Verfahren und Schalter für die Abschaltung von Wechselstrom. Man hat bisher für die Unterbrechung hoher Leistungen fast ausschliesslich Öl- schalter verwendet. Es .ist bekannt, dass die bisherigen Konstruktionen für hohe Schalt leistungen eine sichere Beherrschung des Ausschaltvorganges nicht erlaubten und da bei infolge der Brennbarkeit des Öls eine ständige Gefahr für die ganze Anlage be deuteten.
Man ist daher bestrebt, Schalter für die Abschaltung grosser Leistungen zu schaf fen, welche die grosse Brandgefahr des Öl- schalters nicht besitzen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Löschung elektrischer Wechselstromlieht- bögen, mit dessen Hilfe es möglich ist, Lei stungsschalter zur betriebssicheren und plan mässigen Unterbrechung hoher Leistungen ziz bauen;
wobei eine Schaltflüssigkeit angewen det werden kann, welche die Eigenschaft be sitzt, Dampf zu entwickeln. In der Wahl der Schaltflüssigkeit ist man also bei diesem Ver fahren nicht- wie bisher an das<B>01</B> gebunden, sondern kann .insbesondere auch Schaltflüs- sigkeiten verwenden, die keine brennbaren Gase entwickeln, zum Beispiel Wasser. Ferner gelingt es, die Menge an Schaltflüssig keit wie auch an entwickeltem Dampf auf ein im Vergleich zu den heutigen Ölschaltern sehr geringes Mass zu beschränken.
Bei Ver wendung von<B>01</B> als Schaltflüssigkeit wird infolgedessen die Gefahr eines ausgedehnten Schalterbrandes beseitigt.
Bei den bekannten Leistungsschaltern wird die Lichtbogenlöschung durch die Er zeugung eines hohen Druckes in der Um gebung des Lichtbogens oder durch Glas wirkung oder durch Kühlung des Licht bogens herbeigeführt. So wurde zum Bei spiel die Olschalterlöschkammer teils un ter dem Gesichtspunkt gebaut, einen mög lichst hohen Druck zu entwickeln, teils so, dass ein in den Lichtbogen gerich teter Ölstrahl. erzeugt wurde.
Im ersten Fall zielte man darauf hin, den Lichtbogen bei geschlossener Kammer zu löschen, wobei die Durchschlagsfestigkeit des Öls .durch die Anwendung hoher Drücke erhöht wurde, also der Löscheffekt im innigen Zusammenhan; mit der Isoliereigenschaft der Schaltflüssig keit stand. Im zweiten Fall wurde dagegen eine heftige Strömung in der Nähe des Schaltstückes oder durch den Lichtbogen hin durch erzeugt. Im Gegensatz hierzu kommt es beim erfindungsgemässen Verfahren nicht auf die Erzeugung einer Strömung von Flüs sigkeit oder Gas im Lichtbogenpfad an.
Man hat auch die bekannten Leistungs schalter so gebaut, da.ss durch Einschaltung einer möglichst grossen Unterbrechungs strecke in kurzer Zeit die Lichtbogenlöschung herbeigeführt wurde. Im Gegensatz dazu kann man nach dem erfindungsgemässen Ver fahren die Löschung des Lichtbogens auf kurzem Abschaltweg bewirken.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zur Löschung von Wechselstrom-Unterbrechungs- lichtbögen in elektrischen Schaltern, mit die Unterbrechungsstellen umgebenden Kam mern, die mit Schaltflüssigkeit gefüllt sind, aus der der Lichtbogen Dampf erzeugt, be steht darin, dass diese Dampfkammer zu nächst während des Dampfbildungsprozesses bei annähernd konstant gehaltenem Raum inhalt so lange geschlossen gehalten wird, bis sich ein Teil der Schaltflüssigkeit in Dampf von hohem Druck verwandelt hat, und dann so plötzlich gegen einen Raum, in dem der Druck niedriger ist als im Dampfraum,
ge öffnet wird, so dass eine plötzlich einsetzende starke Dampfausströmung und damit eine kräftige Expansion des Dampfes in der Um gebung des Lichtbogens entsteht, während welcher und durch welche der Lichtbogen gelöscht wird.
