DE759476C - Schalter oder Sicherung mit Lichtbogenloeschung durch Gase oder Daempfe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter oder eine Sicherung mit Lichtbogenlöschung durch Gase oder Dämpfe, die unter der Einwirkung des Lichtbogens aus einem flüssigen oder festen Stoff entwickelt werden, insbesondere durch Dampf, der durch den Lichtbogen aus Borsäure, Ammoniumalaun oder einem ähnlichen festen Stoff mit chemisch gebundenem Wasser entwickelt wird. Dieses Löschmittel durchströmt den in einem engen Kanal gezogenen Lichtbogen, tritt dann aus dem Lichtbogenraum heraus und führt so die ionisierten Lichtbogenprodukte ab. Eine geschlossene Kühl- oder Kondenskammer ist an der Austrittsstelle des Löschrnittels angebracht und nimmt die abgeführten Gase auf.

Mit der Erfindung wird eine Verbesserung der Kondenskammer eines solchen Unterbrechers erzielt, so daß größere Kurzschlußströme unterbrochen werden können als mit den bekannten Einrichtungen dieser Art. Auf diese Weise entsteht ein vollkommen geschlossener Unterbrecher, der imstande ist, starke Kurzschlußströme zu unterbrechen. Dies wird dadurch erzielt, daß die mit seitlich liegenden Zwischenräumen des Kühlkörpers in

Verbindung stehende Durchströmöffnung eine von der Einströmseite der Kondenskammer nach deren äußerem Ende eine abnehmbare Weite besitzt, so daß die kinetische Energie des Gasstroms dazu benutzt wird, das Gas rasch und gleichmäßig überall in der Kondenskammer zu verteilen und so die Kühlwirkung allenthalben voll auszunutzen.

Die Kühlkammer enthält z. B. eine Reihe ίο von metallenen Ringscheiben, die in Abständen voneinander angeordnet sind. Der lichte Querschnitt der Ringöffnungen ist an dem dem Lichtbogenkanal zugekehrten Ende verhältnismäßig weit und nimmt nach dem anderen zu schrittweise ab. Die große Weite der Öffnungen in der Nachbarschaft des Lichtbogenkanals läßt den Gasstrom aus diesem Kanal ohne wesentlichen Widerstand frei austreten. Der Auspuffvorgang, durch welchen die xAbfuhr der ionisierten Gase und damit die rasche Lichtbogenlöschung zustande kommt, kann sich auf diese Weise voll entfalten.

Die schrittweise Verjüngung der Ringöffnungen gestattet eine gleichmäßige Verteilung des Gases allenthalben in der Kondenskammer und verhindert, daß das Gas zuerst einmal durch den ganzen Plattenstapel bis zu seinem geschlossenen Ende hindurchströmt und dann erst wieder seine Richtung umkehren muß, um zwischen die weiter vorn gelegenen Platten des Stapels zu gelangen. Bei Ringscheiben mit abgestufter lichter Weite wird das austretende Gas durch die überstehenden inneren Ringränder erfaßt und in die Zwischenräume zwischen den Scheiben hinein abgelenkt, so daß die eigene kinetische Energie des Gases dessen gleichmäßige Verteilung über sämtliche Platten fördert.

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art mit überall gleich weiten Ringöffnungen erfolgt die Verteilung des Gases allein auf Grund des in der Kammer sich ausbildenden Drucks. Dadurch wird aber die Kühlwirkung beeinträchtigt und außerdem wegen der Druckbildung in der Kondenskammer die Strömungsgeschwindigkeit der Gase beim Durchtritt durch den Lichtbogen verringert und somit, die Löschwirkung herabgesetzt.

Außerdem besteht bei gleicher Größe sämtlicher öffnungen die Gefahr, daß ein Teil der vom geschlossenen Ende der Kondenskammer zurückströmenden Gasmenge nach der Beendigung des Unterbrechungsvorgangs infolge seiner lebendigen Kraft wieder bis zur Unterbrechungsstelle gelangt, diese verseucht und womöglich eine Rückzündung verursacht.

Es sind zwar auch Schmelzsicherungen bekannt, bei denen als Flammenschutz hintereinandergeschaltete Kammern mit von Öffnungen durchbrochenen Trennwänden verwendet werden, wobei der Rauminhalt der Kammern und der Querschnitt der Öffnungen entsprechend der fortschreitenden Entspannung des Gasdrucks von innen nach außen abnehmen. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um vollständig geschlossene Sicherungen, sondern die Gase sollen nach Durchströmen des Flammenschutzes in den freien Raum austreten.

