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Wechselstromleistungsschalter, insbesondere mit Flüssigkeit enthaltenden
Schaltkammern Die Erfindung betrifft einen Wechselstromleistungsschalter, bei welchem
das Löschmittel durch den Unterbrechungslichtbogen bzw. den Unterbrechungsstrom
selbst erzeugt wird, z. B. Löschkammerölschalter, Expansionsschalter, Dampfblasschalter.
Bei derartigen Schaltern zeigt sich, daß mit zunehmender Abschaltleistung mehr Löschmittel
(Gas und Dampf) erzeugt wird, als zur sicheren Löschung des Lichtbogens erforderlich
wäre, was nachteilig ist.
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Man hat daher bei Flüssigkeitsschaltern schon vorgeschlagen, eine
Entlastung der Gefäße, in denen die Abschaltung vor sich geht, dadurch herbeizuführen,
d.aß man Abzugswege für das Gasdampfgemisch vorsah. Durch das vorzeitige Abziehen
des Löschmittels wird jedoch immer die gute Löschwirkung der betreffenden Einrichtung;
z. B. der Schaltkammer, beeinträchtigt.
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Es ist ferner ein Schalter bekannt, bei dem der Lichtbogen durch eine
Ölströmung unterbrochen wird, welche durch den von einem Vorlichtbogen in einer
Druckkammer erzeugten Druck hervorgebracht wird. Bei diesem Schalter wird die Länge
des Vorlichtbogens mit zunehmender Abschaltleistung verringert und dadurch der erzeugte
Druck bei allen Abschaltleistungen in mäßigen Grenzen gehalten.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß bei einem Wechselstromleistungsschalter,
und zwar insbesondere einem solchen mit Flüssigkeit enthaltenden Schaltkammern,
bei welchen das Löschmittel durch den Unterbrechungslichtbogen selbst erzeugt wird,
bei zunehmender Abschaltleistung Mittel zur Wirkung gebracht werden, welche die
Leistung des unter unmittelbarer Einwirkung des Löschmittels zu unterbrechenden
Lichtbogens in der zeitlichen Umgebung des Stromhöchstwertes derart vermindern,
daß auch .bei erhöhter Abschaltleistung im wesentlichen nur die zur Lichtbogenlöschung
erforderliche Dampfgasmenge erzeugt wird.
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Da sich bei Wechselstromschaltern die Löschmittelerzeugung durch den
Lichtbogen insbesondere in der Umgebung des Stromhöchstwertes über das gewünschte
und für die Löschung erforderliche Maß hinaus steigert, so ist durch die Erfindung
eine besonders zweckmäßige Regulierung dies,:r Löschmittelerzeugung erzielt: denn
die Mittel nach der Erfindung beeinträchtigen in keiner Weise die Lichtbogenlöschung,
da sie während des Stromnulldurchganges nicht wirksam sind. Sie können also nicht
nur auf den Vorlichtbogen, sondern auch auf den zu unterbrechenden Lichtbogen unmittelbar
: angewendet werden.
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Besonders vorteilhaft wird die von der Abschaltleistung abhängige
Lichtbogenbewegung dazu benutzt, um die die Lichtbogenleistung verringernden Mittel
in Wirkung zu setzen. Der Lichtbogen biegt sich bekannt lieh in dem -Maße, wie die
Stromstärke zunimmt, seitlich aus der Achse der Unterbrechungsstrecke aus. Bei Wechselstrom
erfolgt
diese Bewegung synchron mit der Periodenzahl. Sie kann
unmittelbar, z. B. zum Einschalten von Überbrückungen für den Lichtbogen oder für
die Kontaktherstellung mit Stoffen, in deren Dampf er eine geringere Lichtbogenspannung
benötigt, benutzt werden.
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Man kann aber auch die die Lichtbogenleistung verringernden Mittel
durch andere Einrichtungen, die in Abhängigkeit von der Lichtbogenleistung gesteuert
werden, zur Wirkung bringen, z. B. durch vom Kontaktweg oder von der Stromstärke
beeinflußte Kontaktanordnungen.
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Die Verringerung der Gasdampfbildung . kann auch durch Verringerung
des Wirkungsgrades der Dampferzeugung erfolgen.
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Zur Verringerung der Lichtbogenleistung kann man die Lichtbogenspannun:g
z. B. dadurch herabsetzen, daß der Lichtbogen von ,einer bestimmten Leistung an
gänz oder teilweise überbrückt wird, so daß nur entsprechend kleine Lichtbogenteile
mit einer kleinen Dampferzeugung pro kVA wirksam sind, bzw. die Dampferzeugung ganz
unterbunden wird.
