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Hochspannungsleistungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch beim Abschaltvorgang
aus einer in einer Lichtbogenkammer befindlichen Flüssigkeit unter Einwirkung des
Lichtbogens erzeugten und im wesentlichen trockenen Dampf Die Erfindung betrifft
einen Schalter, in welchem bei der Abschaltung aus einer innerhalb einer Lichtbogenkammer
befindlichen Flüssigkeit unter Einwirkung des Abschaltlichtbogens gespannte Dämpfe
gebildet werden, welche aus der Kammer durch einen Kanal (Düse) in einen unter geringerem
Druck stehenden luft- oder .dampferfüllten Raum ausströmen, beispielsweise in die
Atmosphäre oder in einen Auspuff- bzw. Kondensationsbehälter. Die Löschung des Lichtbogens,
der gewöhnlich durch den beweglichen Kontakt oder die mit großer Geschwindigkeit
aus der- Kammer abströmenden Dämpfe und Gase in den Düsenkanal hineingezogen wird,
erfolgt besonders nahe oder bei dem- Stromnulldurchgange, zu welchem Zeitpunkte
die Energie und .damit die Wärmeeinwirkung des Lichtbogens gering ist, je nach der
Bauart und Löschweise des Schalters in bekannter Weise durch die Wirkungen des strömenden
Dampfes oder bei genügend plötzlicher Expansion der Dämpfe nach dem Expansionsverfahren.
In diesen bekannten Schaltern strömen die Dämpfe und Gase und die etwa mitgerissene
Flüssigkeit durch einen Ausström- bzw. Düsenkanal ab, dessen Strömungsquerschnitte
in der Strömungsrichtung gleich große sind (zylindrische Düsen). Die Verwendung
einer zylindrischen Ausströmdüse für Schalter ergibt manche Nachteile; u. a. findet
innerhalb dieser Düse eine Expansion .der Dämpfe und Gase nicht statt, sondern sie
erfolgt erst beim Austritt der Dämpfe aus der Düse; daher kann die Strömungsgeschwindigkeit
der Dämpfe und Gase innerhalb und aus der Düse bekanntlich im allgemeinen .die Schallgeschwindigkeit
nicht überschreiten, welche auch die Schnelligkeit der Abführung der elektrischen
Ladungsträger und .der Metalldämpfe aus dem Lichtbogenwege sowie Kühlwirkungen,
die bekanntlich den Strömungsgeschwindigkeiten der Dämpfe und Gase annähernd proportional
groß sind, begrenzt, die auf den gewöhnlich in den Kanal hineingezogenen Lichtbogen
und den beweglichen Schaltkontakt ausgeübt werden; ferner erfolgt die Löschung des
Lichtbogens, gewöhnlich erst beim Dampfaustritt aus der Düsenmündung, also bei verhältnismäßig
geringen Drücken und kleiner dielektrischer Festigkeit der Dämpfe. Auch haben die
Dämpfe und Gase bei ihrem Austritt aus der Düsenmündung mangels einer Expansion
innerhalb der Düse noch einen hohen Druck, so daß auch .das durch diesen und die
plötzliche Erwärmung durch den Lichtbogen verursachte Auspuffgeräusch gewöhnlich
sehr stark ist.
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Die Erfindung betrifft einen Schalter der eingangs erwähnten Art,
bei welchem beim Abschalten aus einer innerhalb einer Lichtbogenkammer
befindlichen
Flüssigkeit unter Einwirkung des Abschaltlichtbögens gespannte Dämpfe gebildet «-erden,
welche bei der Abschaltung aus der Lichtbogenkamiret durch einen Kanal bzw. eine
Düse in eiaeii unter geringerem Druck stehenden Luft- oeiec dampfgefüllten Raum
ausströmen. Gemäß def Erfindung sind die Strömungsquerschnitte des Ausströmkanals
bzw. der Düse in der Dampfströmungsrichtung erweitert (konische oder Lavalsche Düse).
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Der Erfindungsgegenstand ergibt gegenüber einem Schalter, in welchem
gespannte Dämpfe und Gase aus der Lichtbogenkammer durch einen Kanal bzw. eine Düse
mit gleichbleibenden Strömungsquerschnitten ausströmen, unter sonst gleichen Verhältnissen,
insbesondere der Dampfdrücke vor und bzw. hinter dem Düsenkanal, vorteilhafte Wirkungen.
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In einem sich in der Strömungsrichtung erweiternden Düsenkanal erfolgt
eine allmähliche Druckminderung der Dämpfe und Gase bis auf den niedrigen Druck
im Auspuffraume während des ganzen Strömungsweges durch den Düsenkanal, so: daß
der gewöhnlich in diesen hineingezogene Lichtbogen auf diesem ganzen Strömungswege
löschenden Wirkungen des Dampfes unterworfen sein kann, während solche Wirkungen
bei Verwendung eines Düsenkanals mit annähernd gleichen Strömungsquerschnitten gewöhnlich
erst beim Austritt der Dämpfe und Gase aus der Düsenmündung und demgemäß bei geringem
Druck und kleiner dielektrischer Festigkeit der Dämpfe auftreten.
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Bei geeigneten Druck- bzw. Expansionsverhältnissen können aus dem
eine konische Düse durchströmenden Dampfe während der Durchströmung der Düse durch
die hierbei infolge der Expansion stattfindenden Abkühlung Flüssigkeitsmoleküle
besonders nahe und bei dem Stromnulldurchgange gebildet werden, welche löschende
Wirkungen ausüben, indem Ladungsträger und Metalldämpfe sich an die Flüssigkeitsmoleküle
anlagern; beispielsweise können aus Wasserdampf bei einem Verhältnis der Drücke
vor und hinter der Düse bzw. in der Lichtbogenkammer und im Auspuffraume von 12
: i unmittelbar vor seinem Austritt bereits annähernd 15 % des Dampfes verflüssigt
bzw. in Flüssigkeitsmoleküle umgewandelt sein.
