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Flüssigkeitsarmer Leistungsschalter Flüssigkeitsarme Leistungsschalter
für Wechselstrom mit isolierender Schaltflüssigkeit und mit einer Schaltkammer,
in der der Lichtbogen gezogen wird, sind bekannt. Gegenstand der Erfindung ist eine
Verbesserung derartiger Leistungsschalter. Gemäß der Erfmdung wird während des Schaltvorganges
unter Druck stehendes Fremdgas in das Innere der Kammer geblasen.
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Beispielsweise kann das Gas während des Einschaltvorganges eingeblasen
werden, und zwar vor dem Zeitpunkt, zu dem das bewegliche Schaltstück die Stellung
erreicht, bei der ohne Einblasen des Gases ein überschlag auftreten würde. Wird
auf diese Weise beim Einschaltvorgang Gas in die Kammer gedrückt, so ergeben sich
folgende Vorteile: Ohne Anwendung der Erfindung würde der Querschnitt des Entladungskanals
bei einem überschlag zunächst sehr klein sein. Erst durch die Verdampfung des Löschmittels
entsteht dann eine Erweiterung des Lichtbogenkanals. Dieser enge Kanal ist im allgemeinen
unschädlich. Schaltet man jedoch auf einen Kurzschluß ein und ist der Kurzschlußstrom
sehr groß, so steigt der Strom relativ sehr schnell gegenüber der Vergrößerung des
Lichtbogenkanals an. Die Folge davon, daß ein Lichtbogen großer Stromstärke in einem
engen Kanal brennt, ist das Auftreten eines hohen Druckes, da die isolierende Schaltflüssigkeit,
z. B. das Öl, wenig kompressibel ist. Es entsteht ferner durch den hohen Druck und
infolge der besseren Kühlung im engen Kanal eine außerordentlich hohe Brennspannung
des Lichtbogens, die einen großen Leistungsumsatz zur Folge hat. Der hohe Leistungsumsatz
wiederum erhöht den Druck.
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Durch Anwendung der Erfindung können diese Schwierigkeiten vermieden
werden. Wird in das Innere der Kammer z. B. durch den hohlen Schaltstift, der sich
beim Einschaltvorgang z. B. nach oben bewegt, oder durch das feststehende Schaltstück
Luft von z. B. 1 bis 2 atü eingeblasen, und zwar vor dem Zeitpunkt, zu dem der Schaltstift
die Stellung erreicht, bei der ein überschlag in der isolierenden Schaltflüssigkeit
allein eintreten würde, so wird die Schaltflüssigkeit verdrängt, und der überschlag
vollzieht sich in Luft. Dieser mit Luft gefüllte Raum ist ein Pufferraum, der es
gestattet, daß sich der Lichtbogenkanal in seinem Querschnitt leicht verbreitern
kann, so daß die Brennspannung und damit der Leistungsumsatz und der Druck klein
bleiben.
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Der überschlag in Luft erfolgt bei einer größeren Entfernung der beiden
Schaltstücke, als wenn die Schaltkammer mit der isolierenden Lösahflüssigkeif, z.
B. Öl, vollständig gefüllt ist. Dies ist jedoch kein Nachteil, da der größeren Länge
die geringere Lichtbogenarbeit wegen der geringeren Brennspannung gegenübersteht,
so daß der .Druck kleiner bleibt, als wenn der Überschlag in Öl erfolgte. Man kann
jedoch auch das Gas mit höherem Druck, z. B. von .einigen Atmosphären, in die. Schaltkammer
drücken, wodurch die Durchschlagsfestigkeit des -Gases erhöht wird, Dabei ist aber
der Druck so zu wählen, daß der Überschlag im Gas leichter erfolgt als in der Schaltflüssigkeit.
Bei elastischen Kammern ist zweckmäßig außerdem der Druck kleiner als. der, bei
dem die Kammer öffnet. Der hohe Drück erhöht zwar den Leistungsumsatz, jedoch nicht
in dem gleichen Maß wie bei einem überschlag in C51, da beim Schalten auf einen
Kurzschluß der Lichtbogen im Luftraume seinen Querschnitt wesentlich ..schneller
vergrößern kann als in Öl.
