DE1028201B - Elektrischer Fluessigkeitsschalter grossen Abschaltvermoegens - Google Patents

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsschalter mit Löschflüssigkeit und insbesondere auf einen Schalter mit ortsfesten Löschkammern.

Es ist vorteilhaft, die Schalter so zu bemessen, daß bei der Unterbrechung hoher Kurzschlußströme die Schaltarbeit klein bleibt, sich also die Unterbrechung bei einer kleinen Lichtbogenspannung und einer kurzen Lichtbogendauer vollzieht. Andererseits fordert man von modernen Schaltern eine sichere Unterbrechung kleiner induktiver Ströme in der Größenordnung von 10 bis 300 Ampere.

Bekannt sind hauptsächlich zwei Arten von Löschkammern, nämlich solche, bei denen das Bespülen des Lichtbogens in seiner Achsenrichtung erfolgt (Kammer mit Längsbespülung), und solche, bei denen senkrecht zur Lichtbogenrichtung bespült wird (Kammer mit Querbespülung).

Die Kammer mit Querbespülung arbeitet mit einer niedrigen Lichtbogenspannung und einer sehr kurzen Lichtbogendauer. Sie hat jedoch den Nachteil, daß die Unterbrechung kleiner induktiver Ströme unsicher ist.

Im Gegensatz dazu gewährleistet die Kammer mit Längsbespülung im allgemeinen eine sichere Unterbrechung kleiner induktiver Ströme, aber sie hat den Nachteil, daß bei der Unterbrechung hoher Ströme verhältnismäßig hohe Lichtbogenspannungen und eine lange Lichtbogendauer auftreten.

Man kann diesen vorgenannten Nachteilen in bekannter Weise dadurch begegnen, indem zwei Bespülungskammern einander zugeordnet werden, die hintereinandergeschaltet sind. Die erste, die der Unterbrechungsstelle benachbarte Kammer, ist als Querbespülungskammer ausgebildet, während die zweite Kammer Räume aufweist, die mit Löschflüssigkeit gefüllt sind, welche sich längs des Lichtbogens in zwei entgegengesetzte Richtungen ergießen kann, so daß eine Längsbespülung bewirkt wird.

Weiter ist die Abschaltleistung eines Hochleistungsschalters mit Löschflüssigkeit unter anderem direkt abhängig von der für die Bespülung des Lichtbogens verfügbaren Löschflüssigkeitsmenge und im weiteren von der Führung des frischen Flüssigkeitsstrahls.

In vielen bis· heute bekannten Schaltern dieser Art, welche eine Löschkammer mit Führungskanälen für die Lichtbogenbespülung besitzen, ist die Menge der verfügbaren Löschflüssigkeit für die Abschaltung auf den Inhalt der sich in der Löschkammer befindenden Löschflüssigkeitsmenge beschränkt.

Es ist also vorteilhaft, durch entsprechende Anordnung und Lage der Löschkammer in der Polhülle die gesamte in einem relativ großen Behälter befindliche Löschflüssigkeitsmenge für die Lichtbogenlöschung verfügbar zu machen, so daß eine fortgesetzte Be-

Elektrischer Flüssigkeitsschalter
großen Abschaltvermögens

Anmelder:

L'ßlectricite Industrielle Beige
Societe Anonyme, Brüssel

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Belgien vom 28. April 1955

Peter Bloch, Heusy (Belgien),
ist als Erfinder genannt worden

spülung des Lichtbogens mit immer frischer Löschflüssigkeit während der ganzen Löschdauer erfolgt. . Diese Lösung erlaubt Ströme zu unterbrechen) welche sehr hohe Werte erreichen können, und dies bei äußerst kurzen Lichtbogenzeiten. Außerdem führt sie zu einer wesentlichen Verkleinerung des PoI-durchmessers.

Im weiteren ergibt sich beim Abschalten von hohen Leistungen ein sehr wichtiger Faktor aus der Tatsache, daß beschleunigende Kräfte auf die bewegliche Elektrode und deren Antriebsmechanismus auftreten, dlie von dem Überdruck durch den Abscbaltlichtbogen herrühren. Da die beschleunigenden Kräfte mit der Abschaltleistung sehr stark zunehmen, ändert sich der Bewegungslauf der Elektrode sehr ungünstig, was sich in einer Herabsetzung des Abschaltvermögens des Schalters auswirkt.

Diese beschleunigenden Kräfte können sich vor allem dann auf den Kontaktstift und seinen Antriebsmechanismus auswirken, wenn nur ein Teil desselben in die Löschflüssigkeit eintaucht, während der andere Teil oben in der Expansionskammer untergebracht ist. Ganz besonders ungünstig wird die Anordnung bei Schaltern, bei welchen ein Teil der beweglichen Elektrode den durch den Abschaltdruck beanspruchten Raum durchdringt.

