DE2723552A1

DE2723552A1 - Elektrischer gasschalter

Info

Publication number: DE2723552A1
Application number: DE19772723552
Authority: DE
Inventors: Stanislas Ruffieux; Ekkehard Dr Ing Schade
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1977-05-25
Publication date: 1978-11-02
Also published as: US4286128A; FR2389219B1; DE7716525U1; IT7822414A0; CA1090855A; DE2723552C2; CH612293A5; FR2389219A1; IT1094440B

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Elektrischer Gasschalter

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gasschalter mit einer durch eine Zwischenwand in einen Lichtbogenraum und einen weiteren Raum unterteilten Schaltkammer, mit einem im Lichtbogenraum befindlichen zentralen Stift, der wenigstens teilweise von einem feststehenden Schaltstück umfasst ist, das von einer vom Ausschaltstrom durchfliessbaren Spule umgeben ist, wobei ein Spulenende mit einer ringförmigen Zwischenelektrode verbunden ist, die den zentralen Stift im Bereich seines freien Endes mit Abstand umgibt, wobei der zentrale Stift in der Einschaltstellung zumindest an seinem freien Ende von dem als Düsenrohr ausgebildeten beweglichen Schaltstück umfasst ist.

Aus der CH-Patentschrift 57¹I 673 ist es bekannt bei einem elektrischen Gasschalter, bei dem neben einer Eigendruckerzeugung durch den Lichtbogen eine Einrichtung zur magne-

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tischen Beeinflussung des Lichtbogens vorgesehen ist, das Ausschaltvermögen zu verbessern und zugleich den Schalteraufbau zu vereinfachen und dadurch den Schalter zu verbilligen. Bei diesem Schalter ist nun ein zentraler Stift vorgesehen, der wenigstens zum Teil insbesondere aus Graphit besteht. Mittels dieses zentralen Stiftes wird der beim Ausschalten des Schalters gezogene Lichtbogen in einen rotierenden Heizlichtbogen und einen im Verlaufe des Ausschaltvorganges langer werdenden und zugleich von der Löschströmung gekühlten Lichtbogen unterteilt mit dem Ziel der Verbesserung des Ausschaltvermögens eines solchen Schalters.

Um nun die vorerwähnte Lichtbogenunterteilung zu gewährleisten, muss der zentrale Stift eine hinreichende Länge aufweisen, die einen entsprechend grossen Schalthub des beweglichen Schaltstückes erfordert. Ausserdem ist bei dieser Ausführung mit elektrisch leitenden und isoliert angeordneten zentralen Stift darauf Bedacht zu nehmen, dass bei der Kommutierung des Lichtbogens vom feststehenden Schaltstück auf die ringförmige Zwischenelektrode nicht genau definierte Zwischenpotentiale auftreten. Ueberdies ist zwischen dem als Tulpenkontakt ausgebildeten feststehenden Schaltstück und der ringförmigen Zwischenelektrode ein ringförmiges Isolierteil vorgesehen, das unter Umständen die vorerwähnte Kommutierung beeinflussen kann.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei elektrischen Gasschaltern der vorbeschriebenen Type den Schalteraufbau weiter zu vereinfachen bzw. durch Ersparung wenigstens eines mit dem Lichtbogen kontakthabenden Schalterteiles die der unmittelbaren Lichtbogeneinwirkung ausgesetzten Schalterstellen zu verringern und zugleich die Lichtbogenkommutierung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der zentrale Stift aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt wird. Vergleicht man hierzu den Gegenstand der Erfindung mit einer Schalterausführung gemäss CH-Patentschrift 57M 673> so ist zu erkennen, dass der dortige zentrale Stift aus elektrisch leitendem Material unter Zwischenschaltung eines Isolierteiles am An- bzw. Abschlussflansch befestigt ist, beim Gasschalter nach der Erfindung hingegen der zentrale Stift aus elektrisch leitendem Material entfällt bzw. durch einen Isolierstift ersetzt ist.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der zentrale Stift an seinem freien Ende eine sich verjüngende Form aufweist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einer Verbesserung der Füllgaserhitzung, so dass der Gasschalter wirtschaftlicher funktioniert. Der Schalter

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ist nicht nur einfacher im Aufbau als die bekannten vergleichbaren Ausführungen sondern auch kleiner dimensionierbar als die letzteren. Weitere Vorteile sind noch in der Wirkungsbeschreibung der Erfindung genannt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Gasschalters in einer momentanen Schaltstellung mit bereits kommutiertem Lichtbogen,

