DE1028662B - Loeschkammer fuer fluessigkeitsarme elektrische Leistungsschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Löschkammern für flüssigkeitsarme Leistungsschalter, die mit einer Pumpvorrichtung versehen sind, sind insofern wirkungsvoll, als dem Lichtbogen eine Löschmittelströmung durch Kanäle in konzentrierter Form zugeführt werden kann. Eine bekannte Pumpeinrichtung ist der Differentialkolben. Zu seinem Antrieb wird der vom Lichtbogen durch Verdampfung von Löschflüssigkeit erzeugte Druck ausgenutzt. Da der Differentialkolben sich erst nach Öffnung der Strömungswege in Bewegung setzen kann, muß die Löschkammer den bei der Kontakttrennung plötzlich auftretenden und steil ansteigenden Druckstoß aufnehmen. Dieser Druckstoß, dessen Größe in erster Linie von der Stromstärke abhängt, kann gefährlich hohe Werte annehmen. Die Löschkammer ist deshalb einer sehr starken mechanischen Beanspruchung ausgesetzt. Infolge der sich ständig steigernden Kurzschlußleistungen der Netze gewinnt dieses Problem immer mehr an Bedeutung.

Um die durch den Druckstoß hervorgerufene mechanische Beanspruchung besser beherrschen zu können, wurde bereits vorgeschlagen, die Löschkammer mit einem mit Luft gefüllten Druckspeicherraum auszurüsten, der den Druckstoß auffängt und dadurch die Beanspruchung der Löschkammerwandungen verringert. Durch die Lichtbogengase wird das Löschmittel in den Druckspeicherraum gedrückt und die dem zusammengepreßten Gaspolster innewohnende potentielle Energie für die Löschmittelströmung herangezogen. Es ist hierbei aber zu berücksichtigen, daß im Augenblick der Freilegung der Strömungskanäle durch den Schaltstift der Durchgang zwischen Druckspeicherraum und Lichtbogenraum verschlossen werden muß, da sonst zumindest ein Teil des gespeicherten Drucks sich nutzlos in den Lichtbogenraum ausgleicht, dessen Gasdruck sich durch den Strömungskanal entspannt. Die Abschließung des Druckspeicherraumes kann durch Rückschlagventile erfolgen, die sich bei Überhandnehmen des gespeicherten Drucks gegenüber dem Lichtbogengasdruck schließen. Rückschlagventile stellen aber einen erheblichen Strömungswiderstand dar, da sie naturgemäß nur einen Teilquerschnitt freigeben können. Es dürfte daher unvermeidlich sein, daß in der außerordentlich kurzen Zeit vom Entstehen des Lichtbogens bis zur Öffnung der Strömungskanäle nicht der gesamte Lichtbogengasdruck auf den Druckspeicherraum übertragen werden kann. Folglich wird die Löschströmung verspätet, d. h. erst nachdem sich ein Druckgefälle gebildet hat, einsetzen. Es ist ferner die Schließungszeit der Ventile in Betracht zu ziehen, so daß auch dadurch die Lichtbogendauer sich unerwünscht verlängert.

Die Erfindung betrifft eine Löschkammer für flüssigkeitsarme Leistungsschalter mit einem gasgefüllten

Löschkammer für flüssigkeitsarme
elektrische Leistungsschalter

Anmelder:
Sachsenwerk

Licht- & Kraft-Aktiengesellschaft,
München, Schillerstr. 41

Erich Obert, Regensburg,
ist als Erfinder genannt worden

Druckspeicherraum zur Herbeiführung einer Löschmittelströmung durch vom beweglichen Schaltstift gesteuerte Kanäle. Sie macht sich die Vorteile der Kolbenkammer und der Druckspeicherkammer zunutze, ohne daß deren Mängel in Kauf zu nehmen sind. Dies wird dadurch erreicht, daß ein vom Lichtbogengasdruck einseitig beaufschlagter Kolben den Druck auf den Druckspeicherraum überträgt, der mit den Strömungskanälen in freier Verbindung steht, und daß nach Öffnung der Strömungskanäle durch den Schaltstift die Rückbewegung des Kolbens unter der Wirkung einer beim Pumphub gespannten Feder durch z. B. auf Klemmwirkung beruhende Mittel bis etwa zum Zeitpunkt der Entspannung des Gaspolsters verzögert wird.

