DE2812947C2

DE2812947C2 - Druckgas-Leistungsschalter

Info

Publication number: DE2812947C2
Application number: DE2812947A
Authority: DE
Inventors: Masami Sanda Hyogo Kii
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1984-07-19
Also published as: CA1096915A; FR2385210B1; CH641592A5; FR2385210A1; US4259556A; DE2812947A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgas-Leistungsschalter mit einer ein Lichtbogen-Löschgas enthaltenden Schaltkammer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der in jüngster Zeit entwickelte Druckgas-Leistungsschalter umfaßt in einer Schaltkammer ein trennbares Kontaktpaar in einer Löschkammer und eine ein Lichtbogen-Löschgas, wie SFo-Gas, enthaltende Druckkammer die unter Ausnutzung der Energie des Lichtbogens, der zwischen den Kontakten auftritt, unter einen hohen Druck setzbar ist und dabei die Energie vernichtet und auf das umgebende Löschgas überträgt. Das in der Druckkammer enthaltende Hochdruckgas wird bei Abnahme oder Verringerung der Drosselfunktion aufgrund einer Verkleinerung des Innendrucks oder des Durchmessers des Lichtbogens freigesetzt, der sich mit Abnahme des Lichtbogenstromes schnell verkleinert, so daß der Lichtbogen durch die Löschwirkung des anhaltenden Löschgasstromes gelöscht wird.

Bei diesem Druckgas-Leistungsschalter ist es äußerst wichtig, eine Druckerhöhung des Löschgases zur Gewährleistung der gewünschten Lichtbogenlöschung zu erhalten.

Da jedoch die Druckerhöhung dieses Löschgases durch dessen Erwärmung durch den Lichtbogen erreicht wird, so daß es eine hohe Temperatur annimmt.

wird es für das Löschen des Lichtbogens weniger wirksam.

Da der entstehende Lichtbogen in seiner Bewegungsbahn instabil ist und sich unter Änderung seiner Form innerhalb des Lichtbogenbildungsbereichs umherbewegt, wird das in diesem Bereich befindliche Löschgas durch den vom sich bewegenden Lichtbogen erzeugten heißen Hochdruckgasanteil aufgewirbelt. Es strömt in die Druckkammer, in welcher das Hochdruclcjas für das

ίο Löschen des Lichtbogens gespeichert ist Durch diese Vorgänge wird das in der Druckkammer befindliche Löschgas gestört bzw. umgewälzt. Hierdurch wird wiederum die Temperaturverteilung begünstigt, so daß sich eine Erhöhung der Temperatur des gesamten Löschgases innerhalb der Druckkammer ergibt und die Löschfähigkeit, einschließlich der Kühl-, Verteil- und Isolierfähigkeit, des Löschgases beeinträchtigt wird. Außerdem bleibt in der Druckkammer eine turbulente Strömung bis zum Aufheben des hohen Drucks erhalten, wodurch die Strömung des freigesetzten Löschgases gestört, ein Druckabfall hervorgerufen und außerdem die Lichibogen-Löschfähigkeit vermindert wird.

Aus der CH-Patentschrift 2 42 097 ist ein Druckgas-Leistungsschalter der eingangs genannten Art bekannt, wobei zwischen der Löschkammer und einem Stauraum eine Düse vorgesehen ist. Durch diese Düse wird eine LöschgasströmufiS erzeugt, welche unmittelbar den Lichtbogen zum Erlöschen bringen soll. Der in dem Stauraum durch die Löschgasströmung aufgebaute Druck wird dagegen nicht zur Lichtbogenlöschung ausgenutzt. Vielmehr wird das Löschgas in dem Stauraum nach erfolgter Abschaltung in die freie Atmosphäre abgelassen. Auf diese Weise ist die Löschwirkung bei dem bekannten Druckgasschalter verhältnismäßig schwach.

Aus der CH-Patentschrift 5 83 456 ist weiterhin ein Druckgasleistungsschalter bekannt, bei dem zwischen dem feststehenden Kontaktstück und dem beweglichen Kontaktstück ein weiteres Zwischen-Kontaktstück angeordnet ist, mit dem beim Aurvhalten zunächst ein Löschlichtbogen und dann erst der eigentliche Schaltlichtbogen erzeugt wird. Der Löschlichtbogen wird durch zusätzliche Maßnahmen in Rotation versetzt, und mit der dadurch erzeugten Löschgasströmung wird der Schaltlichtbogen beblasen. Durch die Einrichtungen zur Erzeugung zweier Lichtbögen und zur Erzeugung einer Rotationsbewegung weist dieser Druckgasschalter jedoch eine komplizierte und aufwendige Konstruktion auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckgas-Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfachem und kostensparendem Aufbau eine verbesserte Lichtbogen-Löschleistung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckgas-Leistungsschalter ist also der Ringkanal, der in der Druckkammer durch das zentral angeordnete Leitelemcnt gebildet wird, durch Trennwände in einzelne Kammern unterteilt, aus denen dann das unter Hochdruck gespeicherte