Man begegnet diesem Nachteil, indem man die bewegliche Elektrode und ihren Antriebsmechanismus vollständig in die Löschflüssigkeit verlegt. Das wird erreicht durch eine Anordnung, bei der sich die be-

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wegliche Elektrode bei der Abschaltung von oben nach unten bewegt. . . . .

Diese Lösung ergibt im weiteren andere, sehr wichtige Vorteile. Besonders- wird bei dieser Anordnung die bewegliche Elektrode während der Abschaltung in immer sich erneuernde Löschflüssigkeit hineingezogen, also entgegengesetzt der Strömungsrichtung der ionisierten Gase bewegt. Im weiteren wird die Flüssigkeitssäule über der Elektrpdentrennstelle kleiner ausfallen, was wiederum . die Abschaltung erleichtert. Auch zeigt sich, daß diese Anordnung die Wiederfüllung der Löschkammer sehr erleichtert, was besonders .bei einer Schnellwiedereinschaltung erwünscht ist.

"" Der vorgeschlagene "Leistungsschalter, dessen Schaltstift sich beim Ausschaltvorgang von oben nach unten bewegt, besitzt eine Löschkammer mit Quer- und Längsbespülung. Erfindungsgemäß weist die die gesamte Querschnittsfläche des Pols ausfüllende Löschkammer einen oder mehrere Kanäle auf, die den unteren mit dem oberen Teil des Pols so verbinden, daß während einer Kurzschlußabschaltung nur eine Verbindung geöffnet wird, die quer zur sich öffnenden Elektrode verläuft. Diese neuartige Anordnung hat weiterhin den Vorteil, daß für die Querbespülung nicht nur die in der Löschkammer befindliche Flüssigkeitsmenge, sondern die gesamte außerhalb der Löschkammer, in einem relativ großen Behälter, dem unteren Teil des Pols, verfügbare Flüssigkeitsmenge benutzt wird.

Das wird erreicht durch einen Verbindungskanal, welcher vom unteren Teil des Pols in die eigentlichen Querbespülungskanäle so einmündet, daß ein Durchgang quer durch die Elektrodenachse führt, wobei sich der Durchlaßquerschnitt zu "Beginn der Abschaltung infolge der sich nach unten bewegenden Schaltstiftelektrode zunehmend vergrößert. Die Querbespülungskanäle finden alsdann ihre Fortsetzung in einer nach oben laufenden öffnung, womit die Verbindung mit dem oberen Teil, dem Expansionsraum, hergestellt ist.

Bei einer Kurzschluß abschaltung fällt der Druck in der Unterbrechungszone während des natürlichen Stromnulldurchganges so stark ab, daß die unter Druck stehende Löschflüssigkeit, welche sich im unte- 4-5 ren Teil des Pols befindet, entspannt und eine sehr wirksame Flüssigkeitsquefbespülung in der Lichtbogenzone bewirkt wird.

Diese Anordnung hat einen wichtigen Einfluß auf die Herabsetzung der Lichtbogenspannung, und gleich- 5= zeitig wird die Lichtbogendauer auf ein Mindestmaß gebracht.

Diese primären Einflüsse erlauben es, bei äußerst kleinen Schalter- bzw. Polabmessungen eine sehr hohe AbschaRleistumg zu erzielen. .

Die Erfindung beruht im weiteren auf dem Vorhandensein einer zweiten Verbindung zwischen dem unteren und dem oberen Teil des Pols, welche durch ein Kugelventil verschlösssen werden kann.

Dieses Kugelventil schließt sich zu Beginn einer Kurzschlußabschaltung unter der Wirkung des Überdruckes, welcher durch Verdampfung der Löschflüssigkeit als Folge des Lichtbogeneinflusses entsteht. Während der ganzen Unterbrechungsdauer bleibt dieses Ventil geschlossen, und es bestehen während dieser Zeit keine weiteren Verbindungen vom unteren zum oberen Teil des Pols als die bereits weiter oben erwähnten, welche unter Mitwirkung der gesamten im unteren Polteil- vorhandenen Löschflüssigkeitsmenge eine Querbespülung des Lichtbogens ergeben.

Kurz nach der Unterbrechung verschwindet der Überdruck zwischen der Löschkammer und dem Expansionsraum, so· daß das Kugelventil selbsttätig zurückfällt und so den Durchgang freigibt. Dieses öffnen des Kugelventils erlaubt eine rasche und vollständige Wiederfüllung der Innenräume der Löschkammer.