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Die erreichbaren Strömungsgeschwindigkeiten der Dämpfe und Gase während
ihrer Durchströmung des Düsenkanals und bei ihrer Ausströmung aus diesem sind infolge
der allmählichen Erweiterung des Kanals und der hierbei stattfindenden Druckminderung
der Dämpfe und Gase weit größer als die bei Verwendung eines Düsenkanals mit gleichbleibenden
Strömungsquerschnitten bestenfalls erreichbare Schallgeschwindigkeit (für Wasserdampf
annähernd 4.6o m/Sek.) ; so ist beispielsweise die Au,sströmgeschwindigkeit bei
dem vorerwähnten Verhältnis der Drücke vor ` .:'find hinter der Düse von 12 : i
annähernd doppelt so groß wie die bei Verwendung einer ' - zylindrischen Düse bestenfalls
erreichbare Schallgeschwindigkeit. Entsprechend dieser durch Verwendung einer konischen
Düse erzielten Vergrößerung der Dampfströmungsgeschwindigkeiten innerhalb und aus
der Düse ist die Abführung der stromleitenden Ladungsträger und der Metalldämpfe
aus dem Lichtbogenwege schneller und die Kühlwirkung auf den gewöhnlich in den Düsenkanal
hineingezogenen Lichtbogen und den beweglichen Schaltkontakt stärker.
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In einen Auspuff- bzw. Kondensationsraum strömt infolge der bei Durchströmung
des konischen Düsenkanals eintretenden Verflüssigung eines Teiles der Dämpfe besonders
nahe oder bei dem Stromdurchgange durch Null eine entsprechend kleinere Darnpfmenge
aus, so daß die Kondensation der Dämpfe erleichtert ist.
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Das Ausströmgeräusch beim Austritt der Dämpfe und Gase aus der Düsenmündung
ist verhältnismäßig gering, weil die Dämpfe und Gase ihren Druck bei der Durchströmung
der Düse allmählich bis auf annähernd den Austrittsdruck vermindert haben. Demgegenüber
ist bei Verwendung eines zylindrischen Düsenkanals der Druck der Dämpfe und Gase
unmittelbar vor der Düsenmündung annähernd gleich dem hohen, in der Lichtbogenkammer
erzeugten Drucke, so daß beim Auspuff der Dämpfe und Gase in die Atmosphäre ein
Auspuffgeräusch entsteht.
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Die Verwendung einer in der Strömungsrichtung sich erweiternden Düse
ist für Druckgasschalter bekannt, in denen beim Abschalten zum Zwecke der Lichtbogenlöschung
ein Druckgas aus einer Lichtbogenkammer in einen Luft- oder gaserfüllten Raum mit
großer i Geschwindigkeit durch eine konische Düse . ausströmt. In diesen Druckgasschaltern
wird durch die Verwendung einer konischen Düse an Stelle einer zylindrischen Düse
zwar eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit und damit eine Verstärkung der
Kühlung der Schaltkontakte und des Lichtbogens erreicht; nicht aber die in einem
Schalter gemäß der Erfindung auftretende neue und eigenartige Wirkung, daß während
der Durchströmung der konischen Düse löschende Flüssigkeitsmoleküle gebildet werden,
denn Druckgase können nicht kondensieren, wenigstens nicht bei den hier in Frage
kommenden Drücken und Temperaturen. Aus dem gleichen Grunde treten in diesen Druckgasschaltern
infolge der Verwendung einer konischen Düse nicht
die vorerwähnten
die Kondensation der ausströmenden Dämpfe erleichternden Wirkungen auf.
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Die Düsenkanäle mit sich erweiternden Strömungsquerschnitten gemäß
der Erfindung können beliebige, zur Strömungsrichtung senkrechte Strömungsquerschnitte
haben, beispielsweise runde oder rechteckige Querschnitte.
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Der Erfindungsgegenstand kann in Schaltern von verschiedenen geeigneten
Bauarten Verwendung finden, in denen bei .der Abschaltung aus einer in einer Lichtbogenkammer
befindlichen Flüssigkeit unter Einwirkung des Abschaltlichtbogens gespannte Dämpfe
gebildet werden, welche aus der Kammer auf einen geringeren Druck außerhalb derselben
in einen luft- oder dampferfüllten Raum ausströmen.
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In vielen Fällen kann der feste Schaltkontakt durch die Ausströmdfise
oder einen Teil derselben gebildet sein, indem ihre Innenwandungen oder ein Teil
derselben den festen Schaltkontakt bilden; hierdurch wird u. a. die vorteilhafte
Wirkung erzielt, daß diese Kontaktstellen durch den schnell vorbeiströmenden Dampf
besonders kräftig gekühlt und von ihnen Ladungsträger und Metalldämpfe schnell abgespült
werden.
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In vielen Fällen kann der enge Teil des Düsenkanals oder ein Teil,desselben
oder ein kurzer Ansatz an diesem Düsenteil die Lichtbogenkammer bilden, in welcher
sich die dampfbildende Flüssigkeit befindet. Diese Maßnahme macht die Verwendung
einer besonderen Lichtbogenkammer entbehrlich und ermöglicht einen einfachen Aufbau
des Schalters.