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Man kann, auch beim Ausschalten, und zwar vorn Beginn des Ausschaltvorganges.an,
Gas in das Innere der Kammer bei kleinen Strömen einführen. Man kann diese Maßnahme
allein durchführen oder auch bei einem Schalter beide Maßnahmen,. nämlich das Einströmen
von Druckgas beim Einschalten und beim Ausschalten vorsehen. Auch die Einführung
von Druckgas beim Ausschalten bringt mehrere Vorteile. Wird ein Kurzschlußstrom
abgeschaltet, so steigt der Druck in der Kammer durch das Verdampfen des flüssigen
Isoliermittels, beispielsweise des Öles, durch den hohen Strom so stark an, daß
Druckgas von außen in die Kammer nicht eindringen kann. Es bleibt somit die volle
Löschfähigkeit der Kammer erhalten, und sehr hohe Ströme werden unter Beibehaltung
der guten Löscheigenschaften der Kammer mit Sicherheit gelöscht. Nach Erlöschen
des Lichtbogens, wenn der Druck durch die Bewegung des Schaltstiftes absinkt und
dadurch eine Wiederzündung
begünstigt wird, strömt Druckgas in
das Innere der Kammer ein und verhindert eine Wiederzündung durch Aufrechterhaltung
eines ausreichenden Druckes. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch beim Abschalten
von Strömen bis herab zu der Größenordnung des Nennstromes. Schaltet man jedoch
wesentlich kleinere Ströme, die nur einen Bruchteil des Nennstromes betragen, ab,
so wird durch den Lichtbogen kein so hoher Druck wie beim Abschalten großer Ströme
erzeugt, und das Druckgas strömt sofort beim Abschalten in die Löschkammer ein und
bewirkt, daß das Öl aus dem Lichtbogenpfad verdrängt wird, so daß der Lichtbogen
im Gas brennt. Er wird bei einem Nulldürchgang erlöschen. Erfolgt jedoch, während
der Lichtbogen noch nicht erloschen ist, ein Kurzschluß, so muß der Kurzschlußlichtbogen
unterbrochen werden. Da der Lichtbogen in Gas brennt, kann sich der Querschnitt
des Liehtbogenkanals schnell vergrößern, so daß keine hohe Brennspannung und hohe
Liohtbogenleistung und hoher Druck auftreten. Trotzdem wird in einem der Nulldurchgänge
der Lichtbogen erlöschen, da die in der Kammer noch vor'hand'ene Flüssigkeit bei
einer größeren Lichtbogenlänge als sonst ausreichen wird, in einem Nulldurchgang
den Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen. Hätte man vor einer derartigen »Umsdhlagsstörung«
kein Gas in die Kammer eingeblasen, so würde bei Auftreten des hohen Kurzschlußstromes
nur ein Lichtbogenkanal von kleinem Querschnitt vorhanden sein. Die Folge davon
ist hohe Brennspannung, hoher Leistungsumsatz und hoher Druck.
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Die Einführung des Gases bei kleinen Strömen wirkt sich beim Abschalten
von leer laufenden Leitungen und leer laufenden Transformatoren auch dadurch günstig
aus, daß es die Löschintensität der Flüssigkeit mindert. Dadurch wird eine Instabilität
des Bogens bzw. ein Abreißen -des Bogens vor dem Nulldurchgang des Stromes verhindert.
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Als Gas kann beispielsweise, wie erwähnt, Luft verwendet werden. Man.
kann aber auch beispielsweise Wasserstoff oder Schwefelhexaf(uorid bei geeigneter
Löschflüssigkeit verwenden.
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Bei Flüssigkeitsschaltern mit Differentialkolben ist es zwar bekannt,
Fremdgas unter Druck dem Schalter bei der Kontakttrennung zuzuführen. Das Fremdgas
wird jedoch nicht dem Innern der Schaltkammer zugeführt, sondern einem Pufferraum,
der zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt ist. Der durch die Zuführung des Fremdgases
erhöhte Druck im Pufferraum bewirkt eine Bewegung des Differentialkolbens auch beim
Abschalten kleiner Ströme, so d-aß nicht nur bei .großen, sondern auch bei kleinen
Strömen eine zur Löschung geeignete Flüssigkeitsströmung auftritt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Der flüssigkeitsarme Leistungsschalter für Wechselstrom besitzt eine elastische
Kammer 1, die aus einzelnen Platten 2 besteht, die in an sich bekannter Weise Hohlräume
3 (Taschen) besitzen. Die Platten stützen sich unten auf einem Tragring 4 des Isolierzylinders
5 ab, oben stützen sie sich gegen die Federn 6 ab. Mit 7 ist ein Pufferraum bezeichnet.
