DE823615C

DE823615C - Stromkreisunterbrecher

Info

Publication number: DE823615C
Application number: DEW3426A
Authority: DE
Inventors: Benjamin P Baker; Winthrop M Leeds; Leon R Ludwig
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1942-11-11
Filing date: 1950-09-02
Publication date: 1951-12-06
Also published as: US2525494A; GB571110A; DE822855C; GB571109A; GB571108A; GB571091A; US2467760A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 6. DEZEMBER 1951

W 342OVlUb j 2i c

Stromkreisunterbrecher

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Stronikreisunterbrccher und insbesondere auf IJchtbogenlöschkonstruktionen dazu.

Die vorliegende Erfindung sieht einen Stromkreisunterbrecher mit mindestens einer Lichtbogenlöscheinheit vor, die aus einem oberen Kontakt und einem Zwischenkontakt, welche miteinander zusammen arbeiten, um einen druckerzeugenden Lichtbogen zu bilden, sowie einem unteren Kontakt, der mit dem erwähnten Zwischenkontakt zusammen arbeitet, um einen Unterbrechungslichtbogen zu bilden und elektrischen Mitteln zur Regelung der Spannungsverteilung zwischen den drei Kontakten während der öffnungs- und Schließvorgänge des Unterbrechers besteht.

Die elektrischen Mittel können aus einem Widerstand, der für jeden der drei Kontakte angezapft ist bzw. aus Kapazitäts- oder Impedanzmitteln bestehen, die im Nebenschluß zu jedem der erwähnten Kontaktteile liegen.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren schneller Verwirklichung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, von denen

Fig. ι eine Lichtbogenlöschanordnung im Seitenriß und teilweise im Schnitt einer bevorzugten Ausführungform der vorliegenden Erfindung darstellt, und zwar in der Stellung des geschlossenen Stromkreises;

Fig. 2 ist ein Seitenriß in vergrößertem Maßstabe und im Schnitt der oberen Lichtbogenlöscheinheit der Fig. i, wobei die anderen Lichtbogenlöscheinheiten der Fig. ι aus Gründen der Deutlichkeit fortgelassen wurden;

Fig. 3 ist ein Seitenriß in vergrößertem Maßstabe und im Schnitt der elastischen Verbindung zwischen der Betätigungsstange und dem oberen druckerzeugenden Kontakt der Lichtbogenlöscheinheit der Fig. 2, nach der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 und 5 zeigen schematisch verschiedene

Wege für die Spannungsverteilung zwischen mehreren Lichtbogenlöscheinheiten. Diese Figuren zeigen auch wie der vorübergehende Spannungsstoß gedämpft und der Anstieg der Übergangsspannung gesenkt werden können, um den neuerlichen Übergang des Stromes zu verhindern;
Fig. 6 und 7 sind Schaltschemata, und die
Fig. 8, 9 und 10 zeigen in Kurven die Beziehungen zwischen der Lichtbogenspannung, der Generatorspannung und der Stromstärke im Überstromausschalter während der Unterbrechung des Stromkreises.

In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1, bezeichnet die Bezugsnummer 1 ganz allgemein eine Lichtbogenlöschanordnung, die an einer Anschlußklemme des Überstromausschalters in einem geeigneten, hier nicht dargestellten Behälter aufgehängt ist und in ein geeignetes Lichtbogenlöschrluidum, wie z. B. öl, eintaucht. Die Lichtbogenlöschanordnung 1 umfaßt mehrere Lichtbogenlöscheinheiten, die ganz allgemein mit der Bezugsnummer 2 gekennzeichnet sind und in der Stellung des geschlossenen Stromkreises, wie sie die Fig. 1 zeigt, in Reihe geschaltet sind. Eine leitende Überbrückungsstange 3 dient dazu, die Lichtbogenlöschanordnung ι mit einer gleichen Anordnung, die hier nicht dargestellt ist, in einer den Fachleuten wohlbekannten Weise elektrisch zu verbinden.

Aus Fig. 2 insbesondere ist ersichtlich, daß die Lichtbogenlöscheinheit 2 ein oberes Gußstück 4, das durch eine Verschraubung 5 mit derZuleitungo verbunden ist und mehrere geeignet geformte Isolierplatten umfaßt, welche durch Isolierzugstangen zusammengepreßt werden, um eine Funkenkammer zu bilden, welche ganz allgemein mit der Bezugsnummer 7 bezeichnet wird. Unter den Isolierplatten, welche die Funkenkammer 7 bilden, befindet sich ein unteres Gußstück 8, welches in geeigneter Weise geformt ist, um eine Führung für den unteren beweglichen Kontakt 9 zu bilden. Ferner ist eine Isolierbetätigungsstange 10 außen an der Lichtbogenlöscheinheit 2 vorgesehen und für eine hin und her gehende Längsbewegung angeordnet, um sowohl den oberen druckerzeugenden Kontakt 11 als auch den unteren beweglichen Kontakt 9 zu betätigen. Innerhalb der Funkenkammer 7 befindet sich ein Zwischenkontakt 12, welcher in der Stellung des geschlossenen Stromkreises sowohl den unteren beweglichen Kontakt 9 als auch den unteren druckerzeugenden Kontakt 11 berührt. Iiine Druckfeder 13 drückt den Zwischenkontakt abwärts.

