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Elektrischer Schalter mit geschlessenem Gasraum
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Die Erfindung befaßt sich mit einem elektrischen Schalter mit einem
geschlossenen Gasraum, in dem ein Neststehendes und ein durch eine Antriebsvorrichtung
bewe gbares hohl es Schaltstück angeordnet ist, das in der Einschaltstellung einen
in dem Gasraum feststehend angeordneten, aus Isolierstotl bestehenden Düsenkbrper
durchsetzt.
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Ein elektrischer Schalter dieser Art ist durch die DT-DS 23 39 652
bekanntgeworden. Die Löschwirkung solcher Schalter beruht auf der durch den Lichtbogen
beim Abschalten hervorgerufenen Gasströmung, die in dem geschlossenen Gasraum ohne
zusätzliche Hilfsmittel wie Pumpkolben oder Druckgasspeicher und Blasventile zustande
kommt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch den Lichtbogen bewirkte
Selbstbeblasung so wirksam wie möglich zu machen und eine hierzu geeignete Gestaltung
der Schaltstrecke anzugeben.
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Gemäß der Erfindung ist hierzu vorgesehen, daß das bewegliche Schaltstück
an seinem vorderen Ende ein mindestens einen Teil des Abstandes zwischen dem feststehenden
SchaltstUck und dem Dusenkörper überbrückendes isolierendes Kopfstück trägt und
daß in dem Gasraum ein die Gasströmung leitender Führungskörper angeordnet ist,
der das isolierende Kopfstück in der Ausschaltstellung wenigstens teilweise umschließt.
Mit Hilfe des isolierenden Kopfstückes kann der Lichtbogen durch einen engen Spalt
zwischen Schaltstift und Führungskörper hindurchgezogen werden,
was
die Löschung begünstigt. Ferner kann ein Teil der länge des Lichtbogens zur Erzeugung
einer gerichteten Gas strömung benutzt werden, wie noch erläutert wird.
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Bewegliche Schaltstücke mit isolierendem Kopfstück sind bei Flüssigkeitsschaltern
an sich bekannt (DT-PS 761 467). Es ist aber nicht erkannt worden, daß isolierende
Kopfstücke auch bei Gas schaltern mit geschlossenem Gasraum in Verbindung mit einer
besonderen Gestaltung der Schaltstrecke eine wesentliche Erhöhung der Schaltleistung
ermöglichen.
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Das isolierende Kopfstück des beweglichen Schaltstückes kann außen
eine geringere Länge als innen besitzen. Der Lichtbogen brennt dann nur an der Außenseite
des beweglichen Schaltstückes, so daß die erhitzten Gase von der Außenseite des
beweglichen Schaltstückes abströmen und so geführt werden können, daß sie den Lichtbogen
quer geblasen.
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Es emrfiehit sich, den an das isolierende Kopfstück angrenzenden Bereich
des beweglichen Schaltstückes als Abbrennring zu gestalten, der an der kritischen
Ansatzstelle der Lichtbogen eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Abbrand sicherstellt.
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Der erwähnte Führungskörper kann das isolierende Kopfstück des beweglichen
Schaltstückes in der Ausschaltstellung haubenartig umschließen, wobei die offene
Seite des zwischen dem Führungskörper und dem Schaltstift vorhandenen Ringraumes
dem Düsenkörper abgewandt ist. Durch diese Anordnung wird das Gas in der Ausschaltstellung
des beweglichen Schaltstücke.s bei brennendem Lichtbogen veranlaßt, nach unten aus
dem zwischen dem Führungskörper und dem beweglichen Schaltstück vorhandenen Ringraum
abzuströmen und den Lichtbogen quer zu seiner Erstreckung zu beblasen. Diese Querbeblasimg
kann noch dadurch begünstigt werden, daß in dem Gasraum auf der dem D5senkörper
abgewandten Seite des Fuhrungskörpers eine das bewegliche Schaltstück führende Trennwand
angeordnet ist. Diese Trennwand begrenzt den Gasraum und veranlaßt das erhitzte
Löschgas teilveise zu einem Kreislauf
zwischen der Trennwand und
dem Düsenkörper und zu einem weiteren Teil zur Durchströmung der Düsenöffnung.
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Auch der zwischen dem Düsenkörper und dem feststehenden Schaltstück
befindliche Teil des Abschaltlichtbogens kann einer verstärkten Gasströmung ausgesetzt
werden, wenn innerhalb des feststehenden Schaltstückes ein gegen die Kraft einer
Feder bewegbar gelagerter Pumpkolben angeordnet wird. Der Pumpkolben wird beim Einschalten
durch das bewegliche Schaltstück gespannt und beim Ausschalten schlagartig freigegeben.
