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Elektrischer Apparat, der in einem Gefäß mit Isolierflüssigkeit enthalten
ist. Die Erfindung betrifft elektrische Apparate, deren Teile von einer Isolierflüssigkeit,
wie 01,
umhüllt werden, und besonders elektrische Schalter, deren Kontakte
innerhalb einer Isolierflüssigkeit trennbar sind, und wobei Hilfsmittel vorgesehen
sind, vermöge deren die an den geöffneten Schalterkontakten entwickelten Gase ohne
starke Vergrößerung des Druckes im Behälter sich ausdehnen können.
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Der Zweck der Erfindung liegt darin, einen verbesserten Schalter dieser
Art zu schaffen, bei welchem gefährliche Drucke im Gefäß vollständiger vermieden
werden, die Möglichkeit sekundärer Gasexplosionen verhütet wird und die Gefahr einer
Verschlechterung der Isoliereigenschaften des Öls beseitigt ist. Die Erfindung läuft
allgemein darauf hinaus, die Unterbrechungskapazität von Ölschaltern dieser Art
stark zu steigern.
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Wenn ein Lichtbogen in einer Isolierflüssigkeit, wie Öl, gezogen wird,
wie dies beim Öffnen der Kontakte eines Ölschalters vorkommt, so verdampft etwas
von dem Öl, während ein anderer Teil desselben durch die Hitze des Lichtbogens zersetzt
wird und in gasförmigem Zustande hohe Augenblicksdrucke auf das Ölgefäß ausübt.
Versuche haben gezeigt, daß das Volumen des erzeugten Gases von der Größe der unterbrochenen
Energie, der Art der Belastung und den Besonderheiten des Unterbrechers abhängt.
Diese Gasbildung erzeugt zwei gesonderte Beanspruchungen. In erster Reihe pflanzt
sich ein hammerartiger Stoß rasch durch die Ölmasse fort und übt eine entsprechende
Beanspruchung auf den Behälter aus, in zweiter Linie ergeben sich langsamere Beanspruchungen
durch die Ausdehnung der Gase und durch sekundäre Gasexplosionen, die in der Luftkammer
über dem 01 entstehen. Die zweiterwähnten Beanspruchungen zeigen sich für
gewöhnlich durch Ausblasen von Öl aus dem Behälter und durch Verzerrung des Behälters.
Das Unterbrechungsvermögen eines Ölschalters mit weitem Unterbrechungsabstande hängt
von dem Drucke ab, welchem der Ölbehälter standhält, und dieser Druck ändert sich
bei sonst gleichen Voraussetzungen mit dem im Behälter erzeugten Gasvolumen.
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Man hat bereits vorgeschlagen, zur Dämpfung des Druckes, der durch
die vom Unterbrechungslichtbogen erzeugten Gase hervorgerufen wird, eine mit Gas
gefüllte Ausdehnungskammer im Ölgefäß anzuordnen, in welche das Öl durch den Druck
der Lichtbogengase hineingetrieben wird. Gemäß der Erfindung werden eine oder mehrere
Ausdehnungskammern derart angeordnet, daß sie in die Isolierflüssigkeit untertauchen.
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Das Ölgefäß, in dem die Öffnung der Kontakte stattfindet, ist vollständig
mit Öl gefüllt, so daß die Luftkammer in Fortfall kommt, in der sich Wasser abscheiden
kann, und in der sekundäre Explosionen stattfinden können. . Bei dem neuen Schalter
ist auch eine Kühlung für die Gase bei ihrem Ansteigen zum oberen Ende des Ölgefäßes
vorgesehen, indem die bekannte siebartige Vorrichtung zum Kühlen und Verteilen der
Explosionsgase mit einer Schicht aus porösem Stoff versehen ist. Der neue Schalter
weist auch Mittel auf, um den Hauptölbehälter vollständig mit Öl gefüllt zu halten
und so zu verhindern, daß Gase sich darin ansammeln können. Der normale Druck im
Behälter kann auf beliebiger Höhe konstant gehalten werden. Auf diese Weise vermeidet
der neue Schalter die Nachteile der bisherigen und, indem die Beanspruchungen des
Behälters durch Gasbildung und Olmassenstoß hintangehalten
werden,
wird ein Schalter von erheblich gesteigerter Unterbrechungsleistung geschaffen.
