DE2811509A1

DE2811509A1 - Stromkreisunterbrecher

Info

Publication number: DE2811509A1
Application number: DE19782811509
Authority: DE
Inventors: Koji Ibuki; Masami Kii; Yoshihiro Ueda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1978-10-05
Anticipated expiration: 1998-03-17
Also published as: FR2385213A1; US4228332A; CA1095569A; FR2385213B1; JPS53117767A; DE2811509C2; CH640080A5

Description

ME-350 (F-1590) 3

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan

Stromkreisunterbrecher

Zusammenfassung

Ein Stromkreisunterbrecher umfaßt ein Paar Kontakte in einem Behälter, welcher mit einem Gas für die Extinktion gefüllt ist sowie eine Isolierdüse rund um die Kontakte unter Ausbildung einer Lichtbogenkammer und mit einer Gaskammer, welche im Zustand getrennter Kontakte mit der Lichtbogenkammer verbunden ist. Der Gasdruck in der Lichtbogenkammer und in der Gaskammer wird durch die Energie des beim Trennen der Kontakte erzeugten Lichtbogens erhöht. Wenn der Lichtbogenstrom groß ist, so wird die Ausströmung des Gases aus der Lichtbogenkammer und der Gaskammer durch den Lichtbogen herabgesetzt, während zur Zeit der Absenkung des Lichtbogenstroms auf einen Wert nahe Null das unter hohem Druck stehende Gas in der Lichtbogenkammer und in der Gaskammer durch die Isolierdüse in den Behälter entweicht, so daß der Lichtbogen durch die entweichende Gasströmung gelöscht wird.

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Die Erfindung betrifft einen Stromkreisunterbrecher, bei dem die Löschung eines Lichtbogens zwischen den Kontakten durch ein verpuffendes Gas für die Extinktion bewirkt wird.

Wenn man in einem Stromkreisunterbrecher ein Gas mit guten Extinktionseigenschaften, z. B. SFg, verwendet, so wird gewöhnlich eine bestimmte Gasdruckdifferenz auf bestimmte Weise hervorgerufen und das Gas verpufft zum Lichtbogen hin, wodurch der Lichtbogen gelöscht und der Strom unterbrochen wird.

Es wurden bisher zwei verschiedene Verfahren zur Ausbildung der Gasdruckdifferenz beschrieben. Bei dem einen handelt es sich um ein Doppeldrucksystem,bei dem das Gas, ζ. Β. SF₆, sich unter einem zweckentsprechenden Druck in einem geschlossenen Behälter befindet und bei dem die Gasdruckdifferenz dadurch aufgebaut wird, daß man einen getrennten Gasdruckgenerator für hohen Druck vorsieht und das unter hohem Druck befindliche Gas verpufft zum Zeitpunkt der Stromkreisunterbrechung durch Öffnung eines Ventils, welches zwischen der Hochdruckzone und der Niedrigdruckzone sich befindet. Das Ventil ist mit dem Stromkreisunterbrecher verriegelt. Das entweichende oder verpuffende Gas hohen Drucks löscht den Lichtbogen. Bei dem ersten System ist ein Gasdruckgenerator für die Erzeugung und Aufrechterhaltung eines hohen Gasdrucks erforderlich. Ferner ist eine Struktur erforderlich, bei der zwei Drucksysteme, eines mit hohem Druck und eines mit niedrigem Druck voneinander getrennt sein müssen. Daher ist diese bekannte Vorrichtung groß dimensioniert und kompliziert und daher unwirtschaftlich. Man hat daher diese bekannte Vorrichtung in der Praxis kaum eingesetzt, und zwar in erster Linie wegen der Schwierigkeiten beim Aufrechterhalten des hohen Gasdrucks im normalen Betrieb.

Das andere herkömmliche System zur Ausbildung einer Gasdruckdifferenz besteht in einem Puffersystem vom Einfachdruck-Typ.