Fig. 2a den isolierstiftseitigen Schalterteil mit e:\nem Isolierstift, der an seinem freien Ende eine sich verjüngende Form aufweist, wobei das feststehende Schaltstück sowie der Isolierstift einerseits mit dem beweglichen Schaltstück andrerseits im Eingriff steht,

Fig. 2b den gleichen Schalterteil wie in Fig. 2a mit einem vom Isolierstift erst zum Teil freigegebenen Oeffnung des Düsenrohres des beweglichen Schaltstückes,

einen
Fig. 2c in Vergrösserung ' an seinem freien Ende nur zum Teil sich verjüngender. Isolierstift, dessen freies Ende im Querschnitt derart zunimmt, dass der Iso-

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lierstift im Zusammenwirken mit dem beweglichen Schaltstück beim Oeffnen des Gasschalters zuerst einen grösseren, dann, wie in

Fig. 2d abgebildet, einen kleineren Querschnitt des Düsenrohres freigibt, bevor die vollständige Freigabe der stirnseitigen Oeffnung des Düsenrohres erfolgt.

In Fig. 1 ist die mit 1 benannte Schaltkammer durch eine Zwischenwand 2 in einen Lichtbogenraum 3 und einen weiteren Raum 4 unterteilt. Ein im Lichtbogenraum 3 befindlicher zentraler Stift 5 ist wenigstens teilweise von einem feststehenden Schaltstück 6 umfasst, das von einer vom Ausschaltstrom durchfliessbaren Spule 7 umgeben ist. Hierbei ist das eine Spulenende Ja. mit einer ringförmigen Zwischenelektrode verbunden, die den zentralen Stift 5 im Bereich seines freien Endes mit Abstand umgibt. Der zentrale Stift 5 wird in der Einschaltstellung zumindest an seinem freien Ende von einem wenigstens stiftseitig als Düsenrohr 9a ausgebildeten beweglichen Schaltstück 9 umfasst. Das Düsenrohr 9a weist hierbei in seinem in den weiteren Raum 4 hineinreichenden Teil in Richtung der Rohrachse längserstreckte Oeffnungen 9b auf. Die Schaltkammer 1 ist an ihren beiden Stirnseiten durch An- bzw. Abschlussflansche 10 abgeschlossen, wobei das bewegliche Schaltstück 9 den zugleich den weiteren Raum 4 abschliessenden Abschlussflansch 10 dichtend durchsetzt und

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ausserdem in der Zwischenwand 2 der Schaltkammer 1 geführt ist. Das feststehende Schaltstück 6 ist als Tulpenkontakt ausgebildet und über den spulenseitigen An- bzw. Abschlussflansch 10 mit der einen Stromzu- bzw.-abführung 11 elektrisch leitend verbunden. Für den Stromübergang zwischen dem beweglichen Schaltstück 9 und der anderen Stromzu- bzw. -abführung 11 ist an der Durchtrittstelle des Schaltstückes in die Schaltkammer 1 am schaltstückseitigen An- bzw. Abschlussflansch 10 ein Gleitkontakt 12 angeordnet, an dem das bewegliche Schaltstück 9 gleitet. Das gleitkontaktstückseitige Ende des beweglichen Schaltstückes 9 wird von einem nicht näher dargestellten Antrieb an sich bekannter Art angetrieben. Die der Unterteilung der Schaltkammer 1 und der Führung des beweglichen Schaltstückes 9 dienende Zwischenwand 2 ist derart angeordnet, dass der weitere Raum H als Auffangraum der Schaltgase ein erheblich grösseres Volumen als der Lichtbogenraum 3 besitzt. Der vorgenannte zentrale Stift 5 ist zusammen mit den Teilen 6, 7 und 8 an dem vom beweglichen Schaltstück 9 nicht durchsetzten An- bzw. Abschlussflansch 10 angebracht, wobei das die Spule 7 mit dem letztgenannten Flansch 10 elektrisch leitend verbindende andere Spulenende mit 7b bezeichnet ist. Der zentrale Stift besteht aus einem elektrisch isolierendem vorzugsweise lichtbogenfestem Material. Die Zwischenelektrode 8 ist wenigstens teilweise aus einem lichtbogenfesten Abbrandmaterial wie Graphit hergestellt, das bei Verwendung von Schwefelhexa-