Die Rückbewegung des Kolbens kann durch einen rollen- oder kugelförmigen Druckkörper herbeigeführt werden, der sich im Augenblick der Bewegungsumkehr des Kolbens zwischen die Zylinderwand und eine zu dieser im spitzen Winkel liegende Druckfläche eines von dem Kolben getragenen, gegen Widerstand verschiebbaren Gegendruckstückes klemmt. Vorteilhaft wird das Gegendruckstück dicht schließend in einer mit dem flüssigen Löschmittel, ζ. Β. Öl, gefüllten Sacklochbohrung im Kolben, zweckmäßig Scheibenkolben, geführt, die mit einer die Verzögerung steuernden Ausströmöffnung und/oder einem Ausströmkanal versehen ist. Die vom Gegendruckstück verdrängte Flüssigkeit bis zur Lösung der Klemmung ist ein Maß für die Dauer der Verzögerung.

Die mit dem Kolben verbundene Verzögerungsvorrichtung macht die Verwendung von Rückschlagventilen überflüssig. Der Kolben kann daher bei der Entstehung des Lichtbogengasdruckes sofort ansprechen und das Löschmittel ungehindert durch ein-

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zu den Schaltstücken liegende Druckspeicherraum 9 ist in unmittelbarer Nähe der mit ihm in freier Verbindung stehenden Strömungskanäle 10 und 11 angeordnet. Die Strömungskanäle sind quer zur Licht-

5 bogenachse gerichtet und münden in den druckfreien Raum 12 der Löschkammer. Der Scheibenkolben enthält drei gleichmäßig an seinem Umfang verteilte Verzögerungsvorrichtungen 13, deren Wirkungsweise an Hand der Abb. 2 bis 4 des näheren erläutert wird.

ο Die Verzögerungsvorrichtung besteht aus dem rollenförmigen Druckkörper 14 und dem Gegendruckstück 15, dessen Druckfläche 16 in einem spitzen Winkel zur Zylinderwandung steht. Das Gegendruckstück ist in der Sacklochbohrung 17 dicht schließend

engende Ventilöffnungen und, da einer reichlichen Bemessung des Durchgangskanals nichts im Wege steht,
praktisch reibungslos in den Druckspeicherraum
drücken. Es sind somit die Voraussetzungen für die
Übertragung des gesamten Lichtbogengasdruckes auf
den Druckspeicherraum gegeben. Das in den Druckspeicherraum eingeschlossene Gasvolumen wirkt mildernd auf den Druckstoß. Hinzu kommt, daß die mit
der Druckbildung einhergehende Volumenvergrößerung des Lichtbogenraumes infolge der Kolbenbewegung dem Druckstoß die gefährliche Spitze genommen wird. Die Verzögerung des Rücklaufs des
Kolbens bewirkt, daß bei der Freilegung der Strömungskanäle durch den beweglichen Schaltstift sofort
die gesamte potentielle Energie des Druckspeicher- 15 geführt. Die Feder 18 verschiebt in der Ausgangsraumes als Kraftquelle für die Löschmittelströmung stellung des Kolbens das Gegendruckstück nur so weit, zur Verfügung steht. Das Löschmittel ist somit in der wie es für die ungehinderte Pumpbewegung des KoI-Lage, unverzüglich den Gasmantel des Lichtbogens bens erforderlich ist, d. h., der Druckkörper 14 liegt einzuschnüren und im Stromnulldurchgang die Licht- in der in Abb. 1 gezeichneten Stellung lose zwischen bogenstrecke zu entionisieren und gegen die wieder- 20 der Druckfläche 16 und der Zylinderwand. Um dies kehrende Spannung durchschlagsfest zu machen. Es zu ermöglichen, ist der Zylinder mit der Ausdrehung tritt daher in kürzester Frist die Löschung des Licht- 19 versehen.

