DE2329501C3 - Druckgas-Leistungsschalter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Druckgas-Leistungsschalter mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruchs.

Bei einem Druckgas-Leistungsschalter wird ein Lichtbogen-Löschgas bei einem Schaltvorgang komprimiert, um den zwischen den Kontakten entstehenden Lichtbogen durch Anblasen zu löschen. Als Löschgas wird ein Isoliermedium mit guten Lösch- und Isoliereigenschaften, z. B. SF6 verwendet. Aus der DT-AS 1184 394 ist ein Druckgas-Leistungsschalter bekannt, der mindestens ein feststehendes und mindestens ein bewegliches Kontaktstück in einem geschlossenen, mit komprimiertem Löschgas gefüllten Druckgasbehälter aufweist. Die für den Löschvorgang erforderliche Kompression des Löschgases erfolgt zusammen mit dem Abschaltvorgang durch eine Betätigungseinrichtung. Dieser Schalter besitzt ferner eine Isolierstoffdüse mit einer den äußeren Durchmesserteil des feststehenden Kontaktstückes umgebenden Ausströmöffnung, durch die beim Abziehen des beweglichen Kontaktstückes das hochkomprimierte Löschgas ausgerichtet gegen den sich bildenden Lichtbogen strömt. Beim Abziehen des beweglichen Kontaktstückes setzt jedoch sofort die Löschgasströmung ein, so daß zur Erzielung einer ausreichenden Kompression eine sehr schnelle Abziehbewegung und demzufolge große Abziehkräfte notwendig sind. Die Löschwirkung dieses bekannten Leistungsschalters ist wegen der allmählich f>5 einsetzenden Gasströmung nicht voll befriedigend und der Verbrauch an kostspieligem Löschgas ist hoch. Darüber hinaus muß die Abzieheinrichtung sehr stabil ausgeführt sein, was wegen der unbedingt erfordern chen Verwendung von Isolierwerkstoffen Schwierig keiten bei der Herstellung ergibt und den Kosten aufwand erhöht.

Bei einem anderen bekannten Leistungsschalte (DT-PS 7 22 631) wird das Löschgas beim Abschalt voreang durch den Lichtbogen aus den Wandungei eines vorzugsweise rohrförmigen Schaltraumes er zeugt. In einer den festen Kontakt enthaltende! Kontaktkammer ist ein Druckventil vorgesehen, da durch den Löschgasdruck geöffnet wird. In einer Füh rung für den als durchgehendes Rohr ausgebildeten be weglichen Schaltkontakt sind Abströmöffnungen vor gesehen, durch die das Löschgas nach einem vorbe stimmten Abziehweg aus dem Gasraum abströmei kann. Eine genaue zeitliche Abstimmung des sich bil denden Lichtbogens mit dem Beginn der Löschgas strömung ist bei diesem Schalter nicht möglich, wei z. B. das Löschgas erst durch den Lichtbogen gebiJde wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung de Lichtbogenlöschung bei einem Druckgas-Leistungs schalter durch genaue zeitliche Abstimmung des Be ginns einer kräftigen Löschgasströmung auf den Zeit punkt der Lichtbogenausbildung.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnender Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Durch die spezi fische Ausbildung des beweglichen Rohrkontaktstücke: und insbesondere durch die Anordnung seinei Abströmöffnungen in bezug auf die Öffnungen in de: der Komprimiereinrichtung für das Löschgas zugeord neten Führung wird das Löschgas zu Beginn dei Abziehbewegung in einer abgeschlossenen Zylinder kammer bis auf einen bestimmten Wert komprimier und kann erst nach Erreichen eines vorbestimmter Drucks plötzlich und mit hoher Strömungsenergie durch das bewegliche Rohrkontaktstück einerseits unc die vom festen Kontaktstück freigekommene Isolier stoffdüse abströmen. Durch die plötzlich einsetzende starke Gasströmung wird die Löschwirkung bei derr erfindungsgemäßen Leistungsschalter gegenüber be kannten Ausführungen erhöht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungs gegenstandes sind in den Unteransprüchen untei Schutz gestellt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Druckgas-Leistungsschalters ar Hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch einen geschlossener Leistungsschalter,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den geöffneter Leistungsschalter nach F i g. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung des Leistungsschalters.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Leistungsschalter mil Lichtbogenlöschung in geschlossenem bzw. geöffnetem Zustand, bei welchem an einem festen Glied 1! ein Kontaktstück mit einem festen Hauptkontakt 12 und einen festen Lichtbogenkontakt 13 montiert sind. Der feste Hauptkontakt 12 ist außer an seinem oberen Endteil mit einer Vielzahl von Schlitzen 12a sowie mit Federelementen 14 an seinem unteren Ende versehen Der Außenumfang des Federelements 14 weist ein Schutzschild 15 zur Begrenzung eines elektrischen Feldes auf. Am zentralen Hohlteil des festen Lichlbogenkontaktes 13 befindet sich eine Führungsstange 16 für den festen Lichtbogenkontakt 13 und an seinem Endteil ein Schlitz 13a, der einer geringen Deformation durch

