DE2039240A1 - Druckgasschalter,insbesondere mit Selbstbeblasung - Google Patents

Druckgasschalter,insbesondere mit Selbstbeblasung

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Description

Dr.'E. WetZel 850° NOmbero 1, 4.Aug.70 Hefnaripl«tz 3 - Pottfach 9347
. E. TerQ3U Telex 06/22327 - Tel. 0911/204081-83
Postscheckkonto NQrnberg 11151.
j—
Unser Zeichen bitte immer aneeben—■
8/2 (216/70)891
Firma Merlin Gerin, Grenoble /Frankreich.
Druckgasschalter, insbesondere mit Selbstbeblasung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter, inabesondere mit Selbstbeblasung, mit einem Paar Kontakte, mit ^ einer Blasdüse, die die Kontakte in ihrer Schließstellung umgibt, und mit einer Vorrichtung zur Zirkulation eines Löschgases durch die Blasdüse zur Löschung eines Lichtbogens, der während dar Trennung der Kontakte gezogen iird.
Die schweizerische Patentschrift 392 665 behandelt einen Schalter dieser Art, bei dem der Lichtbogen zwischen den Kontakten ausgedehnt wird, die sich bis zum Augenblick seiner Löschung trennen. Man hat festgestellt, daß bei diesen Schaltern mit einer Trennkaiimer von begrenztem Volumen die Aus- w dehnung des Lichtbogens das Auftreten eines sehr großen Volumens ionisierten Gases begünstigt, das einen starken Überdruck erzeugt, der dazu neigt, sich dem Strömen des Regeneratorgases entgegenzusetzen, das für die Löschung des Lichtbogens unerläßlich ist.
Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen und einen Schalter mit erhöhter Schaltleistung zu schaffen. Der erfindungsgemäße Druckgasschalter ist dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse mindestens in einer Zone ihrer
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inneren Oberfläche einen elektrisch leitenden Teil aufweist, der während der Dauer der Lichtbogenlöschung mit einem Kontakt elektrisch so verbunden ist, daß ein Übergang des Lichtbogens von diesem Kontakt auf den elektrisch leitenden Teil während der Trennbewegung der Kontakte und eine Ausdehnung des Lichtbogens quer zur Strömungsrichtung des Löschgases über eine begrenzte und deutlich konstante Strecke während der Löschphase so bewirkt wird, daß die Ionisierungswirkung beschränkt wird.
Der Lichtbogen, der zwischen den sich trennenden Kontakten gezogen wird, legt sich schnell an den elektrisch leitenden Teil der Blasdüse und an den zugeordneten Kontakt, dessen geringer Abstand erhalten bleibt und während des Öffnungsverlaufs des Schalters konstant bleibt. Die Lichtbogenlänge bleibt ebenso wie das Volumen des erzeugten ionisierten Gases konstant.
Das Löschgas, das auch eine Löschflüssigkeit sein kann, insbesondere elektronegativ, z.B. Schwefelhexafluorid, strömt axial in die Blasdüse. Es ist verständlich, daß bei diesen bekannten Schaltern mit einem sich axial zwischen den Kontakten erstreckenden Lichtbogen die Wirkung nicht optimal ist. Gemäß der Erfindung wird der sich an die Blasdüse legende Lichtbogen dazu gebracht, eine Querlage in bezug auf die Strömung des Löschgases einzunehmen, was für eine Entionisierung besonders günstig ist.
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Erfindungsgemäß sind Hauptkontakte außerhalb der Blasdüse vorgesehen. Die aus der Blasdüse entweichenden heißen Gase werden zum oberen Teil des Raumes oder der Trennkammer in eine von den Hauptkontakten entfernte Zone geführt, um zwischen ihnen ein Wiederzünden zu vermeiden. Zu diesem Zweck befindet sich die Blasdüse in der Schließstellung der Kontakte in einer sie verlängernden röhrenförmigen koaxialen Hülse und gewährleistet gleichzeitig die Verbindung mit dem Kontakt bis zum Moment der Verschiebung der Blasdüse nach einem vorbestimmten Öffnungsverlauf. Der 3ntakt, der elektrisch mit der Blasdüse verbunden ist und sich im Innern der röhrenförmigen Hülse erstreckt, kann von halbfester Art sein. Um aber seinen Querschnitt zu verringern, wird er vorzugsweise von einem einfachen Stab gebildet, der das Entweichen der Gase durch die röhrenförmige Hülse kaum behindert, wobei die halbfeste Montage auf den mechanisch mit der Blasdüse verbundenen Kontakt übertragen wird.
Die Blasdüse kann teilweise oder vollständig aus leitendem Material oder aus einem Material mit großem Leitungswiderstand, z.B· Graphit, bestehen, um in diesem Fall das automatische Einfügen eines Widerstandes in Reihe mit dem Lichtbogen während der Trennzeit zu gestatten, wodurch die Trennung von kleinen Induktionsströmen begünstigt wird. Der Wert dieses Widerstandes wächst vorzugsweise mit der Dauer des Lichtbogens an.
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er
Der verändliche Widerstand kann ebenso in die Verbindung zwischen Blasdüse und Kontakt eingefügt werden, z.B. indem man ein Material mit starkem Widerstand für die röhrenförmige Hülse verwendet, die teleskopisch mit der Blasdüse oder einem gewickelten Widerstand zusammenarbeitet, dessen Windungen während der relativen Verschiebung der Blasdüse in bezug auf die röhrenförmige Hülse mit Hilfe von gleitenden Kontakten nacheinander in den Stromkreis eingefügt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 einen A-xialschnitt eines erfindungsgemäßen Schalters
in geschlossener Stellung,
Fig. 2 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt, wobei der Schalter während des Öffnungsvorganges dargestellt
ist, und
Fig. 3 einen Axialschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Schalters in einer Fig. 2 entsprechenden Stellung.
Gemäß den Fig. 1 und 2 wird ein isolierender Raum in Form einer geschlossenen Patrone von einem Zylinder 10 gebildet, der an seinen Enden durch die Böden 12 und 14 geschlossen ist, von denen einer von einer gleitenden Steuerstange 16 durchsetzt wird, deren äußeres Ende mit einer nicht dargestellten Steuervorrichtung zusammenarbeitet. Ein Blaskolben 18 kann im Innern des Zylinders 10 unter der Wirkung der Steuerstange 16 gleiten, an derem Ende er befestigt ist. Der Umfang des Blaskolbens 18 weist eine Lippendichtung 20 auf,
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die an der Innenwand des Zylinders 10 gleitet und eine einwandfreie Abdichtung in der Bewegungsrichtung des Kolbens sichert, die der öffnung des Schalters entspricht und durch den Pfeil F der Pig. 2 gekennzeichnet ist. In umgekehrter Richtung gestattet die Dichtung 20 vorzugsweise eine freie Verbindung zwischen"1 den beiden Stirnflächen des Blaskolbens 18. Eine Blasdüse 22 ist fest mit dem Blaskolben 18 verbunden, der öffnungen 24 aufweist, die durch den Innenteil der Blasdüse 22 die beiden Kammern verbinden, die im Zylinder 10 durch den Blaskolben 18 abgegrenzt werden. Im Innern der und konzentrisch zur B398düse 22 ist ein beweglicher Kontakt 26 angeordnet, der teleskopisch oder halbfest am Ende der Steuerstange 16 so angeordnet ist, daß er eine axiale Bewegung ausführen kann, die in bezug auf die Steuerstange 16 begrenzt ist. Zu diesem Zweck ist eine Druckfeder 28 zwischen der Steuerstange 16 und dem beweglichen Kontakt 26 vorgesehen, die diesen in Richtung von der Steuerstange 16 wegdrückt. In dieser Stellung wird der Kontakt 26 von einem Anschlag gehalten, der mit einer Schulter 32 der Steuerstange 16 zusammenarbeitet. Eine Kontaktklemme 34 verbindet den beweglichen Kontakt 26 mit der Steuerstange 16 elektrisch, die dem beweglichen Kontakt 26 als Stromzuführungsleiter dient.
Der obere Boden 12 des Zylinders 10 trägt eine entgegengesetzte Anschlußklemme 35 des Schalters, die mit einem festen Kontakt 36 verbunden ist. Dieser wird von einer zylindrischen Stange gebildet, die in der Achse de« Zylinders 10 und gegen-
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über dem beweglichen Kontakt 26 angeordnet ist, mit dem sie zusammenarbeitet. In der Schließstellung des Schalters gemäß Fig.1 liegen die Kontakte 26 und 36 aneinander, und die Kontaktzone befindet sich im Innern der Blasdüse 22 - in Strömungsrichtung des Löschgases gesehen - oberhalb eines verengten Abschnittes oder Halses 38 der Blasdüse 22. Die halbfeste Montage kann selbstverständlich auch auf den festen Kontakt 36 übertragen werden, und die Kontakte können beliebiger Art sein, z.B. mit Ineinandergreifen, Durchsetzen oder Gleiten.
Der obere Boden 12 trägt ferner eine röhrenförmige zylindrische Hülse 40, die koaxial zum Zylinder 10 liegt und an i-hrer Basis mit der Anschlußklemme 35verbunden ist. Die röhrenförmige Hülse 40 besteht aus elektrisch leitendem Material und weist in der Nähe ihrer Basis öffnungen 41 auf. Das andere Ende 42 der Hülse 40 deckt die Blasdüse 22 ab, die in sie mit einem geeigneten Abstande eingreift, und arbeitet mit den Hauptkontakten 44 in Form von Klemmen zusammen, die fest mit dem Blaskolben 18 und elektrisch mit der Steuerstange 16 verbunden sind. Stromabnehmer 46, die fest mit der Hülse 40 verbunden und in Kontakt mit der Blasdüse 22 sind, verbinden diese elektrisch mit der Hülse 40 in der Eingriffsstellung. Die Dichtheit des Durchganges der Steuerstange 16 im Boden 14 wird durch einen Balg 48 oder auf andere Weise hergestellt.
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Gemäß Flg. 1 weist die Blasdüse 22 einen obreren Teil 50 aus leitendem Material auf, der sich unterhalb des Halses der Blasdüse 22 in einem isolierenden Teil 52 erstreckt,der den Teil 50 fest mit dem Blaskolben 18 verbindet. Der leitende Teil 50 wird durch einen leitenden Ring 51 verlängert, der außerhalb des isolierenden Teils 52 liegt. Die Stromabnehmer 46 arbeiten nacheinander mit dem Ring 51 und der äußeren Fläche des Teils 50 zusammen, um diesen elektrisch während einer vorbestimmten öffnungsstrecke der Kontakte 26 und 36 mit dem Kontakt 36 zu verbinden.
In Schließstellung der Kontakte gemäß Fig.1 wird die elektrische Verbindung zwischen den Aaschlußklemmen 16 und 35 durch die ineinandergreifenden Hauptkontakte 42,44 und durch die sich berührenden Funkenlöschkontakte 26,36 gesichert. Der leitende Teil 50 der Blasdüse 22 ist durch den Teil 52 vom beweglichen Kontakt 26 isoliert und durch die Stromabnehmer 46 und die Hülse 40 mit dem festen Kontakt 36 verbunden. Der Zylinder 10 ist vorteilhafterweise dicht und mit Löschgas, z.B. Schwefelhexafluorid, eventuell komprimiert, gefüllt, wobei der Druck im ganzen Raum einheitlich ist.
Der erfindungsgemäße Schalter arbeitet folgendermaßen :
Um den Schalter zu öffnen, treibt man die Steueretang· 16 nach unten in Richtung des Pfeiles F an, der bei ihrer Verschiebung den Blaakolben 18, den beweglichen Hauptkontakt 44, die Blasdüse 22 und den Träger des Funkenlöschkontaktes 26
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mitnimmt, wobei der letztere während einer ersten Bewegungsphase unter der Wirkung der Druckfeder 28 in Kontakt mit dem festen Kontakt 36 bleibt. Diese Verschiebung verursacht einerseits die Trennung der Hauptkontakte 42,44, die durch die Kontakte 26,36 überbrückt sind und sich ohne Lichtbogenbildung öffnen, und andererseits eine Kompression des Gases im unteren Teil des Zylinders 10, dessen Volumen mit dem Absinken des Blaskolbens 18 abnimmt. Die Stromabnehmer 46 gleiten auf den leitenden Teilen 50 und *y\, wobei sie die elektrische Verbindung zwischen diesen und dem Kontakt 36 aufrechterhalten. In einer zweiten Öffnungsphase kommt die Schulter 32 der Steuerstange 16 in Anlage an den Anschlag 30 des Funkenlöschkontaktes 26 und nimmt diesen mit, wobei eine Trennung der Kontakte 26,36 mit einer Lichtbogenbildung zwischen diesen Kontakten 26,36 im Innern der Blasdüse 22 erfolgt. Unter der Wirkung des anwachsenden Druckes mit der Verschiebung des Blaskolbens 18 wird ein Strömen des Gases im Innern der Blasdüse 22 bewirkt, um den Lichtbogen zu löschen. Sobald der Abstand zwischen den Kontakten 26,36 einen vorbestimmten Wert erreicht, verläßt der Lichtbogen den festen Kontakt 36 und springt auf den leitenden Teil der Blasdüse 22 über, der wegen der Stromabnehmer 46 das gleiche Potential wie der feste Kontakt 36 aufweist jjsiehe Fig.2). Die Länge des Lichtbogens wird somit begrenzt, und unter der Blaswirkung, die fortgesetzt wird und sich quer zur Bahn des Lichtbogens auswirkt, erlischt dieser.
