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Lichtbogenlöscheinrichtung für Schalter und ähnliche Stromunterbrechungsvorrichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf Lichtbogen-Ivscheinrichtungen für Schalter und ähnliche
Stromunterbrechungsvorrichtungen, bei welchen strömendes Druckgas durch nicht als
Ansatzflächen für den Lichtbogen dienende Hüllen in der Längsrichtung des Lichtbogens
gegen beide Elektrodenköpfe geführt ist, wobei das Druckgas den Hüllen in Richtung
quer zur Hüllenachse zuströmt. Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß
enge, den Lichtbogen umschließende Hüllen von einer sie konzentrisch umgebenden
Druckhaltekammer so umschlossen sind, daß in der Mitte der engen Hüllen einströmende
Druckgase ein hohes Druckgefälle innerhalb der Hüllen bewirken und beim Nulldurchgang
des Stromes ein sicheres Erlöschen des Lichtbogens zur Folge haben.
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Die hiermit hervorgebrachte Wirkung besteht darin, daß die den Lichtbogen
umschließenden Hüllen während des stromstarken Zeitbereichs vom Lichtbogen im wesentlichen
verdämmt werden, während beim Stromnulldurchgang eine äußerst rasche Strömung erfolgt,
so daß also die Druckhaltekammer gewissermaßen nach Art eines Windkessels eine im
Takt des Wechselstromes pulsierende Strömung hervorbringt.
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Durch die Erfindung wird einerseits dasjenige hohe Druckgefälle und
somit dieselbe Strömungsgeschwindigkeit im Lichtbogenraum über den stromlosen bzw.
stromschwacheri Zeitbereich des Wechselstromlichtbogens aufrechterhalten, welche
erforderlich ist, um in der sehr kurzen zur Verfügung stehenden Zeit (von der Größenordnung
o,ooi Sek.) eine durchschlagsfeste Strecke in eine mittlere Stelle des Lichtbogenraum-es
einzuschieben. Andererseits ist durch die Erfindung eine Verlagerung des Lichtbogens
aus der Elektrodenachse unter der Wirkung des quer zur Hüllenachse einströmenden
Druckgases vermieden, da die Einströmung infolge Anordnung der Druckhaltekammer
vollkommen gleichmäßig von allen Seiten stattfindet. Die Druckhaltekammer erfüllt
somit die doppelte Funktion, den Primärdnzck an der Einführungsstelle des, Druckgases
in den Lichtbo-genraum hochzuhalten, und zwar selbst bei pulsierender Gasströmung,
und eire hohe Relativgeschwindigkeit der Gasströmung zum Lichtbogenraum zu erzeugen,
da der Lichtbogen absolut stillsteht und dem Druckgasstrom nicht ausweichen kann.
Mithin kann der Lichtbogenkörper an einer mittleren Stelle von seinen Ladungsträgern
rasch gesäubert werden. Man kann also mit Hilfe der Erfindung einen Lichtbogen ohne
besondere Verlängerung, mit kleiner Lichtbogenarbeit, mit Aufwand eines viel geringeren
Löschgasdrucken
und mit viel kleinerer Löschmittelmenge unterbrechen,
als dies bisher möglich war.
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Sogenannte Blaskammern sind bei Druck-Basschaltern bekannt. Diese
enthalten in der Regel die Elektroden während des Löschvflr-Banges dauernd, was
ungünstig ist, da hier. durch in der Unterbrechungsstrecke Druckstauungen entstehen
und andererseits der Lichtbogen verlagert wird. Von diesen bekannten B.laskammern
unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daßdieDruckgasströmung aus der Druckhaltekammer
gegen die außerhalb liegenden Elektrodenköpfe geführt ist, und zwar in der Längsrichtung
des Lichtbogens. Hierdurch ist der Vorteil erreicht, daß im Lichtbogenraum ein hohes
Druckgefälle herrscht und der Lichtbogen durch das Frischgas unverlängert zerschnitten
wird.
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Es ist auch eine Löscheinrichtung mit Blaskammer bekannt, bei welcher
der Druckgasstrorn gegen besondere Gegenpole geführt ist. Bei dieser Einrichtung
dienen jedoch die an die Enden der Blaskammer angesetzten Hüllen selbst als Ansatzflächen
für den Lichtbogen, und der Lichtbogen ist nicht auf die Elektr odenachse stabilisiert,
sondern wird rasch bewegt. Die Hüllen dieser bekannten Einrichtung dienen daher
nicht dazu, eine einseitige Querbeblasung auf den Lichtbogen an der Einführungsstelle
des Druckgases zu verhindern, sondern führen im Gegenteil eine solche herbei, so
daß der Lichtbogen vor dem Druckgasstrom wandert und nicht mit so kleiner. Lichtbogenarbeit
unterbrochen wird wie beim Erfindungsgegenstand.
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Wird die Erfindung auf einen Schalter angewendet, dann ist es wesentlich,
daß der Lichtbogen durch die Elektroden, welche auseinandergezogen werden, in der
Achse der Hülle oder Hüllen gezogen wird, so daß er von allem Anfang an zentrisch
in einer ströinenden Gashülle brennt und bis zum Erlöschen in dieser zentrischen
Lage bleibt. Hierdurch bleibt der Bogen während der ganzen Schaltstückbewegufig
in der für die Löschung günstigsten geometrischen Lage in bezug auf das strömende
Löschmittel. Der Lichtbogen stellt dauernd radial symmetrisch zur ganzen Löschanordnung,
also auch zu der Zuführungsanordnung für das gasförmige Löschmittel, und zu der
in dieser Löschanordnung vorhandenen Strömung.