eine nach radial einwärts auf ihn ausgeübte Kraft ausgesetzt ist. An der anderen Seite befindet sich an einem beweglichen Teil eine aus einem Zylinder 17 und einem Kolben 18 gebildete Blaseinrichtung. E^:n Halter 20 für eine Isolierdüse 19 ist an der Stirnseite des Zylinders 17 durch einen Bolzen 21 befestigt. Ατι zentralen Teil der Isolierdüse 19 ist eine öffnung 19a ausgebildet, die einen Ventilmechanismus zwischen der Isolierdüse 19 end dem festen Lichtbogenkontakt 13 darste.it. Der Randteil 1°ib der Isolierdüse 19 hat eine sich verjüngende Form. Ein innerer Durchrnesserendteil des Düsenhalter 20 trägt einen hohlen beweglichen Lichtbogenkontakt 22, dessen "äußerer Durchmesserteil einen beweglichen Hauptkontakt 23 darstellt. Der Hauptkontakt 23 und der Lichtbogenkontakt 22 bilden zusammen mit einem zentralen Zylinderrohr 26 das bewegliche Kontaktstück.

In einer vom Zylinder 17 und Kolbe.-, 18 gebildeten Kammer 24 befindet sich das Lichtbogenlöschgas, weiches gegen den sich zwischen den Kontakten 13 und 22 bildender. Lichtbogen über einen in der Stirnwand des Zylinders 17 vorgesehenen Strömungskanal 25 geblalen wird. Die innere Umfangsfläche 19c der Isolierdüse 19 an der Seite des Zylinders 17 ist in der Nähe der ©beren Fläche des Zylinders 17 angeordnet und mit einer öffnung zum Einleiten des Hochdruck-Lichtbogenlöschgases versehen. Die Zuströmöffnung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie annähernd den gleichen Strömungsquerschnitt wie der Kanal 25 oesitzt. Am mittleren Teil des Zylinders 17 befindet sich das Eylinderrohr 26, dessen Hohlraum mit dem hohlen Teil <ies beweglichen Lichtbogen-Rohrkontaktes 22 kommuniziert. Eine Vielzahl von Löchern 27 befindet tich in der Seitenwand der Zylinderwelle 26. Eine Führung 28 umgibt das Zylinderrohr 26 gasdicht und gleitend. Diese Führung 28 besitzt eine Öffnung 29 zum Abströmen des im Zylinderrohr 26 enthaltenen Löschgases durch die Bohrungen 27 des Zylinderrohres 26, wenn diese um eine bestimmte Strecke abgezogen wird. Der Stützzylinder 28 ist an einem festen Teil befe-Stigt.

Das Zylinderrohr 26 ist an eine isolierstange 30 (F i g. 1) gekuppelt, die wiederum an eine äußere, nicht dargestellte Betätigungsvorrichtung angeschlossen ist. Ein Stromabnehmer 31 umgibt den äußeren Umfangsteil des Zylinders 17. Diese Elemente sind in einem nicht gezeigten Behälter angeordnet, in welchem sich das Lichtbogenlöschgas, z. B. SF6, unter einem konstanten Druck befindet.

Bei einer derartigen, in F i g. 1 gezeigten geschlossenen Anordnung fließt der Strom vom festen Glied 11 über den festen Hauptkontakt 12, den beweglichen Hauptkontakt 23, den Düsenhalter 20 und den Zylinder 17 zum Stromabnehmer 31.

