DE2858054C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Druckgas­ schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Druckgasschalter ist aus der DE-OS 24 04 721 bekannt. Dabei ist jedoch die Länge der Vorkompressions­ zeit nicht gemäß den Erfordernissen der Stromstärke eingestellt. Daher ist die selbsttätige Löschung des Lichtbogens durch rechtzeitige Freigabe des in der Löschkammer aufgrund des Lichtbogens aufge­ bauten Gasdrucks nicht bei allen Stromstärken innerhalb eines weiten Stromstärkebereichs gewährleistet. Vielmehr muß mit Hilfe einer Gaspumpenanordnung ein zusätzlicher Gasstrom erzeugt werden.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, den Druckgasschalter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Länge der Vorkompressionszeit durch einfache kon­ struktive Mittel bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Aus­ führungsformen finden sich in den Unteransprüchen. Ins­ besondere kann im Hohlraum des beweglichen Kontaktstücks ein Druckventil vorgesehen sein, wie dies an sich schon aus der DE-OS 11 71 974 bekannt ist.

Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen wiedergegeben.

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

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Druckgasschalters;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Druckgasschalters;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Druckgasschalters;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Druckgasschalters und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Druckgasschalters.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Druckgasschalters. Das Bezugszeichen 110 bezeichnet einen Behälter, welcher mit einem Gas für die Lichtbogenlöschung, z. B. SF₆, gefüllt ist. Das Bezugszeichen 112 bezeichnet eine obere Abdeckung. Das Bezugszeichen 113 bezeichnet ein feststehendes Kontakt­ stück aus leitfähigem Material, welches an der Unterseite der oberen Abdeckung 112 befestigt ist. Das Bezugszeichen 114 bezeichnet ein hohles zylindrisches bewegliches Kontaktstück aus leitfähigem Material, welches eine Düse 115 am Ende umfaßt, sowie einen Hohlraum 116 und Durchgangs­ öffnungen 117, welche sich in radialer Richtung erstrecken. Das bewegliche Kontaktstück 114 ist von dem feststehenden Kontaktstück 113 trennbar. Das Bezugszeichen 111 bezeichnet eine Löschkammer. Diese umfaßt einen Löschkammermantel 118, welcher an der oberen Abdeckung befestigt ist und mit dem Gas für die Lichtbogenlöschung gefüllt ist, und das fest­ stehende Kontaktstück 113 enthält. Die Löschkammer 111 umfaßt ferner eine rohrförmige Verlängerung 120, welche die Gasströmung führt und am unteren Teil vorgesehen ist, und welche die Durchgangsöffnungen 117 des beweglichen Kontaktstückes 114 bei sich berührenden Kontaktstücken verschließt.

Die Position des beweglichen Kontaktstückes 114, in der die Durchgangsöffnung 117 zum Behälter 110 hin geöffnet ist, (bei herabbewegtem beweglichen Kontaktstück 114), ist im wesentli­ chen identisch mit dem minimalen Unterbrecherabstand und dabei besteht ein zweckentsprechender Spalt zwischen dem be­ weglichen Kontaktstück 114 und dem unteren Ende der rohrför­ migen Verlängerung 120, wobei die Kontaktstücke vollständig voneinander getrennt sind.

Im folgenden soll die Arbeitsweise erläutert werden. Wenn das bewegliche Kontaktstück 114 durch Betätigung einer mit ihm verbundenen nicht gezeigten Betätigungseinrichtung abwärtsbewegt wird und das Kontaktstück 113 und das Kontakt­ stück 114 nach einem bestimmten Hub voneinander ge­ trennt werden, so bildet sich zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen aus. Die Löschkammer 111 ist geschlossen, bis der Abstand zwischen den Kontaktstücken 113 und 114 den minimalen Unterbrecherabstand erreicht hat. Hier­ durch wird das Gas für die Lichtbogenlöschung in der Lösch­ kammer 111 durch den Lichtbogen erhitzt, expandiert oder zersetzt und der Druck steigt auf einen geeigneten Wert an, welcher für die Lichtbogenlöschung erforderlich ist. Wenn das bewegliche Kontaktstück nun weiter abwärts bewegt wird, so daß die Durchgangsöffnung 117 zum unteren Ende der rohrförmigen Verlängerung 120 gelangt, und mit dem Behälter 110 verbunden wird, strömt das Hochdruckgas, welches einen für die Lichtbogenlöschung geeigneten Druckwert hat, von der Löschkammer 111 durch die Düse 115, den Hohlraum 116 und die Durchgangsöffnung 117. Auf diese Weise wird die Lichtbogenlöschung des zwischen den Kontaktstücken 113 und 114 ausgebildeten Lichtbogens rasch durch den Blaseffekt herbeigeführt. Die Beblasung mit Löschgas erfolgt durch die Düse 115 und wird einzig durch den Abstand zwischen den Kontaktstücken gesteuert.

