (Atmosphärendruck und darüber) in Betracht, wie sie als Schaltprodukte beim Abschalten großer Ströme bei Schaltern mit Lichtbogenlöschung durch strömende Gase und Dämpfe entstehen. Solche Gase stehen also bei den technisch wichtigen Schaltern gerade bei schweren Abschaltungen zur Verfügung, wobei allerdings ihre Fortleitung aus der Lichtbogenbahn bzw. ihre Entionisierung Voraussetzung für die Lichtbogenlöschung ist.
  • Bei Gasschaltern mit selbsterzeugtem Löschgas und Ausblasesicherungen hat sich gezeigt, daß diese Gassäulen anfänglich stromleitend sind, sich dann jedoch, ohne durch die wiederkehrende Spannung zur Lichtbogenbildung veranlaßt zu werden, durch Abkühlung entionisieren, wenn sie ein hinreichend großes Volumen besitzen, so daß die zugeführteReststromenergie zu ihrer Erhitzung und zum Durchbruch nicht ausreicht und dafür gesorgt ist, daß keine örtliche Konzentration des sie durchsetzenden Stromes entsteht. Dies wird vor allem dadurch erreicht, claß die Gase mit großen Oberflächen fester Stoffe in Berührung kommen, welche durch Wärmeentnahme oder durch Gasentwicklung bzw. Verdampfung die Temperatur der Gassäule schnell herabsetzen.
  • Vorzugsweise verwendet man deshalbGassäulen, die von engen Röhren bzw. Spalten begrenzt sind und die, verglichen mit dem Schaltlichtbogen, eine große Länge besitzen. Um eine hinreichende Dämpfung der Wiederkehrspannung sicherzustellen, mu13 jedoch der Gesamtquerschnitt dieser Säulen möglichst groß sein. Dies läßt sich durch Parallelschaltung einer Vielzahl derartiger Gassäulen erzielen.
  • Als Wandungsmaterial kommen vor allem gasabgebende Isolierstoffe in Betracht, wie sie bei Gasschaltern bzw. Ausblasesicherungen bekannt sind. Es ist jedoch auch möglich. geeignete keramische Stoffe zu verwenden, wobei die oberflächliche Amvärmung des keramischen Materials eine zusätzlidie Stromleitung ergibt.
  • Das Gas zur Füllung dieser Röhren wird in der Regel der Unterbrechungsstrecke selbst entnommen. Bei Druckgasschaltern kommt dabei das die Unterbrechungsstrecke verlassende und vom Lichtbogen erhitzte Gas in Betracht, bei Schaltern mit Eigenerzeugung des Löschgases, z. B. bei Gasschaltern, köniien auch Gase vom geschlossenen löschkammerartigen Ende der Schaltröhre abgezweigt werden.
  • Die den Parallelröhren zugeleiteten Gase können nun von dem gesamten Strom durch relative enge Zuleitungen abgezweigt «-erden. Sie füllen dann die Röhren, die am anderen Ende geschlossen oder angenähert geschlossen ausgebildet «-erden. einmalig auf. Die zugeführte Wärmemenge ist hierbei relativ gering, so daß die Abkühlung der Schaltstrecke sehr schnell erfolgt. Derartige Anordnungen kommen vor allem bei Schaltern für hohe Nennspannungen in Betracht. Die Gase kann man dabei den heißesten Stellen, also insbesondere der unmittelbaren Nähe der Lichtbogenfußpunkte, entnehmen. Die Röhren können an dem der Zuführung entgegengesetzten Ende durch elastische Kolben oder durch druckabhängige Ventile abgeschlossen sein, welche eine Eigenbewegung der Gase in den Röhren bewirken. Es ist ferner zweckmäßig, den Gasweg im stromdurchflossenen Teil derart von der Geraden abweichend zu gestalten, daß Gasstrecken entstehen, die bei der Spannungswiederkehr auf Äquipotentialebenen liegen. Ein weiterer Weg ist das Durchblasen der Gase durch die Röhren. Dabei lassen sich die Weglängen und die Gasgeschwindigkeiten derart aufeinander abstimmen, daß beim Stromnulldurchgang gerade das vom vorhergehenden Strommaximum erhitzte Gas die Röhre durchstreicht. Insbesondere bei Druckgasschaltern bringt diese Anordnung den Vorteil, daß die Röhren nach der Unterbrechung mit kaltem Gas nachgespült werden. Diese Anordnung ist ferner bei Lichtbogenstromrichtern günstig. In der stromlosen Halbwelle wird das Rohr von kaltem Gas durchgespült und gekühlt und kommt beim nächsten Stromdurchgang erneut zur Wirkung. Die austretenden Gase können in an sich bekannter Weise durch Kühler o. dgl. abgefangen werden.