Zum Unterbrechen werden die isolierten Betätigungsstange 30 und das Zylinderrohr 26 zusammen mit dem Zylinder 17, der Isolierdüse 19, dem beweglichen Kontaktstück 22, 23 durch eine äußere Betätigungseinrichtung nach abwärts gezogen. Dies führt zuerst zum Trennen der Hauptkontakte 12 und 23. In diesem Zustand fließt der Strom vom festen Glied 11 durch den festen Lichtbogenkontakt 13, den beweglichen Lichtbogenkontakt 22 und den Zylinder 17 zum Stromabnehmer 31. Eine weitere Abwärtsbewegung des Zylinderrohres 26 führt zum Lösen der Lichtbogenkontakte 13 und 22 und zur Entstehung eines Lichtbogens. Andererseits wird das Lichtbogenlöschgas in der von dem Zylinder 17 und dem Kolben 18 gebildeten Kammer 24 durch die Bewegung des Zylinders 17 komprimiert. In diesem Zustand bleibt das Lichtbogenlöschgas in der Kammer 24 nur in einem durch den Vemilmechanismus gebildeten Raum komprimiert. Die^cer Ventilmechanismus ist durch die Öffnung 19a der Isolierdüse 19 und den äußeren Durchmesserteii des festen Lichtbogenkontaktes 13 sowie durch das Zylinderrohr 26 und den Stützzylinder 28 definiert. Es erfolgt somit keine Gasströmung des Lichtbogenlöschgases. Wird der bewegliche Lichtbogenkontakt 22 weiterbewegt und die Öffnung 19a der Isolierdüse 19 vom festen Kontakt 13 abgezogen, dann öffnet sich der von dem Öffnungsteil 19a und dem äußeren Durchmesserteil des festen Lichtbogenkontaktes 13 gebildete Ventilmechanismus, die Bohrung 27 in der Zylinderwelle 26 stellt eine Strömungsverbindung mit der öffnung 29 im Stützzylinder 28 des Kolbens 18 her, um ein gleichzeitiges Ausströmen des hochkomprimierten Lichtbogenlöschgases durch den Raum zwischen der Isolierdüse !9 und dem festen Lichtbogenkontakt 13 und durch den hohlen Teil des beweglichen Lichtbogenkontaktes 22 zuzulassen. Das hochkomprimierte Lichtbogenlöschgas wird aus der Kammer 24 gegen den Lichtbogen 32 geblasen und löscht diesen. Bei dieser Anordnung wird somit erst dann Lichtbogenlöschgas gegen den Lichtbogen geblasen, wenn es auf einen ausreichend hohen Druck komprimiert ist, um den Lichtbogen wirksam löschen zu können und der feste Lichtbogenkontakt 13 vom beweglichen Lichtbogenkontakt 22 um den die Unterbrechung zulassenden Wert getrennt ist. Demzufolge wird das Gas wirksam zum Lichtbogenlöschen ausgenutzt, so daß auch große Ströme mit hoher Effizienz unterbrochen werden können. Das wirksame Blasen des Lichtbogen-Löschgases erlaubt ein kleineres Volumen der Kammer 24 und daher eine geringere Antriebskraft der äußeren Betätigungsvorrichtung zum Antreiben des Zylinders 17. Das hat den bedeutenden Vorzug, daß relativ schwach ausgelegte Betätigungseinrichtungen zur Betätigung von Trennschaltern mit großer Trennkapazität eingesetzt werden können.

Die innere Umfangsfläche 19c der Isolierdüse 19 neben deren Öffnungsteil 19a, welche den beweglichen Lichtbogenkontakt 22 umgibt, ist annähernd senkrecht zur Trennrichtung zwischen den Kontakten 13 und 22 ausgebildet. Dadurch wird das hochgespannte Lichtbogen-Löschgas annähernd senkrecht zur Trenn- oder Unterbrecherrichtung der Kontakte 13 und 22 zum Raum hin geblasen, in welchem der Lichtbogen erzeugt wird, was einen stoßfreien Blasbetrieb gegen die Öffnung 19a der Düse 19 und die Seite des hohlen beweglichen Lichtbogenkontaktes 22 mit hoher Lichtbogen-Löschwirkung zuläßt.