Die Geschwindigkeit der Wiederauffüllung hat einen äußerst wichtigen Einfluß auf die Betriebssicherheit des Schalters, falls eine zweite Unterbrechung unmittelbar nach der ersten ausgeführt werden muß, wie dies bei einer Schnellwiedereinschaltung bei weiter bestehendem Kurzschluß vorkommen kann. Andere Einzelheiten der Erfindung ergeben Λ sich, aus der 'Beschreibung eines Ausführurigsbeispiels, das in der Zeichnung in einem axialen Längsschnitt eines der Pole des erfindungsgemäßen Schalters dargestellt ist.

In der Zeichnung ist 1 der Schalterkörper, welcher aus einem zylindrischen Rohr besteht, das normalerweise mit einer Löschflüssigkeit bis zum Flüssigkeitsspiegel N gefüllt ist. In der Zeichnung sind die Elektroden 2 und 3 in der Einschakstellung dargestellt. Die Elektrode 2 hat die Form einer zylindrischen Stange, welcher von einem nicht zur Erfindung gehörenden Antriebsmechanismus 1' eine hin- und hergehende Längsbewegung erteilt werden kann. Die Elektrode 3 bildet einen Hohlkörper 5, wobei auf demselben tulpenförmig Kontaktfinger 4 elastisch aufgesetzt sind, welche die bewegliche Elektrode 2 in der Einschaltung umschließen. Der Hohlkörper 5 bildet im Innern einen oberhalb der Elektrode 2 gelegenen Raum" 6.

Unter der Elektrode 3 und die Elektrode 2 umschließend erkennt man die sich folgenden Löschkammerteile 7 und 8. Diese Kammerteile füllen als Ganzes die gesamte Querschnittsfläche des Schalterpols aus, und sie ergeben einen festen Abschluß zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Pols. Axial ist diese doppelte, von den beiden Kammerteilen 7 und 8 gebildete Löschkammer von der Elektrode 2 durchdrungen.

Der Löschkammerteil 7 befindet sich unmittelbar unterhalb der Kontaktfinger 4 und somit direkt hinter der Unterbrechungsstelle. Er setzt sich aus einer Reihe von Kanälen 9,10,10' zusammen, die quer zur Längsachse der beweglichen Elektrode" 2 verlaufen. Diese Kanäle 9,10,10' dienen dazu, die Löschmittelströmung durch die Lichtbogenachse zu führen. Die Kanäle 9,10,10' stehen durch einen Kanal 11 mit einem Flüssigkeitsbehälter 12 in Verbindung, der von dem unteren Teil des Pols gebildet wird. Ein weiterer Kanal 13 verbindet die Kanäle 9,10,10' mit dem oberen Expansionsraum 14, der sich über dem Flüssigkeitsspiegel JV der Löschflüssigkeit befindet, womit die Verbindung zwischen dem unteren und dem oberen Teil des Schalterpols hergestellt ist.

Der Kammerteil 8 mit Längsbespülung schließt sich unmittelbar an den Kammerteil 7 an. Er weist in dem beschriebenen Beispiel zwei Räume 15 und 16 auf, die infolge der Ringspalte, wie z. B. 17, am Umfang der Elektrode 2 mit frischer Löschflüssigkeit gefüllt sind.

Der obere Teil des Expansionsraumes 14 enthält einen zweiten vom Expansionsraum 14 durch eine Membran 19 getrennten Raum 18. Die Membran 19 erlaubt eine kleine axiale Bewegung, wobei sie in ihrer Normallage einen Durchgang zwischen dem Expansionsraum 14 und dem oberen Raum 18 freigibt, während umgekehrt die Membran 19 in nach oben ge-

Expansionsraum 14 abgeleitet. Der sich hier ausbreitende Gasdruck auf die Unterseite der Membran 19 bewirkt eine Bewegung derselben nach oben, wodurch die Verbindung zwischen den Räumen 14 und 18 unterbunden wird.

Das Gas-Öl-Gemisch kann somit nur durch den Kanal 21 entweichen, und es gelangt alsdann in den Raum 18, wo sich das mitgenommene öl absetzt, während die Gase durch den Kanal 22 ins Freie

Es ist ersichtlich, daß der obere und der untere Teil des Schalterpols durch einen zweiten Durchgang 23 verbunden sind, in welchem die Kugel 24 als Kugelventil eingebaut ist.

Der Schalter arbeitet folgendermaßen: Bewirkt der Antriebsmechanismus 1' den Rücklauf der beweglichen Elektrode 2, so entsteht im Kurzschlußfall nach erfolgter Trennung der beiden Elektroden 2 und 3 im

drückter Stellung diese beiden Räume 14 und 18 voneinander trennt.

Der Raum 18 steht weiter durch einen ständig offenen Kanal 21 mit dem Expansionsraum 14 und durch den Kanal 22 mit der Atmosphäre in Verbindung.

Der innerhalb der Elektrode 3 gebildete Raum 6 ist
durch den axialen Durchlaß 23 mit dem Expansionsraum 14 verbunden. Der Durchlaß 23 kann durch
eine Kugel 24 verschlossen werden, welche durch den io strömen.

