DE639300C - Schalter mit Lichtbogenloeschung durch Druckgas - Google Patents

Description

Bei Druckgasschaltern, bei denen das Druckgas aus einem Druckraum ausströmt, durch dessen Austrittsöffnung der bewegliche Kontakt bewegt wird, besteht einerseits die Notwendigkeit, die Kontaktfläche zwischen dem festen Kontakt und dem beweglichen Kontakt ausreichend groß zu bemessen. Diese Fläche ist bei Düsenschaltern normalerweise etwa ein Zylindermantel, dessen Höhe der Kontaktüberschleifung und dessen Durchmesser dem Düsenmunddurchmesser entspricht. Diese Notwendigkeit führt zu relativ großen Düsenmunddurchmessern. Für große Durchmesser spricht ferner die größere Rückzündungssicherheit, die in größeren radialen Abständen liegt, die kurz nach der Trennung der Kontakte wesentlich sind.

Andererseits soll zwecks optimaler Ausnutzung der für die Löschung zur Verfügung stehenden Druckgasmenge die Öffnung des Düsenmundes nicht zu groß sein, um bei hohen Gasgeschwindigkeiten möglichst hohen Gasdruck beizubehalten. Auch ergibt sich mit Rücksicht auf die anzustrebende Verringerung der Anlage- und Betriebskosten für die Druckgaserzeugung die Aufgabe, den Druckgasverbrauch bei Druckgasschaltern so weit zu beschränken, wie es die Lichtbogenlöschung zuläßt. Dieser Forderung steht die Tatsache entgegen, daß die Austrittsöffnung des Druckgases aus dem Schaltraum nicht unter -den Querschnitt des durch sie hindurchbewegten Kontaktes verkleinert werden kann. Würde man vor oder hinter der Kontaktstelle Verengungen des Strömungsquerschnittes vorsehen, so würde dies die Blaswirkung des Druckgases an der Kontaktstelle beeinträchtigen.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile durch die Verwendung von bewegten Isolierteilen, die während des Löschvorganges in den Raum zwischen die sich trennenden Kontakte bewegt werden und die für die Beschränkung 'des Druckgasverbrauches erforderliche Querschnittsverengung des Druckgasaustrittsquerschnitts aus dem Schaltraum herbeiführen.

Durch die Verengung des Gasweges nach der Trennung der Kontakte läßt sich bei entsprechender Anordnung der Isolierteile auch erreichen, daß mit Sicherheit bei dem ersten Gasstoß der Lichtbogen in den erweiterten Teil des Schaltraumes (z. B. Hülle) wandern muß und damit der verlängerte Bogen in Gebiete hoher Geschwindigkeit gelangt, während die Fußpunkte in Gebieten hohen Druckes liegen. Hierdurch werden weitere' Vorteile erzielt, denn die in den Räum zwischen die sich trennenden Kontakte bewegten Isolierkörper bewirken eine Steuerung des Gasstromes an der Zuführungsstelle, so daß die

Löschwii kung auf besonders vorteilhaften Stellen konzentriert werden kann.

Es kann-von ausschlaggebender Bedeutung werden, wenn die Lichtbogenfußpunkte einem intensiven Gasstrom ausgesetzt werden. Infolge der außerordentlich hohen Widerstandsfähigkeit dieser emittierenden Stellen ist es jedoch vorteilhaft, nicht nur die Fußpunkte selbst, sondern den sich daran anschließenden ίο Lichtbogenteil nahe der Fußpunkte zu beblasen. Gerade diese letzte Art der Lichtbogenbeblasung, die besonders wirksam ist, ist nur mittels⁰ geeigneter Gasleitung durchführbar. Weiterhin wird durch diese Isolierkörper die Rückzündung durch die Wegverlängerung des Bogens erschwert. Durch diese besondere Führung des Gases wird auch erreicht, daß das Gas in günstigsterWeise an den Kontakten geleitet wird und nicht in geschlosao senem Strahl, sondern über die beanspruchten Kontaktflächen verteilt strömt. Diese Verteilung erfolgt so, daß bei kleinster Gasmenge die günstigste Kühlung und Durchdringung des Lichtbogens stattfinden. Dies wird z. B. bei der Düsenform durch ringförmige Gasstrahlen erreicht.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Schalter mit konzentrischen Kontakten, sondern läßt sich auch auf alle anderen Anordnungen der Kontakte bei Düsenanordnungen sinngemäß anwenden.