Die Grundgedanken der Erfindung sind auch bei Transformatoren anwendbar, deren Wickelungen
ebenfalls in einem Ölbehälter ruhen, und bei denen sich durch statische Funken Gase
bilden können.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Teilschnitt durch einen der neuen Ölschalter.
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Abb. 2 und 3 sind Schnitte durch Ölschalter mit verschiedenen Anordnungen
der wesentlichen Teile.
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Abb. q. ist ein Einzelschaubild eines Teiles des Schalters nach Abb.
r.
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Abb. $ ist eine Einzelansicht eines Teiles eines nach der Erfindung
eingerichteten Ölschalters.
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Abb. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer anderen Art von
Ölschaltern.
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Der Schalter nach Abb. i weist ein innenisoliertes Gefäß i auf, in
dem sich Öl oder eine sonstige Isolierflüssigkeit befindet. Die festen Kontakte
2 des Schalters werden von geeigneten Durchführungsisolatoren 3 getragen, die im
Gefäßdeckel q. befestigt sind. Mit den festen Kontakten 2 wirken bewegliche Kontakte
5 zusammen, die von einer Brücke 6 getragen werden. Letztere wird von einer Isolierstange
7 getragen, die durch den Deckel .4 des Ölbehälters i hindurchragt und durch einen
beliebigen Antrieb bewegbar ist, um die Kontakte 2 und 5 in und außer Eingriff zu
bringen. Bei der Ausführungsform nach Abb. i werden die festen Kontakte 2 von Löschkammern
8 umgeben, welche isolierte Öffnungen aufweisen, durch welche die Kontakte 5 beweglich
sind. Letztere sind vorzugsweise stangen- öder kolbenförmig. Diese Löschkammern
wirken in bekannter Art so, daß sie während des Anfangsteils der Öffnungsbewegung
Druck aufspeichern, um einen Ölstrahl in den Wegdes Lichtbogens zu schleudern, wenn
der bewegliche Kontakt die Kammer verläßt. Von dem Boden der Löschkammern 8 werden
isolierende Trennglieder g von zylindrischer Form getragen, welche die Kammern umgeben
und die nötige Isolierung liefern.
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In dem Behälter i ist ein Mantel io im wesentlichen konzentrisch angeordnet,
der fast bis zum Boden des Behälters ragt und von den Seiten des Behälters Abstand
besitzt, um einen Ringraum ii zu schaffen. Der Mantel io ist isoliert oder kann
aus Isolierstoff bestehen. Die Kammer ii ist oben durch ein Ringglied 12 luftdicht
verschlossen. Die durch den Mantel io abgeteilte Kammer ii bildet eine Ausdehnungskammer
oder einen Stoßdämpfer für den Schalter, wie noch zu beschreiben, und sie dient
auch als ein Mittel, um den Stand des Öls im Behälter i und den Druck in dem Behälter
zu regeln. Ein Auslaß 13 steht mit dem Oberteil der Kammer ix in Verbindung und
kann geöffnet oder geschlossen werden. Bei Vorhandensein der nötigen Ölmenge im
Behälter i kann durch den Auslaß 13
Druck ausgeübt werden, um das Öl in der
Ringkammer ii beispielsweise auf die Höhe a herunterzudrücken oder so weit, bis
der Ölspiegel im mittleren Hauptteil des Behälters sich auf irgendeiner gewünschten
Höhe befindet. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druck in
der Kammer =i ausreichend, um den Ölspiegel an der Decke des Behälters und gegen
den Deckel q. zu halten, so daß der Behälter i völlig mit 0I gefüllt ist und keine
Luftkammer über dem Ölspiegel vorhanden ist. Infolge des Fortfalls der gewöhnlichen
Luftkammer kann die Isolierfähigkeit des Öls nicht durch kondensiertes ' Wasser
verschlechtert werden, da sich eben im Behälter über dem Ölspiegel keine Luft befindet.