Insbesondere aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der elektrische Stromkreis durch den Stromkreisunterbrecher das Zuleitungskabel 6, das Deckelgehäuse 4 der oberen Lichtbogenlöscheinheit 2 und ein biegsames Kabel 14 (s. Fig. 2), dessen eines Lnde am Deckelgußstück 4 und dessen anderes Ende durch einen Bolzen 15 an einem äußeren Betätigungsarm 26 des oberen druckerzeugenden Kontakts 11 befestigt ist, umfaßt. Hierauf geht der elektrische Stromkreis durch den oberen druckerzeugenden Kontakt 11, den Zwischenkontakt 12, den unteren beweglichen Kontakt 9 zu einem biegsamen Kabel 17, dessen eines Ende durch den Bolzen 19 art dem unteren Gußstück 8 befestigt ist. Hierauf geht der Stromkreis zu dem Deckelgußstück 20 der mittleren Lichtbogenlöscheinheit 2, von wo er durch ein biegsames Kabel 17" passiert. welches von gleicher Ausführung ist wie das vorher beschriebene biegsame Kabel 14. Der elektrische Stromkreis geht durch die mittlere Lichtbogenlöscheinheit 2 in gleicher Weise hindurch wie durch die obere Lichtbogenlöscheinheit 2. Alsdann geht der elektrische Stromkreis durch die untere Lichtbogenlöscheinheit 2 hindurch zu dem biegsamen Kabel 21, welches durch den Bolzen 22 starr mit dem unteren Gußstück 23 der unteren Lichtbogenlöscheinheit 2 verbunden ist. Schließlich geht der Stromkreis vom unteren Gußstück 23 zu Kontaktfingern 25, welche in der Lage des geschlossenen Stromkreises des Unterbrechers durch die leitende Überbrückungsstaiige 3 erfaßt werden.

Von der leitenden Überbrückungsstange 3 geht der Strom zu einer zweiten Lichtbogenlöschanordnung, die hier nicht dargestellt ist, welche aber vorzugsweise von gleicher Ausführung ist wie die in Fig. 1 dargestellte Lichtbogenlöschanordnung I.

Um den Stromkreis durch den Unterbrecher zu öffnen, wird die leitende Überbrüekungsstange 3 durch eine geeignete, hier nicht dargestellte Betätigungsvorrichtung abwärts bewegt. Diese Abwärtsbewegung der leitenden Überbrückungsstange 3 erlaubt die Abwärtsbewegung der Isolierbetätigungsstange 10. Die Isolierbetätigungsstange 10 betätigt sowohl den oberen druckerzeugenden Kontakt 11 als auch den unteren beweglichen Kontakt 9 praktisch gleichzeitig, wodurch zwischen dem oberen druckerzeugenden Kontakt 11 und dem Zwischenkontakt 12 ein druckerzeugender Lichtbogen und zwischen dem Zwischenkontakt 12 und dem unteren beweglichen Kontakt 9 ein Unterbrechungslichtbogen zustande kommt. Infolgedessen wird in jeder der drei Lichtbogenlöscheinheiten 2 ein druckerzeugender Lichtbogen und ein Unterbrechungslichtbogen gebildet und ein Fluidum unter Druck am druckerzeugenden Lichtbogen trägt zum Löschen des Unterbrechungslichtbogens bei. Der obere druckerzeugende Kontakt τ ι ist drehbar im Deckelgußstück 4 (s. Fig. 2) angeordnet und das Außenteil des oberen druckerzeugenden Kontakts 11 umfaßt zwei Betätigungsarme 26 (s. Flg. 3). Die äußeren Enden der Betätigungsarme26 haben längliche Schlitze 27, durch welche ein Zapfen 28 hindurchgeht, \velcher mit einer Hülse 29 starr verbunden ist, deren unteres Ende wie bei 30 in das Oberteil der Betätigungsstange 10 eingeschraubt ist. Die Hülse 29 ist von einer Druckfeder 31 umgeben, deren unteres Ende auf einem Flansch 32 aufsitzt, welcher aus einem Stück mit der Hülse 29 besteht. Das obere Ende der Druckfeder 31 drückt eine Unterlagscheibe 33 dauernd gegen die l^Tnterteile der Betätigungsarme 26.

