DE697904C - Elektrischer Hochspannungsschalter mit Lichtbogenloeschung in einer geschlossenen Huelle - Google Patents

Description

• Elektrischer Hochspannungsschalter mit Lichtbogenlöschung in einer geschlossenen Hülle Bei elektrischen Hochspannungsschaltern mit Lichtbogenlöschung durch strömende Löschmittel in einer geschlossenen Hülle will man die Schaltarbeit möglichst klein halten. Dies ist vor allem deshalb erwünscht, weil sich die Schaltarbeit in der Erwärmung der Umgebung des Lichtbogens äußert und den Schalter thermisch und mechanisch hoch beansprucht. Ferner entstehen bei den Schaltern mit Lichtbogenlöschung durch strömende Löschmittel durch die Gasentwicklung an den Elektroden usw. Gegendrücke, die die Heranführung des Löschmittels an den Lichtbogen erschweren. Zur Verminderung der Schaltarbeit sucht man die Lichtbogenlänge während der Löschung kurz zu halten. Mit kleinen Lichtbogenlängen ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, die Isolierfestigkeit der Schaltstrecke mit dem Verschwinden des Stromes hinreichend rasch zu steigern, um Rückzündungen zu verhindern. Dabei ist es bekannt, den Lichtbogen in einem Gas ganz geringer Dichte zu löschen (Vakuumschalter).
• Andere Anordnungen, unter dem Namen der Deion-Circuit-Breakers bekannt, teilen den Lichtbogen zwischen den Kontakten in mehrere Teillichtbögen und bewirken die Lichtbogenlöschung dadurch, daß die Spannungsabfälle an den Fußpunkten der Lichtbögen höher als die treibende Spannung werden.
• Die Erfindung geht nun einen neuen Weg zur Verminderung der Schaltarbeit, der diese Nachteile vermeidet. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß von der Zündung des Lichtbogens bis zum Erreichen der für eine sichere Spannungstrennung ausreichenden Länge in der Hülle ein geringer Druck als Atmosphärendruck herrscht und der Lichtbogen nach dem Erreichen dieser Länge der Einwirkung eines strömenden Löschmittels ausgesetzt wird. Während der Lichtbogenstrom durch den Stromkreis als fest gegeben anzusehen ist, gelingt es durch diese Maßnahme, die Lichtbogenspannung besonders wirkungsvoll zu verringern. Die Lichtbogenspannung setzt sich aus der Spannung der Lichtbogensäule, die beim Hochdrucklichtbogen entscheidend ist, und aus dem Anoden- und Kathodenfall zusammen. Erniedrigt man die Dichte des umgebenden Gases, so sinkt die Säulenspannung rasch auf vernachlässigbar kleine Werte herab. Dagegen steigen mit sinkendem Druck die Abfälle an den Elektroden infolge der Verarmung des Gases an Ladungsträgern. Wenn keine besonderen Maßnahmen torgesehen sind, ist es daher schädlich, die Dichte in der Lichtbogenkammer unter einen bestimmten Wert zu senken. Die günstigsten Werte liegen je nach der Gasart bei 1J" bis 1/1o der Dichte beim Atmosphärendruck.
• Man wird zur Verminderung der Säulenspannung dann wesentlich-tiefer mit- der Dichte gehen können, wenn besondere, Maßnahmen vorgesehen sind, um die Abfälle an den Elektroden zu vermindern. Eine derartige Maßnahme ist z. B. die Anbringung von Stoffen in der Nähe der Lichtbogenfußpunkte, die in besonders hohem Maße die Abfälle herabsetzen, wie sie in der Technik der Gasentladungsröhren bekannt sind. Es ist weiterhin möglich, Gase mit besonders niedriger Ionisierungsspannung, z. B. fiIetalldämpfe, zu verwenden. Ferner kann die Lichtbogenkammer absichtlich etwas undicht gemacht werden, indem kleine Zuströmöffnungen an den Lichtbogenfußpunkten angeordnet werden, so daß sich an diesen selbsttätig eine höhere Gasdichte als in der Lichtbogensäule auszubilden vermag.
• Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Druck weitgehend zu senken, soweit die zur Druckabsenkung dienenden Vorrichtungen dies erlauben.
• Eine wirksame Herabsetzung des Druckes in der Lichtbogenkammer beim Ausschalten kann durch eine beim Schaltvorgang betätigte Kolbenpumpe erreicht «-erden oder auch durch dauernde;, die Verdünnung aufrechterhaltendes Pumpen. Dann erst wird der Lichtbogen gezogen, bis er eine für eine sichere Spannungstrennung ausreichende Länge erreicht. Die Löschung wird durch strömende gasförmige oder flüssige Löschmittel, die' der Lichtbogenkammer plötzlich zugeführt werden, bewirkt. Dadurch ;teigt die Lichtbogenspannung fast augenblicklich auf ein Vielfaches des Wertes im verdünnten Raum an, und die Löschung erfolgt beim nächsten Stromnulldurchgang in der bei Schaltern mit Lichtbogenlöschung durch ein strömendes Löschmittel bekannten Weise. Um ein Ausströmen des Löschmittels aus der Lichtbogenkammer zu ermöglichen, wird diese zweckmäßig mit einem Rückschlagventil versehen. Dieses kann als Schnellventil ausgebildet werden, d. h. als ein Ventil, bei dem die beaufschlagte Fläche bei seiner Öffnung plötzlich zunimmt.