Auch können keine sekundären Explosionen auf Grund einer Zündung von explosiven
Mischungen durch später aufsteigende heiße Gase oder statische Funken erfolgen.
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Durch Ausübung ferneren Druckes durch den Auslaß 13 kann jeder
gewünschte Druck auf das Öl im Behälter i ausgeübt werden. Die Standhöhe des Öls
in der Kammer ii gibt eine Anzeige ' für das Gasvolumen in den Ausdehnungskammern.
Um die Standhöhe des Öls in der Kammer ii und somit das Volumen des Kompressionsraumes
anzuzeigen, ist ein Standrohr i4-vorgesehen, zu welchem ein durchsichtiges senkrechtes
Rohr i5 gehört, das mit dem Oberteil der Kammer ii und dem unteren Ende des Behälters
i in Verbindung steht. Vermöge geeigneter Kalibrierung kann der Stand des Öls im
Rohre 15 und in der Kammer ii so gehalten werden, daß der Behälter i vollständig
mit Öl bei irgendeinem Drucke- gefüllt gehalten wird. Falls gewünscht, kann in der
Kammer li ein inertes wasserfreies Gas benutzt werden. Vermöge Anschlusses einer
geeigneten Druckregelungsvorrichtung an den Auslaß 13 kann der Normaldruck im Behälter
auf einer beliebigen Höhe konstant gehalten werden.
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Zum Dämpfen des Stoßes, der durch die beim Ausschalten entwickelten
Gase erzeugt wird, sind Ausdehnungskammern angeordnet. Abb. i -zeigt an einem Schalter
mehrere Formen von Ausdehnungskammern verkörpert. Die eine dieser Formen besteht
aus Kammern 16, die im wesentlichen konzentrisch mit dem Behälter i angeordnet sind
und von Stützen 17 getragen werden, die an dem Mantel io befestigt sind. Diese Kammern
16 bestehen beim
Ausführungsbeispiel aus umgekehrt U-förmigen Ringen,
die im Abstande übereinander angeordnet sind. Die Ringe werden in ihrer Lage durch
Isolierblöcke 18 gehalten, an welchen die Stützen 17 befestigt sind, wie dies Abb.
q. zeigt. Abb. i zeigt einen Schnitt durch die Traganordnung für die Kammern 16.
Diese erstrecken sich rund um den Behälter i innerhalb des durch den Mantel io abgeteilten
Mittelraumes und sind über die ganze Höhe vom Boden bis zum Deckel längs des Mantels
io gleichmäßig verteilt. Jede Kammer bildet eine Tasche, die im wesentlichen mit
Luft oder einem inerten Gase gefüllt ist. Die Füllung wird durch das den Behälter
erfüllende Öl abgeschlossen gehalten. Die Luft in diesen Kammern kann zwecks Stoßdämpfung
durch das Öl zusammengepreßt werden, so daß das Öl unter dem Druck der entwickelten
Gase in die Dämpfungskammer eindringen kann und die Vorrichtung eine Ausdehnungseinrichtung
bildet, welche die auf das Gefäß z entfallenden Beanspruchungen mildert. Ebenso
wirkt auch die durch den Mantel io abgeteilte Kammer =i in bekannter Weise als eine
Ausdehnungskammer.
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Um ferner Raum für Ausdehnung des Öls zu schaffen, ist eine Ausdehnungskammer
i9 vorgesehen, die glockenförmig gestaltet sowie unten offen ist und an Stiften
2o beweglich gehalten ist. Diese Kammer ist vorzugsweise in der Mitte unweit des
Bodens des Ölgefäßes i nahe dem unteren Ende des Mantels io angeordnet. Die Stifte
20 sind am Boden des Gefäßes befestigt und ragen durch Kanäle 21 in der Kammer ig
aufwärts. Diese ist längs der Stifte 2o frei beweglich, wird aber in ihrer Aufwärtsbewegung
durch einstellbare Anschläge oder Muttern 22 auf den Enden der -Stifte 20 begrenzt.
