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Lichtbogenlöschapparat mit einer Differentialpumpeinrichtung Es sind
Lichtbogenlöschapparate mit einer Differentialpumpeinrichtung in den verschiedensten
Ausführungen bekannt. Der Differentialpumpkolben wird in den meisten Fällen durch
den Lichtbogengasdruck selbst angetrieben und erzeugt einen Flüssigkeitsdruckstrahl,
der mit hoher Geschwindigkeit in die Lichtbogengassäule getrieben wird. Es wurde
auch bereits vorgeschlagen, zum Antrieb des Differentialpumpkolbens unabhängig von
dem Lichtbo engasdruck ein von außerhalb der Anlage zugeführtes Druckgas zu verwenden.
Der Zufluß des Druckgases wird hierbei durch ein Steuerorgan in der Weise geregelt,
daß das Druckgas während des Löschvorganges freien Zutritt zum Pumpkolben hat, und
nach Beendigung des Löschvorganges in die Außenluft frei auszutreten vermag.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Ausführungen wirkt bei dem Erfindungsgegenstand
sowohl der Lichtbogengasdruck wie auch noch ein fremdes Druckmittel zusätzlich antreibend
auf den Differentialpumpkolben ein. Dies kann derart geschehen, daß der Lichtbogengasdruck
in üblicher Weise auf die große Kolbenfläche des Differentialpumpkolbens einwirkt
und ein zweiter Kolben im Löschapparat vorgesehen ist, der sich gegen den Differentialpumpkolben
abstützt und durch das fremde Druckmittel angetrieben wird. Es kann aber auch das
Fremdgas oder eine durch Fremdgas beschleunigte Flüssigkeit unmittelbar Zugang zur
Antriebsfläche des Differentialpumpkolbens finden.
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Dieses neue Verfahren bietet besondere Vorteile. Es ist leicht, das
fremde Druckmittel dem Lichtbogengasdruck in seiner Druckhöhe so anzupassen, daß
je nach der Höhe der Abschaltleistung die eine oder die andere Kraftquelle überwiegend
die Antriebskraft für den Pumpkolben zur Verfügung
stellt. Bei einer
.Kurzschlußabschaltttng wird der Zufluß des fremden Druckmittels gehemmt oder. das
Druckmittel sogar vorübergehend zurückgedrängt, während bei kleiner Abschalrleistung
der Pumpkolben in der Hauptsache durch das fremde Druckmittel bewegt.wird. Die fremde
Antriebsquelle wirkt mithin vergleichmäßigend auf die Pumpenleistung ein. Auch steht
die Antriebskraft des fremden Druckmittels von Beginn der Kontakttrennung an voll
zur Verfügung, so daß eine Beblasung des Lichtbogens mit Flüssigkeit unverzögert
einsetzt, sobald ein Bespülungskanal für den Lichtbogen freit, gelegt ist. Dies
ist sehr wichtig bei Abschaltung einer sehr kleinen Leistung bzw. bei Abschaltung
von leerlaufenden Transformatoren. Hierbei ist die im Lichtbogen frei werdende Energie
so gering, daß der durch die Flüssigkeitsverdampfung hervorgerufene Druckanstieg
in der Umgebung des Lichtbogens nicht ausreicht, den Pumpkolben in Bewegung zu setzen.
Der schwache Lichtbogen wird, ohne bespült zu werden, insbesondere bei Hochspannung
sehr lang ausgezogen, bevor er endgültig erlöschen kann. Bei solch einer Abschaltung
leerlaufender Leitungen treten häufig sehr hohe Überspannungen auf, die an einer
Stelle der Anlage einen Durchschlag hervorrufen können, dessen Kurzschlusstrom dann
bei dem bestehenden sehr langen Lichtbogen eine sehr große Dampfmenge erzeugt. Diese
ruft einen Druckstoß hervor, der die Schaltanlage beschädigen kann.
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Bei dem neuen Löschverfahren werden diese Nachteile eines Flüssigkeitsschalters
mit Differentialpumpkolben vermieden. DieAntriebskraft für den Pumpkolben steht
in Form des fremden Druckmittels von Beginn der Kontakttrennung an und unabhängig
von dem augenblicklich herrschenden Lichtbogengasdruck zur Verfügung. Der Lichtbogen
wird sofort nach Freigabe des Bespülungskanales endgültig gelöscht und damit das
Auftreten allzu hoher Überspannungen vermieden.