Ebenso geht der Zapfen 28 durch eine Kappe 34, weiche einen aufrechtstchenden Teil 35 hat, auf dessen oberes Ende eine Mutter 36 aufgeschraubt ist. Ein Niet τ,γ durch die Mutter 36 hält dieselbe starr an dem aufrechtstellenden Teil 35. Der aufrechtstehende Teil 35 geht durch ein rohrförmiges Element 38 hindurch, welches in das Deckelgußstück 4 eingeschraubt ist, wie aus Fig. 2 deutlicher hervorgeht. Eine Druckfeder 39, deren oberes Ende an einem Innenflansch 40 anliegt, drückt die Kappe 34 und damit die Isolierstange 10 abwärts. JCs ist daher klar, daß die Druckfeder 39 die Kontakte 11 und 9 in die Lage des offenen Stromkreises drückt. Über dem Innenflansch 40 befindet sich eine Druckfeder 41, welche eine Hülse 42 aufwärts gegen eine Kappe 43 drückt, welche au das Oberteil des rohrförmigen Elements 38 angeschraubt ist. Wenn also die Überbrückungsstange 3 rasch abwärts bewegt wird, trifft die Mutter 36 auf die Hülse 42, welche sich abwärts in eineRingkamtner 44 bewegt, die normalerweise mit öl gefüllt ist, um den letzten Teil des Öffnungshubes des Unterbrechers abzudämpfen.

Es geht also daraus hervor, daß, da die Unterlagscheibe 33 durch die Druckfeder 31 aufwärts gedrückt wird, die Aufwärtsbewegung der Betätigungsstange 10 die Aufwärtsbewegung der Betätigungsarme 26 veranlaßt, wodurch der obere druckerzeugende Kontakt 11 nach abwärts bewegt wird. Sobald der druckerzeugende Kontakt 11 den Zwischenkontakt 12 berührt hat, ist eine weitere Bewegung des druckerzeugenden Kontakts 11 nicht mehr zulässig. In diesem Stadium erlauben die länglichen Schlitze 27 eine weitere Aufwärtsbewegung des Zapfens 28, und da dieser starr mit der Betätigungsstange 10 verbunden ist, die weitere Aufwärtsbewegung der Isolierbetätigungsstange 10, wodurch die Druckfeder 31 zusammengedrückt wird, um den nötigen Anpreßdruck zwischen dem oberen druckerzeugenden Kontakt 11 und dem Zwischenkontakt 12 zu liefern. Indessen bewegt sich die Isolierbetätigungsstange 10 nicht so weit aufwärts, daß der Zapfen 28 an das obere Ende der Schlitze 27 in den Betätigungsarmen 26 (s. Fig. 3) anstößt. Ein kleiner Spielraum, in der Fig. 3 durch die Bezugsnummer 45 angedeutet, bleibt übrig, wenn die Schließvorrichtung ihre Bewegung beendet hat. Es ist also eine elastische Verbindung mit totem Gang zwischen der Isolierbetätigungsstange 10 und den Betätigungsarmen 26, welche den drehbar angeordneten, oberen druckerzeugenden Kontakt 11 bewegen, vorgesehen.

jede der Lichtbogenlöscheinheiten 2 ist mit einer elastischen Verbindung mit totem Gang zwischen den betreffenden Isolierbetätigungsstangen 10 und den entsprechenden Betätigungsarmen 26 der oberen druckerzeugenden Kontakte 11 versehen. Da alle Isolierbetätigungsstangen 10 starr miteinander verbunden sind, um sich als ein Ganzes zu bewegen, ist somit der erforderliche Kontaktanpreßdruck zwischen jedem Zwischenkontakt 12 und dem oberen Kontakt 11 vorhanden. Man sieht, daß die geeignete Einstellung jeder Isolierbetätigungsstange 10 durch dafür vorgesehene Stiftschrauben 46 (s. Fig. 1) vorgenommen werden kann, welche im Falle der unteren beiden Lichtbogenlöscheinheiten2 an den _t Kappen 34 befestigt sind. Verriegelungsmuffen 47 sind vorgesehen, um die einmal bewirkte Einstellung zwischen den Isolierbetätigungsstangen zu sichern.

Man sieht, daß, wenn die leitende Überbrückungsstange 3 sich während des Öffnungsvorganges des Unterbrechers abwärts bewegt, die Unterlagscheiben 33 die Kontakte 11 so lange in Berührung mit den Zwischenkontakten 12 halten, bis der Zapfen 28 an den Boden der länglichen Schlitze 27 anstößt, worauf dann die Kontakte 11 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Das Maß des vorgesehenen toten Ganges ist verhältnismäßig gering, so daß in der Praxis der druckerzeugende Kontakt 11 und der bewegliche Kontakt 9 sich praktisch gleichzeitig von dem Zwischenkontakt 12 trennen.