Es empfiehlt sich, den Lichtbogenkanal in bekannter Weise mit Borsäure auszukleiden. Der von dieser abgegebene Wasserdampf oder überhitzte Dampf schlägt sich rasch nieder, sobald er mit den verhältnismäßig kühlen Oberflächen der Metallscheiben in der Kondenskammer in Berührung kommt, so daß die Geschwindigkeit des Druckanstiegs vermindert und die für die Lichtbogenlöschung vorteilhafte rasche Strömung des Gases durch den Lichtbogen nicht beeinträchtigt wird. Auf diese Weise wird etwa die gleiche Unterbrecherleistung wie bei einer Sicherung ohne Kondenskammer erzielt, bei welcher das Gas aus dem Lichtbogenkanal frei ausströmen kann. Gleichzeitig werden jedoch alle Vorteile einer vollkommen geschlossenen Sicherung gewahrt. Weder Feuer noch ionisierte Gase können aus der Sicherung austreten; infolgedessen kann die Sicherung auch in engen Innenräumen eingebaut werden, wo der Austritt heißer ionisierter Gase sonst Überschläge zwischen den unter Spannung stehenden Teilen von Nachbargeräten verursachen könnte. Der durch einen Kurzschluß verursachte Schaden wird auf diese Weise auf einen Mindestbetrag herabgesetzt.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung teilweise im Schnitt dargestellt. Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die Kondenskammer in der Ebene II-II, und Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform im Querschnitt.

Die Unterbrechungseinrichtung nach Fig. 1 ist eine Hochspannungsblassicherung. Das Sicherungsrohr 5 besteht aus Fiber oder einem fiberähnlichen Stoff, imprägniert mit einem durch Kondensation von Phenol entstandenen Harz. Dieses Isolierrohr ist an beiden Enden mit Gewinde versehen und trägt am oberen Ende eine Kontaktkappe 6 und am unteren no Ende eine Kontaktkappe 7. Zwecks Freiluftaufstellung ist das Isolierrohr 5 von einem weiteren Schutzrohr 9 aus festem, wasserdichtem Werkstoff, z. B. aus Glas oder Porzellan," umgeben. Das äußere Schutzrohr 9 wird von ringförmigen Beschlagen 11 gehalten, die an die Kontaktkappen 6 und 7 stoßen.

In dem Fiberrohr 5 ist am unteren Ende ein auswechselbarer Einsatz angebracht, bestehend aus einem Fiberrohr 13, an dessen einem Ende eine Anschlußkappe 15 mit Gewinde befestigt ist. In dem Fiberrohr 13 des

Einsatzes ist eine Auskleidung 17 von lichtbogenlöschendem Stoff, vorzugsweise Borsäure (H₃BO₃), die sich unter der Einwirkung des Lichtbogens zersetzt und Wasserdampf (H₂O) abgibt, wobei festes Boroxyd (B₂O₃) zurückbleibt. Es können auch andere Stoffe verwendet werden, die eine große Menge Gas abgeben, das bei gewöhnlicher Raumtemperatur leicht kondensiert, beispielsweise Gips (Ca S O₄ 2 H₂O) und Ammoniumalaun (Al₂ [N HJ ₂ [S.0 J₄24H₂ O). Der Hohlraum innerhalb der Borsäureauskleidung bildet einen Lichtbogenkanal 19, dessen oberer Teil einen sehr engen gleichmäßigen Querschnitt

*5 hat, während er sich nach dem unteren Ende zu allmählich weitet. Ein Bolzen 21 aus stromleitendem !Werkstoff steckt in dem Lichtbogenkanal 19 und füllt dessen oberen Teil fast vollständig aus. Mit dem unteren Ende des BoI-zens 21 ist ein Schmelzstreifen 23 verbunden. Außerdem ist ein Haltedraht 25 vorhanden, der den Schmelzstreifen vom Zug entlastet. Beide sind an der Kontaktkappe 15 am Ende des Einsatzes befestigt. Eine Fiberscheibe 26 ist am Ende des Einsatzes 15 genau passend eingepreßt. Sobald ein verhältnismäßig geringer Überdruck in dem Lichtbogenkanal 19 entsteht, wird diese Scheibe weggeblasen und von dem nachfolgenden heißen Gasstrom vollständig zerstört.