Die an die Lichtbogenbahn herangeführten Isolierteile können unmittelbar oder mittelbar durch den oder mit dem; Schaltstift bewegt werden. Ihre Bewegung kann auch durch den Schaltstift ausgelöst werden. Sie müssen aus hitzebeständigen Isolierstoffen bestehen, evtl. in Verbindung mit Metallteilen, beispielsweise aus Asbest, Quarz, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd usw., oder aus organischen Stoffen, die sich unter dem Einfluß der Wärme mit einer Schutzschicht überziehen.

Durch geeignete Ausbildung und Bewegung der Isolierteile während des Abschaltvorganges lassen sich die die einzelnen Teile des Lichtbogens beblasenden GasstrÖme in gewünschter Weise beeinflussen. Da man, wie weiter unten erläutert, in der Lage ist, durch Ausbildung des Isolierkörpers als Zylinder, der die Spitze des beweglichen Kontaktes umgibt, die Längung des Bogens und seine Abschaltung durch getrennte Gasströme zu bewirken, so ist es möglich, zunächst den Lichtbogen' in die Länge zu ziehen, wodurch der abzuschaltende Strom allmählich durch Widerstandserhöhung der Lichtbogenbahn herabgesetzt wird. Man kann dadurch den eigentlichen Abschaltvorgang so beeinflussen, daß er allmählich erfolgt.. Dadurch werden die Überspannungen beim Abschalten vermieden. Da die Überspannungen im allgemeinen bei kleinen Strömen aufzutreten pflegen, da diese sich in unerwünscht kurzer Zeit abschalten lassen, so kann die Bewegung der Isolierstücke in Abhängigkeit vom Strom erfolgenj z. B. indem bei kleinem Strom der Gasstrom über die Verhältnisse der intensivsten Löschung hinaus gedrosselt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung von Isolierteilen ist auch bei Schaltern günstig, bei denen das Gas durch getrennte Düsen ins Freie gelangt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Die Abb. 1 bis 3 zeigen die Kontaktanordnung eines Düsenschalters, bei dem der Schaltstift 2 entgegen der Strömungsrichtung des Löschgases bewegt wird. In der Abb. 1 ist der Schalter eingeschaltet. Bei der Kontakttrennung, dem Augenblick, in dem die Kante 10 des Schaltstiftes 2 sich von der Kante 11 des festen Düsenkontaktes 1 trennt, entsteht zwischen 10 und 11 ein Lichtbogen, der durch das Druckgas in Richtung der Gasströmung getrieben wird. Kurz bevor der sich verjungende Teil 6 des Schaltstiftes 2 an der Kante 11 vorbeibewegt hat, so daß die Gasdurchtrittsöffnung, gebildet durch den Düsenmundquerschnitt und vermindert um den kleinen Querschnitt der Schaltstiftspitze 5, unerwünscht groß zu werden droht, wird die Bewegung der Isolierplatten 3 und 4 vom Schaltstift ausgelöst. Die Isolierplatten verengen den Gasdurchtrittsquerschnitt bis auf einen Ringquerschnitt 12. Diesen Augenblickszustand zeigen die Abb. 2 und 3. Der Gasstrom treibt den Lichtbogen nach oben. Der eine Lichtbogenfußpunkt wandert an den Wänden des metallischen Düsentrichters in die Höhe. Der andere Fußpunkt setzt sich an der Schaltstiftspitze fest. Er sowie seine Umgebung werden beim Durchgang durch den verengten Querschnitt 12 mit großer Geschwindigkeit und hohem Druck beblasen. Beim weiteren Zurückgehen des Schaltstiftes muß der Lichtbogen, falls er noch nicht gelöscht ist, im verengten Durchtrittsquerschnitt 12 brennen. Das Gas tritt mit hoher Geschwindigkeit und hohem Druck durch diesen Querschnitt und dringt intensiv in den Lichtbogen ein, wobei der Lichtbogen stark gekühlt und schließlich zerrissen wird. Eine Rückzündung bei wiederkehrender Spannung ist unmöglich gemacht durch die vorgeschobenen Isolierwände und durch die infolge ihres hohen Druckes gut isolierende Gasstrecke vor und in dem Querschnitt 12. Die Abb. 3 zeigt eine Aufsicht auf die Schaltstelle und läßt die Anordnung- der Isolierkörper 3 und 4 erkennen.