L^Tm den Schließstoß aufzunehmen, ist ein Stoßdämpfer, allgemein mit der Bezugsnummer 48 bezeichnet, am unteren Ende der Isolierbetätigungsstange 10 (s. Fig. 2) vorgesehen. Der Stoßdämpfer 48 umfaßt ein rohrförmiges Element 49, welches durch Preßsitz starr an einem Kopf 50 befestigt ist, welcher seinerseits durch eine Verschraubung 51 starr an der unteren Isolierbetätigungsstange 10 befestigt ist. Durch die Seitenwandung des rohrförmigen Elements 49 ist eine kleine öffnung 52 • gebohrt, gerade unterhalb eines starren Stopfens 53, welcher mit Preßsitz in das rohrförmigeElement49 unmittelbar unter dem Kopf 50 eingesetzt ist. Es ist ferner ein Kolben 54 mit einem oberen Außenflansch 55 vorgesehen; eine Druckfeder 56 drückt den Kolben 54 abwärts. Eine kleine Bohrung 57 in der Seitenwandung des Kolbens 56 gestattet, daß öl in das Innere des rohrförmigen Elements 49 fließt, wenn der Unterbrecher in der Lage des offenen Stromkreises ist. Wenn sich die leitende Überbrückungsstange 3 aufwärts bewegt, um sowohl auf die Finger 25 als auch auf den Kolben 54 aufzutreffen, bewegt sie sich sehr rasch, mit rd- 3,355 m/sec. Da die Betätigungsstange 10 zu dieser Zeit bewegungslos ist, ist es wünschenswert, den plötzlichen Stoß abzudämpfen, der entsteht, wenn die leitende Überbrückungsstange 3 auf den Kolben 54 auf trifft. Die Dämpfung erfolgt durch no das öl, welches übej dem Kolben 54 eingeschlossen ist, welches aber das rohrförmige Element 49 durch die Bohrung 52 ziemlich langsam verlassen kann. Während des Schließvorganges ist also für eine gewisse Dämpfung gesorgt.

Die Isolierbetätigungsstangen 10 sind drehbar an mehreren Gliedern 58 angelenkt, deren andere Enden drehbar an Hebeln 59 und 24 angelenkt sind. Die Hebel 59 sind drehbar an Drehpunkten 60 montiert. Die linken Enden der Hebel 59 sind, wie aus Fig. ι ersichtlich, drehbar an den unteren beweglichen Kontakten 9 angelenkt, von denen jeder in seiner vertikalen Längsbewegung durch geeignete Führungsaussparungen in den unteren Gußstücken 8 geführt ist. Man sieht also, daß die Aufwärtsbewegung der entsprechenden Isolierbetätigungs-

stangen ίο eine Drehung der Hebel 59 um die Drehpunkte 60 im Uhrzeigersinn veranlaßt. Die Hebel 59 werden durch Druckfedern 61 (s. Fig. 1) abwärts gedrückt. Durch Änderung des Abstandes zwischen dem Zapfen 28 und dem Drehpunkt 16 des oberen Kontakts 11 und ebenso durch die Änderung des Abstandes zwischen den Drehpunkten 24 und 60 kann man jedes gewünschte Verhältnis der Öffnungsgeschwindigkeiten zwischen dem oberen Kontakt 11 und dem unteren Kontakt 9 erhalten.

Jede der Lichtbogenlöscheinheiten 2 umfaßt mehrere geeignet geformte Isolierplatten, welche, wie in Fig. 1 dargestellt, durch Isolierzugstangen 62 aneinandergepreßt werden. Die erwähnten Platten sind so konstruiert und angeordnet, daß sie mehrere Kanäle für den Strom des Fluidums bilden, welches unter der Wirkung des druckerzeugenden Lichtbogens 66 unter Druck steht, wodurch das Fluidum an mehreren Stellen quer einwärts zu dem Unter- ' brechungslichtbogen 67 gerichtet wird, sodann veranlaßt wird, längs des Unterbrechungslichtbogens zu fließen und anschließend quer zu dem erwähnten Lichtbogen abfließt.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß das Oberteil der | Funkenkammer 7 durch ein metallenes domförmiges ■ Deckelgußstück 4 gebildet wird. Eine Schauplatte 63 kann durch Bolzen 64 an dem Gußstück 4 befestigt werden, so daß durch Lösen der Bolzen 64 und durch Entfernen der Schauplatte 63 das Innere der Funkenkammer 7 derBesichtigung zugänglich ist, ohne daß man irgendeinen von deren Teilen ent- ] fernen muß. Ein Sicherheitsventil 65 kann im Guß- I stück 4 vorgesehen werden, um übermäßigen Druck ' innerhalb der Funkenkammer 7 abzulassen und dadurch deren Bruch zu verhüten.

Bei Lichtbogenlöscheinheiten der oben beschriebenen Konstruktion ist es wünschenswert, die Spannungsteilung über die Spalte zwischen dem l)eweglichen druckerzeugenden Kontakt und dem Zwischenkontakt sowie zwischen dem Zwischenkontakt und dem unteren bzw. Unterbrechungskontakt zu regulieren. Gewöhnlich ist der Spalt des offenen Stromkreises zwischen den druckerzeugenden Kontakten kleiner als derjenige zwischen den Unterbrechungskontakten. Bei einer Lichtbogenlöscheinheit der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion ist der Spalt des offenen Stromkreises zwischen dem oberen* beweglichen Kontakt 11 und dem Zwischenkontakt 12 kleiner als der Spalt des offenen Stromkreises zwischen dem Zwischenkontakt 12 und dem unteren beweglichen Kontakt 9. Daher ist während des Schließvorganges die Spannung, welche erforderlich ist, um den Druckerzeugungsspalt zu durchschlagen, geringer als die Spannung, welche erforderlich ist, um den Unterbrechungsspalt zu durchschlagen, und die Kontakte können, bevor ein solcher Überschlag erfolgt, näher in die geschlossene Lage gebracht ₍ werden, wenn Mittel vorgesehen sind, um an jeden der Spalte eine Spannung im Verhältnis zu ihrer relativen Durchschlagsfestigkeit zu legen. Man hat daher vorgeschlagen, die Spannungsverteilung zwischen den druckerzeugenden und den Unterbrechungskontakten in der Weise zu regeln, daß man entweder einen Widerstand oder eine Kapazität benutzt, welche für die drei Kontakte, nämlich den oberen Kontakt 11, den Zwischenkontakt 12 und den unteren beweglichen Kontakt 9 angezapft werden kann.