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fluorid (SFg) als Löschkammerfüllgas zu bevorzugen ist. Der im Bereich der Zwischenelektrode 8 befindliche Kurzschlussring ist mit 13 bezeichnet. Die Schaltkammer 1 ist mit SFg-Druckgas gefüllt. Die Federn beim feststehenden Schaltstück sind mit 14, die Gewindeflansche mit 15, der gleitkontaktseitige Dichtungsteil mit 16, der spulenseitige Isolierteil mit 17, die gleitkontaktseitigen Federn mit 18 und die Scraltkammerdichtungen mit 19 benannt.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist nun anhand des Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert:

In der Einschaltstellung befindet sich das bewegliche Schaltstück 9 mit dem feststehenden Schaltstück 6 im Eingriff, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist, wobei entsprechende Positionen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Zum Ausschalten wird das bewegliche Schaltstück 9 in Richtung des Pfeiles 20 bewegt. Beim Ablösen des beweglichen Schaltstückes 9 vom feststehenden Schaltstück 6 tritt zwischen den beiden Schaltstücken 6 und 9 ein Kommutierungslichtbogen auf. Da das Düsenrohr 9a des beweglichen Schaltstückes 9 in dieser Schaltphase durch den zentralen Stift 5 praktisch noch verschlossen ist, wird das zwischen dem zentralen Stift 5, dem als Tulpenkontakt ausgebildeten feststehenden Schaltstück 6 samt Isolierteil 17, der Zwischenelektrode 8 und dem beweglichen Schaltstück 9 sowie dem Kommutierungslichtbogen befindliche

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Gasvolumen (siehe Fig. 2a) rasch erhitzt und dadurch der Druck in diesem Gasvolumen bei möglichst kleinen Energieverlusten bzw. relativ kleinem Kommutierungslichtbogen stark erhöht. Bei der weiter vor sich gehenden Ausschaltbewegung des beweglichen Schaltstückes 9 bleibt der Kommutierungslichtbogen zwischen dem feststehenden Schaltstück 6 und dem zentralen isolierenden Stift 5 eingeengt und wird nun durch die aus dem vorgenannten möglichst kleinen und rasch erhitzten Gasvolumen sich ergebende Gasströmung zwischen dem feststehenden Schaltstück 6 einerseits sowie dem isolierenden Stift 5 bzw. Isolierstift 5 und dem beweglichen Schaltstück 9 andrerseits gegen die Zwischenelektrode 8 getrieben, so dass der vorgenannte Lichtbogen an seinem isolierstiftseitigem Ende vom feststehenden Schaltstück 6 auf die Zwischenelektrode 8 kommutiert und als kommutierter Lichtbogen 21 zwischen der Zwischenelektrode 8 und dem beweglichen Schaltstück 9 weiterbrennt und dadurch der Ausschaltstrom durch die Spule 7 fliesst. Hier liegen bei der Kommutierung definierte Potentialverhältnisse vor und können deshalb die Abstände insbesondere zwischen den aufeinanderfolgend strom- bzw. spannungführenden Teilen, wie das feststehende Schaltstück 6 und die Zwischenelektrode 8, kleiner gehalten sein, und zeichnet sich der Erfindungsgegenstand durch eine das feststehende Schaltstück 6 schonende rasche Kommutierung aus. Der zentrale Stift 5 besteht aus einem einstückigen Isolierteil, der zugleich die Pinger des feststehenden Schalt-

