AT398140B - Druckgasschalter - Google Patents

Description

AT 398 140 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter mit einem festen und einem beweglichen Lichtbogenkontakt und einer Komprimiervorrichtung, welche aus einem Blaskolben und einem Blaszylinder besteht, der mit dem beweglichen Lichtbogenkontakt so verbunden ist, daß bei einem Ausschaltvorgang im Blaszylinder Gas komprimiert und ein Löschgasstrom in einer Blasdöse im Bereich der Kontakte erzeugt wird, wobei der Blaskolben durch eine Kolbenfeder axial verschiebbar gegen einen ortsfesten Anschlag gedrückt wird und die axiale Verschiebung des Blaskolbens im eingefederten Zustand durch einen mit dem Blaszylinder mitbewegten Anschlag begrenzt wird.

Der bei solchen Druckgasschaltern, sogenannten Blaskolbenschaltem, zur Unterbrechung notwendige Blasdruck ist stark stromabhängig. Je höher der zu unterbrechende Strom ist, umso höher muß der zu seiner Unterbrechung nötige Blasdruck sein. Diesem Erfordernis kommt entgegen, daß bei hohen Ausschaltströmen der Gasabfluß durch den Schaltlichtbogen vermindert oder sogar ganz unterbunden wird und das Gas im Zylinderraum durch den Schaltlichtbogen aufgeheizt wird. Durch diese Effekte entsteht im Zylinderraum bei höherem Ausschaltstrom automatisch ein höherer Druck als bei kleinem Ausschaltstrom.

Bei bekannten Druckgasschaltern mit ortsfestem Blaskolben entsteht der höchste Blasdruck allerdings im Moment des Strommaximums, und im darauffolgenden Stromnulldurchgang, wenn ein hoher Blasdruck eigentlich erwünscht wird, ist er schon wieder auf einen viel kleineren Wert zusammengefallen, da die oben beschriebenen Effekte bei abnehmendem Strom wieder verschwinden. Zudem werden bei solchen Blasdruckschaltern große Anforderungen an das Antriebssystem gestellt, da der erhöhte Blasdruck über den Blaszylinder eine bremsende Kraft ausübt. Die vom Antrieb aufzubringende Antriebskraft muß so groß sein, daß die Kontakte des Schalters trotz dieser bremsenden Kraft im Nulldurchgang des Ausschaltstromes eine für das Widerstehen der Einschwingspannung genügende Öffnungsdistanz aufweisen. Auf keinem Fall ist es zulässig, daß der bewegliche Kontakt seine Bewegungsrichtung wechselt und sich dadurch die Distanz zwischen den Kontakten wieder vermindert.

Aus der DE-OS 30 17 980 ist ein Druckgasschalter bekannt, bei dem die oben geschilderten Probleme dadurch entschärft werden, daß ein gefederter Blaskolben verwendet wird. Überschreitet der Blasdruck im Zylinderraum einen durch die Vorspannung der Kolbenfeder gegebenen Wert, bewegt sich der Blaskolben gegen die Feder. Das Volumen des Zylinderraumes wird dadurch erhöht, und damit der Druckaufbau reduziert und zeitlich verlängert. Dadurch wird erreicht, daß die Rückwirkung auf das Antriebssystem geringer ist und im Nulldurchgang des Ausschaltstromes ein größerer Blasdruck zur Verfügung steht. Die Bewegung des gefederten Blaskolbens dieses bekannten Schalters wird durch ortsfeste Anschläge begrenzt. Wenn nun der Druck im Zylindervolumen so weit ansteigt, daß der Biaskolben auf den Anschlag trifft, kann sich das Zylindervolumen nicht mehr vergrößern. Der Druck wird deshalb wieder steiler ansteigen und ebenso werden wieder größere Rückwirkungen auf das Antriebssytem wirksam.

Auch aus der DE-OS 2 108 871 ist ein Druckgasschalter bekannt, der einen gefederten Blaskolben aufweist. Dieser Schalter hat statt des bewegten Blaszylinders einen ortsfesten Blaszylinder und einen weiteren, mit dem bewegten Kontakt verbundenen Kolben. Der gefederte Blaskolben besitzt keine Anschläge. Im Ruhezustand ist die Blaskolbenfeder voll entspannt. Deshalb wird sich der Blaskolben schon beim stromlosen Ausschalten oder beim Ausschalten kleiner Ströme bewegen. Dies hat eine unerwünschte Blasdruckreduktion in diesen Schaltfälien zur Folge. Bei sehr hohem Druckaufbau wird die Kolbenbewegung dadurch begrenzt, daß die Feder vollkommen zusammen gedrückt wird. Dies hat die gleiche Wirkung wie ein ortsfester Anschlag. Abgesehen von diesen Unterschieden verhält sich der Schalter gleich wie derjenige nach der DE-OS 30 17 980, insbesondere wird auch bei diesem Schalter die Rückwirkung auf den Antrieb bei hohem Druckaufbau nicht begrenzt.