Zweckmässigerweise wendet man nicht brennbare Schaltflüssigkeiten an.
Die Löschwirkung beruht darauf, dass Dampf, der mit einer gewissen Geschwindig keit im Lichtbogenraum expandiert, sich um die im Augenblick des Stromnulldurchganges im Lichtbogenpfad befindlichen elektrischen Ladungsträger kondensiert, so dass der Licht- bogenpfäd beim Stromnulldurchgang sehr rasch entionisiert wird. Die Erscheinung der Dampfnebelbildung um die elektrischen La dungsträger bei genügend hohem Grad der Expansion lässt sich experimentell leicht nach prüfen.
Wesentlich für die Löschung ist also der während des Stromnulldurchganges vor handene Grad der Expansion. Der Dampf muss zunächst eine hohe Spannung annehmen können (zum Beispiel von 50 Atm.), damit er, sobald die Ausströmöffnung freigegeben wird, eine hohe Ausströmungsgeschwindig- keit annehmen kann.
Das Verfahren nach der Erfindung kann man vorteilhaft mit einem elektrischen Lei stungsschalter ausüben, dessen Dampfkam mer, welche die Unterbrechungsstelle um gibt, eine nach oben gerichtete Austritts öffnung für den nach oben bewegbaren Schaltstift hat, und dessen Dampfkammer- Austrittsöffnung zusammen mit dem Ende des beweglichen Schaltstiftes als die Dampf ausströmung steuerndes Organ ausgebildet ist.
Anhand der Zeichnung, die Ausführungs beispiele des Schalters darstellt, wird im folgenden das Verfahren beispielsweise er läutert.
In der Fig.l ist eine Unterbrechungs stelle - eines Schalters nach der Erfindung dargestellt.
Auf dem Stützisolator 10 ist die Dampf kammer 11 befestigt. Der feste Kontakt 1? der Dampfkammer steht durch den leitenden Boden 13 mit der Stromzuführungsklemme 14 in Verbindung. Durch diesen Boden 13 ist die Dampfkammer nach unten flüssig keitsdicht verschlossen. Durch die obere Öffnung 15 der Dampfkammer tritt der hohle Schaltstift 16 hindurch. 17 ist die Unterbrechungsflüssigkeit, die durch den Lichtbogen 18 erhitzt und verdampft wird. Der obere Teil des Dampfkammerraumes 19 ist in der gezeichneten Schaltstellung mit dem Flüssigkeitsdampf gefüllt. Wenn der Schaltstift die Mündung der Dampfkammer bei seinem Aufwärtsgang erreicht, hat sich noch ein grösserer Teil der Flüssigkeit in Dampf verwandelt.
Die plötzliche Entspan- nung dieses Dampfes beim Austritt des Schaltstiftes aus der Öffnung veranlasst die Löschung des Lichtbogens unter der Einwir kung der Druckänderung und der gleich zeitigen Kondensation des Dampfes um die elektrischen Ladungsträger im Lichtbogen raum beim Stromnulldurchgang.
Bei dieser Dampfkammer bildet also die nach oben gerichtete Austrittsöffnung 15 für den nach oben bewegten Schaltstift 16 zu sammen mit dem Ende des beweglichen Schaltstiftes das die Dampfausströmung steuernde Organ. Die Teile sind so ausgebil det, dass eine plötzliche Entspannung des Dampfes entsteht.