bogens ein. Der Lichtbogengasdruck kann den Kolben unge-

Die Erfahrungen haben gezeigt, daß bei Venven- hemmt nach unten drücken. Versucht der Kolben, sei dung einer erzwungenen Strömung eine verhältnis- 25 es durch die bei seinem Pumphub gespannte Feder, mäßig geringe Löschmittelmenge, insbesondere wenn sei es infolge eines Überdruckes in der Druckspeicheres sich um Öl handelt, für die Lichtbogenlöschung er- kammer, zurückzukehren, dann wird unverzüglich der forderlich ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Er- Druckkörper zwischen Zylinderwandung und Gegenfindung wird von dieser Erkenntnis Gebrauch ge- druckstück eingeklemmt und hemmt dadurch den macht. Nach einem vorbestimmten Hub gibt der 30 Rücklauf des Kolbens. Das Gegendruckstück kann Kolben, z. B. mittels als Schieber wirkender Ansätze, dem auf ihm lastenden Druck in dem Maße nachgeben, vom Pumpraum in den druckfreien Raum der Lösch- wie Flüssigkeit durch die Auströmöffnung 20 verkammer führende Auslaßkanäle frei. Der Kolben hat drängt wird, so daß schließlich der Druckkörper somit nur eine geringe, aber für die Löschung aus- wieder frei wird. Durch entsprechende Bemessung des reichende Löschmittelmenge in den Druckspeicher- 35 Querschnitts der Ausströmöffnung und Länge der raum zu befördern, so daß er sehr rasch beschleunigt Druckfläche und gegebenenfalls Grad ihrer Neigung werden kann. Ist im Zeitpunkt der öffnung der Aus- hat man es an der Hand, die Zeitspanne der Rücklaßkanäle noch ein überschüssiger Lichtbogengasdruck lauf verzögerung des Kolbens beliebig zu bestimmen, vorhanden, so kann sich dieser durch die Auslaß- In Abb. 2 ist die Länge der Druckfläche durch den kanäle entspannen. Der Kolben wird infolgedessen nur 40 Anschlag 21 begrenzt.

noch in geringem Ausmaß, wenn überhaupt, über den Da die Rücklauf verzögerung des Kolbens sich nur

vorbestimmten Hub hinaus angetrieben. Die gesteu- über die kurze, bis zur Öffnung der Druckkammer erte Druckentlastung hat deshalb noch den weiteren durch den Schaltstift notwendige Zeitspanne, also Vorteil, daß sich das Maß der Kompression des Gas- über nicht mehr als mehrere Halbwellen, erstrecken bzw. Luftpolsters im Druckspeicherraum begrenzen 45 soll, ist es erwünscht, daß die Verzögerung schlagläßt, artig aufgehoben wird. Der Kolben kann dann sofort Die Erfindung sei an Hand der in der Zeichnung zurückkehren, so daß der Schalter in kürzester Zeit schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele, die wieder schaltbereit ist. Diese Forderung wird erzusätzliche Erfindungsmerkmale enthalten, des wei- fmdungsgemäß dadurch erfüllt, daß gemäß Abb. 3 die teren erläutert. Es zeigt 50 Sacklochbohrung 17 eine als Ausströmkanal dienende Abb. 1 den Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Nut 22 erhält. Diese ist so gestaltet, daß sie nach

einem kurzen, der gewünschten Dauer der Verzögerung entsprechenden Verschiebeweg des Gegendruckstückes einen größer werdenden Auslaßquerschnitt

Abb. 5 den Längsschnitt einer weiteren Ausfüh- 55 freigibt. In Abb. 4, die den Schnitt A-B darstellt, ist rungsform der Löschkammer und gezeigt, daß der Ausströmkanal 22 in der Verschie-

Abb. 6 und 7 die Schnitte C-D und E-F durch diese bungsrichtung des Gegendruckstückes einen sich erKammer, weiternden Querschnitt aufweist.

Der besseren Übersicht halber sind die übereinstim- Werden in der Löschkammer nach Abb. 1 die

menden Teile der Zeichnung mit den gleichen Bezugs- 60 Schaltstücke getrennt, so kann sich der Lichtbogenzeichen versehen. gasdruck zunächst nur auf den Kolben auswirken. Da Es wird zunächst die Löschkammer gemäß Abb. 1 ein nennenswerter Strömungswiderstand nicht bebeschrieben. Das Löschkammergehäuse ist mit 1, der steht, kann der Kolben dem Druckstoß sofort nachfeste Schaltkontakt mit 2 und der bewegliche Schalt- geben und pumpt Löschmittel in den Druckspeicherstift mit 3 bezeichnet. Das den festen Schaltkontakt 65 raum. Diese elastische Gestaltung der Löschkammer bergende Gehäuse 4 befindet sich im Lichtbogenraum 5, macht sie weitgehend unempfindlich gegen die durch an den sich der Zylinderraum 6 anschließt. In dem den plötzlichen Druckstoß auftretende mechanische Zylinderraum gleitet der Scheibenkolben 7, zu dessen Beanspruchung. Sobald die Strömungskanäle 10 und Rückführung in die Ausgangsstellung die Feder 8 11 durch den Schaltstift freigelegt sind, kann sich das dient. Der ringförmig ausgebildete und konzentrisch 70 zusammengepreßte Gaspolster im Druckspeicherraum