Die Abb. 4 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der die Verengung des Gasdurchtrittsquer-

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schnittes durch vier Isolierplatten erfolgt, die mittels der angedeuteten Schwenkbewegung den Querschnitt verengen und mit der Schaltstiftspitze einen ■ viereckigen Durchtrittsquerschnitt 12 bilden.

Die Abb. 5 zeigt eine Kontaktanordnung des Düsenschalters, bei der ein Isolierhohlzylinder 13 mit dem Kontaktstift 2 über Rippen 14 starr verbunden ist. Der Zylinderkörper 13 xo bildet mit dem Düsenkontakt 1 einen ringförmigen Kanal 15 und mit der Schaltstiftspitze S einen Kanal 16. Die Schaltstiftspitze liegt innerhalb des Zylinders 13. Der Ringkanal 16 geht in die verengte Austrittsöffnung 17 über.

Dargestellt ist der Augenblick kurz nach der Kontakttrennung, bei der ein Lichtbogen zwischen den Kanten 10 und 11 gezogen wurde. Jeder Fußpunkt wird von einem gesonderten Gasstrom beblasen und in den Kanälen 15 und 16 in die Höhe getrieben. Hierbei wird der Bogen entweder gelöscht, oder er schließt sich oberhalb des Isolierzylinders 13. Während der eine Fußpunkt an dem Düsenkörper 1 bei maximaler Gasgeschwindigkeit in die Höhe getrieben wird, werden der andere Fußpunkt an der Schaltstiftspitze und der sich daran anschließende Lichtbogenteil in dem verengten Querschnitt 17 durch den Gasstrom, der in den Bogen eindringt und ihn stark kühlt, beblasen, so daß der Bogen reißt.

Die beschriebenen Vorgänge können, insbesondere durch das richtige Verhältnis der " 35 Durchtrittsquerschnitte von 15 und 16, so beherrscht werden, daß das Löschen sich an das In-die-Länge-Ziehen des Bogens ansehließt, so daß der Übergang von einem Zustand in den anderen allmählich erfolgt.

Die Abb. 6 zeigt einen Düsenschalter, bei dem die Bewegung des Schaltstiftes 2 in Richtung der Gasströmung erfolgt. Der Schaltstift erhält eine Isolierspitze 18, die zusammen mit dem festen Düsenkontakt 1 einen Ringquerschnitt 15 frei läßt. Dargestellt ist der Augenblick kurz nach der Trennung der Kontakte. Der Lichtbogen bildet sich an den Kanten 10 und 11 aus. Er wird am Schaltstift durch, den Gasstrom in die Höhe getrieben. Die Löschung erfolgt durch intensive Beblasung des am Kontakt 11 festsitzenden Lichtbogenfußpunktes und seiner Umgebung.

Die Abb. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Abb. 6, bei der jedoch der Lichtbogen auch am anderen Fußpunkte vom Druckgas angegriffen wird. Die Isolierspitze 18 enthält einen Kanal 19. Ferner ist an dem Isolierdüsentrichter 20 ein weiterer Isolierzylinder 21 derartig angebracht, daß zwischen ihm und dem Schaltstift 2 ein Ringkanal 22 entsteht. Das Gas strömt durch den Kanal 19, von wo es in den Kanal 22 gelangt, so daß auch der sich am Schaltstift bildende Lichtbogenfußpunkt und seine Umgebung intensiv beblasen werden.

Die Abb. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform mit der Schaltstiftbewegung in Richtung der Gasströmung. Der Stiftkontakt 2 enthält einen Kanal, in den der feststehende Isolierdorn 23 hineinreicht. Dieser Dorn ragt über den festen Düsenkontakt 1 in den Isoliertrichter 20 hinein. Beim Ausschalten entsteht ein Lichtbogen zwischen den Kanten 10 und 11. Das Gas tritt durch die Ringöffnung zwischen dem Düsenkontakt und dem Isolierdorn hindurch und bebläst intensiv den sich an 11 festsetzenden Lichtbogenfußpunkt und seine Umgebung. Der andere Fußpunkt wird am Schaltstift in die Höhe getrieben.