Die Durchtrittsöffnung 15 in der Dampf kammer 11 für den beweglichen Schaltstift ist eng und lang ausgebildet, um eine mög lichst gute Dichtung, also eine kleine Vor ausströmung von Dampf zu bewirken. Die be wegten Schalterteile, von denen hier nur der hohle Schaltstift 16 dargestellt ist, sind mit kleiner Masse ausgeführt, so dass sie durch den Dampfdruck stark beschleunigt werden. Vorteilhafterweise liegen die Kontakte in der Dampfkammer unter einer halbleitenden (elektrolytischen) Schaltflüssigkeit, wodurch kleine Ströme, bei denen die Stromdichte in dem Elektrolyten nach der Trennung der Kontakte gering ist, lichtbogenfrei unter brochen werden können.
Die sich bei der Abschaltung bildenden Dämpfe werden in eine Kondensations- kammer geleitet. Bei kleinen Schaltleistun gen wird man die Kondensationskammer zweckmässig aus Isoliermaterial, zum Beispiel Porzellan, herstellen. Für grosse Schalt leistungen empfiehlt es sich, eine gegen Erde isolierte Kondensationskammer aus Metall zu verwenden. Die Kondensationskammer kann als konzentrischer Mantel zur Dampf kammer angeordnet werden. Vielfach emp fiehlt es sich jedoch, die Kondensations kammer von der Dampfkammer vollkommen zu trennen und mittelst Rohrleitungen damit zu verbinden.
Zweckmässig ordnet man die Kondensationskammer so an, dass das Kon- densat durch die Dampfkammeröffnung wie der zurückfliessen kann. Ist dies nicht mög lich, erhält die Rückleitung ein Rückschlag ventil, damit die Löschflüssigkeit bei der Abschaltung nicht in die Kondensations kammer gepresst wird.
Eine Ausführungsform einer mit Dampf- r und Kondensationskammer in konzentrischer Anordnung ausgerüsteten Unterbrechungs stelle ist in der Fig.2 schematisch dar gestellt. Die Dampfkammer 20, deren oberer Teil aus Isoliermaterial und deren unterer Teil 21 bis über den Flüssigkeitsspiegel aus Metall besteht, ist hierbei in eine metallene Kondensationskammer 23 eingebaut. Diese ist gegen Erde 24 durch einen kondensator- ähnlichen Durchführungsisolator 25 isoliert. da die Kondensationskammer 23 durch den Dampfkammerboden 26 in leitender Verbin dung mit dem festen Schaltstück 27 steht.
Der andere Schalterpol ist mit Hilfe des Durchführungsisolators 28 in das Innere der Kondensationskammer 23 eingeführt. Durch diese Durchführung tritt der bewegliche Schaltstift 29 hindurch, der bei seinem Ab wärtsgang aus der gezeichneten Stellung durch die Öffnung 30 der Dampfkammer hindurchtritt. Dampf- und Kondensations kammer, die einen gemeinsamen Metallboden haben, sind teilweise mit der Unterbrechungs flüssigkeit 31 gefüllt. Die Flüssigkeitsspiegel stehen innerhalb und ausserhalb der Dampf kammer auf gleicher Höhe, da sie durch die Öffnung 32 in der Dampfkammer mitein ander in Verbindung stehen.
Vor dieser Öffnung ist das Rückschlagventil 33 ein gebaut, welches verhindert, dass die Flüssig keit aus der Dampfkammer unter der Wir kung des Überdruckes in die Kondensations kammer hineingedrückt wird. 34 ist die Klemme für die Stromzuführung zum festen Kontakt.
In dem Augenblick, in dem beim Aus schaltvorgang der Schaltstift 29 die Öffnung 30 der Dampfkammer verlässt, expandieren die Dämpfe in die Kondensationskammer. Die kondensierte Flüssigkeit sammelt sich an ihrem Boden. Die Kondensationskammer 23 kann auch aus Isoliermaterial hergestellt werden. In diesem Falle erübrigt sich eine besondere Isolierung gegen. Erde und ein besonderer Durchführungsisolator für den andern Schal terpol.