Dadurch wird ein bestimmtes Volumen des Löschgases zwangsläufig in die Schaltstrecke
hineingeblasen. Die hierdurch hervorgerufene Löschwirkung ist besonders günstig
zur Löschung kleiner Ströme, die unter Umständen nur eine geringe Gasbewegung hervorrufen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Gasschalter im Längsschnitt in der Ein-
bzw. in der Ausschaltstellung.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung,
ebenfalls als Längsschnitt, wobei die beweglichen Schaltstücke Jeweils in der Ausschaltstellung
gezeigt sind.
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Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Gasschalter besitzt ein aus einem
hohlzylindrischen Isblierkörper gebildetes Schaltgefäß 1, in das von oben ein Stromzuführungsbolzen
2 hineinragt. Der Bolzen 2 ist in einer Endplatte 3 gehalten und mit einem Anschlußwinkel
4 versehen. An seinem unteren Ende trägt der Bolzen 2 das feststehende Schaltstück
5, das ein mantelart-iges Gehäuse 6 mit einer unteren, von einem Abbrennring 7 begrenzten
Öffnung besitzt und eine Anzahl gegen die Kraft von Federn 10 bewegbarer Kontaktlamellen
11 enthält.
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Von unten ragt in das Schaltgefäß 1 ein rohrförmiges, bewegliches
Schaltstück 12 hinein, das durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung
aufwärts
und abwärts bewegbar ist. Das Schaltstück 12 trägt an seinen oberen Ende ein isolierendes
Kopfstück 13, das an seiner Innenseite länger ist als außen, so daß die Ansatzstelle
der Lichtbogen stets an der Außenseite des beweglichen Schaltstückes 12 liegt. Diese
ist durch einen Abbrennring 14 verstärkt.
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Der Gasraum innerhalb des Schaltgefäßes 1 ist durch einen aus Isolierstoff
bestehenden scheibenförmigen Düsenkörper 15 derart unterteilt, daß das bewegliche
Schaltstück in der Einschaltstellung durch den Düsenkörper 15 hindurchragt und in
der Ausschaltstellung unterhalb desselben steht. In der Ausschaltstellung ist das
Ende des beweglichen SchaltstEckes 12 ferner von einem haubenartigen Führungskörper
16 ungeben, der an den Wandungen des Schaltgefäßes 1 durch Arme 17 gehalten ist.
Unterhalb des Führungskörpers 16 befindet sich eine isolierende Trennwand 18, in
der das bewegliche Schaltstück mit enger Toleranz geführt ist und die daher den
Gasraum nach unten abschlieBt.
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Wie die Fig. 1 zeigt, liegen in der Einschaltstellung die Lamellen
11 an dem beweglichen Schaltstück unterhalb des Abbrennringes 14 an. Wird nun das
bewegliche Schaltstück 12 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung bewegt, so wird ein
Lichtbogen gezogen, der von dem feststehenden Abbrennring 7 durch die Öffnung des
Düsenkörpers 15 hindurch und durch den Spalt zwischen dem isolierenden Kopfstück
13 und der Öffnung des Führungskörpers 16 bis zu dem Abbrennring 14 reicht. Hierdurch
wird das in dem Ringraum 20 zwischen dem Führungskörper 16 und dem beweglichen Schaltstück
12 befindliche Gas erhitzt und zum Abströmen nach unten veranlaßt.
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Da die Trennwand 18 den Gasraum begrenzt, wird das Gas veranlaßt,
nach oben zu strömen und dort den Lichtbogen quer zu durchströmen.
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Der Gasstrom teilt sich in der Weise, daß ein Teil in die Mündung
des beweglichen Schaltstückes einströmt und ein weiterer Teil nach oben durch die
Öffnung des Düsenkörpers 15 in den oberen Gasraum entweicht. Diese Vorgänge sind
in Fig. 2 durch Pfeile verdeutlicht. Wie anhand der Fig. 1 und 2 zu erkennen ist,
läßt sich die Leistungsfähigkeit der beschriebenen Anordnung durch
Wabl:
der Abstände zwischen dem feststehenden Schaltstück und dem beweglichen Schaltstück
in dessen Ausschaltstellung sowie durch die Gestaltung und Anordnung des Düsenkörpers
und des Führungskörpers sowie der Trennwand beeinflussen. Eine weitere Steigerung
der Leistungsfähigkeit ist mit der Anordnung gemäß der Fig. 3 erzielbar, die im
folgenden erläutert wird.