Die Abb. 9 zeigt eine Anordnung mit dem feststehenden Schaltstift 2, an dem ein Isolierzylinder 13 ähnlich wie in Abb. 5 befestigt ist. Der Düsenkontakt 1 gleitet in dem Isolierrohr 26. Nach der Kontakttrennung entsteht zwischen den Kanten 10 und 11 ein Lichtbogen. Dieser wird durch das Druckgas in die Ringkanäle 15 und 16 hineingetrieben. Ähnlich wie in der Abb. 5 erfolgt entweder die Löschung oder das Umspringen des Bogens, wobei der Lichtbogen im verengten Kanal 17, nachdem er durch den äußeren Gasstrom in die Länge gezogen wurde, von dem inneren Gasstrom gelöscht wird. Auch hier können durch entsprechend bemessene Querschnitte der Kanäle 15 und 16 beide Vorgänge gegeneinander abgeglichen werden.

Die Abb. 10 zeigt einen Schalter mit einem Gegenpol. Das Schaltstück 2 verschließt im eingeschalteten Zustande die Gasaustrittsöffnung. Beim Ausschalten wird ein Lichtbogen zwischen 1 und 2 gezogen, der bei der weiteren Bewegung des Schaltstücks 2 von ihm auf den Gegenpol 27 übergeht, so daß bei dieser Anordnung der Elektrodenabstand von diesem Augenblick an konstant bleibt. Der Isolierkeil 28 teilt den Gasstrom in zwei Kanäle 29 und 30. Durch die Bewegung des Schaltstücks wird eine Bewegung des Isolierkeils ausgelöst, die senkrecht zur Schaltstückbewegung verläuft. Der Isolierkeil schiebt sich zwischen die Elektroden 1 und 27. Der Lichtbogen wird in den sich verengenden Kanälen 29 und 30 durch den Gasstrom in die Höhe getrieben. Beide Fußpunkte werden intensiv bei hoher Geschwindigkeit und hohem Druck angegriffen. Entweder erfolgt bereits jetzt eine Löschung des Bogens, oder der Bogen springt um und brennt oberhalb des Isolierkeils 28 weiter. Durch die entsprechende Beblasung der Fußpunkte des Bogens, die

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sich an den Kontakthörnern 31 und 32 festsetzen, wird der Bogen gelöscht."

Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft bei Konstruktionen, bei denen der Gasdruck -während des Blasens absinkt. Die Abwärtsbewegung des Isolierkeils kann diesem Absinken des Druckes angepaßt werden, so daß sich die Querschnitte der Kanäle 29 und 30 entsprechend dem Druckabfall verengen, wodurch eine ausreichende Gasgeschwindigkeit aufrechterhalten wird.

Die Abb. 11 zeigt eine Schaltanordnung mit zwei Gasausströmstellen. Der feste Kontakt ι ist als Düse ausgebildet, deren Mund der bewegliche Kontakt 2 schließt. Bei der

- Kontakttrennung bildet sich zwischen den Kanten 10 und 11 ein Lichtbogen. Gleichzeitig tritt durch die dabei frei werdende Zy-

- lindermantelöffnung aus dem Vorraum 33 Gas hindurch und treibt den Lichtbogen in die Trichter der Kontakte 1 und 2 hinein, wodurch der Lichtbogen in die Länge gezogen wird. Kurz nach der Kontakttrennung werden die Isolierstücke 3 und 4 ähnlich wie bei Abb. ι bewegt und verengen den oberen Durchtrittsquerschnitt. An der verengten Stelle erfolgt ein so intensives Eindringen des Gases in den Bogen, daß dieser abreißt.

Die Abb. 12 zeigt eine weitere Möglichkeit der doppelten Beblasung. Der Stiftkontakt 2, der in den Düsenkontakt 1 hineinreicht, ist hohl und enthält im Innern einen Isolierdorn 34, der mit dem ihn umgebenden Metallzylinder 3,5 einen zylinderförmigen Kanal 36 frei läßt, der nach unten offen ist. Bei der Kontakttrennung entsteht ein Lichtbogen zwischen 10 und 11, dessen einer Fußpunkt vom Gasstrom in den Trichter des Düsenkontaktes ι getrieben wird, während der andere in den Kanal 36 hineingetrieben wird. Der Lichtbogen erlischt infolge starker Längung und intensiver Beblasung.