Für gewöhnlich schwimmt die Kammer i9 dank ihrer Füllung mit Luft oder inertem Gase
in der Lage nach A-bb. i, wobei sie gegen die Anschläge 22 anliegt. Beim Öffnen
des Schalters drückt die sich bewegende Ölmasse die Kammer i9 abwärts, das Öl dringt
in die Kammer ein und preßt die Luft darin zusammen. Die Kammer schafft also einen
Raum, in den das Öl durch das vom Lichtbogen entwickelte Gas verdrängt werden
kann.
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Für den Austritt der beim Öffnen des Schalters sich bildenden Gase
ist oben auf dem Deckel. q. in bekannter Weise ein Ventil 23 angeordnet, zu welchem
ein Schwimmer 24 gehört, der von dem Öl im Behälter i getragen oder hochgehalten
wird und für gewöhnlich die Auslaßöffnung des Behälters verschlossen hält. Wenn
die Gase zum oberen Ende des Behälters i steigen, so wird der Ölspiegel herabgedrückt,
und dementsprechend fällt der Schwimmer 24 und öffnet den Auslaß, indem er ein entsprechendes
Sinken des Ventils 23 herbeiführt. Wenn alle Gase entwichen sind und der Ölspiegel
wieder in seine frühere Stellung zurückkehrt, so schließt der Schwimmer 24 wieder
selbsttätig den Auslas ab und verhindert das Herausblasen von Öl aus dem Behälter.
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Nahe dem oberen Ende des Behälters i oberhalb der Ringkammern 16 ist
auch eine Kühlvorrichtung für die Gase vorgesehen. Diese besteht aus Sieben oder
gelochten Teilen 25, zwischen denen sich eine Schicht aus porösem Stoff 26, wie
Kies o. dgl., befindet. Dieser Siebkörper dient dazu, die Gasmasse fein zu unterteilen
und zu kühlen, bevor sie entweichen kann. Gleichzeitig wird dadurch auch die sogenannte
Schornsteinwirkung beseitigt, zufolge deren das Gas in geschlossener hocherhitzter
Masse ansteigt. Zwecks Ablassens des Öls ist unten am Behälter x ein Auslas 27 vorgesehen.
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Statt alle die verschiedenen Formen von Ausdehnungskammern nach Abb.
x zu benutzen, kann man je nach der zu unterbrechenden Energie jede beliebige Zahl
solcher Formen anwenden. Gemäß Abb. 2 ist dieselbe Schalterart verwendet, wobei
nur die Ausdehnungskammer i9 vorhanden ist. Abb. 3 zeigt einen Schalter mit Löschkammer,
Ausdehnungskammer ii und Ringkammern i6.
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Die Grundgedanken der Erfindung sind in gleicher Weise für Lösch-
oder Druckhaltungskammern verwendbar, die als ein Teil von Hochspannungsschaltern
eingebaut sind, als auch für die Ölgefäße selbst, insofern die Löschkammer als ein
kleiner Hochdruckschalter innerhalb des Hauptschalters angesehen werden kann. Bei
den Schaltern mit Löschkammer wird der Lichtbogen zwischen den von der Löschkammer
umhüllten festen und beweglichen Kontakten gezogen. Ein hoher Druck wird in der
Kammer entwickelt, bis der bewegliche Kontakt aus der Kammer heraustritt, worauf
der Druck einen Ölstrahl aus der Öffnung herausbläst, um den Strom zu unterbrechen.