Die Position des oberen Endes der rohrförmigen Verlängerung 120 ist im wesentlichen identisch mit der Position des oberen Endes des beweglichen Kontaktstückes 114, wenn das bewegliche Kontaktstück 114 den minimalen Unterbrecherabstand zum fest­ stehenden Kontaktstück 113 erreicht. Demzufolge variiert der Optimalzustand der Beziehung zwischen der Düse 115 und der Löschkammer 111 nicht wesentlich bei der weiteren Abwärtsbe­ wegung des beweglichen Kontaktstückes 114, so daß die Unter­ brecherfunktion des Druckgasschalters ausgezeichnet und sta­ bil ist.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform. Das Bezugszeichen 110 bezeichnet einen mit dem Gas für die Licht­ bogenlöschung gefüllten Behälter. Das Bezugszeichen 112 bezeichnet eine obere Abdeckung. Das Bezugszei­ chen 113 bezeichnet ein feststehendes Kontaktstück aus leit­ fähigem Material, welches an der unteren Fläche der oberen Abdeckung 112 befestigt ist. Das Bezugszeichen 114 bezeich­ net ein hohles zylindrisches bewegliches Kontaktstück aus einem leitfähigen Material, welches eine Düse 115 am oberen Ende sowie einen Hohlraum 116 umfaßt, sowie Durchgangsöffnun­ gen 117, welche sich in radialer Richtung erstrecken. Das be­ wegliche Kontaktstück 114 ist von dem feststehenden Kontakt­ stück 113 trennbar und mit einer nicht gezeigten Betätigungs­ stange verbunden. Das Bezugszeichen 121 bezeichnet ein Druck­ ventil, welches in dem Hohlraum des beweglichen Kontaktstückes 114 untergebracht ist, und für die Verbindung des Hohlraums 116 mit den Durchgangsöffnungen 117 sorgt, wenn der Druck in dem Hohlraum auf einen Wert oberhalb eines spezifischen Grenzwer­ tes steigt. Dieses Ventil umfaßt einen Ventilkörper 122 und eine Feder 123. Das Druckventil 121 hat die Funktion, die Fläche der Öffnung der Durchgangsöffnungen 117 zu steuern, je nach dem Druck in dem Hohlraum 116. Wenn der Druck in dem Hohl­ raum relativ gering ansteigt, ist die Öffnungsfläche relativ klein, während bei hohem Druck die Öffnungsfläche groß ist, so daß der Blaseffekt des Gases in bezug auf den Lichtbogen vergrößert wird. Das Bezugszeichen 111 bezeichnet die Lösch­ kammer. Diese umfaßt den Löschkammermantel 118, welcher an der oberen Abdeckung 112 befestigt ist und aus lichtbogenfestem Material, z. B. Teflon, besteht. Hier wird der Druck für die Unterbrechung aufgebaut. Diese Löschkammer 111 ist mit dem Gas für die Lichtbogenlöschung, (z. B. SF₆) gefüllt und sie enthält die beiden Kontaktstücke 113, 144. Ferner umfaßt die Löschkammer 111 eine rohrförmige Verlängerung 120, deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des beweglichen Kontaktstückes 114 entspricht und welche das bewegliche Kontaktstück 114 aufnimmt und die Gas­ strömung bei der Abwärtsbewegung der Düse 115 über die Position des minimalen Unterbrecherabstandes hinaus wirk­ sam führt. Das bewegliche Kontaktstück 114 hat einen geeigneten Abstand zum unteren Ende der rohrförmigen Ver­ längerung 120, wenn die Kontakte vollständig getrennt sind, so daß die Durchschlagfestigkeit der Unterbrechungs­ strecke nach dem Ausschalten auf einem genügend hohen Wert gehalten werden kann.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Ausführungsform er­ läutert werden. Wenn das bewegliche Kontaktstück 114 durch Betätigung einer mit ihm verbundenen nicht gezeigten Betäti­ gungseinrichtung abwärtsbewegt wird und die Kontaktstücke 113 und 114 nach einem bestimmten Hub voneinander getrennt werden, so bildet sich zwischen den Kontaktstücken ein Licht­ bogen aus. Wenn der Unterbrecherstrom groß ist und das Gas in der Löschkammer 111 durch den Lichtbogen auf eine hohe Temperatur erhitzt, expandiert oder zersetzt wird, so daß der Druck drastisch ansteigt, so gelangt die Durchgangsöffnung 117 zum unteren Ende der rohrförmigen Verlängerung 120, wobei der minimale Unterbrecherabstand erreicht ist. Nun wird der er­ reichte Druck, welcher für die Unterbrechung erforderlich ist, wirksam und das Druckventil 121 wird betätigt, wobei der Ven­ tilkörper 122 gegen die Feder 123 abwärts bewegt wird, und das Hochdruckgas in der Löschkammer 111 entlädt sich durch die Düse 115, den Hohlraum 116 und die Durchgangsöffnungen im be­ weglichen Kontaktstück 114 in den Behälter 110. Demzufolge ge­ langt der Lichtbogen durch die Düse 115 und der Ausschaltvor­ gang wird beendet zum Zeitpunkt des ersten Nullwertes des Lichtbogenstroms nach Verlassen des minimalen Abstandes, bei dem der Druckgasschalter der Wiederzündspannung während des Aus­ schaltvorganges widersteht. Wenn andererseits der Unterbrecher­ strom gering ist, und der Druck in der Löschkammer 111 nicht auf den gewünschten Wert für die Unterbrechung gesteigert wird, nachdem das bewegliche Kontaktstück sich über den minimalen Unterbrecherabstand hinausbewegt hat, wird das Druckventil 121 nicht betätigt. Wenn nun das bewegliche Kontaktstück 114 weiter abwärts bewegt wird, wird der Lichtbogen expandiert und der Druck steigt in der Löschkammer 111 an, so daß schließlich der für die Unterbrechung erforderliche Druck erreicht wird und das Druckventil 121 betätigt, wodurch die Unter­ brechung unmittelbar erfolgt.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform anhand der Fig. 3 erläutert. Das Bezugszeichen 110 bezeichnet einen Behälter, welcher mit einem Gas für die Lichtbogen­ löschung gefüllt ist. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Löschkammer mit einer Haube 134, welche ebenfalls mit dem Gas für die Lichtbogenlöschung gefüllt ist und in dem Behälter 110 untergebracht ist. Das Bezugszeichen 113 bezeichnet ein feststehendes Kontaktstück, welches an der Haube 134 angebracht ist. Das Bezugszeichen 114 bezeichnet ein bewegliches Kontaktstück, welches eine Düse 115 für das Gas, einen Hohlraum 116 und Durchgangs­ öffnungen 117 umfaßt. Das bewegliche Kontaktstück ist von dem feststehenden Kontaktstück 113 trennbar. Das Bezugs­ zeichen 133 bezeichnet einen Mantel aus isolierendem Material, welcher an der Haube 134 befestigt ist und das bewegliche Kontaktstück 114 umgibt. Dieser Mantel umfaßt Ringflächen 124, 125 von Kegelgestalt zur Gasführung bei der Beblasung des Lichtbogens und eine Hilfskammer 126.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Ausführungsform erläutert werden. Wenn das bewegliche Kontaktstück 114 gemäß der Pfeillinie durch Betätigung einer mit ihm ver­ bundenen nicht gezeigten Betätigungseinrichtung abwärts bewegt wird, trennt sich das bewegliche Kontaktstück 114 nach einem bestimmten Hub von dem feststehenden Kontakt­ stück 113 und zwischen den Kontaktstücken 113 und 114 bildet sich der Lichtbogen aus. Der Lichtbogen expandiert entsprechend der Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 114 und er bewegt sich unregelmäßig aufgrund der Selbst­ entladungsfunktion zwischen den Kontaktstücken.

Andererseits wird das Gas für die Lichtbogenextinktion durch den Lichtbogen erhitzt und expandiert und in der Lösch­ kammer 111 und der Hilfskammer 126 wird während der unregelmäßigen Bewegung des Lichtbogens ein sich in turbulentem Zustand befindendes Hochdruckgas ausgebildet. Wenn nun das bewegliche Kontaktstück 114 weiter abwärts bewegt wird, gelangt die Durchgangsöffnung 117 in Verbindung zum Behälter 110 und der Lichtbogenstrom sinkt. Das Hochdruckgas in der Löschkammer 111 und in der Hilfskammer 126 wird durch die Düse 115, den Hohl­ raum 116 und die Durchgangsöffnungen 117 in den Behälter 110 entlassen. In diesem Falle strömt das Hochdruckgas der Lösch­ kammer 111 zur Düse 115 unter plötzlichem Druckabfall rund um die Düse 115. Das Hochdruckgas strömt entlang der glatten Strömungslinie, welche durch die kreisförmige, kegelförmige Fläche des Mantels 133 gebildet wird. Hierdurch erzielt man eine nicht-turbulente Gasströmung, so daß die Strömungs­ effizienz gesteigert wird. Somit ist es nicht erforderlich, den Druck des Hochdruckgases auf einen höheren Wert zu steigern, so daß die mechanische Festigkeit der Haube 134 der Löschkammer 111 und des Mantels 133 gesenkt werden kann. Gleichzeitig kann die Temperatur des Hochdruckgases gesteuert werden und die Effizienz der Löschung kann ver­ bessert werden. Der Druckgasschalter kann auf diese Weise kleiner gebaut werden und einen wirtschaftlichen Aufbau haben.