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Stückes mittels Ansätze 5a festhält, wobei in die Kommutierung begünstigender Weise kein Isolierring zwischen den letztgenannten Fingern und der Zwischenelektrode 8 notwendig ist. Der Isolierstift 5 nimmt den zentralen Raum des feststehenden Schaltstückes 6 ein und verdrängt dadurch den Kommutierungslichtbogen aus seinem Bereich und verhindert ausserdem nach der Kommutierung ein Rükzünden auf das feststehende Schaltstück 6. Wenn nun der kommutierte Lichtbogen zwischen den Teilen 8 und 9 brennt und dadurch die Spule 7 wirksam wird, beginnt der letztgenannte Lichtbogen 21 im Bereich der Zwischenelektrode 8 sowie des freien Endes des Isolierstiftes 5 unter der Wirkung des Spulenfeldes zu rotieren, wogegen der übrige Teil des Lichtbogens 21 die in der Zeichnung dargestellte zentrale Lage einnimmt. Die Spule 7 zeichnet sich hierbei durch ihre möglichst im Bereich der Kommutierungszone des Lichtbogens 21 konzentrierte Anordnung aus. Durch den rotierenden Lichtbogenteil wird durch Erwärmung des Füllgases im Lichtbogenraum 3 ein Ueberdruck gegenüber dem Gasdruck im weiteren Raum 4 erzeugt. Die Länge des Isolierstiftes 5 ist hierbei so gewählt, dass die Oeffnung des Düsenrohres 9a vom Isolierstift 5 erst freigegeben wird, wenn im Lichtbogenraum 3 ein hinreichender Gasdruck für die Bildung einer Löschströmung entstanden ist.

Durch eine wie in Fig. 2b dargestellte, an seinem freien Ende sich verjüngende Form des Isolierstiftes 5 ist es mög-

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lieh, die Oeffnung des Düsenrohres 9a nicht abrupt freizugeben, sondern erst zum Teil zu öffnen, um einerseits vorerst gegebenenfalls durch den Lichtbogen entstehende Zersetzungsprodukte in den weiteren Raum 4 abströmen zu lassen und andrerseits eine schnellere weitere Steigerung des Druckes zu erreichen, bis die Oeffnung des Düsenrohres 9a vollständig freigegeben ist.

In Fig. 2c ist in Vergrösserung eine weitere Ausführung eines an seinem freien Ende nur zum Teil sich verjüngenden Isolierstiftes 5 dargestellt, dessen freies Ende im Querschnitt derart zunimmt, dass der Isolierstift 5 im Zusammenwirken mit dem beweglichen Schaltstück 9 beim Oeffnen des Gasschalters zuerst einen grösseren Querschnitt des Düsenrohres 9a des beweglichen Schaltstückes 9 freigibt (siehe Strömungspfeile in Fig. 2c), um den bei der Kommutierung des Lichtbogens entstehenden Gasen den Durchtritt in den weiteren Raum 4 zu· ermöglichen, worauf im Verlauf der weiteren Oeffnungsbewegung des beweglichen Schaltstückes 9 der freie Querschnitt zwischen dem Düsenrohr 9a und dem Isolierstift 4 durch das in seinem Querschnitt zunehmende freie Ende wieder verringert wird (siehe Strömungspfeile 22 in Fig. 2d), um dadurch den Gasdruck vor der vollständigen Freigabe der stirnseitigen Oeffnung des Düsenrohres 9a noch weiter zu erhöhen.

Nach der Freigabe der stirnseitigen Oeffnung des Düsenrohres 9a

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durch den Isolierstift 5 wird durch die einsetzende Löschströmung durch das Düsenrohr 9a in den weiteren Raum 4 der zentrale Teil des Lichtbogens 21 längsbeblasen und gelöscht.

Durch den vorgesehenen Kurzschlussring 13 wird ausserdem eine Phasenverschiebung des Magnetfeldes gegenüber dem felderzeugenden Strom und dadurch eine Verbesserung der Löschwirkung erreicht.

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Claims

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Patentansprüche

V 1. ^Elektrischer Gasschalter mit einer durch eine Zwischenwand in einen Lichtbogenraum und einen weiteren Raum unterteilten Schaltkammer, mit einem im Lichtbogenraum befindlichen zentralen Stift, der wenigstens teilweise von einem feststehenden Schaltstück umfasst ist, das von einer vom Ausschaltstrom durchfliessbaren Spule umgeben ist, wobei ein Spulenende mit einer ringförmigen Zwischenelektrode verbunden ist, die den zentralen Stift im Bereich seines freien Endes mit Abstand umgiot, wobei der zentrale Stift in der Einschaltstellung zumindest an seinem freien Ende von dem als Düsenrohr ausgebildeten beweglichen Schaltstück umfasst ist, mittels dessen der Lichtbogenraum mit dem weiteren Raum verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Stift (5) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
2. Elektrischer Gasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Stift (5) an seinem freien Ende wenigstens zum Teil eine sich verjüngende Form aufweist.

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3. Elektrischer Gasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein den zentralen Stift (5) umgebender Kurzschlussring (13) vorgesehen ist.

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