DE2812945C2

DE2812945C2 - Druckgasschalter

Info

Publication number: DE2812945C2
Application number: DE2812945A
Authority: DE
Inventors: Koji Nishinomiya Hyogo Ibuki; Masami Sanda Hyogo Kii; Yoshihiro Toyonaka Hyogo Ueda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1984-05-03
Also published as: DE2812945A1; FR2385209A1; CH632609A5; US4239949A; CA1096429A; FR2385209B1

Description

Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung der wesentlichen Teile eines Druckgasschalters und

Fig.2 eine schematische Schnitidarstellung der wesentlichen Teile einer weiteren Ausführung eines Druckgasschalters.

In F i g. 1 ist ein Druckgasschalter in einer Stellung unmittelbar nach dem Kontaktöffnungsvorgang gezeigt De- Druckgasschalter enthält ein stationäres Kontaktstück 1 und ein bewegliches Kontaktstück 2, das mit dem stationären Kontaktstück Kontakt schließen und von diesem getrennt werden kann entsprechend einem nicht weiter dargestellten, gut bekannten Betätigungsmechanismus. Die Kontaktstücke 1 und 2 sind in einem Gehäuse angeordnet, dessen Innenraum 10 mit einem Lichtbogenlöschgas, wie beispielsweise SF₆-GaS, gefüllt ist. Wenn das bewegliche Kontaktstück 2 durch den Betätigungsmechanismus aus der EIN-Stellung in die Richtung entsprechend dem Pfeil 3 und schließlich in die veranschaulichte AUS-Stellung getrieben wird, in welcher die Kontaktstücke 1 und 2 voneinander getrennt sind, wird ein Lichtbogen a in einer Lichtbogenkammer A erzeugt, der Druck in einer Hauptdruckkammer 4 steigt plötzlich mit hoher Ausbreitungsgeschwindigkeit an, und zwar aufgrund der Aufheizung durch den elektrischen Lichtbogen a.

Das bewegliche Kontaktstück 2 enthält einen Kanal 8 mit einer ersten öffnung 2a und einer zweiten öffnung 2b. Unmittelbar nach der Kontaktöffnung wird die erste öffnung 2a mit der Hauptdruckkammer 4 verbunden, und die zweite öffnung 2b wird mit einer ersten Druckkammer 5 verbunden, wodurch die Hauptdruckkammer 4 und die erste Druckkammer 5 über den Kanal des beweglichen Kontaktstückes 2 in Strömungsverbindung gelangen. Daher wird unmittelbar nach dem öffnen des Kontaktes, wenn der Druck in der Hauptdruckkammer 4 erhöht wird, der Druck in der ersten Druckkammer 5 ebenfalls entlang dem Druckpfad über die erste öffnung 2a und die zweite öffnung 2b des beweglichen Kontaktstückes 2 erhöht. Die Temperatur des Hochdruckgases in den Druckkammern 4 und 5 breitet sich mit einer niedrigen Ausbreitungsgeschwindigkeit aus. Daher wird die Temperatur in den Druckkammern 4 und 5 nur auf ein beschränktes Ausmaß erhöht. Wenn sich daher das bewegliche Kontaktstück weiter nach unten bewegt, so daß die Hauptdruckkammer 4 mit einem Zwischenspeicher 6 in Strömungsverbindung gelangt, strömt das Hochdruckgas von der Hauptdruckkammer 4 in den Zwischenspeicher 6, in dem ein Gas niedrigen Drucks und niedriger Temperatur vorhanden ist, und zwar über eine Lichtbogenkammer 7, wenn der Stro.n auf Null abfällt, wobei das Gas gekühlt und verteilt wird, um den Lichtbogen a zu löschen. Der Zwischenspeicher 6 besitzt ein ausreichend großes Volumen, um die Strömung des Hochdruckgases aus der Hauptdruckkammer 4 in den Zwischenspeicher 6 für eine vorbestimmte Zeitperiode aufrechtzuerhalten, die zum Auslöschen des Lichtbogens a erforderlich ist.