Stift 25 in ihrer unteren Endlage gehalten wird. " Ist der Überdruck im Expansionsraurn 14 genügend

abgefallen, so fließt das zurückgehaltene öl längs der Ränder der Membran 19 ab, und es gelangt so über die Durchlässe 20, 23 und den Kanal 13 zurück in die Löschkammer, die von den beiden Kammerteilen 7 und 8 gebildet wird.

Die Ventilkugel 24 gibt den von ihr gesteuerten Durchlaß 23 nach Verschwinden der Druckdifferenz zwischen dem Raum 6 und dem Expansionsraum 14 Kammerteil mit Querbespülung 7 ein Lichtbogen. Die 20 frei,
aus der Löschflüssigkeit erzeugten Gase unterbrechen Der Durchlaß 23 erleichtert der Löschflüssigkeit ein

den Lichtbogen in der Zone der Kanäle 9,10,10', und Zurückfließen in die Löschkammer, was für eine zwar endgültig, wenn es sich um hohe Ströme handelt. zweite Unterbrechung besonders im Hinblick auf eine Die durch den Liehtbogeneinfluß erzeugten Gase setzen Schnellwiedereinschaltung mit nachfolgender zweiter dabei die gesamte im unteren Polteil, dem Flüssig- 25 Kurzschlußabschaltung sehr wichtig ist.
keitsbehälter 12, befindliche Flüssigkeitsmenge unter Die Membran 19 dient auch zugleich als Sicher-

Druck, wobei sich beim Aufhören neuer Lichtbogen- heitsmembran. Wenn eine Auslösung des Schalters in energiezufuhr im natürlichen Stromnulldurchgang die einem Strombereich erfolgt, der die Schaltleistung des Flüssigkeitsmenge im Flüssigkeitsbehälter 12 ent- Schalters- übersteigt, so wird die Membran 19 durch spannt und durch den Kanal 11 die Kanäle 9, IQ, 10' ₃₀ den Mittelteil des der Überwachung des Schalters diemit immer neuer Löschflüssigkeit anfüllt und so den nenden Deckels ausgeworfen.
Lichtbogen in kürzester Zeit äußerst wirksam unterbricht.

Durch das Auftreten des Druckes im Kammerteil 7 sowie im Raum 6 erfolgt die Schließung des Durchlasses 23, so daß nur eine Querströmung der Löschflüssigkeit durch die Kanäle 9,10 und 10' und somit durch die Lichtbogensäule erfolgt. Der Kammerteil 8 wird dabei vom Lichtbogen nicht berührt.

Handelt es sich dagegen um kleine induktive Ströme, so verlängert sich der Lichtbogen in den Kammerteil 8 hinein. Der Lichtbogen erzeugt eine intensive Gasbildung in den Räumen 15 und 16, und diese Gase entweichen dank der Durchlässe 17 längs des sich bildenden Lichtbogens. Daraus ergibt sich eine Längsbespülung des Lichtbogens. Wie ersichtlich, ist der Kammerteil 8 so ausgebildet, daß die Bespülung des Lichtbogens in zwei einander entgegengesetzten Richtungen, d. h. nach oben und nach unten hin möglich ist.

Zusätzlich trägt der Kammerteil 7 dazu bei, den Lichtbogen in die Durchlässe 17' zu führen, um auch dort eine axiale Bespülung des Lichtbogens zu be-

Claims (2)

Patentansprüche- wirken. Diese Löschkammer stellt somit eine sehr wirksame Kombination dar, wobei ein absolut sicheres Arbeiten des Schalters auch bei kleinen Strömen gewährleistet ist. Die nach einer Abschaltung in der Löschkammer auftretenden Gase werden durch den Kanal 13 in den

1. Elektrischer Flüssigkeitsschalter großen Abschaltvermögens mit Unterbrechungsrichtung der beweglichen Elektrode von oben nach unten und mit einer Löschkammer mit Strömungsrichtung quer und längs zur Elektrodenbewegungsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die die gesamte Querschnittsfläche des Pols ausfüllende Löschkammer einen oder mehrere Kanäle aufweist, die den unteren mit dem oberen Teil des Pols so verbinden, daß während einer Kurzschlußabschaltung nur eine Verbindung geöffnet wird, die quer zur sich öffnenden Elektrode verläuft.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Pols mindestens eine Verbindung besteht, die ein Ventil enthält, welches in Abhängigkeit von mit dem Auftreten des Abschaltlichtbogens verbundenen Folgevorgängen schließt.

In Betracht gezogene Druckschriften: The Journal of the Institution of Electrical Engineers II, 1947, S. 351 ff.;

Transactions AIEE, 1932, S. 171 ff.; Bulletin Oerlikon, 1954, S. 73 ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen