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Einrichtung zum Löschen von Wechselstromunterbreehungslichtbögen,
insbesondere in Schaltern und Sicherungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Löschen von Wechselstromunterbrechungslichtbögen in Schaltern, Sicherungen o.
dgl. mit Hilfe eines strömenden gasförmigen Löschmittels, welches während des Unterbrechungsvorganges
von außen zugeführt wird.
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Es ist bekannt, Lichtbogen und Löschmittel in einer sie gemeinsam
umschließenden engen Hülle zu führen, welcher das Löschmittel durch eine Zuleitung
zuströmt, um den Lichtbogen zu hindern, dem Löschmittel auszuweichen und ihn auf
einer bestimmten Länge einer starken Wirkung des Löschmittels auszusetzen. Die Hülle
ist zweckmäßig aus Isolierstoff.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Wechselstromhochleistungslichtbogen
lediglich in der stromschwachen Pause der Einwirkung des Löschmittels wirksam unterworfen
werden kann und eine Zuführung von Löschmittel in der Nähe des Stromhöchstwertes
des Wechselstromes nicht nur überflüssig, sondern sogar schädlich ist, da in einer
engen Hülle durch Erzwingung einer Löschmittelströmung im Strommaximum durch Anwendung
hohen Löschmitteldruckes der Gegendruck des Lichtbogens in unerwünschter Weise gesteigert
würde.
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Ausgehend von dieser Erkenntnis besteht die Erfindung darin, daß man
die Hülle in bezug auf den Lichtbogenquerschnitt so eng macht, daß unter dem für
das Löschmittel angewendeten Zuführungsdruck mindestens im Strommaximum kein Löschmittel
ausfließen kann. Bei dieser Bemessung kann man mit kleinstem Löschmittelverbrauch
die größte Löschwirkung erzielen, und der Löschmitteldruck kann verhältnismäßig
klein sein. Der Lichtbogenquerschnitt richtet sich nach der Stromstärke, für welchen
die Unterbrechungsvorrichtung bestimmt ist.
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Eine solche Hülle ist während des Stromhöchstwertes des Wechselstromes
durch den Lichtbogen verschlossen und nur eine gewisse Zeitspanne ?-,c, welche den
Stromnulldurchgang einschließt, offen. Während dieser Zeitspanne expandiert das
hinter der Hülle angesammelte Volumen des Löschmittels, weshalb die Zeit als. Expansionszeit
der Hülle bezeichnet werden soll. Wegen dieser periodisch mit der Wechselstromfrequenz
schwankenden Expansion der Hülle ist eine starke Löschmittelströmung in der Zeitspanne
z zu erzielen, da die Hülle während, der Verschlußzeiten eine druckspeichernde Wirkung
ermöglicht. Andererseits hat man die Gewähr dafür, daß die Hülle den Lichtbogen
und den Löschmittelstrom während der Zeit x so eng als überhaupt möglich umfaßt.
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Der Löschkanal soll andererseits mindestens so weit gewählt sein,
daß schon eine Zeit ro vor dein Stromnulldurchgang, die größenordnungsmäßig gleich
der Lichtbogenlänge geteilt durch-die Schallgeschwindigkeit des Löschmittels ist,
die Löschmittelströmung
durch die Hülle voll in Gang kommt. Das
setzt nämlich voraus, daß -ro Mikrosekunden vor dem Stromnulldurchgang schon ein
gewisser, vom Lichtbogen nicht ausgefüllter Querschnitt der Hülle für die Ausbildung.
der Strömung frei ist. Das Löschmittel strömt im allgemeinen mit Schallgeschwindigkeit:
Die Zeit -r liegt in der Größenordnung von iooo Mikrosekunden = 1/i000 Sekunde (bei
5operiodigem Wechselstrom). Bei einer engeren Hülle verschlechtert sich die Löschwirkung
wieder, weil im Stromnulldurchgang nicht die volle Wirkung des mit voller Geschwindigkeit
strömenden Löschmittels eintreten kann.
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Die Weite des Löschkanals soll daher um so größer bemessen sein, je
größer der maximale Strom ist, für welchen die Unterbrechungsvorrichtung bestimmt
ist. Bei Schaltern richtet sich also die Bemessung der Hüllenweite nach der Kurzschlußabschaltleistung.