Insbesondere kann man aus Fig. 4 entnehmen, daß die Leiter 68 benutzt werden, um etwa ein Drittel jedes Widerstandsabschnittes 69 zu den druckerzeugenden Kontakten 11 und 12 abzuzapfen. Obwohl dieser Anschluß 68 in der Ausführung nach Fig. 1 nicht verwendet wird, ist sein Gebrauch bei gewissen Anwendungen doch wünschenswert, um während der Öftnungs- und Schließvorgänge des Unterbrechers die richtige Verteilung der Spannung innerhalb jeder Lichtbogenlöscheinheit 2, also zwischen den druckerzeugenden Kontakten 11 und 12 und den Unterbrechungskontakten 12 und 9 herbeizuführen.

Die Widerstandsrohre 69, welche in den Fig. 1 und 2 zu jeder Lichtbogenlöscheinheit im Neben-Schluß liegen, sind in Fig. 4 schematisch dargestellt. Das Widerstandsroiir 69 umfaßt mehrere mit Graphit imprägnierte Klötze 70 (Fig. 2), welche in Reihe übereinander angeordnet sind. Ihr Anschluß an den Unterbrecher der Fig. 1 ist in Fig. 4 durch die Linien 71 dargestellt.

Anstatt Widerstände zu benutzen, um die richtige Spannungsteilung innerhalb jeder Lichtbogenlöscheinheit 2 herbeizuführen, kann auch eine Kapazität verwendet werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die gestrichelten Linien 72 in Fig. 5 zeigen, wie die Anzapfung zu den Zwischenkontakten 12 durchgeführt werden kann, wenn Kondensatoreinheiten 73 an Stelle von Widerstandsabschnitten 67 verwendet werden. Man sieht, daß etwa ein Drittel der an jede Lichtbogenlöscheinheit 2 während des öftnungs- und Schließvorganges gelegten Spannung an die druckerzeugenden Kontakte 11 und 12 gelegt wird. Natürlich kann ein verschiedenes Verhältnis der Spannungsteilung zwischen den druckerzeugenden Kontakte 11 und 12 und den L^Tnterbrechungskontakten 12 und 9 eingestellt werden, wenn man die Anzapfstellen längs der Kondensatoreinheiten 73 verlegt.

Die Verwendung der Widerstandsabschnitte 69 in Fig. 4 anstatt der Kondensatorabschnitte 73 in Fig. 5 hat den Vorzug geringerer Kosten bei gleicher Impedanz. Bei gleicher Impedanz sind die Widerstandsabschnitte 69 viel kleiner und auch leichter anzubringen. Auch haben Widerstandsabschnitte von genügend niedriger Impedanz eine Dämpfungswirkung auf den Unterbrechungsspannungsstoß, die besonders wirksam bei der Unterbrechung schwacher Ströme ist. Die Widerstandsabschnitte 69 der Fig. 4 ändern nicht nur das Maß des Anstieges der Übergangsspannung, sondern auch die Spitzenamplitude derselben. Die Verwendung von Kondensatorabschnitten 73 in Fig. 5 hat indessen den Vorzug, die richtige' Spannungsverteilung zwischen den Lichtbogenlöscheinheiten 2 unabhängig von der Frequenz des Stromstoßes

herbeizuführen, da sowohl die Stör- als auch die Korrekturwirkungen bei der Spannungsteilung kapazitiv sind. Die Kapazität kann verwendet werden, um eine Impedanz von solch niedrigem Wert vorzusehen, daß die Spannungsstoßfrequenz merklich herabgesetzt und damit das Maß des Anstieges der Übergangsspannung vermindert wird.

Fig. 6 zeigt einen von einem Überstromausschalter kontrollierten Wechselstromgenerator ίο mit induktiver Belastung. L ist die Induktanz des Generators und C die auf die Wickelungen des Generators und die Leitung 76 gegenüber Erde verteilte Gesamtkapazität. Bei geschlossenem Überstromausschalter (falls ein Fehler noch nicht aufgetreten ist) fließt ein Strom durch die angehängte Last, der durch die Sinuslinie Jj der Fig. 8 gekennzeichnet ist, während die erzeugte Spannung in Fig. 8 durch die Sinuslinie 78 bezeichnet ist. Da die Belastung teilweise induktiv ist, eilt der Strom 77 der erzeugten Spannung 78 um einen geringen Winkel nach, wie in Fig. 8 gezeigt ist.