Die zuvor erwähnte erste Druckkammer 5 und eine zweite Druckkammer 7, die benachbart in Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktstückes 2 angeordnet ist, sind bei Verhältnissen erforderlich, bei welchen höhere Ausschaltströme auftreten oder bei hoher wiederkehrender Spannung. Das innere Hochdruckgas wird gekühlt und ionisiert, wobei die Druckanstiegszeit verstreicht, während welcher der Lichtbogen a den Druck des Gases erhöht, bevor der Kanal 8 des beweglichen Kontaktstückes 2 mit dem Expansionsraum 10 des Gehäuses über die zweite Öffnung 2a strömungsmäßig in Verbindung gelangt Wenn die öffnung 2a zunächst zur Druckkammer 5 hin öffnet, wirkt unter diesen Umständen ein Hochdruckgas, welches sich nahezu auf demselben Druck wie das ionisierte neue Gas innerhalb der Druckkammer 5 befindet, auf den Lichtbogen a und wird dann zum Expansionsraum 10 des Gehäuses hin über die öffnungen 2a und 2b abgelassen, wobei der Strom auf Null abfällt Mit anderen Worten stellt der Kanal 8 mit den öffnungen 2a und 2b einen Strömungspfad dar, um das Hochdruckgas abzuführen, und die Druckkammern 4,5 und 6, die das Hochdruckgas enthalten, stellen eine Hochdruckgas-Versorgungsquelle für den Strömungspfad oder den Kanal 8 dar.

Ein ähnlicher Effekt ergibt sich, wenn die öffnung 2a weiter verschoben wird, so daß sie in Strömungsverbindung mit der zweiten Druckkammer 7 gelangt, und selbst für den Fall, daß die Lichtbogenzeit lang ist, wird die Löschfähigkeit für die erforderliche Zeitperiode aufrechterhalten. Der zweiten Druckkammer 7 können zusätzliche ähnliche Kammern folgen, wenn dies gewünscht wird, und es können zusätzliche axial angeordnete öffnungen ähnlich der öffnung 2a in vorteilhafter Weise vorgesehen werden.

Wenn der nicht veranschaulichte Betätigungsmechanismus das bewegliche Kontaktstück 2 nach unten bewegt und einen bestimmten Weg zurücklegt, werden die Kontaktstücke 1 und 2 voneinander getrennt, um dadurch einen Lichtbogen a in der Lichtbogenkammer A zu erzeugen. Der Lichtbogen a wird dann in eine Lage zwischen dem Lichtbogenkontaktstück 9 und dem

^ beweglichen Kontaktstück 2 gemäß F i g. 1 überführt. Durch den Lichtbogen a in der Lichtbogenkammer A wird der Druck in den Druckkammern 4 und 5 auf einen Wert erhöht, der zur Unterbrechung erforderlich ist, bis die Öffnung 2a strömungsmäßig mit dem Zwischenspei-

eher 6 in Verbindung gelangt. Dann öffnet die öffnung 2a zum Zwischenspeicher 6 hin, um die Hauptdruckkammer 4 strömungsmäßig mit dem Zwischenspeicher 6 zu verbinden. Das Hochdruck-Löschgas in der Hauptdruckkammer 4 wird dann in den Zwischenspeicher 6 abgelassen, und der Strom fällt auf NuIi ab, so daß der Lichtbogen erlischt.

Unter Schaltkreisbedingungen mit hohen Schaltströmen, bei welchen der Lichtbogen auf eine größere Länge gezogen werden kann, kann der Druck in der

'" zweiten Druckkammer 7 und in dem Zwischenspeicher 6 durch weitere nach unten erfolgende Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 2 erhöht verden. Da der Druck in der zweiten Druckkammer 7 dazu neigt, mit zunehmender Lichtbogenlänge zuzunehmen, befindet sich der Druck in der zweiten Druckkammer 7 auf einem höheren Wert als der Druck der ersten Druckkammer 5 und kann unmittelbar über die Öffnung 2a in die erste Druckkammer 5 abgelassen werden. Dann öffnet die öffnung 2b zum Expansionsraum 10 des Gehäuses hin, um den Hochdruck in den Druckkammern 4 und 5 mit Abnehmen des Stromes auf Null abzulassen, und wenn die Druckkammern 5 und 7 aufeinanderfolgend in Stromungsverbindung mit der Lichtbogenkammer A gelangen, drückt das Lichtbogen-Löschgas mit niederer

^b:> Temperatur und hohem Druck den elektrischen Lichtbogen a in den Kanal 8, wodurch sichergestellt wird, daß der Lichtbogen schnell entsprechend einem Strom von Null ausgelöscht wird. In der Figur zeigen

Pfeile die Strömungsrichtungen des Lichibogen-Löschgases an.