In diesen Löschkammern wird die Wirksamkeit der Unterbrechung in Frage gestellt,
wenn der Ölstrahl nicht auf Grund starken Druckes mit großer Geschwindigkeit herausgespritzt
wird. Daher können nach den Grundsätzen der Erfindung innerhalb der Löschkammer
Ausdehnungskammern vorgesehen werden, in welche das Öl in der Löschkammer auf Grund
des entwickelten überstarken Druckes eintreten kann. Diese Ausdehnungskammern gestatten
eine stärkere Gasentwicklung in der Druckhaltekammer ohne Gefährdung der letzteren,
und hierdurch wird der wirksame Unterbrechungsbereich des Schalter., wesentlich
gesteigert. Abb. 5 zeigt eine Druckhaltekammer 28, welche die festen Kontakte des
Schalters umgibt. Eine solche
Kammer könnte auch an die Stelle der
Löschkammer 8 bei dem Schalter nach Abb. i oder 3 treten. Diese Kammer besteht,
wie üblich, aus Stahl, ist gehörig isoliert und besitzt in der Unterwand eine mit
einer Isolierbüchse 29 versehene Öffnung, durch die der bewegliche Kontakt tritt.
Im wesentlichen konzentrisch zur Kammer 28 ist in ihr ein Ringkörper 30 angeordnet,
der einen Abstand von den Wänden der Kammer 28 hat und dadurch eine Ausdehnungskammer
31 für das Öl in der Kammer 28 abteilt. Dieses Glied 30 kann aus Isolierstoff
oder isoliertem Metall bestehen. Die Ausdehnungskammer 31 enthält in der vorher
beschriebenen Art Luft oder ein inertes Gas, die zusammengepreßt werden können,
um eine Ausdehnung des Öls zu ermöglichen. Die Ausdehnungskammer 31 kann die gezeichnete
Form haben oder aus einem oder mehreren Ringen vcn der Art der Kammern 16 nach Abb.
i und 2 bestehen. Um allen entwickelten Gasen das Entweichen aus der Löschkammer
28 zu gestatten, ist eine kleine Öffnung 32 am oberen Ende der Kammer vorgesehen,
so daß das Öl die Kammer 28 gut ausfüllen und irgendwelche Gase vertreiben kann.
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Bei den bisher beschriebenen Schaltern geschieht die Trennung der
Kontakte durch Abwärtsbewegung. Die Erfindung ist aber auch in gleicher Weise für
Schalter mit Aufwärtsbewegung brauchbar, wie dies Abb. 6 zeigt, wo der Ölbehälter
i die festen Kontakte 2 an seinem Boden trägt, während die bewegliche Kontaktstange
5 sich durch Öffnungen in einem Gliede 33 aufwärts bewegt, das in seiner Lage gesichert
und isoliert ist. Dieses Glied teilt unten eine Druckhaltekammer ab, in welcher
zunächst beim Trennen der Kontakte der Lichtbogen gezogen wird. In dieser geschlossenen
Kammer ist im wesentlichen konzentrisch eine Ausdehnungskammer 34 von Ringform angeordnet.
Diese besitzt umgekehrte Form ähnlich den Kammern 16 der Abb. z und ist isoliert
oder aus Isolierstoff gefertigt. Sie enthält wieder ein inertes Gas oder Luft und
wirkt in der beschriebenen Art. Der in dieser Kompressionskammer entwickelte Druck
wird dazu benutzt, das Gas in der Ausdehnungskammer 34 zusammenzudrücken, so daß
beim Austreten der Kontaktstange 6 aus der Öffnung in der Wand 33 ein wuchtiger
Ölstrahl in den Weg des Lichtbogens gespritzt wird und den Stromkreis des Lichtbogens
unterbricht. Bei dieser Ausführung ist der Ölbehälter vor Überbeanspruchungen geschützt,
und der Ölstrahl wird in den Lichtbogenweg während des Nullteils der Stromwelle
geschleudert, wenn seine Wirkung am stärksten ist. Ein Ölstand 1q., Sieb 25 und
- Auslaß 13 können entsprechend Abb. = auch hier vorgesehen werden, und statt
der gezeichneten Form der Ausdehnungskammer können auch andere Formen benutzt werden.
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Die Ausdehnungskammern nach der Erfindung, welche die Drucke im Ölgefäß
stark verringern, sind nicht auf die Verwendung bei Schaltern mit vollständig mit
Öl gefüllten Gefäßen beschränkt, sondern sie sind auch bei Schaltern mit Luftkammern
über dem Ölspiegel zweckmäßig.