DE1296238B - Elektrischer Leistungsschalter - Google Patents

Elektrischer Leistungsschalter

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DE1296238B
DE1296238B DE1962C0028325 DEC0028325A DE1296238B DE 1296238 B DE1296238 B DE 1296238B DE 1962C0028325 DE1962C0028325 DE 1962C0028325 DE C0028325 A DEC0028325 A DE C0028325A DE 1296238 B DE1296238 B DE 1296238B
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DE
Germany
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pump piston
switch according
switching
nozzle
switch
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Pending
Application number
DE1962C0028325
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Hans-Guenther
Schuette
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Calor Emag AG
Original Assignee
Calor Emag AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Calor Emag AG filed Critical Calor Emag AG
Priority to DE1962C0028325 priority Critical patent/DE1296238B/de
Publication of DE1296238B publication Critical patent/DE1296238B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/04Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16Impedances connected with contacts
    • H01H33/167Impedances connected with contacts the impedance being inserted only while opening the switch
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/92Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being liquid, e.g. oil

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsschalter mit einer aus einem beweglichen Schaltstift und einem festen Schaltstück bestehenden Hauptschaltstrecke, mit einem mechanisch angetriebenen Pumpenkolben zur Erzeugung einer die Hauptschaltstrecke bespülenden Löschmittelströmung und mit einer nach der Hauptschaltstrecke zu öffnenden Parallelschaltstrecke, die über einen Widerstand zu schließen ist und als deren bewegliches Schaltstück der leitfähig ausgebildete Pumpkolben dient.
  • Mit bekannten Leistungsschaltern mit erzwungener Löschmittelströmung und vorzugsweise Öl als Löschmittel (deutsche Patentschrift 970 016) können Ströme von beliebig kleinen bis zu sehr hohen Werten in ein bis zwei Halbwellen abgeschaltet werden. Bei kleinen Strömen kann aber die Löschwirkung so stark werden, daß der Strom vor seinem natürlichen Nulldurchgang gewaltsam unterbrochen wird (Stromabriß), was bei induktiver Belastung zu hohen Überspannungen führen kann. Solche kleinen induktiven Ströme kommen besonders bei unbelasteten Transformatoren vor. Derartige Leistungsschalter werden durch den Parallelwiderstand zum Abschalten kleiner, insbesondere induktiver Ströme, geeignet, ohne daß schädlich hohe Überspannungen auftreten, wie unten an Hand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert wird.
  • Bei einem bekannten Flüssigkeitsschalter der eingangs genannten Art (Schweizer Patentschrift 318 307) ist das bewegte Pumpenglied Schaltorgan für den außerhalb der Löschkammer angeordneten Stufenwiderstand. Die Anordnung eines Stufenwiderstandes außerhalb der Löschkammer und die Anwendung eines Schleifers innerhalb der Löschkammer, der mit dem Pumpkolben leitend verbunden ist, erfordert einen großen technischen Aufwand, um zu gewährleisten, daß die Anordnung störungsfrei arbeitet. Die Aufgabe der Erfindung ist es, mit kleinem Aufwand einen Schalter zu erhalten, der bei zuverlässiger Arbeitsweise ein möglichst überspannungsfreies Abschalten auch kleiner Ströme ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst daß bei einem Schalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß der Pumpkolben selbst als Widerstand ausgebildet ist, im eingeschalteten Zustand auf dem festen Schaltstück kontaktgebend aufliegt und dieses bei der Abschaltung später als der Schaltstift verläßt.
  • Es ist in diesem Zusammenhang ein Hochleistungsschalter reit Lichtbogenlöschung durch eine sprunghafte Druckentlastung und mit einem eingebauten Schutzwiderstand bekanntgeworden, bei dem die rohrförmig ausgebildete Schaltkammer wenigstens an dem dem Gegenschaltstück benachbarten Ende aus Ringen aus Widerstandsmaterial aufgebaut ist, die auf die Abschaltung kleiner kapazitiver Ströme eine günstige Wirkung haben (deutsche Patentschrift 932 915). Auch der Erfindungsgegenstand kann vorteilhaft für kleine kapazitive Ströme verwendet werden.
  • Der von der geschlossenen Parallelstrecke gebildete Strompfad ist vorzugsweise hochohmig im Vergleich zu dem von der geschlossenen Hauptschaltstrecke gebildeten Strompfad. Es ist für die Erflndung wichtig, daß der leitende Pumpkolben im eingeschalteten Zustand nicht nur lose auf dem festen Schaltstift aufliegt, sondern dort zuverlässig Kontakt gibt. Deshalb können eine oder mehrere Federn vorgesehen werden, die den Pumpkolben im eingeschalteten Zustand gegen das feste Schaltstück drücken. Der Schalter nach der Erfindung enthält gewöhnlich einen Pumpkolben, der den Schaltstift konzentrisch umgibt, von einem Mitnehmer angetrieben wird und an seiner dem festen Schaltstück, das z. B. ein Tulpenkontakt sein kann, zugekehrten Seite mit einer Düse zur Bespülung der Schaltstiftspitze versehen ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Düse halbleitend ausgebildet, beispielsweise aus Kunststoff od. dgl., mit geeigneten leitenden Beimengungen, oder auch aus Isolierstoff hergestellt, in den Widerstandsdraht in Form einer Wendel, eines Geflechtes od. dgl. eingebettet ist oder der innen und/oder außen mit einem halbleitenden Belag versehen ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben.
  • F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen .Ölströmungsschalter nach der Erfindung im eingeschalteten Zustand, F i g. 2 denselben Schalter kurz nach der Kontakttrennung.
  • In eine mit Öl gefüllte Porzellandurchführung 1 ist eine Löschkammer 2 eingesetzt, die in ihrem unteren Teil den festen Tulpenkontakt 3 enthält. Am beweglichen Schaltstift 4 ist ein Mitnehmer 5 befestigt, außerdem ist in der Löschkammer konzentrisch zum Schaltstift ein Pumpkolben 6 aus Metall angeordnet, der an seinem unteren Ende eine Düse 7 aus Isolierstoff trägt, die im eingeschalteten Zustand vom Eigengewicht des Pumpkolbens, unterstützt durch die Druckfeder 8, auf den Tulpenkontakt 3 gedrückt wird. Die Düse 7 ist auf der Innenseite mit einem halbleitenden Belag 9 nach Art eines Schichtwiderstandes und an der Stelle, mit der sie den Tulpenkontakt 3 berührt, mit einem ringförmigen Belag 10 aus einem geeigneten Kontaktwerkstoff versehen, der mit dem Widerstandsbelag 9 verbunden ist. Es ergibt sich ein Strompfad vom Tulpenkontakt 3 über den Kontaktring 10, den Widerstandsbelag 9, die Metallteile des Pumpkolbens 6, die Feder 8 und den Mitnehmer 5 zum Schaltstift 4. Dieser Strompfad ist wegen des Widerstandes des Belages 9 erheblich hochohmiger als der Hauptstrompfad vom Tulpenkontakt 3 zum Schaltstift 4, zu dem er parallel geschaltet ist.
  • Zum Ausschalten wird der Schaltstift 4 von einem nicht dargestellten Antrieb aus dem Tulpenkontakt 3 herausgezogen, während der Pumpkolben 6 mit der Düse 7 zunächst noch auf dem Tulpenkontakt 3 liegenbleibt. Die Feder 8 sorgt dabei für eine zuverlässige Kontaktgabe zwischen dem Tulpenkontakt 3 und dem Kontaktring 10. Erst wenn die Spitze des Schaltstifts 4 die in F i g. 2 gezeichnete, für die Bespülung des Lichtbogens günstige Stellung innerhalb der Düse 7 erreicht hat, läuft der Mitnehmer 5 gegen einen Ansatz des Pumpkolbens 6 und nimmt diesen mit. Dadurch setzt die Zwangsströmung des Löschmittels ein, außerdem wird jetzt der Kontaktring 10 vom Tulpenkontakt 3 abgehoben.