Fig. 2 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hauptdruckkammer 4 ist an einem Kontaktflansch la oberhalb des stationären Kontaktstückes 1 befestigt und besitzt ein vorbestimmtes Innenvolumen, welches im wesentlichen geschlossen ist. Die Hauptdruckkammer 4 kann in vorteilhafter Weise aus einem Metall hergestellt sein, da das Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck nach Unterbre- κι chung in diese strömt.

Die Verwendung von Metall ist für die Druckfestigkeit und zur Kühlung des hoch temperierten Gases vorteilhaft. Die Hauptdruckkammer 4 ist in zwei Kammern 4b und 4c durch eine Zwischenwand 4a aufgeteilt, um den nach oben gerichteten Gasstrom asymmetrisch aufzuteilen. Die zwei Kammern 4b und 4c haben unterschiedliche Druckanstiegs-Eigenschaften und Druck-Abfalleigenschaften, wodurch das Entstehen eines übermäßig hohen Drucks innerhalb der Hauptdruckkammer 4 verhindert wird und auch eine Zeitverzögerung bei der plötzlichen Freilassung des Gases eintritt. Die zuvor erläuterte Konstruktion ist speziell bei hohen Ausschaltströmen und hoher wiederkehrender Spannung wirkungsvoll. Wenn die Gase in den zwei Kammern 4b und 4c in die öffnung 2a einströmen, die im spitzen Abschnitt des beweglichen Kontaktstückes 2 ausgebildet ist, werden sie an der stromaufwärts gelegenen Seite der öffnung 2a gemischt, wodurch in vorteilhafter Weise eine Neutralisa- jo tion der Gasionen gefördert wird. Das Lichtbogenkontaktstück 9 wird von dem Kontaktflansch la gehaltert und ist so angeordnet und ausgebildet, daß es die Öffnung 2a in dem beweglichen Kontaktstück 2 im Schließzustand verschließt und die Überführung des elektrischen Lichtbogens nach dem Kontaktöffnungsvorgang vereinfacht. Der Kontaktflansch la enthält einen unteren Flansch 16, an welchem zwei Druckkammern 5 und 7 aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, und mit einem to vorbestimmten Innenvolumen befestigt sind. Das obere und das untere Ende der Druckkammern 5 und 7 besitzen jeweils gerade zylindrische Abschnitte 11 und 12 geeigneter Längen. Der untere zylindrische Abschnitt 12 verschließt die öffnung 2b, bis der Druck in der Hauptdruckkammer 4 auf einen Wert ansteigt, der für die Unterbrechung bei der Anfangsstufe des Unterbrechungsvorganges geeignet ist, und der untere zylindrische Abschnitt 11 unterdrückt die Strömung des Hochdruckgases aus der Hauptdruckkammer 4 in die so erste Druckkammer 5 während der Periode, die im WGScntiiCiicn uciTi SchlicuVöfgäfig dcT ^/ffnüfig 2b entspricht. Dies dient dem Zweck, den Gas-Expansionsraum nicht vergrößern zu müssen, da dadurch die Zeit verlängert wird, bis der erforderliche Druck während der Periode erreicht wird, in welcher der Druckanstieg zu Beginn des Kontaktöffnungsvorganges schwierig ist. Dieser Effekt tritt besonders bei kleiner Stromstärke stark auf. Daher ist der Druckgasschalter gemäß F i g. 2 besonders für die Unterbrechung von kleinen Stromstärken geeignet.