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Während der letzten Löschphase des Lichtbogens sind die Stromabnehmer 46 in Kontakt mit der Blasdüse 22 geblieben, und erst am Ende des Öffnungsverlaufs und nach der Lichtbogenlöschung trennen sie sich, um den dielektrischen Zustand der Schaltkammer zu verbessern.
Es ist leicht ersichtlich, daß die Lichtbogenlänge durch die baulichen Merkmale des Schalters auf eine vorbestimmte Länge begrenzt bleibt. Die Wahl dieser Länge, oder genauer der minimale Abstand zwischen dem Kontakt 26 und der inneren Oberfläche der Blasdüse 22 in der Stagnationsζone des Lichtbogens ist ein Kompromiß zwischen den entgegengesetzten Faktoren des maximalen Durchschlagsabstandes unäder Leistung sowie der Schnelligkeit des Löschgases in dieser Maximalζone. Bemerkenswerte Resultate wurden mit Abständen zwischen 3 und 4 mm erreicht, wobei sich der Lichtbogenfußpunkt in der Nähe des Halses 38 der Blasdüse 22 festsetzt. Die Beblasung erfolgt quer zum Lichtbogen und gewährleistet eine schnelle Entionisierung. Die Hauptkontakte 42,44 außerhalb der Blasdüse 22 werden durch diese geschützt, die einen Metallschirm für den Lichtbogen bildet. Die heißen ionisierten Gaee werden durch die Blasdüse 22 und die sie verlängernde röhrenförmige Hülse 40 in den oberen Teil des Raums in eine Zone geleitet, die von den Hauptkontakten 42,44 entfernt ist, wo sie aus der Hülse 40 durch die Öffnungen 41 entweichen.
Gemäß den Fig. 1 und 2 besteht der ganz obere Teil 50 der Blasdüse 22 aua leitendem Material, und die elektrische
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Verbindung mit dem festen Kontakt 36 wird durch die Stromabnehmer 46 hergestellt. Eaist klar, daß nur ein kleiner Teil der Blasdüse 22 leitend sein kann und daß sie auf jede andere Weise, z.B. durch eine Litze,mit dem festen Kontakt 36 verbunden werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zum Einsetzen eines Widerstandes in Reihe mit dem Lichtbogen, wodurch die Trennung von Strömen, insbesondere induktiver, begünstigt wird. Gemäß den Fig. 1 und 2 wird dieses Ziel dadurch leicht erreicht, daß eine Blasdüse auf einem Material von großem Leitungswiderstand, z.B. Graphit, verwendet wird. Es ist klar, daß, sobald der Lichtbogen sich an der Blasdüse 22 festsetzt, der Strom eine Widerstandsbahn durch die Blasdüse 22 durchfließt, um die Stromabnehmer 46 und die Anschlußklemme 35 zu erreichen. Eine für die Lichtbogenlöschung günstige Wirkung ergibt sich durch die Vergrößerung dieser Bahn und damit des während der Verschiebung der Blasdüse 22 eingeführten Widerstandes. Der zusätzliche Widerstand kann ebenfalls in die Verbindung zwischen der Anschlußklemme 35 und der Blasdüse 22 eingefügt werden, wie aus der folgenden Darstellung deutlicher ersichtlich wird.
Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Punktion des festen Hauptkontaktes und die Punktion der elektrischen Verbindung der Blasdüse mit dem festen Kontakt getrennt sind. Der bewegliche Hauptkontakt 44 arbeitet mit einem festen Kontakt 54 zusammen, und die Blasdüse
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weist Stromabnehmer 56 auf, die auf einem Rohr 58 gleiten, das die Blasdüse 22 mit der Anschlußklemme 35 verbindet· Das Rohr 58 und/oder die Blasdüse 22 können aus einem elektrisch gut leitenden Material, z.B. Kupfer oder Stahl, oder in der oben beschriebenen Weise aus einem Material von großem spezifischem Leitungswiderstand bestehen, um einen Widerstand in den Lichtbogenstromkreis einzuführen. Gemäß Fig.3 entspricht die Vergrößerung des Widerstandes einer vergrößerten Länge des Rohres, was sich aus der Verschiebung der Stromabnehmer 56 ergibt« Es ist jedoch klar, daß die Stromabnehmer fest mit dem Rohr 58 verbunden sein und auf der Blasdüse 22 in der oben beschriebenen Weise gleiten können. Das Rohr 58 kann ein gewickelter Widerstand sein, der vorteilhafterweise im Rohr versenkt ist. Die Hauptkontakte 44 und 54 sind vollständig von der Blasdüse 22 unabhängig. Die Blasdüse 22 und der mechanisch verbundene Kontakt 26 können fest sein, wobei die Öffnung des Schalters in diesem Falle durch die Verschiebung de· Kontaktes 36 erfolgt, der elektrisch mit der Blasdüse 22 verbunden ist, ohne daß die Funktion des Schalters beeinträchtigt wird· Der Blaskolben ist dann unabhängig von der Blasdüse und in beliebiger Weise mit dem beweglichen Teil des Schalters verbunden. Das Strömen des Löschgases kann auf verschiedene Weise hervorgerufen werden, z.B. durch eine Hilfsquelle von Druckgas.