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Der Rauminhalt derDruckhaltekammer soll ein Vielfaches von demjenigen
Gasvolumen sein, welches während der stromlosen Pause des Wechselstromlichtbogens
durch die Hülle ausfließen kann, damit während der ganzen stromlosen Pause annähernd
der volle Druck in der Druckhaltekammer aufrechterhalten bleibt. Der Gesamtzuflußquerschnitt
von der Druckhaltekammer zur Hülle soll ein Vielfaches vom Gesamtquerschnitt der
beiden Expansionsöffnungen der Hülle sein. Man .soll ihn aber nicht zu groß machen,
um näm-`Iich zu verhindern, daß der Bogen in die `Prückhaltekammer schlägt.
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Es ist besonders zweckmäßig, die Hülle aus Isolierstoff zu machen,
damit keine Rückzündung über den in dieser Hülle enthaltenen Zuflußquerschnitt hinweg
erfolgen kann. Mit Rücksicht auf den Abbrand kann es nützlich sein, gewisse Teile
der Hülle aus Metall zu machen, welches aber in keiner Verbindung mit den Elektroden
stehen soll, sondern ein Zwischenpotential annimmt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
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i ist eine zylindrische Hülle aus Isoliermaterial, welche den Löschkanal
2 für den Lichtbogen umschließt. Sie besitzt zwischen ihren beiden Enden rings um
die Zylinderachse angeordnete Öffnungen 3. Man kann auch die die Öffnungen 3 voneinander
trennenden Stege weglassen, so daß eine zusammenhängende, ringförmige Verbindung
zwischen der Druckhaltekammer 7 und dem Löschkanal 2 entsteht. q. ist ein Isolierrohr,
welches die Hülle i konzentrisch umschließt. Durch die kegeligen Wandungen 5, 6
sind die beiden Rohre i und d. zu einem Ganzen verbunden. Durch diese Wandungen
wird ein geschlossener Ringraum 7 abgegrenzt, welcher sich rings um die Achse des
Löschkanals 2 erstreckt. 8 ist das feststehende Schaltstück, 9 der Schaltstift,
welcher durch einen nicht gezeichneten Antrieb bewegt wird. io ist die Stromleitung
zum feststehenden Schaltstück8, ii die Stromableitung vom beweglichen Schaltstift
g. 1a ist eine Druckgaszuleitung zum Ringraum 7.
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Die Unterbrechung des Lichtbogens in dieser Löscheinrichtung vollzieht
sich folgendermaßen Zuerst wird durch den Auslöser des Schalters ein Druckgasventil,
welches in der Leitung i2 angeordnet ist, geöffnet. Darauf strömt das Druckgas in
der Pfeilrichtung durch die Leitung i2 in die Druckhaltekammer 7 ein und tritt von
hier in der Richtung der Pfeile durch die Öffnungen 3 in den Löschkanal 2 ein. Da
der Stift 9 zwischen seinem Umfang und der Hülle i einen Ringraum frei läßt, kann
sich die Gasströmung durch den Löschkanal schon ausbilden, während noch der Stift
9 sich in ihr befindet. Der Schaltstiftantrieb wird mit einer gewissen Verzögerung
gegenüber dem Druckgasventil ausgelöst. Der Stift bewegt sich nun nach rechts und
zieht dabei den Unterbrechungslichtbogen durch den Löschkanal 2 hindurch. Der Lichtbogen
wird durch die Hülle i eng
umschlossen. Er brennt in einer strömenden
Druckgashülle, wobei das ganze aus der Druckhaltekammer 7 nach dem Löschkanal 2
sich ausbildende Strömungsbild axiale Symmetrie mit Bezug auf den Lichtbogen besitzt.
In dem Maße, als das Lichtbogenvolumen mit der Wechselstromfrequenz wechselt, wechselt
auch die Stärke der Druckgasströmung in der Hülle i, weil deren freier Strömungsquerschnitt
im Strommaximum des Lichtbogens durch .diesen stark verlegt wird, in der stromschwachen
Pause des Wechselstromes dagegen nicht. Es bildet sich also eine mit der Wechselstromfrequenz
pulsierende Gasströmung aus, welche in der Richtung der in die Zeichnung eingetragenen
Pfeile aus der Druckhaltekammer 7 durch den Löschkanal :2 hindurch gerichtet ist.
Dadurch, daß der Ringraum 7 das Vielfache von demjenigen Gasvolumen faßt, welches
während der stromschwachen Pause des Wechselstromlichtbogens durch den Lös.chkanal2
,ausfließen kann und diese Gasmenge durch die geometrische Form des Druckhalteraumes
in die unmittelbarste Nähe des Löschkanals gebracht ist, wird die aufzuwendende
Beschleunigungsarbeit ein Minimum, so daß das Gas im Löschkanal kurz vor dem Stromnulldurchgang
unter kleinstem Druckverlust auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird. Dadurch
tritt im Augenblick des Stromnulldurchganges einewirksame Löschung des Unterbrechungslichtbogens
im Löschkanal :2 ein.
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In die Leitung i2 kann, um unnötigen Preßgasverbrauch nach beendeter
Abschaltung zu vermeiden, ein drosselnder Teil eingeschaltet werden, dessen Durchflußquerschnittenger
ist als der Ausflußquerschnitt des Löschkanals 2, so daß diese Drosselstelle den
engsten Teil des ganzen Strömungsweges des Löschmittels bildet.