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Verfahren zum Löschen der Unterbreehungsliehtbögen in Leistungssehaltern.
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wart von verdampfbarer Flüssigkeit in unmittelbarer Umgebung des Lichtbogens oder wenigstens eines Lichtbogenteiles bei der Druckentlastung den Löschvorgang besonders fördert. Man könnte sich also beispielsweise vorstellen, dass die gute Löschung nicht so sehr von dem alten, durch die Lichtbogenhitze entwickelten, mit hoher Geschwindigkeit expandierenden Dampf herrührt, sondern vielmehr von neuem, kühlem Dampf, der ohne äussere Wärmezufuhr lediglich durch die Druckentlastung aus der heissen, den Lichtbogen umgebenden Flüssigkeit entsteht, also auch während des Stromnulldurchganges in der unmittelbaren Umgebung des Lichtbogens entwickelt wird.
Kühler Dampf, der in den Lichtbogenraum gelangt, hat die Eigenschaft, dem Lichtbogenpfad sehr rasch seine Durch-
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Bei der plötzlichen Druckverminderung expandiert der Dampf, d. h. er vergrössert sein spezifisches Volumen. Mit dieser Vergrösserung des Dampfvolumens ist zwar in der Regel, wenn nicht Dampf durch Absorption od. dgl. weggeschafft wird, eine Vergrösserung des absoluten Dampfvolumens verbunden, also ein Dampfaustritt aus der Schaltkammer, der bei bekannten Schaltern dazu benutzt wird, den Lichtbogen aus der Kammer hinauszublasen. Hievon wird aber erfindungsgemäss zur Licht- bogenlöschung im Gegensatz zu den bekannten Schaltern praktisch kein Gebrauch gemacht, sondern die Lichtbogenlöschung erfolgt im wesentlichen innerhalb der Schaltkammer.
Dadurch wird der ausserhalb der Schaltkammer befindliche isolierende Flüssigkeitskörper, wie z. B. beim Ölsehalter, überflüssig. Dieser ist für die Herstellung einer möglichst sprunghaften Löschexpansion sogar schädlich.
Eine genügend sprunghafte Druckentlastung erhält man nur, wenn an der Schaltkammeröffnung kein Rückstau auftritt, wenn also der Öffnung möglichst wenig Flüssigkeit vorgelagert ist. Die bekannten Ölschalter, bei denen die Schaltkammern tief unter dem Ölspiegel liegen, oder bekannte Wassersehalter, bei denen die Schaltkammer in eine praktisch geschlossene Vorkammer mündet oder durch ein langes, dauernd mit Flüssigkeit gefülltes Rohr gebildet wird, arbeiten daher nur mit den mechanischen Wirkungen der Dampfbildung, löschen aber nicht den Lichtbogen durch sprunghafte Druckentlastung.
Nach der weiteren Erfindung wird also die Schaltkammer zur Erzeugung der lichtbogenlöschenden Druckentlastung nach vorangegangener Dampfbildung nach einem im wesentlichen flüssigkeitsfreien Raum (z. B. ins Freie) geöffnet, worin der Druck während des Löschvorganges wesentlich niedriger bleibt als in der Schaltkammer. Vorzugsweise wird die Schaltkammer während der Entwicklung des Dampfes durch den Lichtbogen aus einer die Schaltkammer füllenden Flüssigkeit, praktisch dicht abgeschlossen und darauf plötzlich gegen den umgebenden Raum niedrigeren Druckes geöffnet.
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Druckentlastung sind nach an sich bekannten physikalischen Regeln der Anfangsdruck der Expansion, der Rauminhalt der Schaltkammer und die Austrittsöffnung entsprechend zu bemessen.
Der Schalter nach der Erfindung ist den bekannten Leistungsschaltern weit überlegen. Er kann für die Unterbrechung höchster Leistungen gebaut werden und ist viel kleiner als die bekannten Hoehleistungsölschalter. Die Menge an Schaltflüssigkeit wie auch an entwickeltem Dampf ist bei ihm auf ein im Vergleich zu den heutigen Ölschaltern sehr geringes Mass beschränkt. Dient also Öl als Schaltflüssigkeit, so fehlt bei ihm die Gefahr eines ausgedehnten Schalterbrandes. Als Sehaltflüssigkeit muss aber nicht Öl oder eine andere hochisolierende Flüssigkeit verwendet werden, sondern es sind für den Erfindungszweck Flüssigkeiten besonders geeignet, deren Dämpfe sich möglichst wenig unter der Einwirkung des Lichtbogens zersetzen, die also im Dampfzustand bleiben.
Es ist besonders wertvoll, zur Lichtbogenlöschung expandierenden Dampf einer unbrennbaren Flüssigkeit, wie Wasser od. dgl.. zu benutzen. Bei dem erfindungsgemässen Löschprinzip ist man auf eine isolierende Schaltflüssigkeit nicht angewiesen und kann vorteilhaft halbleitende Schaltflüssigkeiten wählen. Der Schalter arbeitet mit solchen elektrolytischen Schaltflüssigkeiten bei geringen Stromstärken, bei denen keine für die Expansionslöschung genügende Dampfentwicklung auftritt, als Widerstandsschalter lichtbogenfrei.