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Der in fig. 3 gezeigte Schalter stimmt mit dem zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiel hinsichtlich des beweglichen Schaltstückes, des F2hrungskörpers
und der Trennwand völlig überein. Im Unterschied zu dem ersten Ausf2hrungsbeispiel
ist jedoch das feststehende Schaltstück als Ddsenschaltstück 30 ausgebildet,, derart,
daß der Düsenkörper und das feststehende Schaltstück praktisch eine Baugruppe bilden.
Das Düsenschaltstück 30 weist ein konisches Gehäuse 31 mit Öffnungen 32 auf, das
an seinem oberen nde in der Wandung des gehäuses 1 zentriert ist. An seinem unteren
Ende ist das Düsenschaltstück durch einen Isolierstoffring 33 zentriert, in dessen
Öffnung ein Abbrennring 34 eingesetzt ist Das Gehäuse 31 ist mit dem Isolierstoffring
33 durch eine Hülse 33 verbunden, die als halterung von Kontaktlamellen 36 dient.
Wie die in der Fig. 3 eingezeichneten Pfeile zeigen, strömen die erhitzten Gase
bei der Abschaltung aus dem Ringraum zwischen dem Führungskörper 16 und dem beweglichen
Schaltstück 12 nach unten ab, werden von der Trennwand 18 umgelenkt und in der bereits
beschriebenen Weise quer zum Lichtbogen umgeleitet. Die Gase können nun zu einem
Teil in diçe Mundung des isolierenden Kopfstückes 13 und zu einem weiteren Teil
in die Öffnung des Düsenschaltstückes 30 eintreten.
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Dadurch wird auch der obere Teil des Lichtbogens stärker geblasen.
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Die Anordnung gemäß der Fig. 3 kann noch durch eine Auffangelektrode
37 ergänzt werden, die gestrichelt dargestellt ists Diese bildet dann den oberen
Ansatzpunkt des Lichtbogens. Die Auffangelektrode 37 kann sowohl einstückig mit
dem konischen Gehäuse 31 als auch als gesondertes, nachrüstbares Teil ausgebildet
sein.
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In der Einschaltstellung greifen das bewegliche Schaltstüok 12 und
die Auffangelektrode ineinander. Beim Ausschalten springt der Lichtbogen auf die
Auffangelektrode über und ist in dieser Stellung der Strömung des Löschgases intensiv
ausgesetzt.
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Der in Fig. 4 dargestellte Gasschalter stimmt mit dem Ausführungsbeispiel
gemäß den Fig. 1 und 2 bis auf die Ausbildung des feststehenden Schaltstückes überein.
Dieses weist gemäß der Fig. 4 einen in dem feststehenden Schaltstück 40 angeordneten
Pumpkolben 41 auf, der gegen die Kraft einer Feder 42 beweglich ist. Diese Anordnung
befindet sich zusammen mit Kontaktlamellen 43 und einem an dem Pumpkolben 41 befestigten
Stößel 44 in einem am oberen Ende des Schaltgefäßes 1 zentrierten Gehäuse 45, das
durch einen als Widerlager der Feder 42 dienenden Deckel 46 verschlossen ist.-Der
Pumpkolben 41 wird beim Einschalten durch das bewegliche Schaltstück 12 unter Spannung
der Feder 42 angehoben. Beim Ausschalten wird der Pumpkolben 41 freigegeben, wodurch
zwangsläufig, d. h. unabhängig von der Wirkung des Lichtbogens, ein bestimmtes Gasvolumen
aus der Mündung des feststehenden Schaltstückes herausgedrückt wird. Dies bewirkt
eine Gasströmung, die besonders zur Löschung stromschwacher Lichtbögen beiträgt.
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Die vorstehend beschriebenen Gasschalter können mit geeigneten Löschgasen
betrieben werden. Ein geeignetes Löschgas ist z. B.
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Schwefelhexafluorid (SF6), da dieses Gas in zahlreichen Schaltgeräten
und Schaltanlagen erprobt ist und auch in einem abgeschlossenen Volumen gute Löscheigenschaften
besitzt. Der Druck des Gases wird zweckmäßig so gewählt, daß unter den üblichen
Betriebsbedingungen keine Verflüssigung einsetzt. Die Schalter haben in diesem Fall
ein besonders einfaches System, da weder gesonderte Behälter zur Gasspeicherung,
noch Ventile zur Steuerung der Gasströmung sowie Kompressoren benötigt werden, die
das Gas von einer niedrigeren auf eine höhere Druckstufe komprimieren. Ebenso sind
Heizungseinrichtungen entbehrlich, um eine Verflüssigung des Gases zu vermeiden.
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6 Ansprüche 4 Figuren
L e e r s e i t e