CH625907A5

CH625907A5 - Gas-blast power circuit breaker

Info

Publication number: CH625907A5
Application number: CH376578A
Authority: CH
Inventors: Richard Thaler
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1981-10-15
Also published as: ATA66679A; DE2853201A1; AT375490B; DE2853201C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgas-Leistungsschalter, mit einem beweglichen Kontaktstift und mit einer diesem zugeordneten Löschgas-Blaseinrichtung und mit einem durchblasbaren, rohrförmigen, festen Kontaktstück, welches in Ein-schaltstellung einerseits an einer Kontaktfläche im Eingriff mit dem Kontaktstift steht und andererseits den Auslass der Blaseinrichtung verschlossen hält und welches im Zuge des Ausschalthubes die Blaseinrichtung freigibt, wodurch wenigstens ein Teil des anfallenden Löschgases durch das Kontaktstück hindurch strömt. Das Ausschaltvermögen eines solchen Leistungsschalters, namentlich bei Klemmenkurzschluss und bei Abstandskurzschluss, ist umso grösser, je höher der Widerstand des Lichtbogenkanals im Zeitpunkt unmittelbar vor dem 5 Stromnulldurchgang ist. Einer der Wege, um dies zu realisieren besteht darin, wie dies bei den Schaltern der eingangs genannten Art bereits der Fall ist, den Lichtbogen in axialer Richtung kräftig zu beblasen und damit zu kühlen, wodurch der leitfähige Querschnitt des Lichtbogenkanals eingeschnürt und mithin io sein Widerstand pro Längeneinheit erhöht wird. Daraus ergibt sich bereits ein weiterer Weg, nämlich jener, den Lichtbogen kurz vor dem Stromnulldurchgang zu verlängern, in dem der am festen Kontaktstück sich ausbildende Fusspunkt des Lichtbogens gezwungen wird, am festen Kontaktstück nach hinten, 15 d. h. vom beweglichen Kontaktstift weg zu wandern. Dies wird in relativ bescheidenem Masse schon durch die Beblasung zusammen mit einer besonderen Formgebung des festen Kontaktstückes erreicht. In diesem Zusammenhang sei auf den Druckgasschalter gemäss der Schweizer Patentschrift 556 602 20 hingewiesen.

In der DT-OS 26 24 595 wurde ausserdem zusätzlich vorgeschlagen, im Inneren des festen Kontakstückes einen aus Ringscheiben aufgebauten Hohlzylinder aus ferromagnetischem Material anzuordnen. Diese Massnahme soll zu elektromagne-25 tischen Kräften führen, die im Zuge des Ausschaltvorganges den Fusspunkt des Lichtbogens weit in das Innere des festen Kontaktstückes treiben. Diese Massnahme kommt aber dem Einbau einer Induktivität in unmittelbarer Nähe der Schaltstrecke gleich, was allgemein schlecht für die Abschaltung des 3o Bogens ist, weil dadurch der Lichtbogenstrom der Lichtbogenspannung nacheilt, d. h. der Stromnulldurchgang wird erst erreicht, wenn die Spannung über der Schaltstrecke bereits wieder im Anwachsen ist.

Bei anderen vorbekannten Schaltern (zum Beispiel gemäss 35 CH-PS 444 938) sind Massnahmen vorgesehen, die bewirken, dass der Fusspunkt des Lichtbogens auf der Seite des festen Kontaktstückes so schnell als möglich nach dem Zünden, also während der ganzen Stromhalbwelle und nicht erst kurz vor dem Stromnulldurchgang auf eine Hilfselektrode (Abbrand-40 elektrode) kommutiert. Dadurch wird aber die Lichtbogenspannung von allem Anfang an und damit die Schaltarbeit vergleichsweise hoch. Bei diesem Stand der Technik ist es ein Zweck der Erfindung, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Lichtbogenspannung erst kurz vor 45 dem Stromnulldurchgang derart erhöht wird, dass der Lichtbogenstrom der Lichtbogenspannung voreilt, d. h. dass der Anstieg der wiederkehrenden Spannung über der Schaltstrecke auf eine längere Zeit nach dem Erreichen des Stromnulldurchganges verzögert wird.

so Dieser Zweck wird bei dem vorgeschlagenen Schalter gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Innenseite des festen Kontaktstückes im Anschluss an die Kontaktfläche in Richtung von seinem freien Ende weg über einen Teil seiner Länge mit einer elektrischen Isolierschicht ausgekleidet ist. 55 Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Schalters sind nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

60 Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch Teile eines Druckgas-Leistungsschalters, rechts in Ein-, links in einer Löschstellung,

Fig. 2 und 3 Axialschnitte durch die festen Kontaktstücke von Ausführungsvarianten, und 65 Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Bogenstromes und der Bo-genspannung kurz vor dem Stromnulldurchgang für einen herkömmlichen Schalter (ohne ferromagnetische Einlagen im festen Kontaktstück) und für einen Schalter gemäss der Erfindung.

3

625907

Der in Fig. 1 nur mit seinen im vorliegenden Zusammenhang wichtigsten Bestandteilen dargestellte Druckgas-Lei-stungsschalter 10 weist ein festes, rohrförmiges Kontaktstück 11 auf, sowie einen beweglichen Kontaktstift 12, der in Einschaltstellung (Fig. 1 rechts) mit einer Kontaktfläche 13 am 5 freien Ende des Kontaktstückes 11 in Eingriff steht und der über einen nicht dargestellten Antrieb in Richtung des Pfeiles

14 in Ausschaltstellung bringbar ist. Auf dem beweglichen Kontaktstift 12 ist der Boden 15 eines Pumpzylinders 16 aufgezogen, der sich somit mit dem Kontaktstift 12 mitbewegt. Der 10 Pumpzylinder 16 ist verschiebbar auf einem zum Beispiel über Säulen 17 oftsfest abgestützten Pumpkolben 18 geführt. Auf der dem Pumpkolben 18 abgekehrten Seite ist auf dem Boden

15 eine Blasdüse 19 aus einem elektrisch isolierten Material befestigt, deren engste Stelle 20 in Blasrichtung gesehen ström-15 abwärts vom freien Ende 21 des Kontaktstiftes 12 angeordnet ist und - wie der Fig. 1 rechts zu entnehmen ist - in Einschaltstellung das feste Kontaktstück 11 sozusagen dichtend umschliesst.

Der Einlass 22 der Blasdüse 19 steht über Durchlässe 23 im 2o Boden 15 mit dem vom Boden, vom Kolben 18 und vom Pumpzylinder 16 begrenzten Pumpraum 24 in Verbindung, wobei die Öffnungen 23 durch in Richtung zum Einlass 22 hin öffnende Rückschlagklappen 25 gesteuert sind.

Die Innenseite 26 des festen Kontaktstückes 11 ist im 25 Anschluss an die Kontaktfläche 13 mit einer elektrischen Isolierschicht 27 ausgekleidet, deren Länge mit dem Masspfeil B bezeichnet ist.

Wenn beim Ausschalten der Stift 12 die Kontaktfläche ver-lässt, zündet zunächst zwischen dem Scheitel 21 des Stiftes 12 30 und der Stirnseite des Kontaktstückes 11 ein Lichtbogen, der durch das aus dem Pumpraum 24 anfallende und durch die etwa gleichzeitig freigegebene Blasdüse 19 ausgeblasene Löschgas in axialer Richtung beblasen wird. Das feste Kontaktstück 11 ist durchblasbar, d. h. es ist an seinem in Fig. 1 nicht sichtbaren, 35 oberen Ende mit Auslassöffnungen versehen, so dass ein Teil des Löschgases längs des durch den Pfeil 28 angedeuteten Weges durch das Kontaktstück 11 hindurch und ein weiterer Teil des Löschgases längs des Pfeiles 29 an der Aussenseite des Kontaktstückes 11 vorbeiströmt. 40

Es sei nun kurz auf Fig. 4 verwiesen. Mit der gestrichelten Kurve 30 ist der Verlauf des Kurzschlussstromes angedeutet, den dieser ohne Ausschaltungsvorgang nehmen würde. Nach der Trennung der Kontakte 11,12 wird aber der Kurzschlussstrom aufgrund der Lichtbogenspannung einerseits und auf- 45 grund des Ladestromes der prallel über der Schaltstrecke liegenden Eigenkapazität verzerrt, wobei der zuletztgenannte Ladestrom seinerseits etwa proportional zur zeitlichen Änderung der Lichtbogenspannung ist. Es resultiert daraus ein Verlauf des Lichtbogenstromes entsprechend der in Fig. 4 ausgezo- 50 gen eingezeichneten Kurve 31 bzw. der strichpunktierten Kurve 31a. Würde der Lichtbogen nun ohne Kommutierung auf eine grössere Länge weiterbrennen, nähme die Lichtbogenspannung kurz vor dem Stromnulldurchgang den mit der ausgezogenen Kurve 32 in Fig. 4 angegebenen Verlauf, d. h. der Nulldurchgang der Bogenspannung und des Bogenstromes erfolgte um eine Zeit ti nach dem unbeeinflussten Stromnulldurchgang. Beim nach Fig. 1 beschriebenen Schalter dagegen wird der Lichtbogen 34 kurz vor dem Stromnulldurchgang durch die Strömung des Gases in das Kontaktstück 11 hinein- 60 getrieben, worauf er auf die stromabwärts der Isolierschicht 27

55

befindliche blanke Innenseite des Kontaktstückes 11 kommu-tiert und sich somit sprungartig verlängert, wie in Fig. 1 dargestellt. Daraus folgt eine Erhöhung der Lichtbogenspannung, die somit einen Verlauf etwa gemäss der strichpunktierten Kurve 33 in Fig. 4 nimmt. Damit eilt der Nulldurchgang der Spannung und des Bogenstromes jenem des unbeeinflussten Stromes um eine Zeit h nach, welche Zeit erheblich grösser als ti ist. Die Schaltstrecke wird somit nach dem Löschen des Bogens während einer längeren Zeit gekühlt, so dass die elektrische Wiederverfestigung der Schaltstrecke gewährleistet ist. In der Tat wirkt der vorgeschlagenen Schalter durch die bei der Kommutierung sprungartig erfolgende Verlängerung des Lichtbogens so, als wären in Serie geschaltete Unterbrechungsstellen vorhanden.

Um bei der Ausführungsform der Fig. 1 das Kommutieren des Lichtbogens, d. h. seine Verlängerung um das Mass B auf alle Fälle zu gewährleisten, ist es zweckmässig, dass das Mass B bzw. die Erhöhung der Lichtbogenspannung geringer zu wählen ist, als die Durchbruchspannung über die Strecke C, d. h. zwischen der Achse des Kontaktstückes 11 und der Kontaktfläche 13.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist in Inneren des Kontaktstückes 11 eine Abbrandelektrode in Form eines Abbrandstiftes 35 vorgesehen, der an seinem der Kontaktfläche 13 abgekehrten Ende über Stege 36 elektrisch leitend mit dem Kontaktstück 11 verbunden ist. An dem der Kontaktfläche 13 zugekehrten Ende ist am Abbrandstift 35 ein Stift 37 aus einem bei Einwirkung eines Lichtbogens ein Löschgas abgebenden Isoliermaterial befestigt. Die Strecke B ist hier nicht gleichbedeutend mit der Länge der Isolierschicht 27, sondern entspricht dem Abstand der Kontaktfläche 13 von dem leitenden Ende des Abbrandstiftes 35. In beiden Fällen indessen wird der Lichtbogen kurz vor dem Stromnulldurchgang um die Strecke B verlängert Der Stift 37 unterstützt durch seine Abgabe von Löschgas die Wirkung des aus der Blasdüse 19 anfallenden Löschgases.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 besitzt das Kontaktstück 11 eine Anzahl radiale Durchlassöffnungen 38, durch welche das von der Blasdüse 19 anfallende Löschgas abströmen kann. Die Innenseite ist mit der Isolierschicht 27 ausgekleidet. Als Abbrandelektrode, auf die der Lichtbogen 34 kommutieren soll, ist eine Scheibe 39 im Innern des Kontaktstückes 1 vorgesehen, die mit diesem leitend verbunden ist. Um ein Kommutieren des Lichtbogens auf die Scheibe 39 zu gewährleisten, obwohl die Gasströmung aus der Blasdüse 19 nicht bis zu der Scheibe 39 gelangen kann, ist auch die Aussenseite des Kontaktstückes 1 mit einer elektrischen Isolierschicht 40 versehen, deren Länge jener der Isolierschicht 27 übertrifft. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 kann an der Abbrandelektrode (hier an der Scheibe 39) der Stift 37 befestigt sein. Die Anordnung ist zweckmässig so zu treffen, dass die Durchlassöffnungen 38 zwischen die Kontaktfläche 13 und das freie Ende des Stiftes 37 zu liegen kommen, damit das vom Stift 37 abgegebene Gas nicht der Strömung des aus der Blasdüse anfallenden Löschgases entgegenwirkt.

Sowohl bei der Ausführungsform der Fig. 2 als auch bei der Ausführungsform der Fig. 3 wird nicht nur die sprungartige Verlängerung des Lichtbogens erzwungen, sondern meistens auch - wegen des Stiftes 37 bzw. der von diesem abgebenen Gasen - dessen Gabelung, was die Kühlung und die Löschung weiter begünstigt.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

625907 PATENTANSPRÜCHE

1. Druckgas-Leitungsschalter, mit einem beweglichen Kontaktstift und mit einer diesem zugeordneten Löschgas-Blasein-richtung und mit einem durchblasbaren, rohrförmigen, festen Kontaktstück, welches in Einschaltstellung einerseits an einer Kontaktfläche im Eingriff mit dem Kontaktstift steht und andererseits den Auslass der Blaseinrichtung verschlossen hält und welches im Zuge des Ausschalthubes die Blaseinrichtung freigibt, wodurch wenigstens ein Teil des anfallenden Löschgases durch das Kontaktstück hindurchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des festen Kontaktstückes (11) im Anschluss an die Kontaktfläche (13) in Richtung von seinem freien Ende weg über einen Teil seiner Länge mit einer elektrischen Isolierschicht (27) ausgekleidet ist.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des festen Kontaktstückes (11) ein im Bereich der Isolierschicht endender Stift (37) aus einem bei Einwirkung des Lichtbogens ein Gas abgebendes Material angeordnet ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im festen Kontaktstück (11) zwischen dem Ende des Stiftes (37) und der Kontaktfläche (13) radial aus dem festen Kontaktstück (11) herausführende Durchlassöffnungen (38) ausgebildet sind.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite des festen Kontaktstückes (11) im Anschluss an dessen freies Ende mit einer äusseren elektrischen Isolierschicht (40) versehen ist, die länger ist als die an der Innenseite vorhandene Isolierschicht (27).

5. Leistungsschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (37) an einer im Inneren des festen Kontaktstückes (11) angeordneten und mit dieser elektrisch verbundenen Abbrandelektrode (35,39) gehaltert ist.

6. Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (37) an der einen Stirnseite eines koaxial im festen Kontaktstück (11) angeordneten Abbrandstiftes (35) befestigt ist.

7. Leistungsschalter nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbrandelektrode eine in dem festen Kontaktstück (11) im Anschluss an dessen Durchlassöffnungen (38) befestigte Scheiben (39) ist.

8. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Isolierschicht (27) derart bemessen ist, dass die Lichtbogenspannung über die Länge der Isolierschicht (27) geringer ist, als die Durchbruchspannung von der Kontaktfläche (13) des festen Kontaktstückes (11) zur Achse des festen Kontaktstückes.

9. Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Kontaktfläche (13) und dem dieser am nächsten liegenden Ende der Abbrandelektrode (35,39) derart bemessen ist, dass die Lichtbogenspannung über diesen Abstand geringer ist, als die Durchbruchspannung von der Kontaktfläche (13) des festen Kontaktstückes (11) zur Achse desselben.