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Als Löschmittel kommen-sowohl rein gasförmige Löschmittel in Betracht,
z. B. gewöhnliche Druckluft, wie auch Löschmittelgemische, die die Volumenelastizität
eines Gases besitzen, z. B. ein Gas mit darin verteilter Flüssigkeit, etwa Luft
mit Wassertropfen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung erläutert. Die Figuren i bis 4
stellen den Löschvorgang in nacheinanderfolgenden Zeitmomenten der Wechselstromhalbwelle
dar. In Fig. 5 ist der zeitliche Ablauf der in den Abb. i bis 4 dargestellten Unterbrechungsbilder
an der sinusförmigen Stromkurve I veranschaulicht. Bild i stellt danach den Schalter
im Strommaximum, Bild 2 urid 3 auf dem absteigenden Ast des Stromes, Bild 4 im Stromnulldurchgang
dar. Die Expansion setzt -r Mikrosekunden vor dem Stromnulldurchgang ein, d. h.
zwischen den Zeitbildern 2 und 3.
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In den Fig.i bis 4 bedeutet io einen Körper aus Isolierstoff mit dem
Löschkanal i i und einer Bohrung 12 für die Zuleitung des Löschmittels, an welche
sich eine Löschmittelleitung 13 anschließt, die zudem Druckbehälter 14 für das Löschmittel
führt. 15 ist ein Ventil, welches durch den Auslöser des Schalters gesteuert wird.
16 ist das feststehende Schaltstück des Schalters, dem der Strom zugeführt wird,
und 17 der bewegliche Schaltstift, von dem der Strom abgenommen wird. In die Löschmittelleitung
13 ist eine Drossel 18 eingebaut. ig ist ein durchsichtiges [)-Rohr, in dem sich
Quecksilber befindet und welches als Druckmesser dient.
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Beim Ausschalten des Schalters geht der Schaltstift nach oben und
zieht den Lichtbogen durch den Löschkanal ii hindurch. In Bild 1 ist der Querschnitt
des frei brennenden Lichtbogens 2o größer als der Querschnitt des Löschkanals i
i. Der Löschkanal @ta wird daher durch den Lichtbogen dicht -#6rschlossen und aus
der Leitung 12, 13 fließt "dein Löschmittel aus. Dies wird durch den Druckmesser
ig dadurch angezeigt, daß das Quecksilber in dem Rohr in beiden Schenkeln gleich
hoch steht, da kein Löschmittel strömt und daher ein Druckverlust in der Drossel
18 nicht auftritt.
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Bild 2 zeigt die Einrichtung knapp vor Beginn der Expansion. Der Lichtbogen
21 ist nunmehr um weniges stärker als der Löschkanal i i.
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Im Bild 3 ist der Lichtbogen 22 bereits dünner als der Löschkanal
ii. Das Gas Fließt, wie durch die Pfeile a3 angedeutet ist, aus. Aus dem Behälter
14 strömt Löschmittel, wie der Pfeil a4 andeutet, durch die Leitung 13. Entsprechend
der Strömungsgeschwindigkeit stellt sich ein gewisser Druckverlust in der Drossel
18 her. Der Druckunterschied wird von dem Druckzeiger ig dadurch angezeigt, daß
das Quecksilber in dem linken Rohr um den Betraga höher steht als im rechten.
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In Bild 4 ist der Lichtbogenpfad dünn, da nur noch ein dünner ionisierter
Strahl in der Lichtbogenachse vorhanden ist. Das Löschmittel strömt sehr heftig
aus, wie durch die Pfeile 25 angedeutet ist. Dementsprechend vergrößert sich der
Druckverlust in der Drossel 18, und der Druckzeiger ig zeigt einen Überdruck b an.
In diesem Augenblick wird der Lichtbogen durch die starke Einwirkung des strömenden
Löschmittels in dem Löschkanal i i gelöscht.
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Der Löschkanal i i stabilisiert den Lichtbogen auf die kürzeste Kontaktentfernung.
Das Gas aus dem Löschkanal kann frei in die Expansionsräume oberhalb und unterhalb
des Löschkanals expandieren. Der Lichtbogen wird dabei ohne Schleifenbildung und
unter Entwicklung kleinsten Gegendruckes gelöscht.