Aus der EP-B1 0 1 46 671 ist ein Druckgasschaiter mit einem gefederten Blaskolben bekannt, bei welchem durch die Federung des Blaskolbens bewirkt wird, daß der Blaskolben als Überdruckventil arbeitet. Ein hoher Druckanstieg im Zylindervolumen wird dadurch auf einen für das Antriebssystem noch zulässigen Wert begrenzt. Die Einfederung des Blaskolbens ist allerdings gering, so daß die dadurch erzielte Zunahme des Zylindervolumens vernachlässigbar klein ist. Außerdem geht beim Ansprechen des Blaskolbens Gas verloren und dieses steht beim anschließenden Nulldurchgang nicht mehr für die Beblasung des Lichtbogens zur Verfügung.

Weitere Schalter mit gefederten Blaskolben sind aus den Schriften CH-PS 471 456, DE-OS 2 361 687 und DE-OS 2 363 171 bekannt. Die Koibenfederung bewirkt aber bei diesen Schaltern keine Verminderung der auf den Antrieb rückwirkenden Kraft. All diesen Schaltern gemeinsam ist es jedoch, daß der Weg des gefederten Blaskolbens durch einen ortsfesten Anschlag oder dadurch, daß die Feder auf Block zusammengedrückt wird, begrenzt wird.

Ein weiterer Schalter mit gefedertem Blaskolben ist aus der EP-A2 0 126 929 bekannt. In einer Ausführungsform dieses bekannten Schalters wird die axiale Verschiebung des Blaskolbens im eingefederten Zustand durch einen mit dem Blaszylinder mitbewegten Anschlag begrenzt. Beim Schalten hoher 2

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Ströme steht der Blaskolben an diesem mitbewegten Anschlag an. Die durch den Druckaufbau im Blasvolumen auf den Antrieb rückwirkenden Kräfte heben sich dabei auf und der Antrieb muß noch höchstens die Kraft der Kolbenfeder aufbringen. Der ßlaszylinder wird durch die als Isolierrohr gestaltete Schalterhülle, und der feststehende Anschlag für den Blaskolben durch eine von diesem Isolierrohr 5 abstehenden Wulst gebildet. Schalter dieser Bauart sind nicht für hohe Spannungen geeignet, weil das Isolierrohr durch die beim Ausschalten von Kurzschlußströmen aus der Blasdüse austretenden heißen Schaltgase in seiner Isolierfähigkeit beeinträchtigt wird. Eine andere Ausführungsform dieses bekannten Schalters hat zwar einen bewegten Blaszylinder, der feste Anschlag für den Blaskolben wird jedoch durch mehrere den Blaskolben durchdringende Stangen, weiche mit Köpfen versehen sind, gebildet. Jede dieser 70 Stangen muß gegenüber dem Blaskolben abgedichtet sein, was eine relativ aufwendige Maßnahme bedeutet.

Auch in der US-PS 4 465 910 wird ein gattungsgemäßer Schalter beschrieben, dessen axiale Verschiebung des gefederten Blaskolbens im eingefederten Zustand durch einen mit dem Blaszylinder mitbewegten Anschlag begrenzt wird. Der feststehende Anschlag für den Kolben wird durch eine zentrale 75 feststehende Stange gebildet. Bei diesem Schalter ist es nicht möglich, Schaltgase durch die Antriebsstange abzuführen und damit das Prinzip der Doppelaxialblasung anzuwenden. Dieser Schalter hat deshalb ein schlechtes Löschvermögen bei Abstandskurzschluß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem gattungsgemäßen Druckgasschalter den feststehenden Anschlag für den Blaskolben so zu gestalten, daß das Prinzip der Doppelaxialblasung angewendet 20 werden kann, der Schalter für hohe Spannung geeignet ist und trotzdem ein einfacher Aufbau mit einem Minimum an dynamischen Dichtungen gegeben ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Blaszylinder durch eine zylindrische Antriebsstange angetrieben wird, welche den Blaskolben mittig durchsetzt, an der Antriebsstange ein ringförmiger Wulst angebracht ist, der den mitbewegten Anschlag bildet, und daß der Blaskolben von einem ortsfesten 25 Führungszylinder koaxial umgeben ist, an dem außen der Blaszylinder geführt ist und der an einem Ende ' innen mit einem weiteren ringförmigen, den ortsfesten Anschlag bildenden Wulst versehen ist.