w) Löschgas auf den Lichtbogen geblasen wird. Durch diese Anordnung eines Leitelcmcntcs und mehrerer Einzclkainmcrn wird eine GasUirbulen/. und Vermischung des heißen Löschgases mit dem in der Druckkammer gespeicherten kalten Löschgas weitgehend vermieden,

M so daß das auf den Lichtbogen geblasene Löschgas cine verhältnismäßig niedrige Temperatur besitzt.

Da die Ausbreitungsgeschwindigkcii des Drucks des Löschgases größer ist als die Tempcraturvertcilungs-

bzw. Übertragungsgeschwindigkeit, steigt der Druck des Löschgases in der Druckkammer schnell an. bevor das heiße Löschgas über das Leitelcment in die kleinen Kammern einströmt. Infolgedessen wird das Löschgas in der Druckkammer unter Druck gesetzt, ohne erhitzt zu werden.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Umeransprüchen angegeben.

Im folgenden sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer speziellen Ausführungsform eines Druckgas-Leistungsschalters,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-Il in F i g. I,

F i g. 3 eine F i g. 1 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform eines Druckgas-Leistungsschalters und

F i g. 4 eine den F i g. I und 3 ähnelnde Darstellung einer weiter abgewandelten Ausführungsform eines Druckgas- Leistungsschalter

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Druckgas-Leistungsschalter umfaßt ein Gehäuse 1, das ein Lichtbogen-Löschgas, wie SFe-Gas, enthält und in welchem außerdem eine mit demselben Löschgas gefüllte Schaltkammer vorgesehen isL Die Schaltkammer 2 umfaßt eine aus einem metallischen Werkstoff bestehende Druckkammer 21, eine aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Löschkammer 22 und ein Führungselement 23 aus einem lichtbogenfesten Isoliermaterial. Außerdem umfaßt diese Vorrichtung ein in der Löschkammer 22 angeordnetes feststehendes Kontaktstück 3 und ein eine Eintrittsöffnung 41, einen Gaskanal 42 und eine Öffnung43 aufweisendes bewegliches Kontaktstück 4, das von einem üblichen, nicht dargestellten Betätigungsmechanismus so getragen wird, daß es vom feststehenden Kontaktstück 3 trennbar ist. Innerhalb der Druckkammer 21 ist ein zylindrisches Leiielement 5 angeordnet, welches ein hohe Temperatur und hohen Druck besitzendes Gas, das durch einen über die trennbaren KontaHstücke 3 und 4 entstehenden elektrischen Lichtbogen erhitzt und unter Druck gesetzt worden ist, zum oberen Teil der Druckkammer 21 leitet. Das zylindrische Leitelement 5 wird von der Wand der Druckkammer 21 durch eine Anzahl von radial verlaufenden Trennwänden 6 so getragen, daß zwischen seiner Unterkante und der unteren Öffnung des ihn umgebenden Ringkanals eine Öffnung oder ein Durchgang 24 gebildet ist. Die Trennwände 6 legen zwischen der Wand der Druckkammer 21 und dem Leitelement 5 eine Anzahl kleiner Kammern 211 fest.

Wenn der nicht dargestellte Betätigungsmechanismus auf einen Auslösebefehl hin betätigt wird, verschiebt sich das bewegliche Kontaktstück 4 gemäß F i g. 1 nach unten, und nach einem vorbestimmten Hub trennen sich die Kontaktstücke 3 und 4 voneinander, wobei zwischen ihnen ein Lichtbogen gezogen wird. Der entstandene Lichtbogen bringt das im Lichtbogenbereich befindliche Löschgas unter Erhitzung zur Ausdehnung. Da hierbei die öffnung 43 noch geschlossen ist, strömt dieses heiße Löschgas im Inneren des zylindrischen Leitelements 5 auf die durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutete Weise in turbulenter Strömung infolge der Instabilität und Bewegung des Lichtbogens, der einen selbsterhaltenden Lichtbogen bildet, aufwärts in den oberen Bereich der kleinen Kammern 211 des Ringkanals der Druckkammer 21. Der Löschgasstrom wird in den kleinen Kammern 211 aufgeteilt und d.;:'ch die Trennwände 6 gleichgerichtet und abgekühlt, worauf das Löschgas in den Kummern 211 gespeichert bleibt.