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Dabei wird eine Puffereinrichtung in einem Gasraum mit mehreren Atmosphären betrieben. Das Gas befindet sich in einem geschlossenen Behälter. Der Betrieb der Puffereinrichtung ist mit dem Betrieb der Unterbrechereinrichtung verriegelt, und der gebildete hohe Gasdruck verpufft zum Lichtbogen hin, so daß der Lichtbogen gelöscht wird. Bei diesem zweiten System befindet sich in dem Behälter ein komprimiertes Gas mit einem Druck von mehreren Atmosphären. Dieser Druck ist niedriger als bei dem Doppeldrucksystem. Daher kann der Behälter einfacher aufgebaut sein. Es ist jedoch ein mechanischer Druckerzeuger in Form der Puffereinrichtung erforderlich, dessen Betrieb mit dem Betrieb der Unterbrechereinrxchtung verriegelt sein muß. Die Antriebskraft für die Puffereinrichtung wird drastisch erhöht, wenn man den Unterbrecherstrom und die Eingangsleistung erhöht. Demgemäß ist bei einem Stromkreisunterbrecher mit großer Stromkapazität eine Antriebseinrichtung mit hoher Kraft erforderlich. Man hat daher eine Puffereinrichtung mit elektromagnetischem Antrieb vorgeschlagen. Solche Vorrichtungen haben jedoch nachteiligerweise große Abmessungen und eine komplizierte Struktur. Sie sind daher unwirtschaftlich und in der Praxis schwer handhabbar.

Erfindungsgemäß wird somit ein Stromkreisunterbrecher geschaffen, welcher einen einfachen Aufbau hat und wirtschaftlich ist. Dieser umfaßt ein Paar Kontakte in einem Behälter, welcher mit einem Gas für die Extinktion gefüllt ist. Rund um die Kontakte ist eine Isolierdüse vorgesehen, welche eine Lichtbogenkammer bildet, sowie eine Gaskammer, welche mit der Lichtbogenkammer während der Zeitspanne der Kontakttrennung verbunden ist, so daß die Strömung des Gases aus der Isolierdüse durch den Lichtbogen gesteuert wird und demzufolge der Stromkreisunterbrecher ohne einen Gaskompressor oder andere Druckerzeugungseinrichtungen betrieben werden kann.

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Die mit der Lichtbogenkammer verbundene Gaskammer ist nicht auf eine Kammer beschränkt. Es können vielmehr eine Vielzahl von Kammern vorgesehen sein, welche sich in ihrer Wirkung gegenseitig verstärken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 teilweise vergrößerte Schnitte durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromkreisunterbrechers, und zwar gemäß

Fig. 1 bei fließendem Strom im Normalbetrieb; gemäß Fig. 2 unmittelbar nach dem Beginn des Stromunterbrecherbetriebs und gemäß

Fig. 3 unmittelbar vor dem Ende des Stromunterbrechungsvorgangs;

Fig. 4 und 5 teilweise vergrößerte Schnitte einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromkreisunterbrechers, und zwar gemäß

Fig. 4 bei normal fließendem Strom und gemäß Fig. 5 kurz vor dem Ende der Stromunterbrechung; Fig. 6 und 7 teilweise vergrößerte Schnitte einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromkreisunterbrechers, und zwar gemäß Fig. 6 bei normal fließendem Strom und gemäß Fig. 7 kurz vor dem Ende der Stromunterbrechung und Fig. 8 einen teilweise vergrößerten Schnitt einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromkreisunterbrechers .

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 soll im folgenden eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert werden.

Fig. 1 zeigt diesen Stromkreisunterbrecher im Zustand des Stromflusses, wobei die Kontakte des Stromkreisunterbrechers sich berühren. Fig. 2 zeigt den Zustand der Ausbildung des Lichtbogens bei der Stromunterbrechung und Fig. 3 zeigt den Zustand des nahezu auf Null verminderten Lichtbogenstroms

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zur Zeit unmittelbar vor dem Ende der Stromunterbrechung.

In einem mit dem Gas für die Extinktion gefüllten Behälter ist eine Unterbrechereinrichtung 2 vorgesehen. Ein Leiter ist mittels einer Buchse 3 im Behälter 1 befestigt. An diesem Leiter 4 ist ein napfförmiger oder kappenförmiger feststehender Kontakt 5 befestigt und das offene Ende des feststehenden Kontakts 5 berührt einen zylindrischen beweglichen Kontakt 6, welcher in den kappenförmigen Kontakt 5 hineinreicht, so daß Strom fließt. Der bewegliche Kontakt 6 ist über Stromkollektoren 7 mit einem anderen Kontakt 4 verbunden.