Bei einer ersten Ausführungsform ist die Kolbenfeder zwischen dem Blaskolben und einem ortsfesten Schalterteil eingespannt. In diesem Fall hat der Antrieb höchstens eine Gegenkraft der Größe der von der Kolbenfeder ausgeübten Kraft zu überwinden. 30 In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kolbenfeder zwischen dem Blaskolben und einem mit dem ßlaszylinder mitbewegten Federteller eingespannt. Bei dieser Ausführungsform wirkt die Kolbenfeder beim Ausschalten kleiner Ströme antriebsunterstützend. Beim Schalten großer Ströme und entsprechendem Druckaufbau heben sich sowohl die vom Druckaufbau auf Blaskolben und Blaszylinder wirkenden, als auch die von der Kolbenfeder auf den Antrieb wirkenden Kräfte gegenseitig auf. Der Schalter kommt deshalb mit 35 einem vergleichsweise schwachen Antrieb aus.

Im folgenden werden an Hand der beiliegenden Zeichnung Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Druckgasschalter im eingeschalteten Zustand, Fig. 2 den gleichen Schalter in einer Zwischenstellung beim Ausschalten eines geringen Stromes, Fig. 3 den gleichen Schalter in einer Zwischenstellung beim Ausschalten eines hohen Stromes, Fig. 4 den 40 gleichen Schalter im ausgeschalteten Zustand, Fig. 5 eine andere Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Druckgasschalters im eingeschalteten Zustand, Fig. 6 den Schalter gemäß Fig. 5 in einer Zwischenstellung beim Ausschaten eines geringen Stromes, Fig. 7 den Schalter gemäß Fig. 5 in einer Zwischenstellung beim Ausschalten eines hohen Stromes und Fi.g 8 den Schalter gemäß Fig. 5 im ausgeschalteten Zustand.

Die in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Druckgasschalter sind in einer gasdichten, nicht gezeichneten 45 Schaltkammer untergebracht, welche mit einem Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, gefüllt ist.

In Fig. 1 durchdringt der feste Lichtbogenkontakt eines Druckgasschalters die Blasdüse 3 und wird vom beweglichen Lichtbogenkontakt 2 umklammert. Der bewegliche Lichtbogenkontakt 2 ist starr mit der Antriebsstange 7 und über den Zylinderboden 6 mit dem Blaszylinder 4 verbunden. Die aus Isoliermaterial gefertigte Blasdüse 3 ist am Zylinderboden 6 beispielsweise mittels eines Gewindes befestigt, so Der Blaszylinder 4 wird durch einen Führungszylinder 8 geführt. Im Inneren des Führungszylinders 8 gleitet ein Biaskolben 9. Dieser besitzt einen ringförmigen Absatz 13, der im Ruhezustand durch eine Kolbenfeder 10 gegen einen Anschlag 14 gedrückt wird. Der Anschlag 14 wird durch einen ringförmigen Wulst 15 am oberen Ende innen im Führungszylinder 8 gebildet. Zwei ringförmige Nuten 11,12 verhindern, daß sich die Kolbenfeder 10 seitlich verschieben kann. 55 Der Blaskolben 9, der Führungszylinder 8, der Blaszylinder 4 und die Antriebsstange 7 werden durch Dichtungen 20, 21 und 22 gegeneinander abgedichtet. Das sich im durch den ßlaszylinder 4, den Zylinderboden 6 und den Blaskolben 9 gebildet Blasvolumen 23 befindende Gas kann deshalb nur durch die Öffnungen 5 im Zyiinderboden 6, durch die Blasdüse 3 und den hohlen beweglichen Lichtbogenkontakt 3

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Die Antriebsstange 7 ist mit einem nicht gezeichneten geeigneten Antrieb, z.B. einem Federspeicherantrieb oder einem hydraulischen Antrieb mechanisch verbunden. Beim Ausschalten wirkt eine Zugkraft nach unten auf die Antriebsstange 7. Die aus den starr miteinander verbundenen Teilen, Antriebsstange 7, Blaszylinder 4, Zyiinderboden 6 und Blasdüse 3, bestehende Einheit beginnt sich unter dieser Kraft nach unten zu bewegen. Das Blasvolumen 23 wird dadurch verkleinert und es beginnt sich darin ein Druck aufzubauen.