Da die Gasdruckausbreitungsgeschwindigkeit des vom zylindrischen Leitelemeni 5 geführten Löschgases groß genug ist. breitet sich der hohe Druck schnell über den oberen Bereich der Druckkammer 21 und der kleinen Kammern 211 aus, wodurch der Druck des in der Druckkammer 21 befindlichen Löschgases innerhalb kurzer Zeit erhöht wird. Obgleich sich andererseits die Wärme des Löschgases ebenfalls über dieselbe Strecke

to ausbreitet wie der Gasdruck, steigt die Temperatur in dem Ringkanai oder in den kleinen Kammern aufgrund der im Vergleich zur Druckausbreitungsgeschwindigkeii sehr niedrigen Temperatur- bzw. Wärmeausbreitungsgeschwindigkeit nur sehr geringfügig an. Die mei-

!5 ste Wärme verbleibt daher innerhalb des zylindrischen Leitelements 5.

Wenn sich das bewegliche Kontaktstück 4 weiter nach unten verschiebt, steigt der Gasdruck in den kleinen Kammern 211 des Ringkanals genügend weit an, um den Lichtbogen wirksam zu beblasen, während sich die öffnung 43 zum Inneren des Gehäuses. 1 hin öffnet, so daß das Löschgas über die Öffnung(en) 24 .räch unten in den Lichtbogenbereich strömt, wo es sich verteilt Strömung und Verteilung des Löschgases in den Lichibogenbereich hinein sind dabei für das löschen des Lichtbogens Wirksam, weil praktisch kein Druckverlust vorhanden ist, denn in den kleinen Kammern 211 entsteht keinerlei Wirbelbildung o. dgl. Das in den Lichtbogenbereich ausgestoßene Löschgas besitzt niedrige Temperatur und hohen Druck, so daß es eine wirksame Abkühlung und Zerstreuung des Lichtbogens unter schneller Löschung desselben bewirkt.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Druckgasschalters, bei welchem das Gehäuse 1 ebenfalls ein Löschgas, wie SF₆-GaS enthält im Gehäuse 1 befindet sich eine mit einem entsprechenden Löschgas gefüllte Schaltkammer 2, die eine aus einem metallischen Werkstoff bestehende Druckkammer ?!, eine aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Löschkammer 22 und ein Führungslement 23 aus einem lichtbogenbeständigen elektrischen Isoliermaterial aufweist In der Löschkammer 22 sind weiterhin ein feststehendes Kontaktstück 3 und ein bewegliches Kontaktstück 4 mit einer Eintrittsöffnung 41, einem Gaskanal 42 und einer

öffnung 43 angeordnet Das bewegliche Kontaktstück 4 wird von einem herkömmlichen, nicht dargestellten Betätigungsmechanismus bei Ansteuerung des Betätigungsmechanismus vom feststehenden Kontaktstück 3 getrennt. Innerhalb des von der Druckkammer 21 gebildeten Ringkanals befindet sich ein zwischen dem unteren Teil des Ringkanals und seiner Unterkante einen Durchgang 24 festlegendes Leitelement 5' zur Führung des eine hohe Temperatur besitzenden und unter einem hohen Druck stehenden, durch den zwischen den trennbaren Kontaktstücken 3 und 4 entstehenden Lichtbogen erzeugten Löschgases zum oberen Bereich des Leitelements 5'. Letzteres besteht aus einem hohlzylindrischen Teil 51, einer in diesem befestigten und darin einen wendelförmigen Durchhang 53 festlegenden, wendelförmigen Leitplatt; 52 und <jner Tragstange 60, mit welcher das Leitelcment 5' an der Oberseite des Ringkar-.als 21 gehaltert ist. Der Ringkanal, der Gasdurchgiing 25 in der Löschkammer 22 und die öffnung 24 sind in solcher Rclativanordnung, Konfiguration und Größe vorgesehen, daß der größte Ί eil des aufgrund des Lichtbogens zwischen den trennbaren Kontaktstücken 3 und 4 entstehenden Löschgas hohen Drucks in das Leitelement 5' eintritt und das in dem Ringkanal gespeicherte Lösch-

gas beim Lichtbogenlöschvorgang durch den Durchgang 24 ausgeblasen wird.