Bei der in der Fig. 2 dargestellten. Aus- führungsform des Schalters mit Einfach unterbrechung ist über der das feste Schalt stück enthaltenden Dampfkammer 20 eine Führungseinrichtung 28 für den beweglichen Schaltstift 29 aufgebaut, und der Strom wird dem Schaltstift 29 über die Klemme 35 zu geführt und von der Dampfkammer mit Hilfe der Klemme 34 abgenommen. Durch diese Bauart ist eine einfache geradlinige Strom führung erzielt.
Eine zweckmässige Ausführungsform des Schalters ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei unterbricht der Hauptkontakt in Luft, wäh rend 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 Schalt stifte, die an der Schaltertraverse 47 befestigt sind. Die Schaltstange 48 trägt an ihrem un tern Ende den Kolben 49, der durch Druck luft in die Ausschaltstellung bewegt wird.
50 ist der Druckluftzylinder. Die Druckluft tritt durch den Stutzen 51 ein. An der Schaltstange 48 ist die Schaltbrücke 52 in Form einer Bürste befestigt, die zusammen mit den festen Schaltstücken 53, 54 des Kammerbodens den Hauptkontakt bildet. Die Stromzuführung erfolgt durch die Zufüh rungsklemme 55 und die Stromableitung durch die Klemme 56.
In Fig. 4 ist -eine weitere Ausführungs form dargestellt, bei der Dampf- und Kon densationskammer voneinander getrennt an geordnet sind. Die Dampfkammer besteht aus einem Metallrohr 60, gegen das am un tern Ende ein Deckel 61 geschraubt ist, wel cher den feststehenden Kontakt 62 trägt. Das becherartige Gebilde 60 und 61 . ist .durch einen Dichtungsring 63 gedichtet. 64 stellt den Becher aus Isolationsmaterial dar, wel cher durch eine Kittung 65 in dem Metall becher 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 be weglichen Schaltstiftes 68 nach der Schalt kammer zunächst eintritt. Dieser Raum hat seitliche Öffnungen 69, 70, an die die Lei tungen 71, 72 angeschlossen sind, welche nach der Kondensationskammer 73 führen, die als Flüssigkeitsbehälter ausgebildet ist. In dem Raum 67 ist am obern Ende ein hitzebestän diges Isolierstück 74 befestigt.
Die Wirkungsweise der geschilderten An ordnung 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 dem Boden 66 strömt der Dampf durch die Rohre 69, 71 und 70, 72 nach der Konden sationskammer 73.
Die Öffnung 76 ist jedoch durch den Schaltstift 68 zunächst noch ver schlossen. Erst'nachdem sich der Schalt- und Kondensationsprozess vollzogen hat, tritt der Schaltstift 68 auch aus der Öffnung 76 her aus, so dass eine isolierende Luftstrecke ohne Kriechpfad zwischen Schaltkammer und Schaltstift 68 entsteht.
Procedure and switch for switching off alternating current. So far, oil switches have been used almost exclusively to interrupt high power. It is known that the previous constructions for high switching powers did not allow safe control of the switch-off process and because of the flammability of the oil meant a constant danger for the entire system.
Efforts are therefore made to create switches for switching off large powers which do not have the great fire risk of the oil switch.
The invention relates to a method for deleting electrical alternating current lied arcs, with the help of which it is possible to build power switches for reliable and scheduled interruption of high performance ziz;
wherein a switching fluid can be used which has the property of developing vapor. With this method, the choice of switching fluid is not tied to <B> 01 </B> as was previously the case, but in particular switching fluids that do not develop flammable gases, such as water, can also be used. Furthermore, it is possible to limit the amount of switching fluid speed as well as the vapor developed to a very low level compared to today's oil switches.
When using <B> 01 </B> as the switching fluid, the risk of an extensive switch fire is eliminated.
In the known circuit breakers, the arc extinguishing is caused by the generation of a high pressure in the area around the arc or by glass effect or by cooling the arc. For example, the oil switch extinguishing chamber was built partly with the aim of developing as high a pressure as possible, partly so that an oil jet was directed into the arc. was generated.