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Man ist bei dieser neuen Löscheinrichtung auch in der Lage, den Lichtbogen
aus den Pumpenräumen vollkommen fernzuhalten und die Kontaktstelle mitsamt einem
Lichtbogenlöschkanal außerhalb der Begrenzungswand der Pumpeinrichtung im druckfreien
Schalterraum anzuordnen. Hierdurch wird es ermöglicht, daß alle größeren Druckschwankungen,
insbesondere die gefürchteten Einschaltdruckstöße, sich im druckfreien Schalterraum
ausgleichen können, so daß damit auch alle hohen Druckbeanspruchungen von den Kammerwandungen
fernbleiben. ' Zu den Erfindungsmerkmalen gehört auch, daß der vom Kontaktstift
freigelegte Innenraum des Löschkanales nur in zeitweiser Verbindung mit dem Antriebsraum
des Differentialpumpkolbens steht. Der Lichtbogengasdruck im Innern des Löschkanales
kann sich auf den Antriebsraum des Differentialpumpkolbens erst von dem Augenblick
an übertragen, in dem der Kontaktstift den Verbindungskanal beider Räume freigelegt
hat. Diese zeitweise Beaufschlagung des Differentialkolbens mit dem Lichtbogengasdruck
ist erwünscht und auch zulässig, da für die Zwischenzeit je nach Erfordernis die
über den Lichtbogen verlaufende Löschströmung durch die fremde Kraftquelle stets
aufrechterhalten werden kann.
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-Wird der ruhende Gegenkontakt als Hohlkontakt ausgebildet, so ist
es vorteilhaft, die Rückseite des Hohlkontaktes ebenfalls mit dem Pumpraum des Differentialkolbens
oder noch besser mit dem dritten vom Differentialkolben begrenzten, druckfreien
Pumpenraum zu verbinden und den Hohlkontakt getrennt von dem Löschkanal so anzuordnen,
daß die aus diesem dritten Raume verdrängte Flüssigkeit oder ein Teil dieser Flüssigkeitsmenge
möglichst hemmungslos durch den Hohlkontakt zum druckfreien Schalterraum überströmen
kann. Hierdurch wird erreicht, daß der vom Kontaktstift im Hohlkontakt freigelegte
Raum unmittelbar mit Flüssigkeit aufgefüllt und durchspült wird, die bisher nutzlos
verdrängt werden mußte. Entsteht der Unterbrechungslichtbogen, so bleiben der Lichtbogenfußpunkt
und auch alle Verunreinigungen aus der Umgebung des Lichtbogens trotz des plötzlichen
Druckanstieges außerhalb der Kontaktfläche @ des Kontaktinnenraumes, da sie auf
den Flüssigkeitsinhalt des Hohlkontaktes auftreffen und dort festgehalten werden.
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In der Zeichnung ist als Beispiel ein Schaltapparat mit den angeführten
Erfindungsmerkmalen dargestellt. Das Zylindergehäuse des Schalters ist mit i, der
untere Abschlußdeckel des Gehäuses mit 2 und der obere Abschlußdeckel mit 3 bezeichnet.
Eine Querwand 4 teilt die Kammer der Pumpeinrichtung von dem druckfreien Schalterraum
5 ab. In der Pumpenkammer ist ein Differentialpumpkolben 6 eingebaut, der die Pumpenkammer
in einen Kolbenantriebsraum 7, in einen Flüssigkeitsförderraum 8 für die Lichtbogenbeblasung
und in einen dritten Raum 9 unterteilt, dessen Flüssigkeitsinhalt möglichst druck-
und hemmungsfrei nach dem druckfreien Schalterraum entweichen kann. Der Flüssigkeitsförderraum
8 enthält zugleich die Rückstellfeder io für den Pumpkolben 6. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Kontaktstelle, bestehend aus dem ortsfesten Kontakt i i und dem beweglichen
Kontaktstift 12, außerhalb der Pumpeinrichtung im druckfreien Schalterraum angeordnet.