Nehmen wir an, im Punkte 79 der Fig. 8 trete ein Fehler auf, z. B. daß die Leitung. 80 in Fig. 6 Erdschluß bekommt. Dann fließt ein starker Strom, der hauptsächlich durch induktiven Widerstand begrenzt wird, durch den Überstromausschalter, wie in Fig. 8 durch die Sinuswelle 81 von großer Amplitude, die zu der erzeugten Spannung eine Phasenverschiebung von nahezu 90 elektrischen Graden besitzt, angedeutet ist. Dieser starke Fehlstrom 81 löst den Betätigungsmechanismus des Überstromausschalters aus, so daß sich die Kontakte des Unterbrechers im Zeitpunkt 82 der Fig. 8 zu öffnen beginnen. Wenn die Kontakte beginnen, sich voneinander zu trennen, wird eine Lichtbogenspannung erzeugt, wie sie durch die Linie 83 in Fig. 8 angedeutet ist. Diese Lichtbogenspannung 83 ist in Phase mit dem durch den Überstromausschalter gehenden Fehlstrom, welcher in der Fig. 8 mit der Bezugsnummer 84 gekennzeichnet ist. Der Fehlstrom 84 durch den Unterbrecher setzt sich nach dem ersten Stromnulldurchgang fort, weil sich die Kontakte nur wenig voneinander entfernt haben, und der Spannungsstoß genügt, um den kleineu Kontaktspalt zu durchschlagen und eine zweite Halbperiode des in Fig. 8 mit der Bezugsnummer 84 bezeichneten Fehlstroms zustande zu bringen. Wenn sich die zweite Halbwelle 84 des Fehlstroms dem Nullpunkt nähert, haben sich die Unterbrecherkoiitakte genügend weit voneinander entfernt, so daß die Übergangsspannung an den Unterbrecherkontakten, die in Fig. 8 durch die Bezugsnummer 85 gekennzeichnet ist, nicht mehr genügt, um den Kontaktspalt zu durchschlagen, womit dann der Stromfluß durch die Unterbrecherkontakte unterbrochen ist.

Aus Fig. 7, welche schematisch die Fig. 8 nach Eintreten des Fehlers darstellt, ist zu entnehmen, daß der elektrische Stromkreis 1>ei elektrischen Störungen mit der Eigenfrequenz

j -τ I LC

schwingt. Die Kapazität C stellt die verteilte Kapaj zität von Stromschienen, Kabeldurchführungen j usw. dar. Infolgedessen neigt in Fig. 8 die Ubergangsstoßspannung 85 an den Unterbrecher- ; kontakten, anstatt diskontinuierlich zu der Generatorspannung des offenen Stromkreises anzusteigen, dazu, sich, wie unter Vernachlässigung j der Dämpfung dargestellt, auf den zweifachen Wert der erzeugten Spannung aufzuschaukeln und schwingt in dem Teil 86 mit der durch die obige Formel angegebenen Eigenfrequenz. Schließlich wird die vorübergehende Hochfrequenzstoßspannung durch den geringen Widerstand, den es in jedem Stromkreis gibt, zum Erlöschen gebracht und die Übergangsspannung an den Unterbrecherkontakten geht bis auf die erzeugte Spannung (Punkt 87) herab. Hiernach nehmen die Unterbrecherkontakte, wie dargestellt, die erzeugte Spannung 88 an.

Man bemerkt, daß das Jiohe Maß des Anstieges der Übergangsspannung an den Unterbrecherkontakten und die Tatsache, daß in einem ungedämpften Stromkreis dieser Spannungsstoß dazu neigt, das zweifache der Spitzenamplitude der erzeugten Spannung zu erreichen, daß also all dieses dazu beiträgt, den Spalt zwischen den Unterbrecherkontakten zu durchschlagen, so daß eine weitere Halbwelle Fehlstroms durch den Über-Stromausschalter fließt. Zu Zwecken der Diskussion war angenommen worden, daß der Unterbrecherstrom am Punkt 89 aufhört und daß kein weiterer Fehlstrom durch den Unterbrecher fließen sollte, um darzulegen, wie hiernach der steile Anstieg der Übergangsspannung und ihrer Amplitude dazu neigen, den Kontaktspalt zu durchschlagen.