Wasser und viele wässerige Lösungen haben zugleich die Eigenschaften einer unbrennbaren und halbleitenden Flüssigkeit.
Die Bauart des neuen Schalters kann sich in verschiedenen Einzelheiten an bekannte Schalter anlehnen, doch haben die übernommenen Merkmale hier entsprechend dem neuen Löschprinzip und der diesem anzupassenden Anordnung und Bemessung eine ganz andere Wirkungsweise und Bedeutung.
Die für die lichtbogenlöschende Expansion massgebende Dampf austrittsöffnung der Schaltkammer kann zugleich die Einführungsöffnung des beweglichen Kontaktteiles sein, der sie bei geschlossenem Schalter und während des ersten Teiles des Schaltvorganges praktisch abschliesst. Um den Schaltstift gut abzudichten und während der Dampfbildung keine unnötigen Dampfverluste durch den Spalt zwischen ihm und der Kanalwand entstehen zu lassen, muss der Schaltstiftkanal selbstverständlich genügend eng und lang sein. Für den Löschvorgang reicht dann die Entwicklung verhältnismässig geringer Dampfmengen aus, was sowohl für den Betrieb des Schalters als auch für die Schaltsicherheit bei kleinen Schaltlichtbogen vorteilhaft ist.
Die Dampfaustrittsöffnung ist zweckmässig nach oben gerichtet und wird durch das Ende des durch sie tretenden Schaltstiftes gesteuert. Dieser wird im Ausschaltzustand soweit gehoben, dass zwischen ihm und den übrigen Teilen des Schalters eine isolierende Luftstrecke ohne Kriechpfade entsteht. Da der Schalter keinen Schutzkessel benötigt. kann diese Luftstrecke und damit der Schaltzustand frei sichtbar sein.
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Hiebei unterbricht der Hauptkontakt in Luft, während die Unterbrechungskontakte von den Dampfkammern umgeben sind.
Die beiden Schalterpole sind wieder auf Stützisolatoren 40, 41 befestigt, die ihrerseits auf einer Grundplatte 42 aufgebaut sind. 43, 44 sind die beiden Dampfkammern, 45, 46 die Schaltstifte, die an der Schaltertraverse 47 befestigt sind. Die Schaltstange 48 trägt an ihrem unteren Ende den Kolben 49, der durch Druckluft in die Ausschaltstellung bewegt wird. 50 ist der Druckluft-
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bildet. Die Stromzuführung erfolgt durch die Zuführungsklemme 55 und die Stromableitung durch die Klemme 56.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der Dampf-und Kondensationskammer voneinander getrennt angeordnet sind. Die Dampfkammer besteht aus einem Metallrohr 60, gegen das am unteren Ende ein Deckel 61 geschraubt wird, welcher den feststehenden Kontakt 62 trägt. Das becherartige Gebilde 60 und 61 ist durch einen Dichtungsring 63 gedichtet. 64 stellt den Becher aus Isolationsmaterial dar, welcher durch die Kittung 65 in dem Metallbecher befestigt ist.
Der Boden 66 der Dampfkammer wird zweckmässig aus einem hartpapierähnlichen Stoff hergestellt.
Über der Dampfkammer befindet sich ein Raum 67, in den der Dampf nach Austritt des beweglichen Sehaltstiftes 68 aus der Dampfkammer zunächst eintritt. Dieser Raum hat seitliche Öffnungen 69,70, an die die Leitungen 71, 72 angeschlossen sind, welche nach der eigentlichen Kondensationskammer 7. 3 führen. In dem Raum 67 ist am oberen Ende ein hitzebeständiges Isolierstück 74 befestigt.
Die Wirkungsweise der geschilderten Anordnung ist folgende : Bei Auftreten eines Kurzschlusses bewegt sich die Schaltbrücke 75 mit dem beweglichen Schaltstift 68 nach oben und erzeugt in der Flüssigkeit einen Lichtbogen, der eine Dampfentwicklung zur Folge hat. Nach Austritt des Stiftes 68 aus
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so dass eine isolierende Luftstrecke ohne Kriechpfad zwischen Schaltkammer und Schaltstift 68 entsteht.
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wart of vaporizable liquid in the immediate vicinity of the arc or at least one part of the arc particularly promotes the extinguishing process during pressure relief. One could imagine, for example, that the good quenching does not come so much from the old steam that is developed by the heat of the arc and expands at high speed, but rather from new, cool steam, which without external heat supply only comes from the pressure relief from the hot, The liquid surrounding the arc is created, i.e. it is also developed in the immediate vicinity of the arc during the current zero passage.
Cool steam that gets into the arc chamber has the property of very quickly making its way through the arc path.