Löschkammer,

Abb. 2, 3 und 4 in vergrößertem Maßstab Einzelheiten der Verzögerungsvorrichtung,

entspannen, indem es das ihm vorgelagerte Löschmittel den Strömungskanälen zuführt. Infolge der kurzzeitigen Rücklaufverzögerung des Kolbens kommt der gesamte aufgespeicherte Druck für die Löschmittelströmung zur Wirkung. Der Gefahr, daß infolge der raschen Bewegung des Löschmittels Gas bzw. Luft aus dem Druckspeicherraum entweicht, läßt sich durch Erhöhung des Löschmittelspiegels im Druckspeicherraum vorbeugen. Durch eine Bohrung in einer Wandung des Druckspeicherraumes kann man so viel Luft herauslassen, bis das gewünschte Niveau erreicht ist. Die Bohrung wird dann wieder verschlossen. Die Verwendung eines Pumpkolbens hat gegenüber der kolbenlosen Druckspeicherkammer noch den Vorzug, daß die heißen Lichtbogengase von dem zur Löschung bestimmten öl getrennt sind. Gegebenenfalls kann im Kolbenboden eine Bohrung mit im Verhältnis zur Kolbenfläche kleinem Querschnitt vorgesehen werden, um beim Rücklauf des Kolbens ein Absaugen von Löschmittel aus dem Druckspeicherraum in einem zu Gasverlusten führenden Umfang zu vermeiden.

Die Löschkammer nach Abb. 5 unterscheidet sich von der erstbeschriebenen insofern, als sie mit vom Kolben gesteuerten, in den druckfreien Raum der Löschkammer mündenden Auslaßkanälen versehen ist. Das Löschkammergehäuse ist wieder mit 1, der feste Schaltkontakt mit seinem Gehäuse mit 2 und der Schaltstift mit 3 bezeichnet. Der Druckspeicher raum 9 hat eine solche Lage, daß sein Gas volumen oberhalb des Löschmittelspiegels liegt. Die Verzögerungsvorrichtung des Kolbens 7 ist mit 13 angedeutet. An seiner oberen Seite weist der Kolben zwei Ansätze 23 auf, welche die öffnungen der beiden in den druckfreien Raum 12 führenden Auslaßkanäle 24 abdecken. Da die Ansätze frei in den Lichtbogenraum hineinragen, werden sie vom Lichtbogengasdruck allseitig beaufschlagt, so daß sie einer mechanischen Beanspruchung nicht ausgesetzt sind.

Abb. 6 veranschaulicht den Schnitt C-D und Abb. 7 den Schnitt E-F. Abb. 6 läßt den Verlauf der Löschmittelströmung erkennen. Das Löschmittel, das durch die öffnungen 25 zunächst in den Druckspeicherraum gepumpt wurde, strömt nach Freilegung der Strömungskanäle 10 und 11 quer über die Lichtbogenbahn hinweg in den druckfreien Raum 12, wie durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist.

Abb. 7 zeigt, daß die Ansätze 23 in einer Aussparung des Ringes 26 geführt sind, der gleichzeitig als Anschlag für den Kolben 7 dient. Durch diese Führung der Ansätze wird eine Drehung des Kolbens verhindert. Die beiden Ringzylinder 27 und 28 sind durch schmale Stege 29 zu einem Gebilde vereinigt. Der Kolben ist wieder mit drei Verzögerungseinrichtungen 13 ausgerüstet.