Eine Isolierdüse 8 ist rund um den beweglichen Kontakt vorgesehen und der feststehende Kontakt bildet zusammen mit der Düse 8 einen Hohlraum 9, so daß die Gaskammer gebildet wird, welche gemäß Fig. 2 mit der Lichtbogenkammer verbunden ist.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieses Stromkreisunterbrechers erläutert werden. Zunächst berühren sich die Kontakte gemäß Fig. 1. Dann wird der bewegliche Kontakt 6 vom feststehenden Kontakt 5 mittels eines nicht-gezeigten Betätigungsmechanismus nach rechts weggezogen, wobei der Lichtbogen zwischen den Kontakten ausgebildet wird. Durch diesen Lichtbogen 12 wird das Gas in der Lichtbogenkammer 10 erhitzt, so daß der Druck steigt. Obgleich der bewegliche Kontakt 6 aus dem Auslaß 11 der Isolierdüse 8 herausbewegt wird, und somit die Lichtbogenkammer 10 mit dem Behälter 1 in Verbindung kommt, so wird doch die Strömung des Gases von der Lichtbogenkammer 10 während der Zeit eines großen Lichtbogenstroms durch den Lichtbogen 12 gesteuert, so daß der Druck in der Lichtbogenkammer 10 nicht allzu stark abnimmt. Wenn dann der Lichtbogenstrom auf einen Wert nahe Null absinkt, so wird der Durchmesser des Lichtbogens 12 gemäß Fig. 3 zusammengeschnürt. Nun wird der Druck in der Lichtbogenkammer 10 freigesetzt (verringert) und das Gas entweicht rasch durch den Auslaß 11 der Isolierdüse 8 in den Behälter 1, so daß der Lichtbogen sofort abgekühlt und unterbrochen wird.

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Wie oben beschrieben, gelingt die Stromunterbrechung ohne eine spezielle Gaspuffeinrichtung, da die Strömung des Gases von der Lichtbogenkammer 10 durch den Lichtbogen 12 selbst gesteuert wird (unter Auswahl der Größe der Lichtbogenkammer) Zur Zeit des Absinkens des Lichtbogenstroms auf nahe Null wird der Lichtbogen rasch (unmittelbar) abgekühlt.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert werden.

Fig. 4 zeigt den Zustand der Berührung der Kontakte und des Stromflusses durch den Stromkreisunterbrecher. Es ist ein feststehender Kontakt 5 vom Rohrtyp vorgesehen. Dieser ist mit einem offenen Ende mit dem zylindrischen beweglichen Kontakt 6 verbunden. Wie bei der ersten Ausführungsform wird zur Durchführung der Stromunterbrechung der bewegliche Kontakt 6 nach rechts bewegt. Wiederum wie bei der ersten Ausführungsform ist in der Isolierdüse 8 ein Hohlraum 9 ausgebildet. Dieser bildet die Gaskammer, welche bei unterbrochenen Kontakten mit der dann vorliegenden Lichtbogenkammer 10 verbunden ist. Der zwischen den Kontakten 5 und 6 ausgebildete Lichtbogen steuert die Gasströmung durch den Auslaß 11a der Isolierdüse 8 und durch das andere offene Ende des feststehenden Kontakts, so daß der Gasdruck in der Lichtbogenkammer 10 steigt. Wenn der Lichtbogenstrom auf einen Wert nahe Null absinkt, wird der Durchmesser des Lichtbogens 12 plötzlich eingeschnürt, so daß der Druck in der Lichtbogenkammer 10 freigegeben wird und der Lichtbogen durch das ausströmende Gas unmittelbar abgekühlt und gelöscht wird, wodurch die Stromunterbrechung beendet wird.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 eine dritte Ausführungsform erläutert werden. Diese arbeitet wie die ersten beiden Ausführungsformen. Hier ist jedoch die Gaskammer 14, welche mit der Lichtbogenkammer 10 verbunden ist, am linken offenen Ende des feststehenden Kontakts 5 vom Rohrtyp ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform besteht

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der Behälter 15, welcher die Gaskammer 14 bildet, aus Metall« Daher wird das durch den Lichtbogen erhitzte Gas abgekühlt. Somit erzielt man mit dieser Ausführungsform die speziellen Effekte der Vermeidung oder Steuerung eines übermäßigen Druckanstiegs und eines übermäßigen Temperaturanstiegs. Fig. 6 zeigt den Zustand der sich berührenden Kontakte und des Stromflusses und Fig. 7 zeigt den Zustand unmittelbar vor dem Absinken des Lichtbogenstroms auf Null während des Unterbrechungsvorgangs.