  • Ist der auszuschaltende Strom nur klein, so kann er nach der Kontakttrennung zwischen dem Schaltstift 4 und dem Tulpenkontakt 3 seinen Weg vollständig über den Parallelstrompfad, also auch über den Widerstandsbelag 9 nehmen. An diesem wird nur eine so hohe Spannung auftreten, daß ein am Hauptkontakt etwa gezogener Lichtbogen erlischt, bevor die Löschmittelströmung einsetzt. Wird jetzt bei der weiteren Bewegung des Schaltstiftes 4 die Düse 7 vom Tulpenkontakt 3 abgehoben, so entsteht zwischen diesem und dem Kontaktring 10 ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen, der von dem als klein angenommenen Strom gespeist wird, brennt außerhalb des Bereiches der intensiven Löschmittelströmung und erlischt daher in einem der nächsten Nulldurchgänge, ohne daß eine nennenswerte Schaltüberspannung auftritt, auch wenn der abzuschaltende Verbraucher hoch induktiv, z. B. ein unbelasteter Transformator ist.
  • Ist der Strom größer, beispielsweise ein überlast-oder Kurzschlußstrom, so nimmt nur ein Bruchteil davon seinen Weg durch den Widerstandsbelag 9, der Hauptanteil bildet einen stromstarken Lichtbogen zwischen der Schaltstiftspitze und dem Tulpenkontakt 3, der durch die Löschmittelströmung in bekannter Weise gelöscht wird. Auf diese Löschung hat der etwa zwischen dem Kontaktring 10 und dem Tulpenkontakt 3 brennende, von dem abgezweigten Teil des Stromes gespeiste Lichtbogen keinen Einfluß, außerdem wird er schon vor dem stromstarken Hauptlichtbogen erlöschen, da sein Strom begrenzt ist und da auf ihn nur die niedrige Brennspannung des Hauptlichtbogens als treibende Spannung wirkt. Daher erleidet der Schalter durch die Erfindung keinerlei Einbußen in seiner Fähigkeit, hohe Kurzschlußströme auszuschalten. Voraussetzung dafür ist nur eine solche Bemessung des Widerstandes des Belages 9, daß der Strom, der von der Brennspannung des Hauptlichtbogens durch den Parallelstrompfad getrieben wird, nur einen so schwachen Lichtbogen zwischen dem Kontaktring 10 und dem Tulpenkontakt 3 erzeugt, daß er praktisch sofort nach deren Trennung erlischt. Zur Sicherheit sollte der Widerstand des Belages 9 aber doch so bemessen werden, daß auch der von der vollen Schalternennspannung durch den Parallelstrompfad getriebene Strom keinen so starken Lichtbogen zwischen dem Kontaktring 10 und dem Tulpenkontakt 3 bildet, daß er nicht bei Erreichen einer gewissen Länge des Lichtbogens auch ohne Bespülung sicher erlischt. Da der Widerstandsbelag 9 nur während des Ausschaltens kurzzeitig Strom führt und da er sich unter Öl befindet, wird er thermisch nicht allzu hoch beansprucht.
  • Der Schalter nach der Erfindung ist auch zum Unterbrechen kleiner kapazitiver Ströme gut geeignet. Beim Schalten solcher Ströme kann eine Löschung des Lichtbogens schon bei sehr kleinen Kontaktabständen und ohne Löschmittelströmung erfolgen. Danach steigt aber die Spannung an der Schaltstrecke innerhalb einer Halbwelle auf etwa den doppelten Scheitelwert der Netzspannung, so daß die noch nicht genügend spannungsfeste Schaltstrecke wieder durchschlagen werden kann. Diese bekannten Rückzündungen haben ein plötzliches Umladen der Kapazitäten unter hochfrequenten Ausgleichsvorgängen zur Folge, bei denen nicht nur sehr starke Stromstöße auftreten, sondern auch ein Überschwingen der Spannung bis zum mehrfachen Scheitelwert der Netzspannung möglich ist. Beim Schalter nach der Erfindung findet die endgültige Kontakttrennung erst durch das Abheben des Pumpkolbens bzw. der Düse 7 mit dem Kontaktring 10 vom festen Schaltstück statt. Tritt jetzt eine Rückzündung ein, so findet der überschlag zwischen dem festen Tulpenkontakt 3 und dem Kontaktring 10 statt. In dem durch die Rückzündung wieder geschlossenen Stromkreis liegt aber der Widerstand des Belages 9, der den Stromstoß auf einen kleinen Wert begrenzt und den hochfrequenten Ausgleichsvorgang so stark dämpft, daß kein Überschwingen der Spannung mehr auftritt.
  • Die Erfindung ist nicht nur an Ölströmungsschaltern, sondern auch an Schaltern mit anderen flüssigen oder gasförmigen Löschmitteln, z. B. SFe, anwendbar.