Das Gasvolumen des Druckspeicherraumes (Abb. 5) und der Hubraum des Kolbens in der durch die Länge der Ansatzstücke 23 gegebenen Begrenzung sind so aufeinander abgestimmt, daß im Druckspeicherraum ein bestimmter Druck nicht oder nur unwesentlich überschritten wird. Ist der Kolben unter der Wirkung des Lichtbogengasdruckes bestrebt, den Pumphub fortzusetzen, so öffnen die Ansätze 23 die Auslaßkanäle 24, so daß die Gasblase in den druckfreien Raum abströmen kann. Selbst bei schwersten Abschaltungen wird auf diese Weise ein gefährlich hoher Druckanstieg unterbunden und die Hubbewegung des Kolbens automatisch begrenzt. Hat schon die Volumenvergrößerung des Lichtbogenraumes nach Maßgabe des Kolbenhubs eine die Entionisierung begünstigende Unterkühlung der Gasblase zur Folge, so wird diese Wirkung durch die öffnung der Auslaßkanäle noch erhöht.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die Ansätze an der Unterseite des Kolbens und die Auslaßkanäle 24 entsprechend unterhalb des Kolbens vorzusehen. Es ergäbe sich aber dadurch eine Verlängerung der Strömungswege. Die Anordnung der Druckspeicherkammer oberhalb des Löschspiegels hat den Vorzug, daß Gasverluste nicht eintreten können, während bei der in Abb. 1 gezeigten Lage die Strömungswege kürzer sind.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Löschkammer für flüssigkeitsarme elektrische Leistungsschalter mit einem gasgefüllten Druckspeicherraum zur Herbeiführung einer Löschmittelströmung durch vom beweglichen Schaltstift gesteuerte Kanäle, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Lichtbogengasdruck einseitig beaufschlagter Kolben den Druck auf den Druckspeicherraum überträgt, der mit den Strömungskanälen in freier Verbindung steht, und daß nach Öffnung der Strömungskanäle durch den Schaltstift die Rückbewegung des Kolbens unter der Wirkung einer beim Pumphub gespannten Feder durch z. B. auf Klemmwirkung beruhende Mittel bis etwa zum Zeitpunkt der Entspannung des Gaspolsters verzögert wird.

2. Löschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückbewegung des Kolbens bis etwa zum Zeitpunkt der öffnung der Druckkammer durch den Schaltstift verzögert wird.

3. Löschkammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung durch einen rollen- oder kugelförmigen Druckkörper herbeigeführt wird, der sich bei der Rückbewegung des Kolbens zwischen die Zylinderwand und eine zu dieser im spitzen Winkel liegende Druckfläche eines vom Kolben getragenen, gegen Widerstand verschiebbaren Gegendruckstückes klemmt.

4. Löschkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckstück dicht schließend in einer mit dem flüssigen Löschmittel gefüllten Sacklochbohrung im Kolben, der zweckmäßig als Scheibenkolben ausgebildet ist, geführt ist, die eine die Verzögerung steuernde Ausströmöffnung und/oder einen Ausströmkanal aufweist.

5. Löschkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausströmkanal eine Nut in der Sacklochbohrung oder im Gegendruckstück dient.

6. Löschkammer nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch eine solche Gestaltung des Ausströmkanals, daß nach einem vorbestimmten Verschiebeweg des Gegendruckstückes ein sich erweiternder Auslaßquerschnitt freigegeben wird.

7. Löschkammer nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder des Pumpkolbens eine Ausdrehung aufweist, welche in der Ausgangsstellung des Kolbens die Rückführung des Gegendruckstückes unter der Wirkung einer bei der Verschiebung gespannten Feder gestattet.

8. Löschkammer nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem vorbestimmten Hub der Kolben vom Pumpraum in den druckfreien Raum der Löschkammer führende Auslaßkanäle freigibt.

9. Löschkammer nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der oberen oder unteren Kolben-

seite angebrachte, an der Zylinderwand gleitende und als Schieber wirkende Ansätze die entsprechend angeordneten Auslaßkanäle steuern.

10. Löschkammer nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmig ausgebildete, konzentrisch zu den Schaltstücken liegende Druckspeicherraum unterhalb des Löschmittelspiegels, vorzugsweise in Nähe der Strötnungskanäle, angeordnet ist.

11. Löschkammer nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Lage des Druckspeicherraumes, daß sein Gasvolumen oberhalb des Löschmittelspiegels liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 637 074, 495 195, 505, 866 689.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen