DE2039240C3

DE2039240C3 - Druckgasschalter mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Löschgasstromes

Info

Publication number: DE2039240C3
Application number: DE2039240A
Authority: DE
Inventors: Georges Grenoble Balmat; Jean Saint-Egreve Jaillet
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1969-08-12
Filing date: 1970-08-07
Publication date: 1979-09-06
Also published as: FR2057344A5; DE2039240A1; CH515602A; US3639712A; DE2039240B2; GB1272704A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Löschgasstromes, insbesondere Blaskolbenschalter, mit einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück, die in der Schließstellung von einer mit dem beweglichen Kontaktstück fest verbundenen Blasdüse umgeben sind.

Die französische Patentschrift 15 16 913 behandelt einen Druckgasschalter dieser Art, bei dem der Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken ausgedehnt wird, die sich bis zum Augenblick seiner Löschung voneinander entfernen. Man hat festgestellt, daß bei diesen Druckgasschaltern mit einer Schaltkammer von begrenztem Volumen die Ausdehnung des Lichtbogens das Auftreten eines sehr großen Volumens ionisierten Gases begünstigt, das einen starken Überdruck erzeugt, der dazu neigt, sich dem Strömen von regeneriertem Löschgas entgegenzusetzen, das für die Löschung des Lichtbogens unerläßlich ist.

Die Erfindung hat die Aufgabe, bei einem Druckgasschalter der genannten Art eine unnötige Längung des Lichtbogens zu vermeiden und einen Druckgasschalter mit erhöhter Schaltleistung zu schaffen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Blasdüse mindestens auf ihrer Innenseite einen Teil aus elektrisch leitendem Material aufweist, der gegenüber dem beweglichen Kontaktstück isoliert angeordnet und mit dem feststehenden Kontaktstück zumindest während der Löschphase elektrisch leitend verbunden ist.

Der Lichtbogen, dt.- zwischen den sich trennenden Kontaktstücken gezogen wird, legt sich schnell an den elektrisch leitenden Teil der Blasdüse und an das zugeordnete bewegliche Kontaktstück, dessen geringer Abstand erhalten und während des Öffnungsverlaufs des Druckgasschalters konstant bleibt. Der Abstand der Lichtbogenfußpunkte bleibt konstant und das Volumen des erzeugten ionisierten Gases wird dadurch beschränkt.

Das Löschgas (es kann auch eine Löschflüssigkeit verwendet werden), insbesondere elektronegativ, 7. B. Schwefelhexafluorid, strömt axial in die Blasdüse. Es ist verständlich, daß bei den bekannten C'ruckgasschaltern mit einem sich axial zwischen den Kontaktstücken erstreckenden Lichtbogen die Löschwirkung nicht optimal ist. Gemäß der Erfindung wird der sich an den leitenden Teil der Blasdüse legende Lichtbogen dazu gebracht, seine Querlage in bezug auf die Strömung des Löschgases einzunehmen, was für eine Entionisierung besonders günstig ist.

Eine bekannte Art von Druckgasschaltern, die den Lichtbogen mit strömendem Druckgas löschen, vermeidet die Ausdehnung dadurch, daß die Blasdüse als Ringkammer ausgebildet ist, die das bewegliche Kontaktstück und im Inneren Gaskanäle enthält, die den Gasstrom in zwei Teilströme aufteilen. Der eine Gasstrom bläst den zwischen feststehendem und beweglichem Kontakt gezogenen Lichtbogen in Richtung auf zwei feststehende Hilfselektroden, von denen je eine mit einer der beiden Kontaktstücke in Verbindung steht. Es entstehen dann zwei Teillichtbögen zwischen der Ringkammer und den beiden Hilfselektroden, die von dem ersten in Verbindung mit dem zweiten Teilgasstrom ausgelöscht werden. Diese Art von Schaltern erreichen die rasche Löschung des Lichtbogens nur durch eine recht komplizierte Ausgestaltung der Lichtbogenlöscheinrichtung, die teuer und schwer zu warten ist (DRP 6 62 215).

Ein weiterer bekannter Leistungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch strömendes Druckgas verwendet zwei rohrförmig bewegliche Kontaktstücke, die beide von einem Ringkolben zur Erzeugung des Gasdruckes umgeben sind. Im Inneren der beweglichen, rohrförmi-

gen Kontaktstücke sind gegen den Druck je einer Feder axial verschiebbar je ein rohrförmiges Kontaktstück als Lichtbogenkontakt angeordnet, das Lei geschlossenem Schalter von dem Hauptkontaktstück eingehüllt wird. Bei diesem Schalter wird der Lichtbogen zwar in die Länge gezogen, jedoch durch die Anordnung der unter Federdruck stehenden Lichtbogenkontakte öffnet die Kontaktstelle erst, wenn die Kontaktstücke unter ihrem doppelten Antrieb bereits eine hohe Geschwindigkeit angenommen haben. Durch die beiden Ringkolben ist zudem dann bereits ein genügender Gasdruck aufgebaut, der den Lichtbogen in die rohrförmigen Kontaktstücke hineinbläst und zum Erlöschen bringt Auch diese Schalter erreichen eine rasche Löschung des Lichtbogens nur durch einen erheblichen Aufwand (DE-AS 11 56 143).

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruches 1 sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Bei einem bekannten Druckgasschalter mit Lichtbogenlöschung durch strömendes Gas ist eine blasdüse vorgesehen, welche mit dem feststehenden Kontakt fest verbunden ist. Das Ende der Blasdüse ist aus leitendem Material hergestellt, der Düsenkörper aus Widerstandsmaterial. Auf diese Weise soll der Lichtbogen, der zunächst zwischen dem festen und dem beweglichen Kontaktstück brennt, auf die Blasdüse hinübergezogen werden, wobei der Strom durch den Widerstand begrenzt wird (DE-AS 11 94 949).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt eines Druckgasschalters in geschlossener Stellung,

F i g. 2 einen F i g. 1 entsprechenden Schnitt, wobei der Druckgasschalter während des Öffnungsvorganges dargestellt ist, und

Fig. 3 einen Axialschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Druckgasschalters in einer Fig. 2 entsprechend ;n Stellung.

Gemäß den F i g. 1 und 2 besitzt der Druckgasschalter eine Schaltkammer aus Isolierstoff in Form eines Zylinders 10, 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 in Inneren des Zylinders IO unter der Wirkung der Steuerstange 16 gleiten, an derem Ende er befestigt ist. Der Rand des Blaskolbens 18 weist eine Lippendichtung 20 auf, die an der Innenwand des Zylinders 10 gleitet und eine einwandfreie Abdichtung in der Bewegungsrichtung des Blaskolbens 18 sichert, die der Öffnung des Druckgasschalters entspricht und durch den Pfeil Fder F i g. 2 gekennzeichnet ist In umgekehrter Richtung gestattet die Lippendichtung 20 eine freie Verbindung zwischen den K;ic!en 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 Blasdüse 22 ist konzentrisch ein bewegliches Kontaktstück 26 angeordnet, das am Ende der Steuerstange 16 so angeordnet ist, daß es eine axiale Bewegung ausführen kann, die in bezug auf die Steuerstange 16 begrenzt ist. Zu diesem Zweck ist eine Druckfede 28 zwischen der Steuerstange 16 und dem beweglichen Kontaktstück 26 vorgesehen, die dieses in Richtung von der Steuerstange 16 wegdrückt. In dieser Stellung wird das Kontaktstück 20 von einem Anschlag 30 gehalten, der mit einer Schulter 32 der Steuerstange 16 zusammenarbeitet. Eine Kontakttulpe 34 verbindet das bewegliche Kontaktstück 26 mit der Steuerstange 16 elektrisch, die dem beweglichen Kontaktstück 26 als Stromzuführungsleiter dient

Der obere Boden 12 des Zylinders 10 trägt eine Anschlußklemme 35 des Druckgasschalters, die mit einem festen Kontaktstück 36 verbunden ist Dieses wird von einer zylindrischen Stange gebildet, die in der Achse des Zylinders 10 und gegenüber dem beweglichen Kontaktstück 26 angeordnet ist, mit dem es zusammenarbeitet In der Schließstellung des Druckgasschalters gemäß Fig. 1 liegen die Kontaktstücke 26 und 36 aneinander, und die Kontaktzone befindet sich im Inneren der Blasdüse 22 — in Strömungsrichtung des Löschgases gesehen — oberhalb eines verengten Abschnittes 38 der Blasdüse 22.

Der obere Boden 12 trägt ferner eine röhrenförmige zylindrische Hülse 40, die koaxial zum Zylinder 10 liegt und an ihrer Basis mit der Anschlußklemme 35 verbunden ist Die röhrenförmige Hülse 40 besteh;, aus elektrisch leitendem Material und weist in der Nähe ihrer Basis Öffnungen 41 auf. Das andere Ende der Hülse 40, das als Hauptkontaktstück 42 dient, umgibt die Blasdüse 22 konzentrisch, die in sie mit einem geeigneten Abstande eingreift, und arbeitet mit Hauptkontaktstücken 44 in Form von Klemmen zusammen, die fest mit dem Blaskolben 18 und elektrisch mit der Steuerstange 16 verbunden sind. Die Dichtheit des Durchganges der Steuerstange 16 im Boden 14 wird durch einen Balg 48 oder auf andere Weise hergestellt.

Gemäß F i g. 1 weist die Blasdüse 22 einen oberen Teil 50 aus leitendem Material auf, der sich unterhalb des verengten Abschnitts 38 der Blasdüse 22 in einem isolierenden Teil 52 erstreckt, der den Teil 50 fest mit dem Blaskolben 18 verbindet. Der leitende Teil 50 wird durc¹· einen leitenden Ring 51 verlängert, der an der Außenwandung des isolierenden Teils 52 liegt. Stromabnehmer 46. die fest mit der Hülse 40 verbunden und in Kontakt mit dem Ring 51 der Blasdüse 22 sind, verbinden diese elektrisch mit der Hülse 40 i.i der Eingriffsstellung. 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 Kontaktstükke 26 und 36 mit der Hülse 40 und damit dem Kontaktstück 36 zu verbinden.

In Schließstellung der Kontaktstücke gemäß F i g. i wird die elektrische Verbindung zwischen den Anschlußklemmen 16 und 35 durch die ineinandergreifenden Hauptkontaktstücke 42, 44 und durch die sich berührenden Kontaktstücke 26,36, die der Lichtbogenlöschung dienen, gesichert. Der leitende Teil 50 der Blasdüse 22 ist durch einen Teil 52 vom beweglichen Kontaktstück 26 isc'iert und durch die Stromabnehmer 46 und die Hülse 40 mit dem festen Kontaktstück 36 verbunden. Der Zylinder 10 ist dicht und mit Löschgas, z. B. Schwefelhexafluorid, evtl. kompriin'ert, gefüllt, wobei der Druck im ganzen Raum einheitlich ist.

Der Druckgasschalter arbeitet folgendermaßen:

Um den Druckgasschalter zu öffnen, treibt man die Steuerstange 16 nach unten in Richtung des Pfeiles Fan, der bei ihrer Verschiebung den Blaskolben 18, das bewegliche Hauptkontaktstück 44, die Blasdüse 22 und den Träger des Kontaktstückes 26 mitnimmt, wobei der

letztere während einer ersten Ccwegungsphase unter der Wirkung der Druckfeder 28 in Kontakt mit dem festen Kontaktstück 36 bleibt. Diese Verschiebung verursacht einerseits die Trennung der Hauptkontaktstücke 42, 44, die jedoch noch durch die Kontaktstücke 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 51, wobei sie die elektrische Verbindung zwischen diesen und dem Kontaktstück 36 aufrechterhalten. In einer zweiten Öffnungsphase kommt die Schulter 32 der Steuerstange 16 in Anlage an den Anschlag 30 des Kontaktstücks 26 und nimmt dieses mit, wobei eine Trennung der Kontakte 26, 36 mit einer Lichtbogenbilbildet. Die heißen ionisierten Gase 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 Hauptkontaktstücken 42, 44 entfernt ist. wo sie aus der Hülse 40 durch die Öffnungen 41 entweichen.

Gemäß den F i g. I und 2 besteht der ganz obere Teil 50 der Blasdüse 22 aus leitendem Material und dip elektrische Verbindung mit dem festen KontHlitsii^k it> wird durch die Stromabnehmer 46 hergestellt. Es ist klar, daß r>ur ein kleiner Teil der Blasdüse 22 leitend sein kann und daß sie auf jede andere Weise, z. B durch eine Litze, mit dem festen Kontaktstück 36 verbunden werden kann. Die Anordnung eignet sich besonders zum Hinsetzen eines Widerstandes in Reihe mit dem Lichtbogen, wodurch die Trennung von Ströme¹

uuiig /.WiSCMCM UiCSCIi rvuiiiaKisiu(.Kcii io,j« mm inneren der Blasdüse 22 erfolgt. Unter der Wirkung des anwachsenden Druckes mit der Verschiebung des Blaskolbens 18 wird ein Strömen des Gases im Inneren der Blasdüse 22 bewirkt, um den Lichtbogen zu löschen. Sobald der Abstand zwischen den Kontaktstücken 26, 36 einen vorbestimmten Wert erreicht, verläßt der Lichtbogen das feste Kontaktstück 36 und springt auf den mit ihm elektrisch verbundenen leitenden Teil der Blasdüse 22 über. Der Abstand der Fußpunk": des Lichtbogens bleibt dann nahezu konstant, und unter der Blaswirkung, die fortgesetzt wird und sich quer zur Bahn des Lichtbogens auswirkt, erlischt dieser.

Während der Löschphase des Lichtbogens sind die Stromabnehmer 26 in Kontakt mit dem leitenden Teil 50 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 der Abstand der Lichtbogenfußpunkte durch die baulichen Merkmale des Druckgasschalters am Ende der Löschphase nahezu konstant bleibt. Die Wahl dieses Abstands oder genauer der minimale Abstand zwischen dem Kontaktstück 26 und dem leitenden Teil 50 der Blasdüse 22 in der Stagnationszone des Lichtbogens ist ein Kompromiß zwischen den entgegengesetzten Faktoren des minimal notwendigen Durchschlagabstandes und der Leistung sowie der Strömungsgeschwindigkeit des Löschgases in der Löschzone. Bemerkenswerte Resultate wurden mit Abständen zwischen 3 und 4 mm erreicht, wobei sich der Lichtbogenfußpunkt in der Nähe des verengten Abschnitts 38 der P.lasdüse 22 festsetzt. Die Beblasung erfolgt quer zum Lichtbogen und gewährleistet eine schnelle Entionisierung. Die Hauptkontaktstücke 42,44 außerhalb der Blasdüse 22 werden durch diese geschützt, da sie einen Metallschirm für den Lichtbogen F i g. I und 2 wird dieses Ziel dadurch leicht erreicht, daß der leitende Teil 50 der Blasdüse 22 aus einem Material

>n von grobem Leistungswiderstand, z. B. Graphit, hergestellt wird. Es ist klar, daß, sobald der Lichtbogen sich an dem leitenden Teil 50 festsetzt, der Strom eine Widerstandsbahn durchfließt, um die Stromabnehmer 46 und die Anschlußklemme 35 zu erreichen. Eine für die

Γί Lichtbogenlöschung günstige Wirkung ergibt sich durch die Verg, eßerung dieser Widerstandsbahn und damit des während der Verschiebung der Blasdüse 22 eingeführten Widerstandes. Der zusätzliche Widerstand kann ebenfalls in die Verbinden? 'wischen der

S" Anschlußklemme 35 und dem leitenden Teil 50 der Blasdüse 22 eingefügt werden, wie aus der folgenden Darstellung deutlicher ersichtlich wird.

Die Fig. 3 zeigt ein AusfühFungsbeispiel eines Druckgasschalters, bei dem die Funktion des festen

r> Hauptkontaktstückes und die Funktion der elektrischen Verbindung des leitenden Teils 50 der Blasdüse mit dem festen Kontaktstück getrennt sind. Das bewegliche Hauptkontaktstück 44 arbeitet mit einem festen Kontaktstück 54 zusammen, und der leitende Teil 50 der

J" Blasdüse 22 weist Stromabnehmer 56 auf, die auf einem Rohr 58 gleiten, das den leitenden Teil 50 der Blasdüse 22 mit der Anschlußklemme 35 verbindet. Das Rohr 58 und/oder der leitende Teil 50 der Blasdüse 22 können aus einem elektrisch gut leitenden Material, z. B. Kupfer

4- oder Stahl, oder in der oben beschriebenen Weise aus einem Material von großem spezifischen Leitungswiderstand bestehen, um einen Widerstand in den Lichtbogenstromkreis einzuführen. Gemäß F i g. 3 entspricht eine Vergrößerung des Widerstandes e.ner

>n vergrößerten Länge des Rohres, was sich aus einer Verschiebung der Stromabnehmer 56 ergibt. Die Hauptkontakte 44 und 54 sind vollständig von der Blasdüse 22 unabhängig.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Löschgasstromes, insbesondere Blaskolbenschalter, mit einem feststehenden und i einem beweglichen Kontaktstück, die in der Schließstellung von einer mit dem beweglichen Kontaktstück fest verbundenen Blasdüse umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse (22) mindestens auf ihrer Innenseite einen ι ο Teil (50) aus elektrisch leitendem Material aufweist, der gegenüber dem beweglichen Kontaktstück (26) isoliert angeordnet und mit dem feststehenden Kontaktstück (36) zumindest während der Löschphase elektrisch leitend verbunden ist.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Teil (50) der Blasdüse (22) aus einem Material mit großem Leitungswiderstand besteht.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch :o gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Teil (50) der Blasdüse (22) aus Graphit besteht.

4. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Widerstand in die Verbindungsmittel zwischen dem elektrisch 2^r> leitenden Teil (50) der Blasdüse (22) und dem feststehenden Kontaktstück (36) eingefügt ist.

5. Druckgasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse (22) in der Schließstellunf? der Kontaktstücke (26,36) von einer )< > koaxialen röhrenförmigen Hülse (40, 58) aus elektrisch leitendem Material umgeben ist, die mit dem feststehenden KontaK'Uück (36) in elektrisch leitender Verbindung steht und i.,it dem elektrisch leitenden Teil (50) der Blasdüse (22) zumindest r> während der Löschphase elektrisch leitend verbunden ist.

6. Druckgasschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektrisch leitenden Teil (50) der w Blasdüse (22) und der Hülse (40,58) über mindestens einen an der Blasdüse angebrachten Stromabnehmer (46) hergestellt wird.

7. Druckgasschalter nach Anspruch 5 oder 6 mit Hauptkontakten, die sich vor den im Inneren der -r, Blasdüse angeordneten Kontaktstücken öffnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkontaktstükke (44,54) außerhalb der Blasdüse (22) und der Hülse (58) koaxial zu diesen angeordnet sind und daß die Blasdüse (22) und die röhrenförmige koaxiale Hülse v> (58) einen Schirm bilden, der verhindert, daß die vom Lichtbogen ionisierten Gase in die Zone der Hauptkontaktstücke eintreten.

8. Druckgasschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (58) aus einem ίΐ Material mit großem elektrischen Leistungswiderstand besteht.

9. Druckgasschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (58) einen gewickelten Widerstand enthält, l"