  • Eine besondere Anwendung der Erfindung besteht im Bau eines kombinierten Schalters, bei dem die kleinen Ströme durch ein fremderzeugtes Mittel, z. B. einen Druckgasstra4l, gelöscht werden, und bei dem die bei starken Strömen in der erstenHalbwelle entstehenden Schaltgase in einem nach Art der Blassicherungen ausgebildeten Schaltrohr aus gasabgebendem Material einen Lichtbogen zünden, der durch die starke zusätzliche Gasentwicklung nach der zweiten Halbwelle gelöscht wird. Dabei kann man zur Strombegrenzung in dem gasabgebenden Rohr in Reihe mit diesem metallische Widerstände vorsehen.
  • Auf der Zeichnung sind in den Abb. i bis 3 verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt Abb. i zeigt die Anwendung des Erfindungsgedänkens bei einem Hochspannungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch fremderzeugtes Druckgas. Im Schaltraum i gleitet der bewegliche Kontakt a, der über die Zufuhrleitung 3'beblasen wird. Vor der Isolierdüge q. liegt der fnste Kontakt 5 und hinter der Düse mit entsprechendem Abstand der übliche Schalldämpfer 6. Parallel zum Schaltraum x sind zwei oder mehr Röhren 7, vorzugsweise aus bei Erhitzung gasabgebendem Stoff vorgesehen, die durch den zwischen der Isolierdüse 4 und dem Schalldämpfer 6 liegenden Gasabzug 8 mit heißem Schaltgas gefüllt -,yerden. Die Mündung des Gasabzugs 8 liegt am Gegenkontakt 5. Das andere Ende der beiden Röhren 7 mündet jeweils in einem Metallbecher 9, die mit einem Zwischenkontakt i i leitend verbunden sind.
  • Beim Abschalten strömt das heiße Schaltgas in die Röhren 7 und stellt den Parallelschluß zur Trennstelle durch die leitende Gassäule dar. Nach dem Stromnulldurchgang wird der Parallelsehluß durch die Abkühlung und Entionisierung der Gassäulen selbsttätig unterbrochen. Der Schalter ist in der Löschstellung dargestellt. Nach der Löschung des Lichtbogens bewegt sich der Stiftkontakt weiter und entlastet die Röhren 7 nach Verlassen .des Zwischenkontaktes i i.
  • Man kann den Erfindungsgedanken auch bei einem der bekannten Gasschalter, deren Löschgas durch die Lichtbogeneinwirkung auf die gasabgebenden Wandungen des Schaltraums erzeugt wird, anwenden (Abb. :2). Das Löschrohr ia ist hier bis zum Austritt des beweglichen Schaltgliedes 2 verschlossen, so daß die heißen Schaltgase über den Raum 13 in die parallelen Röhren 7 aus gasabgebendem Stoff, die um das Löschrohr 1:2 angeordnet sind, einströmen müssen und dort in gleicher Weise wie bei Abb: i den Parallelschluß herbeiführen. Die Schaltkammer hat in bekannter Weise Zwischenblasöffnungen 14.