DieRückseite des ortsfesten Hohlkontaktes i i steht nicht, wie bisher üblich, mit
dem Pumpraum 8, sondern über ein Zuführungsrohr 13 mit dem druckarmen dritten Raum
9 der Pumpeinrichtung in Verbindung. Die in Richtung der Ausschaltbewegung des Kontaktstiftes
12 liegende Seite des Hohlkontaktes mündet frei nach dem druckfreien Schalterraum.
In einem gewissen Abstand vom ortsfesten Kontakt, in Ausschaltrichtung gesehen,
ist ein vom Kontaktstift freizulegender, aus Isolierstoff gefertigter Löschkanal
14 vorgesehen, in den, radial zur Längsachse des Kanales gerichtet, Ringkanäle 15
und 16 einmünden. Das obere Ende des Löschkanales 14 mündet zum druckfreien Schalterraum
5. Die Ringleitung 16 führt vom Löschkanal aus zu einem erweiterten Ringkanal 17,
von dem aus einige Rohransätze 18 die Verbindung mit dem sich verengenden
Pumpraum
8 herstellen. Der Ringkanal 15 verläuft durch eine Querwand i9 des Schalterraumes
zu einem Kanal 20 in der Zylinderwand i des Schalters. Diese Kanäle stellen die
Verbindung zwischen dem Löschkanal 14 und dem sich erweiternden Pumpenraum 7 her.
In der Querwand i9 sind überströmöffnungen 21, die einen Druckausgleich zwischen
der oberen und unteren Seite der Querwand gestatten. Außerdem befindet sich außerhalb
des Schaltergehäuses ein Flüssigkeitsvorratsgefäß 22. das durch eine Rohrleitung
mit dem sich erweiternden Pumpenraum 7 in Verbindung steht.. In den oberen Deckel
des Flüssigkeitsgefäßes 22 mündet eine Druckgasleitung, in der ein Steuerungsorgan23
vorgesehen ist, das den Druckgaszufluß zum Gefäß regelt. Weiterhin ist zwischen
dem druckfreien Schalterraum 5 und dem oberen Teil des Flüssigkeitsvorratsgefäßes
22 ein Verbindungskanal angeordnet, in dem sich ein Rückschlagorgan 24 befindet,
das Gas und Flüssigkeit aus dem Schalterraum 5 übertreten läßt, jedoch dem Druckgas
aus dem Gefäß 22 den Übertritt zum Schalterraum versperrt. Darüber hinaus ist in
dem Differentialpumpkolben 6 noch ein weiterer Kolben 25 eingebaut, der von einer
Gegenfeder 26 belastet ist und durch das fremde Druckmittel entgegen der Federkraft
im Pumpkolben bewegt werden kann.
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Soll eine Stromunterbrechung erfolgen, so wird kurz vor der Kontakttrennung
das Steuerorgan 23 in eine Lage gebracht, in der das Druckgas freien Zutritt zum
Flüssigkeitsvorratsgefäß 22 hat. Durch die Flüssigkeitssäule wird derDruck desTreibgases
auf den sich erweiternden Pumpenraum 7 des Schalters übertragen, so daß der Pumpkolben
noch vor Beginn der Kontakttrennung unter Druck steht. Der Differentialkolben 6
kann sich zunächst noch nicht bewegen, da der Kontaktstift 12 den Ausflußkanal 16,
17, 18 des Pumpraumes 8 noch verschlossen hält. Der im Differentialpumpkolben befindliche
Voreilkolben 25 setzt sich aber sofort mit der Kontaktstiftverstellung in Bewegung
und füllt unverzögert den vom Kontaktstift im ortsfesten Hohlkontakt freigelegten
Raum mit Flüssigkeit an. Verläßt der Kontaktstift den Hohlkontakt i i, so entsteht
ein Unterbrechungslichtbogen zwischen den beiden Kontakten i i und 12 im druckfreien
Schalterraum, woselbst die entstehende Flüssigkeitsdampfmenge ohne einen erheblichen
Druckstoß aufgenommen und kondensiert wird. Der Kolben 25 setzt seine Pumpbewegung
unter der Einwirkung des fremden Druckmittels fort und schiebt Flüssigkeit durch
den Hohlkontakt i i zum druckfreien Schalterraum 5. Die im Hohlkontakt vorhandene
Flüssigkeitsbewegung hält den Lichtbogenfußpunkt und alle Metalldämpfe und Unreinlichkeiten