Wenn man radiale Leitwände auf der kreisförmigen, konusförmi­ gen Fläche des Mantels 133 ausbildet, kann eine turbulente Strömung des Hochdruckgases am Einlaßbereich noch stärker eliminiert werden und der Effekt kann noch weiter gesteigert werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Druckgas­ schalters. Das Bezugszeichen 110 bezeichnet einen mit dem Gas für die Lichtbogenlöschung, z. B. SF₆, gefüllten Be­ hälter. Das Bezugszeichen 111 bezeichnet eine Löschkammer, welche in dem Behälter 110 untergebracht ist und eine Haube 127 aus leitfähigem Material und einen Mantel 129 umfaßt. Letzterer weist einen zylindrischen Bereich 128 auf. Der Mantel 129 besteht aus einem isolierenden Material mit hoher Lichtbogenfestigkeit, z. B. aus Teflon, und ist an der Haube 127 befestigt. Das Bezugszeichen 113 bezeichnet ein feststehendes Kontaktstück, welches in der Haube 127 untergebracht ist. Das Bezugszeichen 114 bezeichnet ein bewegliches Kontaktstück, mit einer Düse 115, einem Hohlraum 116 und Durchgangsöffnungen 117. Das bewegliche Kontaktstück 114 ist von dem feststehenden Kontaktstück 113 trennbar.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Ausführungsform erläutert werden. Wenn das bewegliche Kontaktstück 114 durch Betätigung einer mit ihm verbundenen nicht gezeigten Betätigungseinrichtung abwärts bewegt wird und die Kontakt­ stücke 113 und 114 nach einem bestimmten Hub getrennt werden, wird zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen ausgebildet. Das Gas für die Lichtbogenlöschung rund um den Lichtbogen wird durch diesen Lichtbogen erhitzt und zersetzt, so daß in dem Lichtbogenraum eine hohe Temperatur und hoher Druck entstehen. Der hohe Druck pflanzt sich in die Löschkammer 111 und insbesondere in den Raum des Mantels 129 innerhalb kurzer Zeit fort und der Druck in der Löschkammer 111 steigt zu dem für die Unterbrechung er­ forderlichen Werte an.

Andererseits steigt die Temperatur in der Löschkammer 111 nur allmählich an, und zwar aufgrund der Diffusion durch turbulente Strömung und aufgrund der Wärmeleitung.

Die Temperatur in dem Mantel 129 wird durch den zylindrischen Bereich 128 gesteuert. Wenn nun das bewegliche Kontaktstück 114 weiter abwärts bewegt und der Lichtbogenraum in axialer Rich­ tung expandiert, vergrößert sich die Öffnungsfläche des oberen Durchlasses 130 des zylindrischen Bereiches 128 nicht.