  • Der Schalter nach Abb. 3 arbeitet mit mechanisch verdichtetem Löschgas. Das Löschgas wird dabei durch den Kolben 15 im Zylinder 16 bei der Ausschaltbewegung verdichtet und dem Schaltraum i zugeleitet. Der Schaltraum ist unmittelbar mit der unteren Mündung der Röhre 7 verbunden und führt das Schaltgas über diese Röhre und den Kühler 6 ins Freie ab. Der Kühler 6 ist mit dem festen Kontakt 5 leitend verbunden. Die Schaltröhre 7, deren Gasabgabe durch einen konzentrischen Füllstift 17, -ebenfalls aus gasabgebendem Stoff, noch weiter gesteigert werden kann, ist derart bemessen, daß bei hohen Strömen in ihr eine Rückzündung stattfindet, die durch das vom Lichtbogen erzeugte Gas selbst gelöscht wird. Während der Lichtbogen in dem Rohr 7 brennt, wird die eigentliche Unterbrechungsstrecke i bis io durch das kalte Blasgas entionisiert. An der Verbindungsgasleitung i8 kann ein Rückschlägventil vorgesehen sein, das den Rückstrom der heißen Schaltgase verhindert.
  • Durch diese Anordnung wird die an sich geringe Abschaltleistung eines Schalters mit mechanisch erzeugtem Druckgas auf ein Mehrfaches erhöht.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i.
  2. Elektrischer Hochspannungs-Wechselstromschalter mit Lichtbogenlöschung durch ein strömendes Druckmittel, insbesondere Druckgas, bei dem parallel zur Unterbrechungsstelle ein Dämpfungswiderstand vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungswiderstand ein Heißleiter dient, dessen Widerstandswert bei gewöhnlicher Temperatur praktisch unendlich groß ist und mit steigender Temperatur endliche Werte annimmt. :2.- Hochspannungsschalter nach Anspruch i, dadurch gekenjizeichnet, daß als Heißleiter ein keramischer Körper verwendet wird.
  3. 3. Hochspannungsschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Heißleiter eine in einem Rohr begrenzte Gassäule dient.
  4. 4. Hochspannungsschalter nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gassäule im wesentlichen aus den von der Trennstelle abziehenden Schaltgasen zusammensetzt.
  5. 5. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassäule länger als der Unterbrechungslichtbogen ist.
  6. 6. Hochspannungsschalter nach Anspruch i und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassäule Streifenform und vorzugsweise eine geringere Lichtweite als 3 mm hat. 7..
  7. Hochspannungsschalter nach Anspruch i und 3 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung von gasabgebenden Stoffen für die Wandungen der Gaskanäle. B.
  8. Höchspannungsschalter nach Anspruch i und 3 bis 7, gekennzeichnet durch Parallelschaltung mehrerer Gassäulen. g.
  9. Hochspannungsschalter nach Anspruch i und 3 bis g, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassäulen von ruhendem Gas gebildet werden. io.
  10. Hochspannungsschalter nach Anspruch i und 3 bis g, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassäulen von strömenden Gasen gebildet werden. i i.
  11. Hochspannungsschalter nach Anspruch io, gekennzeichnet durch eine solche Abstimmung von Gasweg und Gasgeschwindigkeit, daß der Widerstand der Gassäulen mit dem Nulldurchgang des Stromes ein Minimum wird.
  12. 12. Hochspannungsschalter nach Anspruch i r, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißleiter nur einen Teil derTrennstrecke überbrücken.
  13. 13. Druckgasschalter nach Anspruch i, 3, 4 und 7, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung und Bemessung der Gassäule, daß die Lichtbögen großer Ströme von der Gassäule übernommen und durch die Gasbildung an den Wandungen der Gasröhre gelöscht werden (Abb. 3).
  14. 14. Hochspannungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus dem Ausblaseraum möglichst in der Nähe des L ichtbogenfußpunktes am festen Kontakt durch enge Rohrleitungen entnommen wird.
  15. 15. Hochspannungsschalter nach Anspruch i bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in den Röhren für die Gassäulen metallische Einlagen zur Kühlung und Feldvergleichmäßigung vorgesehen sind.
DEA88138D 1938-09-19 1938-09-20 Elektrischer Hochspannungs-Wechselstromschalter Expired DE743896C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE955618C (de) * 1952-03-14 1957-01-03 Licentia Gmbh Druckgaschalter, insbesondere zum Abschalten hoher Spannungen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE955618C (de) * 1952-03-14 1957-01-03 Licentia Gmbh Druckgaschalter, insbesondere zum Abschalten hoher Spannungen

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