• Eine besonders vorteilhafte Anwendung des Schaltprinzips gemäß der Erfindung wird erreicht bei synchron. arbeitenden Schaltern, und zwar vor allem bei solchen mit Löschung durch Druckgas. Wird hier nämlich das Löschmittel in an sich bekannter Weise schlagartig kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes zugeführt, so verliert die Lichtbogensäule beim Nulldurchgang fast unverzögert ihre Leitfähigkeit, da sie ja infolge der geringen Brennspannung nur wenig Energie gespeichert enthält. Hierdurch wird also nicht nur die Lichtbogenarbeit bei der Verengung des Lichtbogens außerordentlich vermindert, sondern auch die eigentliche Löscharbeit auf einen Bruchteil der bei normalen Schaltern auftretenden Arbeit herabgesetzt. Der Lichtbogen. erlischt aast augenblicklich, ohne daß sich eine nennenswerte Lichtbogenspannung ausbilden kann. .
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar ist ein Schalter mit einer Einrichtung, die die Verdünnung des Gases innerhalb des Lichtbogenraums während des Schaltvorgangs bewirkt, und Lichtbogenlöschung durch Druckgas dargestellt. Abb. z zeigt den Schalter in der Einschaltstellung, Abb.2 in der Löschstellung.
• Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens q. wird die Luft in der .Schaltkammer zwischen der Düse z und dem Kolben q. verdünnt, während der Schaltstift vorerst noch stehen bleibt und die Düsenöffnung x verschließt. Nachdem der Kolben q. die in Abb. x gestrichelt angedeutete, in Abb. 2 ausgezeichnete Stellung 4' erreicht hat, wird die Schaltelektrode 2 nach unten bewegt. Gleichzeitig wird der Schaltstelle unterhalb des Kolbens durch die Zuleitung 6 Druckgas zugeführt. Sobald der Stift bei seiner Abwärtsbewegung die düsenförmige Öffnung 7 des aus Isolierstoff bestehenden Kolbens freigibt, strömt das Löschgas durch diese Öffnung in die Lichtbogenkammer. Der Lichtbogen wird durch die Druckerhöhung und durch die Beblasung beim nächsten Nulldurchgang gelöscht. Wie beschrieben, ist es besonders zweckmäßig, die Stiftbewegung derart zu synchronisieren, daß die Beblasung des Lichtbogens unmittelbar vor dem Nulldurchgang einsetzt. Da der Druck in der Lichtbogenkammer anwächst, könnte er die Nachströmung beeinträchtigen. Es ist deshalb möglich, jedoch bei schneller Löschung nicht unbedingt erforderlich, ein Rückschlagventil 8 vorzusehen, das bei Überschreiten eines bestimmten Druckes in der Lichtbogenkammer geöffnet wird. Mit g sind Rippen bezeichnet, die den Ventilkörper führen. Zur Zuleitung des Stromes für den Schaltstift 2 dient ein Schleifkontakt io. Bei starken Nennströmen können die Zugstangen 5 mit dem Kolben als Parallelkontakte ausgebildet werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Hochspannungsschalter mit Lichtbogenlöschung in einer geschlossenen Hülle, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zündung des Lichtbogens bis zum Erreichen der für eine sichere Spannungstrennung ausreichenden Länge in der Hülle ein geringerer Druck als Atmosphärendruck herrscht und der Lichtbogen nach dem Erreichen dieser Länge der Einwirkung eines strömenden Löschmittels ausgesetzt wird.
2. 2. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdichte im Lichtbogenraum während der Ziehung des Lichtbogens 1/2o bis 1/1o der Gasdichte bei Atmosphärendruck beträgt.
3. 3. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen erst gezogen wird, nachdem die Gasdichte der Schaltkammer gesenkt ist. q..
4. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Herabsetzung der Gasdichte beim Schaltvorgang durch einen im Lichtbogenraum bewegten Kolben erfolgt.
5. 5. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden, an denen der Lichtbogen brennt, mit Stoffen ausgerüstet sind, die die Spannungsabfälle an den alektroden herabsetzen.
6. 6. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschmittel dem Lichtbogenraum kurz vor dem Stromnulldurchgang zugeführt wird.
7. 7. Elektrischer . Hochspannungsschalter nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenraum durch ein Rückschlagventil gegen die Außenluft verschlossen ist.