In the first case, the aim was to extinguish the arc with the chamber closed, the dielectric strength of the oil being increased through the use of high pressures, i.e. the extinguishing effect in the intimate context; with the insulating properties of the switching fluid. In the second case, on the other hand, a violent current was generated near the contact piece or through the arc. In contrast to this, the method according to the invention does not depend on the generation of a flow of liquid or gas in the arc path.
The well-known circuit breakers have also been built in such a way that the arc quenching was brought about in a short time by switching on the largest possible interruption path. In contrast to this, according to the inventive method, the arc can be extinguished over a short disconnection path.
The method according to the invention for extinguishing alternating current interruption arcs in electrical switches, with the interruption points surrounding chambers, which are filled with switching fluid from which the arc generates steam, be that this steam chamber is initially during the steam formation process room content kept almost constant is kept closed until part of the switching fluid has turned into steam of high pressure, and then suddenly against a room in which the pressure is lower than in the steam room,
ge is opened, so that a sudden onset of strong steam outflow and thus a strong expansion of the steam in the area around the arc occurs, during which and through which the arc is extinguished.
It is advisable to use non-flammable switching fluids.
The quenching effect is based on the fact that vapor, which expands at a certain speed in the arc space, condenses around the electrical charge carriers in the arc path at the moment the current passes through zero, so that the arc path is deionized very quickly when the current passes through zero. The phenomenon of the formation of steam around the electrical charge carriers at a sufficiently high degree of expansion can easily be checked experimentally.
The degree of expansion that is present during the current zero crossing is therefore essential for the deletion. The steam must first be able to take on a high voltage (for example of 50 atm.) So that it can take on a high flow speed as soon as the outlet opening is released.
The method according to the invention can advantageously be exercised with an electrical power switch, whose Dampfkam mer, which is the interruption point, has an upward outlet opening for the upwardly movable switch pin, and its Dampfkam- outlet opening together with the end of the movable Switching pin is designed as the steam outflow controlling organ.
Based on the drawing, which shows the execution examples of the switch, the method is explained in the following, for example.
In Fig.l an interruption point - a switch according to the invention is shown.
On the post insulator 10, the steam chamber 11 is attached. The fixed contact 1? the steam chamber is connected to the power supply terminal 14 through the conductive base 13. Through this bottom 13, the vapor chamber is closed liquid-tight downwards. The hollow switching pin 16 passes through the upper opening 15 of the steam chamber. 17 is the interruption liquid that is heated and vaporized by the arc 18. The upper part of the steam chamber space 19 is filled with the liquid vapor in the switching position shown. When the switch pin reaches the mouth of the steam chamber on its upward movement, even more of the liquid has turned into steam.
The sudden relaxation of this vapor when the switch pin emerges from the opening causes the arc to be extinguished under the influence of the pressure change and the simultaneous condensation of the vapor around the electrical charge carriers in the arc chamber when the current passes through zero.
In this steam chamber, the upwardly directed outlet opening 15 for the upwardly moved switching pin 16 forms together with the end of the movable switching pin that controls the steam outflow. The parts are designed in such a way that the steam suddenly relaxes.
The passage opening 15 in the steam chamber 11 for the movable switching pin is narrow and long in order to achieve the best possible seal, so a small before outflow of steam. The moving switch parts, of which only the hollow switch pin 16 is shown here, are designed with a small mass, so that they are greatly accelerated by the vapor pressure. The contacts in the vapor chamber are advantageously under a semiconducting (electrolytic) switching fluid, whereby small currents, in which the current density in the electrolyte is low after the contacts have been separated, can be interrupted without arcing.
The vapors that form when the system is switched off are fed into a condensation chamber. In the case of small switching power conditions, the condensation chamber is expediently made of insulating material, for example porcelain. For large switching capacities, it is advisable to use a metal condensation chamber isolated from earth. The condensation chamber can be arranged as a concentric jacket to the steam chamber. In many cases, however, it is advisable to completely separate the condensation chamber from the steam chamber and connect it to it by means of pipes.