Die Kontakte 2, 3 trennen sich und zwischen ihnen wird ein Lichtbogen gezündet.

Ist der auszuschaltende Strom gering (Fig. 2), füllt der Lichtbogen die Blasdüse 3 und den hohlen beweglichen Lichtbogenkontakt 2 nur teilweise aus. Es verbleibt ein Querschnitt, durch den Gas aus dem Blasvolumen 23 einerseits durch die Blasdüse 3, anderseits durch den beweglichen Lichtbogenkontakt 2, den hohlen Teil der Antriebsstange 7 und die Öffnung 18 und 19 abströmen kann. Durch die sich so einstellende Gasströmung wird der Lichtbogen gekühlt und erlöscht beim nächsten Stromnulldurchgang. Die Charakteristik der Kolbenfeder 10 wird so gewählt, daß die bei diesem Schaltfall vom Druck im Blasvolumen 23 auf den Blaskolben 9 wirkende Kraft geringer ist als die Vorspannkraft der Kolbenfeder 10. • Der Blaskolben 9 bleibt deshalb in seiner Ruhestellung stehen.

Beim Ausschalten eines großen Stromes hingegen (Fig. 3) füllt der nach der Trennung der Lichtbogenkontakte 1 und 2 entstehende Lichtbogen den engsten Querschnitt der Blasdüse 3 und das Innere des beweglichen Lichtbogenkontaktes 2 vollständig aus. Es kann kein Gas aus dem Blasvolumen 23 abströmen. Zudem wird das Gas im Blasvolumen 23 vom Lichtbogen aufgeheizt. Dadurch entsteht im Blasvolumen 23 ein enormer Druck. Dieser übt einerseits eine bremsende Kraft auf den Blaszylinder 4 aus, anderseits auch eine annähernd gleich große Kraft auf den Blaskolben 9. Diese ist größer als die Kraft der Kolbenfeder 10. Der Blaskolben 9 wird deshalb nach unten gegen den Anschlag 17; der durch einen weiteren ringförmigen Wulst 16 auf der Antriebsstange 7 gebildet wird, gedrückt. Die vom Druck im Blasvolumen 23 auf den Blaszylinder 4 und den Blaskolben 9 wirkenden Kräfte heben sich nun auf. Auf die Antriebsstange 7 wirkt, unabhängig vom sich einstellenden Druck im Blasvolumen 23 nur die Kraft der Kolbenfeder 10. Wenn der Antrieb eine Antriebskraft liefert, die größer als die Kraft der Kolbenfeder 10 ist, wird ein Schalterstillstand in allen Fällen verhindert.

Gegen einen Nulldurchgang hin nimmt der Momentanwert des Stromes ab. Der Querschnitt des Lichtbogens verringert sich. Deshalb kann sich in der Blasdüse 3 und im beweglichen Lichtbogenkontakt 2 unter dem hohen Druck im Blasvolumen 23 eine starke Gasströmung aufbauen, welche den Lichtbogen intensiv kühlt und ihn im Nulldurchgang des Ausschaltstromes löscht. Diese Gasströmung entsteht auch, noch und wird über eine zur Löschung genügend lange Zeit aufrechterhalten, wenn der Schalter in der Zwischenzeit seine Endstellung erreicht hat. Dies ist bei bekannten Druckgasschaltern mit ortsfestem Blaskolben, bei denen das Blasvolumen in der Endstellung auf einen sehr kleinen Wert reduziert ist und die Gasströmung deshalb rasch abklingt, nicht der Fall.

Nach der Löschung fällt der Druck im Biasvolumen 23 infolge der Freigabe der Öffnungen in der Blasdüse 3 und im beweglichen Lichtbogenkontakt 2 ab. Der Blaskolben 9 wird unter der Wirkung der Kolbenfeder 10 wieder in seine Ruhelage zurückgestoßen (Fig. 4).

Der in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Druckgasschalter unterscheidet sich vom Schalter gemäß den Fig. 1 bis 4 nur dadurch, daß sich die Kolbenfeder 10 nicht auf einen ortsfesten Schalterteil, sondern auf einen auf der Antriebsstange 7 festsitzenden Federteller 24 abstützt. Die Kolbenfeder 10 ist im eingeschalteten Zustand (Fig. 5) gespannt und übt auf die Antriebsstange 7 eine Kraft in öffnender Richtung aus. Der Antrieb kann bei diesem Schalter deshalb schwächer sein als bei einem Schalter nach Fig. 1 bis 4.