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Eine Verminderung der Lichtbogenleistung bei steigender Abschaltleistung
erreicht man ferner durch die Stabilisierung des Lichtbogens auf die Achse der L:nterbrechungsstrecke.
Bei schwachen Strömen brenn' nämlich der Lichtbogen ungefähr in der Achse. Je stärker
jedoch der Strom wird, - desto stärker biegt er sich infolge der magnetischen Blasung
aus und wird dabei in engste Berührung mit der umgebenden Flüssigkeit gebracht.
Mit diesem Andrücken des Lichtbogens an die Flüssigkeit und mit der durch das Ausbiegen
zunehmenden Länge und daher Leistung des Lichtbogens wird die Dampfgasbildung vergrößert.
Wenn man daher den Lichtbogen stabilisierende Mittel anwendet, werden gerade die
überflüssigen Spitzen der Gasdampferzeugung beseitigt.
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Man kann ferner die Spannung des Lich:-bogens dadurch herabsetzen,
daß der Lichtbogen bei hoher Abschaltleistung mit solchen Stoffen in Berührung gebracht
wird, in deren Dampf er eine geringere Lichtbogenspannung (V/cm) besitzt. Ferner
kann man eine Steuerung der Kontaktbewegung anwenden, derart, daß der Kontaktabstand
mit zunehmender Abschaltleistung vermindert wird. Z. B. kann man eine synchron mit
dem Wechselstrom schwingende Kontaktbewegung anwenden, derart, daß beim Stromnulldurcllgang
der Kontaktabstand groß ist, um die Wiederzündung nach der Löschung zu verhindern.
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Eine Verminderung der Lichtbogenleistung durch Verringerung des Lichtbogenstromes
läßt sieh beispielsweise auch dadurch erzielen, daß bei Anwachsen der Abschaltleistu#:g
Widerstand in den Lichtbogen oder andere Teile der Strombahn eingeschaltet wird.
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Der Wirkungsgrad der Dampferzeugung kann beispielsweise dadurch verringert
werden, daß der Abstand der v erdampfbare:i Flüssigkeit von der Lichtbogenachse
in Abhängigkeit von der Abschaltleistung verändert wird. Man kann z. B. nachgiebige
Schaltkammern anwenden, die in irgend einer Weise, z. B. durch den Dampfdruck, proportional
mit der Lichtbogenleistung b2-wegt werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Die Fig. i veranschaulicht diagrammatisch die Verhältnisse bei einem
Expansionsschalter. Auf der horizontalen Achse ist die Abschaltleistung N" in kVA
aufgetragen, auf der vertikalen Achse die vom Lichtbogen entwickelte Dampfgasmenge
h in Volumeneinheiten. Die Kurve .4 gibt die ohne Anwendung künstlicher Mittel der
jeweiligen A.bschaltleistung N" entsprechende Dampfgasmenge L' an. Die Kurve B gibt
diejenige Dampfmenge an, die zur Löschung des Lichtbogens durch den Expansionseffekt
erforderlich ist. Man sieht, daß von einer gewissen Leistung N"1 an der Überschuß
der Dampfentwicklung über das erforderliche Maß sehr stark ansteigt, so daß bei
der mit N"_ bezeichneten Leistung die Schaltkammer bereits beträchtlich durch die
entwickelte Dampfmenge überbeansprucht und auch in ihrer Löschwirkung durch das
Übermaß der Flüssigkeitsverdampfung verschlechtert wird.
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Die Fig.2 zeigt die Anwendung eines Kurzschlußbügels zur Verminderung
der Lichtbogenleistung. i i und 12 sind die beiden Schaltkontakte, die in einer
Flüssigkeit angeordnet zu denken sind. 13, 1.4 sind die beiden stehengebliebenen
Teile des Lichtbogens. 15 ist ein metallener Kurzschlußbügel, der in der Nähe der
Unterbrechungsstrecke angeordnet ist. Der mittlere Teil 16 des sLichtbogens ist
erloschen, so daß nur mehr die Teile 13, 14 Dampf entwickeln. Der Lichtbogen wird
erst von einer gewissen Stromstärke an durch die magnetische Blasung so stark seitwärts
ausgebogen, daß er mit dem Bügel 15 in Berührung kommt. Unterhalb dieser Stromstärke
brennt er in der Nähe der Achse der Unterbrechungsstrecke, so daß in diesem Fall
die ganze Lichtbogenleistung für die Dampfbildung nutzbar ist.
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Anstatt eines Bügels 15 kann auch ein leitender Zylinder angewendet
werden, der die Unterbrechungsstrecke in gewissem Abstand umgibt.