Fig. 9 zeigt bei Verwendungeines Widerstandes 69 von niedrigem Impedanzwert, der zu den Lichtbogenlöscheinheiten 2 der Fig. 1 im Nebenschluß geschaltet ist, das Ergebnis auf die Übergangsspannung, die an den Uriterbrecherkontakten erscheint, wenn der Stromfluß durch die Funkenregion hindurch unterbrochen wird. Natürlich fließt dann ein Reststrom durch den Widerstand 69, ^l°5 selbst nachdem der Stromfluß durch die Funkenräume aufgehört hat. Dieser Reststrom ist durch die Bezugsnummer 90 in Fig. 9 gekennzeichnet, and man bemerkt, daß dieser Reststrom 90 durch den Widerstand 69 von niedrigem Impedanzwert hindurch in Phase mit der in diesem Zeitpunkt erzeugten Spannung 91 ist. Daher ist die Unterbrechung beim Nullwert des Stromes leicht zu erreichen, wenn sie im Punkt 92 erfolgt. Die endgültige Unterbrechung nach Fig. 1 erfolgt, sobald die Querstange 3 sich von den Fingern 25 löst. Auch ist die Stromstärke des Reststroms 90 von geringer Größe im Vergleich zu dem Fehlstrom 84, und daher ist es leicht, an dem Punkt 92 zu unterbrechen, wenn sich der Unterbrechungsspalt bildet. Die Lage des Widerstandes 69 von niedrigem Impedanzwert im Stromkreis wird dargestellt durch den Widerstand R in Fig. 7, wo er im Nebenschluß zu der Kapazität C liegt und die Schwingungen des Stromkreises dämpft, um das Maß des Anstieges der Übergangsspannung herabzusetzen,

ebenso auch die Amplitude des vorübergehenden Spannungsstoßes. Die vereinte Wirkung des Widerstandes 6g von geringer Impedanz auf die Ubergangsspannung, und zwar bei Herabsetzung des Maßes ihres Anstiegs sowie bei Herabsetzung der Spitzenamplitude des Spannungsstoßes wird durch die Linie 93 in der Fig. 9 veranschaulicht.

Fig. 10 zeigt die Verwendung einer großen Kapazität (s. 73 in Fig. 5), die zu den Unterbrecherkontakten im Nebenschluß liegt, um den Anstieg der vorübergehenden Übergangsspannung 94 in Fig. 10 zu verlangsamen. Der Reststrom durch diese Kapazität ist durch die Kurve 95 in Fig. 10 dargestellt, bis er durch die Ausschaltkontakte bei 92 in Fig. 10 unterbrochen wird. Die Kapazität ist in Fig. 7 durch C¹ dargestellt. In der Praxis ist es schwierig und teuer, eine genügend große Kapazität zu schaffen, um die Impedanz so klein zu halten, daß der Anstieg des vorübergehenden Spannungsstoßes verlangsamt wird; aus diesem Grunde wird die Verwendung eines Widerstandes 69 von geringer Impedanz vorgezogen.

Es gehört in den Bereich der vorliegenden Erfindung, eine Kombination eines Widerstandes 69 von niedriger Impedanz mit einer hohen Kapazität zu benutzen, um sowohl den Anstieg der Ubergangsspannung zu verlangsamen als auch deren Spitzenamplitude zu dämpfen.

Es ist klar, daß durch Verlangsamung des Anstiegs der an den Unterbrecherkontakten auftretenden Übergangsspannung und durch Herabsetzung von deren Spitzenamplitude eine geringere Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß die Funkenregion durchschlagen und dadurch eine weitere Halbwelle des durch den Überstromausschalter fließenden Fehlstroms gebildet wird.

Man hat gefunden, daß bei einem Überstromausschalter der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion für einen Stromkreis von 287 Kilovolt Spannung, d. h. einem Schalter, der in der Lage ist, 7000 Ampere in weniger als einer Periode des zu unterbrechenden Stroms bei Verwendung von sechs in Reihe geschalteten Einheiten je Pol abzuschalten, der günstigste Zahlenwert für den Widerstand 69, der zu jeder Lichtbogenlöscheinheit 2 im Nebenschluß liegt, sich auf ungefähr 120000 Ohm, also insgesamt auf 720 000 Ohm je Pol beläuft.

Der zu verwendende Bereich der Impedanzwerte ■ in Ohm je Unterbrecherpol liegt zwischen dem 500- bis zu i5ooofachen der Unterbrecherspannung in Kilovolt. Die niedrigeren Werte vom 500- bis zum 25oofachen der Unterbrecherspannung sind dort vorzuziehen, wo eine gute Verteilung der Spannung sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Frequenzen der Übergangsspannung aufrechterhalten werden muß, womit der größere Umfang und die größeren Kosten solcher Impedanzen gerechtfertigt sind. Die höheren Werte vom 2500- bis zum 15 ooofachen der Unterbrecherspannung sind vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus wünschenswert und angemessen für die Aufrechterhaltung der Verteilung bei Frequenzen, die sich der normalen Frequenz nähern. Der bevorzugte Wert von 720 000 Ohm je Pol bei 287 Kilovolt entspricht dem 25oofachen der Spannung; im allgemeinen wird ein Wert bevorzugt, welcher zwischen dem 2000- bis 3ooofachen der Spannung liegt. Impedanzen innerhalb des angegebenen Bereichs können nicht verwendet werden, um den Übergangsspannungsstoß zu dämpfen, wenn es sich um die Unterbrechung von Kurzschlußströmen handelt, aber sie können eine leicht dämpfende Wirkung haben, wenn sehr niedrige Magnetisierungs- oder die Leitung aufladende Ströme unterbrochen werden. Der Ausdruck Unterbrecherpol bezieht sich auf zwei der Lichtbogenanordnungen 1, gemäß Fig. i, welche in Reihe geschaltet sind, um eine Phase des Stromkreises zu unterbrechen.