Wenn der nicht dargestellte, herkömmliche Betätigungsmechanismus auf den Auslösebcfehl hin ausgelöst wird, wird das bewegliche Kontaktstück 4 nach unten verschoben. Nach einem vorbestimmten Hub trennen sich die beiden Kontaktstücke 3 und Λ voneinander, wobei zwischen ihnen ein Lichtbogen gezogen wird, welcher das in seinem Bereich befindliche Löschgas auf hohen Druck und hohe Temperatur bringt, so daß dieses Löschgas dann über die Gasdurchgänge 25 und 53 in den Ringkanal eintritt. Da die Druckausbreitungsgeschwindigkeit des vom Leitelement 5' geführten Löschgases sehr hoch ist, breitet sich der Druck schnell über den wendeiförmigen Gasdurchgang 53 in den oberen Teil des Ringkanals hinein aus. Während sich andererseits die Wärme des Löschgases ebenfalls über dieselbe Strecke ausbreitet wie der Druck, erfolgt innerhalb der Druckkammer nur ein begrenzter Temperaturanstieg, weil die Wärmeausbreitungsgeschwindigkeit sehr gering ist so daß die Wärme innerhalb des Lcitelcments 5' verbleibt.

Wenn sich das bewegliche Kontaktstück 4 weiter nach unten verschiebt, kommt die Öffnung 43 in Verbindung mit dem Inneren des Gehäuses I₁ und der Lichtbogenstrom nähert sich dem Wert Null. Wenn die Drosselfunktion des Lichtbogens aufhört, wird der Lichtbogenbereich geöffnet, so daß Druck und Temperatur in diesem Bereich schnell abfallen. Gleichzeitig wird das mit niedriger Temperatur in dem Ringkanal gespeicherte Löschgas durch die öffnung 24 in den Lichtbogenbereich entlassen, wo es sich verteilt oder ausbreitet, um dann in das Innere des Gehäuses 1 auszutreten. Da das Löschgas hoher Temperatur während des beschriebenen Vorgangs wegen der begrenzten Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des Strömungswiderstandes über den langen wendeiförmigen Gasdurchgang 53 innerhalb des Leitelements 5' verbleibt, besteht praktisch das gesamte, über die öffnung 24 in den Lichtbogenbereich ausgeblasene Löschgas aus dem in dem Ringkanal gespeicherten Löschgas niedriger Temperatur, das eine gute Zerstreuungs- und Kühlwirkung besitzt. Infolgedessen wird ein schnelles Löschen des entstandenen Lichtbogens bei einem Nulldurchgang des Lichtbogenstroms erreicht.

Wenn das zylindrische Element 51 und die wendeiförmige Leitplatte 52 des Leitelements 5' aus einem metallischen Werkstoff bestehen und so angeordnet sind, daß sie mit dem aus dem Lichtbogenbereich zuströmenden heißen Löschgas in Berührung gelangen, wird die Lichtbogen-Löschfähigkeit des Löschgases aufgrund der Kühlfunktion dieser Metallbauteile verbessert Selbst wenn bei dieser Anordnung das im Leitelement 5' enthaltene Löschgas beim öffnen des Lichtbogenbereichs unmittelbar in diesen einströmt, wird hierdurch die Lichtbogen-Löschfähigkeit des Löschgases nicht beeinträchtigt weil das verweilende Löschgas auf eine ausreichend niedrige Temperatur abgekühlt ist. Außerdem können Innen- und Außenflächen des Leitelements 5' zur Vergrößerung der Oberfläche angerauht sein, wodurch die Wärmeübertragungs- und -absorptionswirkung der Metallbauteile bei Berühung mit dem Löschgas weiter verbessert wird. Praktisch dieselbe Wirkung kann dann erzielt werden, wenn der Gasdurchgang 53 in kleine, gerade verlaufende Abschnitte unterteilt ist

F i g. 4 zeigt noch eine andere Ausführungsform eines Druckgashalters, der wiederum ein z. B. mit SF„-Gas gefülltes Gehäuse 1, eine dasselbe Löschgas enthaltende Sehalikammcr 2 mit einer darin vorgesehenen Druckkammer 21 aus einem metallischen Werkstoff, einer Löschkammer 22 aus elektrisch leitendem Material und ein Führungselement 23 aus einem lichtbogenfesten, elektrisch isolierenden Material aufweist. In der Löschkammer 22 sind dabei ein feststehendes Kontaktstück 3 und ein bewegliches Kontaktstück 4 vorgesehen, das von ersterem mittels eines üblichen, nicht dargestellten Betätigungsmechanismus trennbar ist und eine Eintrittsöffnung 41, einen Gasdurchgang 42 und eine öffnung 43 aufweist. In der Druckkammer 2t ist eine Trennkammer 5" angeordnet, die gegenüber dem unteren Abschnitt des Ringkanals der Druckkammer 21 einen Durchgang 24 festlegt und aus einem hohlzylindrischen Element besteht, welches das durch den Lichtbogen zwischen den trennbaren Kontaktstücken 3 und 4 erzeugte heiße Löschgas in den oberen Teil des Ringkanals leitet.