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When the pressure is suddenly reduced, the steam expands; H. it increases its specific volume. This increase in the steam volume is generally associated, if steam is not removed by absorption or the like, with an increase in the absolute steam volume, i.e. steam escaping from the switching chamber, which is used in known switches to remove the arc from the chamber to blow out. In contrast to the known switches, practically no use is made of this in accordance with the invention for arc quenching, but the arc quenching takes place essentially within the switching chamber.
As a result, the insulating liquid body located outside the switching chamber, such as. B. in the case of the oil switch, superfluous. This is even detrimental to the production of the most abrupt extinguishing expansion possible.
A sufficiently sudden pressure relief is only obtained if there is no backflow at the switching chamber opening, i.e. if as little liquid as possible is in front of the opening. The known oil switches, in which the switching chambers are deeply below the oil level, or known water holders, in which the switching chamber opens into a practically closed antechamber or is formed by a long tube that is permanently filled with liquid, therefore only work with the mechanical effects of steam formation , but do not extinguish the arc by sudden pressure relief.
According to the further invention, the switching chamber is opened to generate the arc-extinguishing pressure relief after previous vapor formation after a substantially liquid-free space (e.g. into the open), in which the pressure remains significantly lower during the extinguishing process than in the switching chamber. Preferably, the switching chamber is practically tightly sealed during the development of the vapor by the arc from a liquid filling the switching chamber and then suddenly opened against the surrounding space of lower pressure.
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Pressure relief must be dimensioned according to known physical rules, the initial pressure of the expansion, the volume of the switching chamber and the outlet opening.
The switch according to the invention is far superior to the known circuit breakers. It can be built to interrupt the highest performance and is much smaller than the well-known high-performance oil switches. The amount of switching fluid as well as the vapor developed is limited to a very small amount compared to today's oil switches. If oil is used as the switching fluid, there is no risk of an extensive switch fire. However, oil or another highly insulating liquid does not have to be used as the holding liquid, but liquids are particularly suitable for the purpose of the invention, the vapors of which decompose as little as possible under the effect of the arc, which therefore remain in the vapor state.
It is particularly valuable to use expanding vapor of a non-flammable liquid such as water or the like to extinguish the arc. In the case of the extinguishing principle according to the invention, one is not dependent on an insulating switching fluid and one can advantageously choose semiconducting switching fluids. The switch works with such electrolytic switching fluids at low currents at which no sufficient vapor development occurs for the expansion quenching, as a resistance switch without arcing.
Water and many aqueous solutions also have the properties of a non-flammable and semiconducting liquid.
The design of the new switch can be based on known switches in various details, but the features adopted here have a completely different mode of operation and meaning in accordance with the new extinguishing principle and the arrangement and dimensioning to be adapted to this.
The steam outlet opening of the switching chamber, which is decisive for the arc-extinguishing expansion, can also be the introduction opening of the movable contact part, which practically closes it when the switch is closed and during the first part of the switching process. In order to seal the switch pin well and avoid unnecessary steam losses through the gap between it and the duct wall during the formation of steam, the switch pin duct must of course be sufficiently narrow and long. The development of relatively small amounts of steam is then sufficient for the extinguishing process, which is advantageous both for the operation of the switch and for switching reliability in the event of small switching arcs.
The steam outlet opening is expediently directed upwards and is controlled by the end of the switching pin passing through it. When switched off, this is raised to such an extent that an isolating air gap without creeping paths is created between it and the other parts of the switch. Since the switch does not require a protective boiler. this air gap and thus the switching status can be freely visible.
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The main contact breaks in air, while the break contacts are surrounded by the vapor chambers.
The two switch poles are again attached to post insulators 40, 41, which in turn are built on a base plate 42. 43, 44 are the two steam chambers, 45, 46 are the switch pins that are attached to the switch traverse 47. The switching rod 48 carries at its lower end the piston 49, which is moved into the switched-off position by compressed air. 50 is the compressed air
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forms. The power is supplied through the supply terminal 55 and the current is discharged through the terminal 56.
FIG. 4 shows a further embodiment of the invention in which the steam and condensation chambers are arranged separately from one another. The steam chamber consists of a metal tube 60, against which a cover 61 is screwed at the lower end, which carries the stationary contact 62. The cup-like structure 60 and 61 is sealed by a sealing ring 63. 64 represents the cup made of insulation material, which is fastened by cement 65 in the metal cup.
The bottom 66 of the steam chamber is expediently made of a material similar to hard paper.
Above the steam chamber there is a space 67 into which the steam initially enters after the movable retaining pin 68 has emerged from the steam chamber. This space has lateral openings 69, 70 to which the lines 71, 72 are connected, which lead to the actual condensation chamber 7.3. In the space 67, a heat-resistant insulating piece 74 is attached to the upper end.
The mode of operation of the described arrangement is as follows: When a short circuit occurs, the switching bridge 75 with the movable switching pin 68 moves upwards and generates an arc in the liquid, which results in the development of vapor. After the pin 68 exits
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so that an isolating air gap without a creepage path is created between switching chamber and switching pin 68.
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