Beim Ausschalten eines kleinen Stromes (Fig. 6) bleibt der Blaskolben 9 in seiner Ruhelage, da die vom Druck im Blasvolumen 23 auf den Blaskolben 9 wirkende Kraft geringer ist als die Kraft, die von der Kolbenfeder 10 in umgekehrter Richtung auf den Blaskolben 9 ausgeübt wird. Da die auf den Blaszylinder 4 wirkende Kraft annähernd gleich ist wie die auf den Blaskolben 9 wirkende, wirkt weiterhin eine resultierende Kraft in öffnender Richtung auf die Antriebsstange 7.

Wenn nun beim Ausschalten eines großen Stromes (Fig. 7) der Druck im Blasvolumen (23) so groß wird, daß der Blaskolben 9 von seinem Anschlag 14 am Führungszylinder 8 abhebt, dann heben sich die vom Blasdruck und der Kolbenfeder 10 auf den Antrieb wirkenden Kräfte auf. Dies ist auch weiterhin der Fall, wenn der Blasdruck so hoch ist, daß der Blaskolben 9 gegen den Anschlag 17 gedrückt wird. Da der bewegliche Lichtbogenkontakt 2 und die mit ihm starr verbundenen übrigen beweglichen Schalterteile im Augenblick, da dieser Zustand eintrifft, bereits eine gewisse Geschwindigkeit in Öffnungsrichtung erreicht haben, werden diese Schalterteile sich mit ihrer kinetischen Energie weiterbewegen. Der Druckaufbau im Blasvolumen 23 übt keine bremsende Wirkung aus. Die Kolbenfeder 10 kann deshalb die alleinige Antriebsenergiequelle für das Ausschalten sein. 4

Claims (3)

1. AT 398 140 B Wenn nun gegen einen Nulldurchgang hin der Momentanwert des Stromes abnimmt, verringert sich der Querschnitt des Lichtbogens. Unter dem hohen Druck im Blasvolumen 23 kann sich in der Blasdüse 3 und im beweglichen Lichtbogenkontakt 2 eine starke Gasströmung aufbauen, welche den Lichtbogen intensiv kühlt und ihn im Nulldurchgang des Ausschaltstromes löscht. Nach der Löschung sinkt der Druck im Blasvolumen 23 infolge der Freigabe der Öffnungen in der Blasdüse 3 und im beweglichen Lichtbogenkontakt 2 rasch ab. Die Kolbenfeder 10 stößt den Blaskolben 9 wieder in seine Ruhelage zurück und treibt den beweglichen Lichtbogenkontakt und die mit ihm starr verbundenen Schalterteile in die Ausschaltstellung (Fig. 8). Im Gegensatz zu bekannten Druckgasschaltern, bei denen der Druck im Blasvolumen mit der Kolbenfläche voll auf den Antrieb rückwirkt, bleibt bei den erfindungsgemäßen Schaltern die Rückwirkung unabhängig vom Druck auf einen Wert begrenzt, der der Kraft der Kolbenfeder entspricht. Patentansprüche 1. Druckgasschalter mit einem festen und einem beweglichen Lichtbogenkontakt und einer Komprimiervorrichtung, welche aus einem Blaskolben und einem Blaszylinder besteht, der mit dem beweglichen Lichtbogenkontakt so verbunden ist, daß bei einem Ausschaltvorgang im Blaszylinder Gas komprimiert und ein Löschgasstrom in einer Blasdüse im Bereich der Kontakte erzeugt wird, wobei der Blaskolben durch eine Kolbenfeder axial verschiebbar gegen einen ortsfesten Anschlag gedrückt wird und die axiale Verschiebung des Blaskolbens im eingefederten Zustand durch einen mit dem Blaszylinder mitbewegten Anschlag begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaszylinder (4) durch eine zylindrische Antriebsstange (7) angetrieben wird, welche den Blaskolben (9) mittig durchsetzt, an der Antriebsstange (7) ein ringförmiger Wulst (16) angebracht ist, der den mitbewegten Anschlag (17) bildet, und daß der Blaskolben (9) von einem ortsfesten Führungszylinder (8) koaxial umgeben ist, an dem außen der Blaszylinder (4) geführt ist und der an einem Ende innen mit einem weiteren ringförmigen, den ortsfesten Anschlag (14) bildenden Wulst (15) versehen ist.
2. 2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfeder (10) zwischen dem Blaskolben (9) und einem ortsfesten Schalterteil (12) eingespannt ist.
3. 3. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfeder (10) zwischen dem Blaskolben (9) und einem mit dem Blaszylinder (4) mitbewegten Federteller (24) eingespannt ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5