Am oberen Ende des zylindrischen Elements 5" ist ein Rückschlagventil 7 mit einem Ventilelcmcnt 71 und ciner Rückstellfeder 72 angeordnet, welche das im EIc-

' ment 5" enthaltene Löschgas, wenn dieses einen höheren Druck besitzt als das Löschgas in dem Ringkanal, in letzteren einströmen läßt.

Bei Auslösung des nicht dargestellten Betätigungsmechanismus auf einen Auslösebefehl hin bewegt sich das bewegliche Kontaktstück 4 nach unten. Nach einem vorbestimmten Hub trennen sich die Kontaktstücke 3 und 4 "Oneinander, wobei zwischen ihnen ein elektrischer Lichtbogen gezogen wird, welcher das in seinem

ίο Bereich befindliche Löschgas erwärmt, so daß es sich ausdehnt. Da die öffnung 43 an diesem Punkt noch geschlossen ist, wird das erzeugte heiße Löschgas in die Trennkammer 5" geleitet, wo es das Rückschlagventil 7 öffnet und in den oberen Teil des Ringkanals einströmt.

Obgleich das in die Druckkammer 21 eintretende Löschgas hohe Temperatur besitzt, wird das im Unterteil des Ringkanals befindliche Löschgas aufgrund der langsamen Wärmeausbreitung nicht erwärmt, infolge der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Gasdrucks steigt dagegen der Druck des in der Druckkammer befindlichen Löschgases augenblicklich an. Wenn sich der bewegliche Kontaktteil 4 unter Freigabe der öffnung 43 weiter abwärts verschiebt und die Drosselung durch den Lichtbogen an der Einlrittsöffnung 41 abnimmt.

weil sich der Lichtbogenstrom dem Wert Null nähert, wird das in dem Ringkanal gespeicherte, niedrige Temperatur besitzende Löschgas hohen Drucks über den Durchgang 24 in den Lichtbogenbereich freigesetzt, um sich in diesem zu verteilen, wodurch der Lichtbogen

so aufgrund der Loschwirkung des Löschgases gelöscht wird.

Andererseits wird das im oberen Bereich der Druckkammer 21 verbleibende heiße Löschgas nach dem Löschen des Lichtbogens im Anschluß an das kühle Löschgas unter Verteilung in das Innere des Gehäuses 1 freigesetzt.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß in der Anfangsstufe des Öffnens der Druckkammer nahezu kein heißes Löschgas in den Lichtbogenbereich einströmt; vielmehr strömt nur kühles Löschgas in diesen Bereich, so daß die Lichtbogen-Löschwirkung ausgezeichnet ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckgas-Leistungsschalter mit einer ein Lichtbogen-Löschgas enthaltenden Schaltkammer mit einer Löschkammer für den Lichtbogen, mit zwei trennbaren Kontaktstücken, von denen eines beweglich ist, mit einer auf der dem beweglichen Kontaktstück abgewandten Seite der Löschkammer angeordneten, zu dieser offenen Druckkammer und mit einem innerhalb der Druckkammer konzentrisch zur Längsachse der Kontaktstücke angeordneten rohrförmigen Leitelement, welches die Druckkammer in einen sich im wesentlichen durch die gesamte Druckkammer erstreckenden zentralen Strömungskanal und einen diesen umgebenden Ringkanal unterteilt, die am der Löschkammer abgewandten Ende strömungsmäßig in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal durch radiale Trennwände (6) in mehrere Kammern (211) uhtsrteUt ist, welche in die Löschkammer (22) so einmünden, daß ein aus ihnen ausströmendes Lichtbogen-Löschgas unmittelbar in Richtung auf das Ende des beweglichen Kontaktstücks (41) gelenkt wird.

2. Druckgas-Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Leitelement eine wendeiförmige Leitplatte (52) angeordnet ist.

3. Druckgas-Leistungsschalter nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (5) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.

4. Druckgas-LeistünjEsschslter nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zentralen Strömungskanal des Leitelements (5) ein Rückschlagventil angeordnet ist.