aus der Umgebung des Lichtbogens von der inneren Kontaktfläche fern, so daß bei
einer späteren Einschaltung stets eine gute Kontaktverbindung der beiden stromführenden
Flächen und damit ein guter Stromübergang an den Kontaktflächen gesichert ist. Dies
ist für einen störungsfreien Schalterbetrieb von großer Wichtigkeit. Hat der Kontaktstift
12 den Ringkanal 16 des Löschkanales 14 freigelegt, so kann auch der Differentialkolben
6 seinen Pump= weg antreten, da Druckflüssigkeit aus dem Pumpraum 8 über den Lichtbogen
hinweg durch die untere Endfläche des Löschkanales 14 in den druckfreien Schalterraum
5 übertreten kann. AM seinem weiteren Ausschaltweg öffnet der Kontaktstift
12 auch den Ringquerschnitt des Kanales 15, durch den nunmehr der Lichtbogengasdruck
im Löschkanal 14 sich durch den Kanal 2o auf den sich erweiternden Kolbenantriebsraum
7 überträgt. Ein übermäßiger Druckstoß auf den Kolben tritt hierbei nicht auf, da
der Stoß elastisch von dem fremden Druckmittel aufgenommen wird. Das fremde Druckmittel
ist in der Lage, durch den Behälter 22 zurückzutreten. Letzteres geschieht ohne
Steigerung des Gegendruckes, da das offene Ventil 23 die auf dem Flüssigkeitsspiegel
im Behälter 22 lastende Gasmenge zum Druckgasbehälter zurückweichen läßt. Das fremde
Druckmittel wirkt daher vergleichmäßigend auf die Kolbenantriebskraft ein, um so
mehr, da auch bei einem Absinken des Lichtbogengasdruckes eine gewisse untere Pumpleistung
durch das fremde Druckmittel aufrechterhalten bleibt. An die Stelle eines Druckgaseinlaßsiebes
27 kann auch ein Gleitkolben in dem Flüssigkeitsvorratszylinder 22 eingebaut sein,
der dann einen eventuellen Übertritt von Flüssigkeit durch das Steuerorgan 23 verhindert.
Hat der Kontaktstift den Löschkanal 14 verlassen, so brennt der gelängte Lichtbogen
im druckfreien Schalterraum 5 und es wird der Teillichtbogen im Löschkanal 14 kräftig
bespült, so daß im Stromnulldurchgang zuverlässig Löschung erfolgt.
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Bei der Abschaltung von leerlaufenden Transformatoren ist der Stromfluß
im Lichtbogen und damit auch die Flüssigkeitsverdampfung so gering, daß der Differentialpumpkolben
durch den Lichtbogengasdruck nicht bewegt werden kann. In diesem Betriebsfall wird
die Pumpleistung für das Löschmittel in voller Höhe nur durch das fremde Druckmittel
erzeugt und der sehr schwache Lichtbogenpfad auf einer für die Betriebsspannung
genügenden Länge gründlich gesäubert und mit frischer isolierender Flüssigkeit aufgefüllt,
so daß allzu häufige Rückzündungen und das Auftreten von unzulässigen Überspannungen
unterbleiben.
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Wird der Schalter geschlossen, so treten die sonst gefürchteten hohen
Druckstöße nicht auf, da die durch den Einschaltlichtbogen verursachte Dampfmenge
sich ungehemmt im druckfreien Schalterraum ausdehnen kann. Die Entfernung des Löschkanales.14
vom ortsfesten Kontakt i i ist so gewählt, daß bei der für den Schalter vorliegenden
Netzspannung ein Einschaltlichtbogen erst dann in Erscheinung tritt, wenn der Kontaktstift
auf seinem Einschaltwege den Bespülungskanal 16 bereits verschlossen hat. Es bleibt
dann der Differentialpumpkolben in seiner Anfangslage, da keine Flüssigkeit aus
dem Pumpraum 8 verdrängt werden kann. Der Differentialkolben steht daher nach erfolgter
Einschaltung stets für den Ausschaltvorgang mit dem vollen Pumphub zur Verfügung.
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Wird der Schalter für eine Kurzschaltung ein-