Die Abb. 13 zeigt eine Anordnung mit doppelter Unterbrechung des Lichtbogens, bei der +5 feste Kontakte 1 und 1' an die Zuleitungen angeschlossen sind. Sie werden durch ein bewegliches Schaltstück 37 verbunden. Diese Anordnung ist besonders in Reihenschaltung mit Trennschaltern von Vorteil. Das plattenförmige Schaltstück 37 trägt eine Isolierplatte 38, die sich beim Ausschalten zwischen die Kontakte 1 und i' schiebt. In der Mitte der Isolierplatte befindet sich ein Metallstück 39, das an 'das Schaltstück 37 angeschlossen sein kann. Es bilden sich nach der Kontakttrennung zwei Lichtbogen aus, zwischen dem Metallstück 39 und den Kontakten 1 und 1'. Durch das aus dem Ringraum 33 radial ausströmende Gas werden die Lichtbogenfußpunkte in die Trichter der festen Kontakte hineingetrieben. In den Trichtern befinden sich feststehende Isolierteile 40, die mit den Trichtern kegelmantelförmige Kanäle 41 bilden, in denen die Lichtbogen in die Länge gezogen und intensiv beblasen werden.

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   i. Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas, das aus einem Druckraum ausströmt, durch dessen Austrittsöffnung der bewegliche Kontakt bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ausschaltvorganges Isolierteile in oder vor die Gasaustrittsöffnung zwisehen die sich trennenden Kontakte so weit hineinbewegt werden, daß der Strömungsquerschnitt des Druckgases in der Austrittsöffnung aus dem Druckraum wenigstens während des Löschvorganges kleiner bleibt als die Austrittsöffnung des Druckraumes.
2. 2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachten Isolierteile die Gasströmung derart konzentrieren, daß die Lichtbogenfußpunkte, insbesondere die Schaltstiftspitze, möglichst wirksam beblasen werden.
3. 3. Druckgasschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Isolierstücke mit der Bewegung des beweglichen Kontaktes zwangsläufig gekuppelt ist, insbesondere durch ihn selbst bewirkt wird.
4. 4. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt die Bewegungsvorrichtung für die Isolierstücke steuert.
5. 5. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Isolierstücke in einer zur Bewegung des Kontaktes senkrechten Ebene erfolgt.
6. 6. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis S, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr blendenartig ausgebildete Isolierstücke vorgesehen sind.
7. 7. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 6, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsebene der Isolierstücke vor dem Düsenmund liegt.
8. 8. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstift in an sich bekannter Weise eine zylindrische Spitze aufweist, die zusammen mit den bl'endenartig zusammengezogenen Isolierstücken die Ringöffnung gewünschten Querschnitts frei läßt.
9. 9. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Be-

   wegung der Isolierstücke parallel zu der Bewegung des Kontaktes erfolgt.
10. 10. Druckgasschalter nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstücke fest mit dem Kontakt verbunden sind.
11. 11. Druckgasschalter nach Anspruch io, bei welchem der bewegliche Schaltstift mit einer zylindrischen Spitze versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper als ein die Spitze des beweglichen Schaltstiftes umgebender Isolierzylinder ausgebildet und derart angeordnet ist, daß zwischen ihm und dem Düsenkontakt einerseits und der Schaltstiftspitze andererseits Ringöffnungen frei bleiben, durch die das Druckgas hindurchtritt.
12. 12. Druckgasschalter nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt in dem Isolierzylinder derart angeordnet ist, daß seine Spitze innerhalb des Isolierzylinders verbleibt, so daß hinter der Spitze ein düsenartiger Austritt des Druckgases aus dem Isolierzylinder erfolgt.
13. 13. Druckgasschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstiftspitze aus Isolierstoff besteht und so bemessen ist, daß zwischen ihr und dem Düsenkontakt eine Ringöffnüng verkleinerten Querschnitts frei bleibt.
14. 14. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 13, bei denen der Gasdruck während des Blasens absinkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Isolierteile derart erfolgt, daß die Durchtrittsöffnung entsprechend dem Druckabfall verkleinert wird.
15. 15. Anordnung nach Anspruch 1 bis 13, 4« gekennzeichnet durch die Verwendung bei Druckgasschaltern, deren Schaltstift im Blasraum feststeht und deren Düse sich vom Schaltstift fortbewegt.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen

    BERLIN. OEDRUCKl IN I1ER