Das obere Ende des Kontaktbolzens 21 ist lösbar verbunden mit einer Zugfeder 27, die an ihrem anderen Ende an der oberen Kontaktkappe 6 aufgehängt ist. Ein biegsamer Leiter 29 überbrückt die Feder und führt den Strom von der oberen Klemme 6 zu dem Kontaktbolzen.

Der Einsatz ist ferner mit einem Hilfslichtbogenkanal· 31 versehen, in dem sich ein zweites Schmelzglied 33 befindet. Lichtbogen, die hohe Ströme führen, werden in dem Hauptlichtbogenkanal 19 und solche mit kleinen Strömen in dem engeren Hilfslichtbogenkanal 31 gelöscht.

Die untere Kontaktkappe 7 besitzt Innengewinde, mit welchem die Kühl- oder Kondenskammer 34 am unteren Ende angesetzt ist. Diese Kondenskammer besteht aus einem Stahlrohrstück 35. Ihr unteres Ende ist mit einer eingeschweißten Platte 37 verschlossen. In das obere Ende des Rohrstücks 35 ist ein Verschrußstück 39 eingeschraubt. Die Verbindung zwischen diesem und der Anschlußkappe 7 wird durch einen hohlen Gewindenippel 41 hergestellt. Ein Stift 43 sichert die Verschraubung des Rohrstücks 35 mit dem Verschlußstück 39 und dem Nippel 41, so daß die Kondenskammer als Ganzes von der Anschlußkappe 17 zwecks Auswechslung des Schmelzeinsatzes abgeschraubt werden kann. Im Innern des Rohrstücks 35 befindet sich die Kühlmasse, die in beliebiger Weise angeordnet sein kann. Die Kühlmasse hat eine große Zahl von Lufträumen, damit die Kühlfläche, mit der die Lichtbogenprodukte in Berührung kornmen, möglichst groß ist. Diese Kühlmasse besitzt einen sich in der Verlängerung des Lichtbogens erstreckenden Hohlraum, in den die aus dem Lichtbogen austretenden Gase ohne merklichen Strömungswiderstand gelangen können. Der Querschnitt des Hohlraums verjüngt sich nach dem äußeren Ende zu, so daß die Gase gezwungen werden, sich gleichmäßig über die Zwischenräume in der Kühlmasse zu verteilen. Gleichzeitig gestattet die Verjüngung des Hohlraums die Unterbringung einer größeren Kühlmittelmenge; denn wenn der Hohlraum überall mit gleichmäßigem Querschnitt ausgeführt wäre, so müßte dieser so groß sein wie der größte Querschnitt des sich verjüngenden Hohlraums, damit der Strömungswiderstand für die austretenden Gase nicht unzulässig hohe Werte annimmt.

Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Anordnung des Kühlmittels in der Kammer. Sie besteht aus einem Stapel von Ringscheiben 45, die auf drei Paßbuchsen 47 aufgereiht sind. Die Scheiben sind aus Kupfer oder einem anderen Werkstoff mit hoher Wärmekapazität und hoher Wärmeleitfähigkeit. Zwischen den Scheiben 45 befinden sich kleine Abstandstücke 49. Die Enden der Buchsen 47 sind vernietet, so daß der Plattenstapel dadurch zusammengehalten wird und als ein einziger fester Körper in die Kammer eingesetzt werden kann. Die lichte Weite der öffnungen iti den obersten Scheiben soll etwa so groß sein wie die lichte Weite am unteren erweiterten Ende des Lichtbogenkanals 19, soll also mit anderen Worten das Mehrfache der lichten Weite des oberen Teils des Kanals 19 betragen. Nach stufenweiser Verjüngung ist die lichte Weite der untersten Scheiben in der Nähe des geschlossenen Kammerendes nur noch sehr klein.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, gibt es sechs verschiedene Gruppen Ringscheiben. Die lichte Weite ist bei allen zu einer Gruppe gehörenden Scheiben gleich. Bei der Ausführung nach Fig. 3 dagegen ist die lichte Weite sämtlicher Platten 51 verschieden und nimmt gleichmäßig von einem Ende zum anderen ab. Die Ausführung nach Fig. 3 gibt eigentlich die bessere Wirkung, aber die stufenförmige Anordnung nach Fig. 1 liefert ebenfalls ein befriedigendes Ergebnis und ist wegen seiner einfacheren und billigeren Herstellung vorzuziehen.