The condensation chamber is expediently arranged in such a way that the condensate can flow back through the steam chamber opening. If this is not possible, the return line is fitted with a non-return valve so that the extinguishing liquid is not pressed into the condensation chamber when it is switched off.
An embodiment of an interruption point equipped with steam r and condensation chamber in a concentric arrangement is shown schematically in FIG. The vapor chamber 20, the upper part of which is made of insulating material and the lower part 21 of which is made of metal up to above the liquid level, is built into a metal condensation chamber 23. This is isolated from ground 24 by a capacitor-like bushing insulator 25. since the condensation chamber 23 is in conductive connec tion with the fixed contact 27 through the steam chamber bottom 26.
The other switch pole is inserted into the interior of the condensation chamber 23 with the aid of the bushing insulator 28. Through this implementation, the movable switch pin 29 passes, which passes through the opening 30 of the steam chamber in its downward gear from the position shown. Steam and condensation chamber, which have a common metal base, are partially filled with the liquid 31 interruption. The liquid levels are inside and outside of the steam chamber at the same level, since they are in communication with each other through the opening 32 in the steam chamber.
In front of this opening, the check valve 33 is built in, which prevents the liquid speed from the steam chamber from being pressed into the condensation chamber under the effect of the overpressure. 34 is the terminal for the power supply to the fixed contact.
At the moment when the switching pin 29 leaves the opening 30 of the steam chamber when switching off, the vapors expand into the condensation chamber. The condensed liquid collects at its bottom. The condensation chamber 23 can also be made of insulating material. In this case, there is no need for a special insulation against. Earth and a special bushing insulator for the other switch pole.
In the case of the one shown in FIG. Embodiment of the switch with single break, a guide device 28 for the movable switch pin 29 is built up above the steam chamber 20 containing the fixed contact piece, and the current is fed to the switch pin 29 via the terminal 35 and from the steam chamber with the aid of the terminal 34 removed. With this design, a simple straight line current management is achieved.
An expedient embodiment of the switch is shown in FIG. Here, the main contact breaks in air, while the break contacts are surrounded by the steam 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 switching pins that are attached to the switch traverse 47. The switching rod 48 carries at its un tern end the piston 49, which is moved into the off position by compressed air.
50 is the air cylinder. The compressed air enters through the nozzle 51. The switching bridge 52 in the form of a brush is attached to the switching rod 48 and forms the main contact together with the fixed switching pieces 53, 54 of the chamber floor. The power is supplied through the supply terminal 55 and the current is discharged through the terminal 56.
In Fig. 4, a further embodiment is shown in which the steam and condensation chambers are separated from each other. The steam chamber consists of a metal tube 60 against which a cover 61 is screwed at the un tern end, wel cher the fixed contact 62 carries. The cup-like structure 60 and 61. Is sealed by a sealing ring 63. 64 represents the cup made of insulation material, which is secured by cement 65 in the metal cup.
The bottom 66 of the steam chamber is expediently made of a material similar to hard paper. There is a above the steam chamber. Space 67, into which the steam initially enters after the exit of the movable switching pin 68 after the switching chamber. This space has lateral openings 69, 70 to which the lines 71, 72 are connected, which lead to the condensation chamber 73, which is designed as a liquid container. 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 moves with the movable switching pin 68 upwards and generates an arc in the liquid, which results in the development of vapor. After the pin 68 emerges from the bottom 66, the steam flows through the tubes 69, 71 and 70, 72 to the condensation chamber 73.
However, the opening 76 is initially still closed ver by the switching pin 68. Only after the switching and condensation process has taken place does the switching pin 68 also emerge from the opening 76, so that an insulating air gap without a creepage path is created between the switching chamber and the switching pin 68.