Impedanzwerte unter dem oben angegebenen Grenzwert von 500 im Nebenschluß zu den Lichtbogenlöscheinheiten 2 ergeben ein andauerndes Funken zwischen dem beweglichen leitenden Überbrückungselement 3 und den Kontaktfingern 25 bei der Unterbrechung des durch die Impedanz fließenden Reststroms. Ebenso wird bei Verwendung niedriger Widerstandswerte die in den Widerstandsrohren 69 abzuführende Wärmemenge übermäßig groß; es muß daher reichlich Spielraum für die Abführung der Wärme vorgesehen werden. Bei Impedanzwerten im Nebenschluß zu den Lichtbogenlöscheinheiten 2 über den angegebenen Grenzwert von 15 000 hinaus wird die Wirksamkeit der Spannungsteilung bei Hochfrequenzübergangsspannungen vernachlässigbar.

Der Fig. 1 kann entnommen werden, daß ein elektrostatischer Schild 96 vorgesehen ist, welcher von dem unteren Gußstück 23 gehalten wird und daher mit diesem elektrisch verbunden ist. Die Widerstandsrohre 69 sind innerhalb der oben angegebenen Werte von solch niedriger Impedanz, daß in der Unterbrecherstellung des offenen Stromkreises das untere Gußstück 23 und damit auch der Schild jederzeit das gleiche Potential haben wie die Anschlußklemme 6. Das verlegt das Potentialgefälle vom Oberteil der Lichtbogenlöschanordnung ι zum Bodenteil, wo das Potentialgefälle in das öl durch die Verwendung des Metallschildes 96 von großem Radius entlastet wird. Somit wird auf die Isolierplatten, welche die einzelnen Lichtbogenlöscheinheiten 2 bilden, sowohl in der völlig ge- no öffneten als auch in der völlig geschlossenen Lage des Unterbrechers nur eine sehr geringe Potentialbeanspruchung ausgeübt. Der Übergang des Potentialgefälles zum Boden der Anordnung 1 hat den weiteren Vorteil, daß der Umlauf des Öls alles zersetzte öl entfernt, das infolge der Potentialbeanspruchung neben dem Schild 96 gebildet wurde. Jede Verminderung der Durchschlagsfestigkeit des Öls neben dem Schild 96 neigt also zur Selbstheilung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Stromkreisunterbrecher, gekennzeichnet durch mindestens eine Lichtbogenlöscheinheit mit einem oberen und einem Zwischenkontakt,

die zusammen arbeiten, um einen druckerzeugenden Lichtbogen zu ziehen, einem unteren Kontakt, welcher mit dem erwähnten Zwischenkontakt zusammen arbeitet, um einen l'nterbrec'hungslichtbogen zu ziehen, und elektrischen Mitteln zur Regelung der Spannungsteilung zwischen den drei Kontakten während der üffnungs- und Schließvorgänge des Unterbrechers.
2. Stromkreisunterbrecher gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte elektrische Mittel einen Widerstand umfaßt, der zu den drei Kontakten abgezapft wird.
3. Stromkreisunterbrecher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte elektrische Mittel Kapazitäten umfaßt, welche im Nebenschluß zu jedem der erwähnten Kontaktpaare angeordnet sind.
4. Stromkreisunterbrecher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte elektrische Mittel Impedanzen umfaßt, die im Nebenschluß zu jedem der erwähnten Kontaktpaare angeordnet sind.
5. Stromkreisunterbrecher gemäß Anspruch 1, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Impedanzen von genügend niedrigem Wert im Nebenschluß zu jeder Einheit vorgesehen sind, um den Anstieg der Übergangsspannung über die Einheit oder die Einheiten während des öffnungsvorganges zu verlangsamen.
6. Stromkreisunterbrecher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Lichtbogenlöschanordnungen, von denen jede mehrere Lichtbogenlöscheinheiten umfaßt.
7. Stromkreisunterbrecher gemäß Anspruch 6 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz in Ohm im Nebenschluß zu einem Unterbrecherpol sich auf das 500- bis 25oofache der Unterbrecherspannung in Kilovolt beläuft.
8. Stromkreisunterbecher gemäß Anspruch 6 oder s und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz in Ohm im Nebenschluß zu einem Unterbrecherpol sich auf das 2500- bis 15 000-fache der Unterbrecherspannung in Kilovolt beläuft.
9. Stromkreisunterbrecher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet · durch mindestens eine Lichtbogenlöscheinheit und eine niedrige Impedanz zur Überführung des hohen Potentialgefälles vom Oberteil der Einheit zu deren Unterteil, sowie einen elektrostatischen Schild zur Herabsetzung des Potentialgefälles am Boden der Einheit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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