Der Unterbrecher arbeitet folgendermaßen: Wenn ein Überstrom auftritt, schmilzt der Streifen 23 und der Haltedraht 25. Die Zug-

feder 27 reißt den Bolzen 21 nach oben, wöbe ein Lichtbogen gezogen wird. Ist der Unterbrecher als Schalter ausgebildet, so trägt der Bolzen 21 an seinem unteren Ende einen beweglichen Kontakt, der von einem mit der Kappe 15 verbundenen festen Kontakt weggezogen wird. In beiden Fällen entsteht der Lichtbogen erst in dem trichterförmig' unteren Teil des Lichtbogenkanals 19 und wird dann in den engen oberen Teil hineingezogen. Der Lichtbogen löst aus der Auskleidung 17 eine große Gasmenge. Statt eines festen Stoffs, wie in der Zeichnung dargestellt, kann natürlich auch eine Füllung mit gasabgebender Flüssigkeit vorgesehen sein.

Der Bolzen 21 verschließt den Lichtbogenkanal einseitig und zwingt so die Gase, nach unten zu strömen. Die Strömung geht wegen des entstehenden Drucks mit großer Heftigkeit vor sich. Sie durchdringt den Lichtbogen und reißt die heißen ionisierten Lichtbogengase mit sich fort. Die große Weite der Öffnungen in den dem Lichtbogenkanal benachbarten Kühlscheiben bietet dem Gasstrom praktisch keinen Widerstand. Die vor stehenden Ränder der Platten mit kleinerem Öffnungsquerschnitt wirken als Leitflächen und lenken die Gasströmung in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Platten, wie beispielsweise in Fig. 3 durch die Strömungspfeilfe 53 angegeben ist. So kommt eine gleichmäßige Verteilung der austretenden Gase gleich zu Beginn des Strömungsvorgangs zustande und damit eine beschleunigte Kühlwirkung. Der Niederschlag der Gase erfolgt kurz nachdem sie sich gebildet haben. Es kommt daher nur in geringem Maße zu einer Druckbildung in der Kondenskammer, so daß die Blaswirkung des Gasstroms imLichtbogenkanal kaum merklich beeinträchtigt wird.

Ist das untere Ende des Lichtbogenkanals normalerweise während des Löschvorgangs offen, so kann doch ein Abschlußdeckel vorgesehen sein, der schon bei einem verhältnismäßig kleinen Druck weggeblasen wird und so die Öffnung freigibt, mit Ausnahme vielleicht bei der Unterbrechung sehr kleiner Ströme, wobei es einer Blaswirkung nicht bedarf. Ferner braucht die Kondenskammer nicht vollkommen fest abgeschlossen zu sein, sondem sie kann auch eine Art Sicherheitsventil besitzen, das sich öffnet, falls der Druck eine für den Bestand der Kammer gefährliche Höhe erreichen sollte. In diesem Fall würde die Kondenskammer auch dann noch vollständig geschlossen bleiben, wenn eine größere als die vorbestimmte Abschaltleistung zu bewältigen ist.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Schalter oder Sicherung mit Lichtbogenlöschung durch Gase oder Dämpfe, die unter der Einwirkung des Lichtbogens aus einem flüssigen oder festen Stoff, insbesondere Borsäure und Ammoniumalaun, entwickelt werden, mit einer geschlossenen, einen Kühlkörper mit Durchströmöffnung enthaltenden Kondenskammer, dadurch gekennzeichnet, daß die mit seitlich liegenden Zwischenräumen des Kühlkörpers in Verbindung stehende Durchströmöffnung eine von der Einströmseite der Kondenskammer nach deren äußerem Ende hin abnehmende Weite besitzt.
2. 2. Schalter oder Sicherung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in die Durchströmöffnung Leitflächen hineinragen, die einen Teil des Löschmittelstroms vom Hauptstrom abtrennen und in seitliehe Zwischenräume des Kühlkörpers hineinlenken.
3. 3. Schalter oder Sicherung nach Anspruch ι mit einem aus einer Anzahl von Ringscheiben bestehenden Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiben gruppenweise abgestufte lichte Weite haben.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Xr. 629 585,

   640244,644970; ·

   Biermanns und Mayr, »Hochspannungsforschung und Hochspannungspraxis«, 1931, Berlin, S. 281.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © S750 2.53