Darüber hinaus wird die Wärmeleitung in radialer Richtung durch den zylindrischen Bereich 128 blockiert, so daß die Temperatur in dem Mantel 129 nur langsam ansteigt. Wenn das bewegliche Kontaktstück 114 weiter abwärts bewegt wird, und die Kontaktstücke 113 und 114 sich über den minimalen Unter­ brecherabstand hinaus bewegen, so wird der Lichtbogenraum mit dem Behälter 110 verbunden. Das Hochdruckgas (welches niedrige Temperatur hat) wird aus dem Mantel 129 durch den Durchlaß 130 entlassen, so daß die Lichtbogenlöschung unmittelbar herbeigeführt wird.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Druckgas­ schalters, welche den gleichen Aufbau hat wie die Ausführungs­ form der Fig. 4. Es sind jedoch zusätzliche Durchlässe 131, 132 im Mantel 129 vorgesehen und die Lichtbogenlöschung er­ folgt gemäß der Gasströmung, welche durch die Pfeillinie an­ gedeutet ist.

Claims (8)

1. Elektrischer Druckgasschalter mit verzögerter Freigabe der Löschgasströmung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach Beginn des Ausschaltvorganges, mit einer Löschkammer (111), mit einer Expansionskammer, mit einem in der Löschkammer (111) angeordneten, feststehenden hohlen Kontaktstück (113), mit einem beweglichen Kontaktstück (114), das durch eine Öffnung der Löschkammer (111) hindurch mit dem fest­ stehenden Kontaktstück (113) in Kontakt bringbar ist, mit einem im beweglichen Kontaktstück (114) an seinem dem feststehenden Kontaktstück (113) zugewandten Ende angeordneten, zu diesem offenen Hohlraum (116) mit einer vorgegebenen Länge; in dessen Wandung an dessen dem feststehenden Kontakt­ stück (113) abgewandten Ende mindestens eine Durch­ gangsöffnung (117) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) außen am Gehäuse der Löschkammer (119) ist eine rohr­ förmige Verlängerung (120) aus Isolierstoff koaxial zum beweglichen Kontaktstück (114) angeordnet, die zum Expansionsraum (110) hin offen ist, und deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser des beweglichen Kontaktstücks (114) angepaßt ist;
• b) die Länge der rohrförmigen Verlängerung (120) und die Lage jeder Durchgangsöffnung (117) in der Wandung des Hohlraums (116) des beweglichen Kontaktstücks (114) sind so gewählt, daß die Durchgangsöffnung (117) das Ende der rohrförmigen Verlängerung (120) zu dem vorgegebenen Zeitpunkt nach Beginn des Ausschaltvor­ ganges zur Freigabe der Löschgasströmung passiert.

2. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Löschkammer (111) einen Löschkammermantel (118) aus isolierendem Material aufweist und daß die rohrförmige Verlängerung (120) einstückig an dem Löschkammermantel (118) ange­ formt ist.

3. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Löschkammer (111) eine Haube (127) aus leitfähigem Material aufweist, daß das feststehende Kontaktstück (113) an der Unterseite der Haube (127) angeordnet ist und daß die rohrförmige Verlängerung in Form eines an die Haube anschließenden Mantels (133) aus isolierendem Material ausgebildet ist, der das bewegliche Kontaktstück (114) umgibt.

4. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Mantels (133) eine ringförmige Hilfskammer (126) ausgebildet ist, die einen Durchlaß zum Inneren der Verlängerung aufweist.

5. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Hilfskammer (126) in Richtung auf das Innere der Verlängerung kegelförmig erweitert.

6. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mantel zwei parallel zur Löschkammerlängsachse verlaufende Wände aufweist, die die Hilfskammer begrenzen und der Durchlaß (130) an deren der Löschkammer zugewandten Ende angeordnet ist.

7. Elektrischer Druckgasschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantel (129) mindestens ein zusätzlicher Durchlaß (131, 132) in das Innere der Verlängerung vorgesehen ist.

8. Elektrischer Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (116) des beweglichen Kontaktstücks (114) ein Druckventil (121) vorgesehen ist, das die Durchlaßöffnung (117) in der Wandung des Hohlraums (116) erst bei Überschreitung eines vorbestimmten Druckes des Lösch­ gases freigibt.