Die
Fig: 3 zeigt die - Stabilisierung des Lichtbogens auf die Achse der Unterbrechungsstrecke
durch Anwendung - eines Flüssigkeitswirbels. Die Kontakte i7, 18 bewegen sich in
einem Isoliergefäß i9, in dessen Boden und@Deckel schräge Öffnungen 20, 21 vorgesehen
sind. Durch die obere Öffnung wird bei zunehmender Abschaltleistung Flüssigkeit
.hineingedrückt. Es entsteht infolgedessen ein schraubenförmiger Wirbel 22, der
die Unterbrechungsstelle umhüllt und den Lichtbogen in der Achse der Unterbrechungsstrecke
stabilisiert. Bei zunehmender Stromstärke verringert sich damit die Lichtbogenlänge
auf die Länge der Unterbrechungsstrecke.
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In Fig: q. ist die Stabilisierung durch Anwendung eines porösen Isolierrohres
2q., z. B. eines Tonrohres, dargestellt. Die lichte Weite dieses Isolierrohres ist
hierbei- verhältnismäßig groß. Aus diesem Grunde wird der Lichtbogen bei geringer
Abschaltleistung dieses Isolierrohr nicht in einem praktisch beachtlichen Umfange
beeinflussen. Bei zunehmender Abschaltleistung tritt jedoch eine wesentlich stärkere
Erwärmung der Rohroberfläche durch den Lichtbogen ein, die eine starke Gasentwicklung
zur Folge hat, die ihrerseits wieder die Stabilisierung des Lichtbogens bewirkt.
An Stelle des Tonrohres kann man auch andere poröse Isolierkörper aus Faserstoff,
z. B. aus Papier o. dgl., verwenden. Man kann auch gitter- oder siebartige Umhüllungen
aus Isoliermaterial anwenden.
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Ferner kann man, den Lichtbogen auch durch zweckmäßige Gestaltung
des magnetischen Feldes stabilisieren.
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Die Fig.5 zeigt die Verminderung der Lichtbogenspannung für größere
Leistungen durch Anwendung eines zylinderförmigen Körpers 25 aus einem alkalihaltigen
Material, z. B. einem mit Chlorkalium imprägnierten Tonzylinder. Dieser Zylinder
ist oben bis an den Kontakt 26 glockenförmig herangezogen, so daß ein gewisses Gaspolster
in dem Zylinder vorhanden ist. Der Kontakt 27 steht fest, während sich der Kontakt
26 nach oben bewegt. Der Lichtbogen brennt in der den Schaltkontakt 27 umgebenden
Flüssigkeit, wodurch die Entwicklung .einer für die Löschung des Lichtbogens ausreichenden
Dampfmenge auch bei kleinen Leistungen gewährleistet .ist. Bei zunehmender Abschaltleistung
bewirkt der Lichtbogen eine starke Erwärmung der Innenfläche des Zylinders 25, wodurch
das Chlorkalium verdampft wird. Da .ein Lichtbogen von i cm Länge in Wasserstoff
mindestens 290 V, in Kaliumdampf dagegen etwa nur 5 V benötigt, wird der obere Teil
des Lichtbogens dadurch praktisch abgeschnitten und dadurch die Lichtbogenspannung
und Lichtbögenarbeit bedeutend herabgesetzt und auch' die Dampfentwicklung vermindert.
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Die Fig.6 zeigt die Einschaltung von Widerstand in den Lichtbogen
größerer Leistung. Zwischen den Metallring 28- und den feststehenden Kontakt 29
ist der Widerstand 30 eingeschaltet. Sobald daher der bewegliche Kontakt
3 1 über den Ring 28 hochgezogen wird, schaltet sich der Widerstand 3o ein
und der Lichtbogen 32 brennt vom Kontakt 31 bis zum Ring 28, während der Lichtbogenteil33
erlischt.
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Die Fig.7 und 8 veranschaulichen eine Ausführungsform, bei welcher
der Kontaktabstand mit zunehmendem Lichtbogenstrom vermindert wird. 34 ist der feststehende
Kontakt, 35 der bewegliche, der mit einer Kurbel 36 von einem Synchronantrieb 37
angetrieben wird. Er führt daher eine schwingende Bewegung synchron mit der Periodenzahl
des Wechselstromes aus, die in dem Schaubild Fig. 8 durch die Kurve a dargestellt
wird. i gibt den Stromverlauf im Lichtbogen an. Der Antrieb des Kontaktes 35 erfolgt
also in der Weise, daß rhythmisch .im Takte der Wechselstromfrequenz eine Verkürzung
des Kontaktabstandes eintritt, sobald die Abschaltleistung einen bestimmten Grenzwert
überschreitet, wobei die Phasenlage der Bewegung so ist, daß der Kontaktabstand
a zur Zeit des Stromhöchstwertes den geringsten Wert hat, zur Zeit des Stromnulldurchganges
dagegen seinen größten Wert.