Das feststehende Schaltstück trägt das Bezugszeichen 8, der bewegliche Schaltstift
das Bezugszeichen 9. Das Schaltkammergehäuse 5 (Isolierzylinder) ist von einem Porzellanüberwurf
11 umgeben. Mi't 12 ist der Stützei bezeichnet, Die übrigen Teile des Schalters
wie ölabseheidungsgefäß, Zentrifuge usw. sind, da für die Erfindung unwesentlich,
nicht näher bezeichnet. Der Schaltstift ist, wie die Zeichnung zeigt, in seinem
oberen Teil hohl ausgeführt. Er besitzt eine öffnung 13, durch. die das Innere des
Schaltstiftes mit dem Raum 14 verbunden ist, der durch den Schaltstift 13 und den
Mantel 15 gebildet wird. Dieser Raum ist durch ein Ventil 16
mit einem Raum
17 verbunden, dem über eine Leitung 18 durch eine nichtdargestellte Pumpe Druckluft
zugeführt wird. Das Ventil 16 wird in nicht näher dargestellter Weise durch den
Schaltstift gesteuert. Der Raum 17 dient als Vorratsbehälter. Die Schaltkammer,
das Schältkammergehäuse und der Raum zwischen Schaltkammergehäuse und Porzellanüberwurf
sind in an sich bekannter Weise mit Öl gefüllt.
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Wird eingeschaltet, so wird der Schaltstift nach oben bewegt. Bei
einer Entfernung des Schaltstiftes von dem feststehenden Schaltstück 8, die größer,
z. B. 1,5mal so groß ist wie die, bei der im Öl ein Überschlag stattfinden würde,
wird das Ventil- 16
geöffnet. Nun strömt Luft durch den hohlen Schaltstift
in das Innere der Schaltkammer ein, und dabei wird Öl in den Pufferraum oder durch
vorhandene Schlitze in das Schaltgefäß verdrängt. Dabei wird im ersten Augenblick
das Öl im. Schaltstift und im Raum 14 mit herausgeblasen. Die Auswirkung der Einführung
der Druckluft ist bereits früher geschildert worden. Wenn der Schaltstift das Gegensdhaltstück
erreicht, wird das Ventil 16 geschlossen.
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Beim Ausschalten wird durch das Ventil 16 gleich zu Beginn der Schaltstiftbewegung
die Verbindung zwischen den Räumen 14 und 17 hergestellt, so daß bereits, wenn der
Schaltstift das feststehende Schaltstück verläßt, Luft eingeblasen werden kann.
Wie bereits früher erwähnt, tritt jedoch, wenn Ströme in der Größenordnung des Nennstromes
und darüber ausgeschaltet werden, praktisch keine Luft in die Schaftkammer ein,
da ein sehr hoher Druck durch den Lichtbogen. erzeugt wird. Erst nach der Löschung
kann Luft eintreten und ein Wiederzünden verhindern. Bei kleinen Strömen wird jedoch
gleich zu Beginn der Ausschaltbewegung Druckluft einströmen, so daß der Lichtbogen
in einem Luftkanal brennt. Die Vorteile sind bereits früher angegeben worden. Man
kann das Ventil wieder schließen, wenn beispielsweise die Entfernung erreicht ist,
bei der es bei der Einschaltbewegung geöffnet wurde. Das wird im allgemeinen genügen,
da durch die eingeströmte Druckluft ein Pufferraum geschaffen worden ist. Man kann
jedoch auch das Ventil erst später schließen, beispielsweise erst, wenn der Schaltstift
seinen Hub beendet hat. Es kann zweckmäßig sein, in Reihe mit dem Ventil
16 ein Rückschlagventil zu legen, so daß bei sehr hohen Drücken in der Kammer
(Abschalten von Kurzschlußströmen) Lichtbogengasen der Weg in den Vorratsraum 17
gesperrt wird. Das Rückschlagveniil kann auch in der Bohrung des Schaltstiftes angeordnet
sein.