Wenn der nicht dargestellte Betätigungsmechanismus das bewegliche Kontaktstück 2 nach unten bewegt, um einen vorbestimmten Abstand zu erreichen und dieses von dem stationären Kontaktstück 1 zu trennen, so wird zwischen diesem beweglichen Kontaktstück 2 und dem stationären Kontaktstück 1 ein Lichtbogen gezogen. Der entstandene Lichtbogen wird zwischen dem beweglichen Kontaktstück 2 und dem Lichtbogenkontaktstück 9 überführt. Durch den Lichtbogen wird der Druck in der Hauptdruckkammer 4 auf einen Wert erhöht, der für die Unterbrechung erforderlich ist, bis die öffnung 2a an der Spitze des beweglichen Kontaktstückes 2 an dem zylindrischen Abschnitt 11 vorbeigelangt und die Belüftungsöffnung 26 zum Innenraum 10 des Gehäuses hin öffnet. Wenn das bewegliche Kontaktstück 2 weiter nach unten bewegt wird, so daß die Belüftungsöffnung 26 zum Expansionsraum 10 des Gehäuses hin öffnet, und der erste Null-Durchgangspunkt des Stromes erreicht wird, nimmt die elektrische Eingangsleistung oder -energie zum Lichtbogen ab, wenn der Strom auf Null abfällt, was von einer plötzlichen Verminderung des Lichtbogendrucks und der Temperatur begleitet ist, so daß dadurch das Hochdruckgas in der Hauptdruckkammer 4 zum Expansionsraum 10 des Gehäuses über die Lichtbogenkammer A, die öffnung 2a, den Kanal 8 und die Belüftungsöffnung 26 zur Löschung des Lichtbogens freigelassen wird. Wenn sich der Lichtbogenstrom in der Phase befindet, in welcher der Lichtbogenstrom nicht zu Null wird, kann das Hochdruckgas in der Hauptdruckkammer 4 nicht unmittelbar, wenn die Belüftungsöffnung 26 zum Expansionsraum 10 des Gehäuses hin öffnet, da die öffnung 2a durch den Lichtbogen im wesentlichen verschlossen ist, in den Raum 10 des Gehäuses strömen; sie bleibt in der Kammer 4, bis der Lichtbogenstrom den Wert Null erreicht. Wenn der Lichtbogenstrom den Wert Null erreicht, gelangt die Hauptdruckkammer 4 in Strömungsverbindung mit den Druckkammern 5 und 7, so daß die Druckkammern 5 und 7, die auf einem niedrigen Druck gehalten wurden, einen übermäßigen Druckanstieg in der Hauptdruckkammer 4 verhindern, so daß in den Kammern 5 und 7 ein geeigneter Druck aufrechterhalten wird. Wenn der Lichtbogenstrom auf Null abfällt, wird das Hochdruckgas in den Druckkammern 5 und 7 aus diesen in den ringförmigen Raum freigelassen, so daß das Gas den elektrischen Lichtbogen umkreist und diesen in die Öffnung 2a oder den hohlen Abschnitt 8 drückt, so daß eine plötzliche Lichtbogenlöschung erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit einem ein Lichtbogen-Löschgas enthaltenden Gehäuse mit einem in dem Gehäuse angeordneten feststehenden und einem langgestreckten, in seiner Längsrichtung beweglichen Kontaktstück, das einen am kontaktgebenden Ende mit einer stirnseitigen öffnung beginnenden und in einer seitlichen öffnung mündenden seitlichen Kanal aufweist, mit einer Lichtbogenkammer mit mindestens zwei entlang dem Bewegungspfad des beweglichen Kontaktstücks angeordneten Druckkammern, die während der Trennbewegung des beweglichen Kontaktstücks mit der Lichtbogenkammer und zusammen mit dieser über den Kanal im beweglichen Kontaktstück mit dem als Expansionsraum dienenden Innenraum des Gehäuses in Strömungsverbindung bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß auch an der dem beweglichen Kontaktstück abgewandten Stirnseite eine Druckkammer als Hauptdruckkammer (4) angeordnet ist, welche nur zur Löschkammer hin geöffnet ist und daß die entlang dem Bewegungspfad des beweglichen Kontaktstücks angeordneten Druckkammern (5,7) während des Ausscnaltvorganges nacheinander über den Kanal im beweglichen Kontaktstück (2) in Strömungsverbindung mit dem Expansionsraum (10) bringbar sind.

2. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in Bewe- jo gungsrichtung des beweglichen Kontaktstücks (2) liegenden Druckkammern (5, 7) und der Löschkammer (A) ein Zwischenspeicher (6) angeordnet ist und daß die Länge des Kanals (8) im beweglichen Kontaktstück (2) so bemessen ist, daß zu Beginn des Ausschaltvorganges die Hauptdruckkammer (4) und die Lichtbogenkammer (A) mit der ersten Druckkammer (5) der Druckkammern (5, 7) verbunden ist, nach Eintritt des kontaktgebenden Endes des beweglichen Kontaktstücks (2) in den Zwischenspeieher (6) dieser über den Kanal (8) im beweglichen Kontaktstück nur jeweils mit einer der auf die erste Druckkammer (5) folgenden Druckkammern (7) verbunden ist und ab Eintritt des kontaktgebenden Endes des beweglichen Kontaktstücks (2) in die Druckkammer (5) diese und die folgenden Druckkammern (7) nacheinander über den Kanal (8) im beweglichen Kontaktstück mit dem Expansionsraum (10) verbunden werden.

3. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptdruckkammer (4) durch eine Zwischenwand (4a) in zwei Kammern (46,4c,)asymmetrisch aufgeteilt wird.

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Die Erfindung betriff·, einen Druckgasschalter mit einem ein Lichtbogen-Löschgas enthaltenden Gehäuse, mit einem in dem Gehäuse angeordneten feststehenden (>o und einem langgestreckten, in seiner Längsrichtung beweglichen Kontaktstück, das einen am kontaktgebenden Ende mit einer stirnseitigen öffnung beginnenden und in einer seitlichen öffnung mündenden seitlichen Kanal aufweist, mit einer Lichtbogenkammer mit M mindestens zwei entlang dem Bewegungspfad des beweglichen Kontaktstücks angeordneten Druckkammern, die während der Trennbewegung des beweglichen Kontaktstücks mit der Lichtbogenkammer und zusammen mit dieser über den Kanal im beweglichen Kontaktstück mit dem als Expansionsraum dienenden innenraum des Gehäuses in Strömungsverbindung briiigbar sind.

Ein derartiger Druckgasschalter ist aus der FR-PS 10 01 633 bekannt Dort bewegt sich ein rohrförmiges bewegliches Kontaktstück während des Kontaktöffnens in Axialrichtung so, daß die Lichtbogenkammer nacheinander mit einer Reihe von Druckkammern in Verbindung gebracht wird. Der Blaseffekt beim Druckausgleich von den einzelnen Druckkammern ist jedoch dort verhältnismäßig gering, da das feststehende Kontaktstück dort ebenfalls hohl ausgebildet und so angeordnet ist, daß die Lichtbogenkammer bereits während der gesamten Ausschaltbewegung mit dem Expansionsraum in Verbindung steht

Bei einem weiterhin bekannten Druckgasschalter (DE-PS 8 05 407) ist stirnseitig vor dem beweglichen Kontaktstück ein Druckspeicherraum vorgesehen, der während der Ausschaltbewegung mit der Lichtbogenkammer in Verbindung kommt und der nach einer vorbestimmten Zeit über ein gesteuertes Zeitrelais zum Expansionsraum hin so geöffnet wird, daß eine Radialbeblasung des Lichtbogens erfolgt. Die Steuerung über das Zeitrelais ist jedoch verhältnismäßig aufwendig.

Aus der DE-GM 74 31 789 ist schließlich ein elektrischer Gasschalter bekannt, bei dem im beweglichen Kontaktstück ein Längskanal vorgesehen ist, über welchen eine geschlossene Druckkammer mit einem Expansionsraum in Verbindung gebracht wird. Allerdings umgibt die Druckkammer unmittelbar den Lichtbogenraum in der Weise, daß sie während der Kontakt-Trennbewegung von Anfang an mit dem Expansionsraum in Verbindung steht, so daß sich kein hoher Druck aufbauen kann. Zur Lichtbogenmischung ist dort deshalb zusätzlich eine Spule vorgesehen, welche während der Kontaktöffnung vom Ausschaltstrom durchflossen wird und damit den Lichtbogen in Rotationsbewegung versetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckgasschalter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er für die Bewältigung höherer Abschaltleistungen geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auch an der dem beweglichen Kontaktstück abgewandten Stirnseite eine Druckkammer als Hauptdruckkammer angeordnet ist, welche nur zur Löschkammer hin geöffnet ist, und daß die entlang dem Bewegungspfad des beweglichen Kontaktstücks angeordneten Druckkammern während des Ausschaltvorganges nacheinander über den Kanal im beweglichen Kontaktstück in Strömungsverbindung mit dem Expansionsraum bringbar sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckgasschalter wird also die Energie des elektrischen Lichtbogens zur Erhöhung des Druckes des Lichtbogen-Löschgases verwendet, und das auf diese Weise erzeugte Hochdruckgas wird in eine Hauptdruckkammer eingeleitet und in dieser gespeichert. Während der Bewegung des beweglichen Kontaktstückes kann dann das Hochdruckgas in einem geeigneten Moment auf den Lichtbogen geblasen werden, wenn dieser sich dem Strom-Null-Punkt nähert. Über zwei oder mehr nacheinander wirksame Druckkammern wird die Lichtbogenlöschfähigkeit des Druckgasschalters erhöht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von