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Claims (12)

ι υ 3 y;/ ■'·, υ - 12 Patentansprüche :
1. I Druckgasschalter, insbesondere mit Selbstbeblasung, mit einem Paar trennbarer Kontakte, mit einer Blasdüse, die die Kontakte in ihrer Schließstellung umgibt, und mit einer Vorrichtung zur Zirkulation eines Löschgases durch die Blasdüse zur Löschung eines Lichtbogens, der während der Trennung der Kontakte gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse mindestens in einer Zone ihrer inneren Oberfläche einen elektrisch leitenden Teil auÄeist, der während der Dauer der Lichtbogenlöschung elektrisch mit einem Kontakt so verbunden ist, daß ein Übergang des Lichtbogens von diesem Kontakt auf den elektrisch leitenden Teil während der Trennbewegung der Kontakte und eine Ausdehnung des Lichtbogens quer zur Stromungsrichtung des Löschgases über eine begrenzte und deutlich konstante Strecke während der Löschphase so hervorgerufen wird, daß die Ionisierungswirkung begrenzt wird.
2. Schalternach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse mit dem elektrisch leitenden Teil, der mit einem Kontakt verbunden ist, mechanisch fest mit dem anderen Kontakt verbunden und elektrisch von diesem getrennt ist.
3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse in der Nähe der Zone der Trennung der Kontakte einen Hals aufweist und daß ihr elektrisch leitender Teil
so angeordnet ist, daß sich der Lichtbogen quer zur Achse der
Blasdüse erstreckt,
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4. Schalter nach Anspruch 2 oder 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse aus leitendem Material oder aus einem Material mit großem Leitungswiderstand besteht und durch einen isolierenden Träger fest mit dem Kontakt verbunden ist.
5. Schalter nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse aus Graphit besteht.
6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Verbindung des elektrisch leitenden Teiles der Blasdüse mit einem der Kontakte angeordnet sind, um ein Intervall der Trennung und Isolierung in der Öffnungsstellung des Schalters zu bewirken.
7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Widerstand in die Verbindungsmittel eingefügt ist, der infolge des Übergangs des Lichtbogens auf den elektrisch leitenden Teil in Reihe mit dem Lichtbogen liegt.
8. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse in Schließstellung der Kontakte von einer koaxialen röhrenförmigen Hülse umgeben ist, die sie verlängert und die elektrische Verbindung gewährleistet, wobei das Isolierintervall durch die Verschiebung der Blasdüse am Ende der Schalteröffnung hergestellt wird. .
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9. Schalter nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Verbindungsmittel eingefügte Widerstandsbahn während der Öffnungsbewegung in Abhängigkeit von der fortschreitend en Verschiebung der Blasdüse gegenüber der röhrenförmigen Hülse zunimmt.
10. Schalter nach Anspruch 9 mit Hauptkontakten, die sich vor den im Innern der Blasdüse angeordneten Kontakten öffnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bissdüse und die röhrenförmige koaxiale Hülse einen Schirm bilden, der verhindert, daß die vom Lichtbogen ionisierten Gase in die Zone der Hauptkontakte eintreten.
11. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Blaskolben aufweist, der einen durch die Blasdüse fließenden Löschgasstrom, z.B. aus Schwefelhexafluorid, erzeugt, der von einem Teil eines geschlossenen Raumes in einen anderen Teil während der öffnungsbewegung übergeht.
12. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß der Blaskolben eine Öffnung aufweist, die in die vom Blaskolben getragene Blasdüse mündet, wobei Blaskolben und Blasdüse mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind.
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