Bei den vorstehenden Ausführungsformen ist der gesamte Unterbrechermechanismus 2 innerhalb des Behälters 1 vorgesehen. Es ist jedoch auch gemäß Fig. 8 möglich, die Gaskammer 14 außerhalb des Isolierbehälters 16 anzuordnen, so daß sie außen mit Atmosphärendrxick beaufschlagt v/ird. Der Hauptteil 2a des Unterbrechermechanismus 2 ist in dem Isolierbehälter untergebracht, welcher mit dem Gas für die Extinktion gefüllt ist. Eine Gaskammer ist in Form des Hohlraums 9 der Isolierdüse 8 vorgesehen. Ferner ist die Gaskammer 14 mit dem feststehenden Kontakt 5 verbunden. Die Gaskammer 9 wird durch den rohrförmigen feststehenden Kontakt 5, den zylindrischen beweglichen Kontakt 6 und die Isolierdüse 8 definiert und ist mit der Lichtbogenkammer verbunden.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 6 und 8 ist jeweils eine Gaskammer 9 vorgesehen, welche bei miteinander verbundenen Kontakten durch den beweglichen Kontakt definiert ist sowie durch die zylindrische Wandung der Isolierdüse 8 und durch die Öffnungen 11 und 11a aufweisenden Stirnwandungen der Isolierdüse 8. Bei der ersten Ausführungsform wird der bewegliche Kontakt um eine kurze Strecke aus der Isolierdüse herausgezogen, so daß die Öffnung 11 gegen Ende der Rückzugsbewegung freigegeben wird. Bei der zweiten Ausführungsform kann der bewegliche Kontakt im herausgezogenen Zustand die Öffnung 11 noch verschließen, wobei aber die Öffnung 11a kurz nach Beginn der Bewegung des beweglichen Kontakts freigegeben wird und die Lichtbogen-

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kammer 10 mit dem offenen Ende des feststehenden Kontakts verbindet. Bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 6 und 7 ist der bewegliche Kontakt ebenfalls mit einer zylindrischen Isolierdüse 8 umgeben. Diese bildet jedoch keine Gaskammer und der Kontakt wird gemäß Fig. 7 über das Ende der Düse 8 hinausbewegt, so daß die Öffnung 11 freigegeben wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 kann der bewegliche Kontakt über das Ende 11 hinausbewegt werden (oder aber auch das Ende 11 verschlossen halten).

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

\J-.J Stromkreisunterbrecher, gekennzeichnet durch einen mit einem Gas für die Extinktion gefüllten Behälter (1;16); einem Paar Kontakte(5,6) innerhalb des Behälters (1), welche bei Stromkreisunterbrechung voneinander weg bewegbar sind; eine Isolierdüse (8), welche rund um den Kontakt (6) ausgebildet ist und eine Lichtbogenkammer (10) bildet; eine Gaskammer (9;14), welche bei unterbrochenen Kontakten (5,6) mit der Lichtbogenkammer (10) in Verbindung steht, wobei die Strömung des Gases von der Isolierdüse (8) durch den Lichtbogen (12) gesteuert wird, wenn der Lichtbogenstrom groß ist und das Gas durch die Isolierdüse (8) entweicht und den Lichtbogen (12) unterbricht, wenn der Lichtbogenstrom abfällt.
2. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kontakte (6) ein zylindrischer Kontakt ist, während der andere (5) napfförmig ausgebildet ist und den zylindrischen Kontakt (6) aufnimmt, wobei das Gas von der Isolierdüse (8) in der Wegbewegungsrichtung des zylindrischen Kontakts (6) entweicht.
3. Stromkreisunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kontakte (6) ein zylindrischer Kontakt ist, während der andere (5) ein Kontakt vom Rohrtyp ist, welcher den zylindrischen Kontakt (6) aufnimmt, wobei das Gas durch den rohrförmigen Kontakt (5) in einer der Wegbewegungsrichtung des zylindrischen Kontakts (6) entgegengesetzten Richtung entweicht.
4. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten zylindrischen Kontakt (6), einen zweiten rohrförmigen Kontakt (5), welcher an einem offenen Ende den ersten zylindrischen Kontakt (6) aufnimmt; eine Isolierdüse (8), welche rund um den ersten zylindrischen Kontakt (6)

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sowie ggfs. den zweiten Kontakt (5) angeordnet ist und die Lichtbogenkammer (10) bildet; wobei die Gaskammer (14) mit dem anderen offenen Ende des zweiten Kontakts (5) verbunden ist und zur Zeit der Trennung der Kontakte (5,6) mit der Lichtbogenkammer (10) in Verbindung kommt, so daß der Gasstrom aus der Isolierdüse (8) durch den Lichtbogen (12) gesteuert wird, wenn der Lichtbogenstrom groß ist und das Gas aus der Isolierdüse (8) entweicht und den Lichtbogen unterbricht, wenn der Lichtbogenstrom abfällt.
5. Stromkreisunterbrecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskammer (15) von der Außenatmosphäre umgeben ist.

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