In diesem Fall sind die Hauptkontakte 12 und 23 außerhalb der Isolierdüse 19 für einen Stromfluß von hoher Kapazität ausgebildet, und nur die Lichtbogenkontakte 13 und 22 zum Unterbrechen des Stromes befinden sich innerhalb der Isolierdüse 19, so daß der Öffnungsteil 19a der Düse einen Durchströmungsquerschnitt aufweisen kann, der zum Durchlassen einer vorbestimmten, zum Löschen des Lichtbogens 32 notwendigen Gasmenge ausreicht. Dies verhindert das Abströmen einer über die zum Löschen notwendigen Menge hinausgehenden Gasmenge und sichert die Strömung einer ausreichenden Löschgasmenge ohne Vergrößerung der Kapazität der Pufferkammer 24.

Der bewegliche Lichtbogenkontakt 22 ist in der Nähe der oberen Fläche des Zylinders 17 an der Seite des Kontaktes mit reduziertem Totraum der sich vom

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Einlaß 25 des Zylinders 17 zum Lichtbogen 32 zwischen den Lichtbogenkontakten 13 und 22 erstreckenden Strömungsbahn angeordnet. Dies erlaubt eine wirksame Nutzung annähernd der gesamten in der Pufferkammer 24 hochkomprimierten Löschgasmenge zum Löschen des Lichtbogens bei einer Verbesserung der Trennwirkung.

Beim Schließen des Trennschalters treibt die nicht dargestellte äußere Betätigungseinrichtung die isolierte Betätigungsstange 30 nach aufwärts. Dies erzeugt eine Aufwärtsbewegung des Zylinders 17, der Isolierdüse 19, des beweglichen Hauptkontaktes 23 und des beweglichen Lichtbogenkontaktes 22, so daß der feste Lichtbogenkontakt 13 in die öffnung 19a der Düse 19 beim ersten Schließen der Lichtbogenkontakte 13 und 22 und danach beim Schließen der Hauptkontakte 12 und 23 gelangt. Die einen bestimmten Hub überschreitende Bewegung führt zum Schließen des Ventilmechanismus, welcher von dem Öffnungsteil 19a der Düse 19 und dem äußeren Durchmesserteil des festen Lichtbogenkontaktes 13 gebildet wird sowie des im hohlen Teil des beweglichen Lichtbogenkontaktes 22 ausgebildeten Ventilmechanismus. Dadurch bildet der Kolben 18 ein Regulierventil, welches bei einem in der Kammer 24 wirksamen Unterdruck öffnet und das direkte Einströmen des Lichtbogenlöschgases von außen zur Kammer 24 bewirkt

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführung gemäß der Erfindung, bei welcher ein fester Kontakt 51 an einem festen Glied montiert ist. Der feste Kontakt 51 ist hohl und besitzt in seiner Seitenwand eine Bohrung 53. Am beweglichen Teil befindet sich eine aus einem Zylinder 54 und einem Kolben 55 bestehende Puffereinrichtung. An der oberen Fläche des Zylinders 54 an der Seite der Kontakte ist ein Düsenhalter 57 für eine Isolierdüse 56 befestigt. Der obere Randtei¹ 56a der Isolierdüse 56 umschließt den äußeren Durchmesserteil des festen Kontaktes 51. An der oberen Fläche des Zylinders 54 ist ein beweglicher Hauptkontakt 58 fest montiert, welcher aus einer Vielzahl schmaler, ringförmig angeordneter Elemente besteht und der durch eine Feder 59 gegen den äußeren Durchmesserteil des festen Kontaktes 51 gedrückt wird. An der Innenseite des beweglichen Hauptkontaktes 58 befindet sich ein hohler, beweglicher Lichtbogenkontakt 60, der durch eine Feder

61 in dieser Figur nach aufwärts gedruckt wird und dem festen Kontakt 51 eine bestimmte Strecke folgt. Der bewegliche Hauptkontakt 48 ist von einem Deckel

62 aus einem Isoliermaterial umgeben, um Beschädigungen des beweglichen Hauptkontaktes 58 und der Feder 59 durch den zwischen den Kontakten 51 und 60 erzeugten Lichtbogen zu vermeiden.

Das Lichtbogen-Löschgas befindet sich in einer Pufferkammer 63, die durch den Zylinder 54 und den Kolben 55 gebildet ist. In der Wand des Zylinders 54 cn der Kontaktseite befindet sich ein Einlaß 64, der als Sirömungsbahn zum Blasen des in der Pufferkammer 63 hoehkomprimierten Lichtbogen-Löschgases gegen den zwischen den Kontakten 51 und 60 erzeugten

ίο Lichtbogen dient. Ein hohler Teil der Zylinderwelle 65 kommuniziert mit dem hohlen Teil des beweglichen Lichtbogenkoniaktes 60 und besitzt eine öffnung 66 in ihrer Seitenwand. Ein Stützzylinder 67 zum Abstützen und Führen des Pufferkolbens 55 umgibt die Zylinder-

(5 welle 65 und besitzt eine öffnung 68 zum Abziehen des Lichtbogen-Löschgases in die Zylinderwelle 66, wenn die öffnung 66 um eine bestimmte Strecke bewegt wird. Die Zylinderwelle ist an eine isolierte Betätigungsstange 69 gekoppelt. Am Kolben ist ein Stromabnehmer 17 befestigt, der an der inneren Umfangsfläche des Pufferzylinders gleitet. Bei dieser Anordnung verläuft der Stromweg auf einer Bahn vom festen Glied 11 über den festen Kontakt 51, den beweglichen Hauptkontakt 58, den Pufferzylinder 54, den Stromabnehmer 71 und den Pufferkolben 55 zum Stützzylinder 67.

Beim Trennen wird die isolierte Betätigungsstange 69 durch einen nicht gezeigten äußeren Antrieb nach abwärts gezogen, um den festen Kontakt 51 vom beweglichen Hauptkontakt 58 zu lösen und ebenso die Pufferkammer 63 zusammenzudrücken. Der bewegliche Lichtbogenkontakt 60 wird um eine vorbestimmte Strecke dem festen Kontakt 51 folgend bewegt und danach vom festen Kontakt 51 getrennt, wodurch der Lichtbogen erzeugt wird. In diesem Stadium ist das Lichtbogenlöschgas in der Pufferkammer 63 nur in einem Raum komprimiert, welcher durch den Ventilmechanismus definiert ist der an den Seiten des festen Kontaktes und des beweglichen Kontaktes ausgebildet ist, ohne Erzeugung der Löschgasströmung. Bei einen-

weiteren Zug wird die öffnung S3 des festen Kontaktes 51 aus dem Randteil 56a der Isolierdüse 56 herausgezogen und die öffnung 66 der Zylinderwelle 26 flüchtet mit der öffnung 68 des Stützzylinders 67, worauf da: hochkomprimierte Löschgas gleichzeitig durch der hohlen Teil des festen Kontaktes 51 und den des be weglichen Lichtbogenkontaktes 60 herausströmt unc durch die Pufferkammer 24 gegen den Lichtboger bläst. Diese Anordnung erlaubt die Unterbrechung eines sehr hohen Stromes.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckgas-Leistungsschalter mit einem feststehenden Kontaktstück und einem in einer ortsfesten Führung gelagerten beweglichen Rohrkontaktstück, das mit dem beweglichen Teil einer Blaseinrichtung gekoppelt und mit quer zu dessen Längsachse verlaufenden Abströmbohrungen versehen ist, und mit einer das feststehende Kontaktstück in der Einschaltstellung dicht umschließenden, zusammen mit dem Rohrkontaktstück axial verschiebbaren Isolierstoffdüse, die nach einer vorbestimmten Ausschaltstrecke den komprimierten Löschgasstrom freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abströmbohrungen (27) im beweglichen Rohrkontaktstück (26) erst dann mit den Abströmöffnungen (29) in der Führung (28) überschneiden, wenn die Isolierstoffdüse (19) vom feststehenden Kontaktstück (13) freikommt.

2. Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Kontaktstück (51) ebenfalls ein Rohrkontaktstück mit quer zu seiner Längsachse verlaufenden Abströmbohrungen (53) ist, die von der Isolierstoffdüse (56) erst dann freigegeben werden, wenn sich die Abströmbohrungen (66) im beweglichen Rohrkontaktstück (65) mit den Abströmöffnungen (68) in dessen Führung (67) überschneiden.

3. Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmfläche (19c) der Isolierstoffdüse (19, 56) senkrecht auf das feststehende Kontaktstück (13,51) auftrifft.