Claims (10)

  1. Patentansprüche: 1. Elektrischer Leistungsschalter mit einer aus einem beweglichen Schaltstift und einem festen Schaltstück bestehenden Hauptschaltstrecke, mit einem mechanisch angetriebenen Pumpkolben zur Erzeugung einer die Hauptschaltstrecke bespülenden Löschmittelströmung und mit einer nach der Hauptschaltstrecke zu öffnenden Parallelschaltstrecke, die über einen Widerstand zu schließen ist und als deren bewegliches Schaltstück der leitfähig ausgebildete Pumpkolben dient, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Pumpkolben selbst als Widerstand ausgebildet ist, im eingeschalteten Zustand auf dem festen Schaltstück kontaktgebend aufliegt und dieses bei der Ausschaltung später als der Schaltstift verläßt.
  2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der geschlossenen Parallelschaltstrecke gebildete Strompfad hochohmig ist im Vergleich zu dem von der geschlossenen Hauptschaltstrecke gebildeten Strompfad.
  3. 3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens eine Feder, die den Pumpkolben im Einschaltzustand gegen das feste Schaltstück drückt.
  4. 4. Schalter nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen am beweglichen Schaltstift angebrachten Mitnehmer zum Antrieb des Pumpkolbens.
  5. 5. Schalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben den Schaltstift konzentrisch umgibt und an seiner dem festen Schaltstück zugekehrten Seite mit einer Düse zur Bespülung der Schaltstiftspitze versehen ist und daß die Düse halbleitend ist.
  6. 6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse aus Kunststoff od. dgl. mit geeigneten leitenden Beimengungen besteht.
  7. 7. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse aus Isolierstoff besteht, in den Widerstandsdraht in Form einer Wendel, eines Geflechtes od. dgl. eingebettet ist. B.
  8. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse aus Isolierstoff besteht und innen und/oder außen mit einem halbleitenden Belag versehen ist.
  9. 9. Schalter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben bzw. die Düse an der auf dem festen Kontakt aufliegenden Stelle einen Belag aus geeignetem Kontaktwerkstoff aufweist.
  10. 10. Verwendung des Leistungsschalters nach den Ansprüchen 1 bis 9 zum Abschalten kleiner kapazitiver Ströme.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2323222A1 (fr) * 1975-09-08 1977-04-01 Siemens Ag Disjoncteur a gaz comprime

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DE530473C (de) * 1927-03-05 1931-07-29 Sachsenwerk Licht & Kraft Ag Schalter mit Schutzwiderstand
DE932915C (de) * 1948-10-02 1955-09-12 Siemens Ag Schaltkammer fuer fluessigkeitsarme Hochleistungsschalter
CH318307A (de) * 1952-10-23 1956-12-31 Voigt & Haeffner Ag Flüssigkeitsschalter mit einer durch den Schaltstift betätigten Pumpeinrichtung für die Löschflüssigkeit
DE970016C (de) * 1951-03-18 1958-08-14 Calor Emag Elek Zitaets Ag Fluessigkeitsleistungsschalter

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