DE3405122A1 - Last- oder leistungsschalter fuer mittelspannungsnetze - Google Patents

Description

KARL PFISTERER ELEKTROTECHNISCHE SPE 7. J AL ART IKF! GMRM h ΠΠ. KG. 7000 Stuttgart 60

Last- oder Leistungsschalter für Mi tte 1 npnrniunq:;nef7f'

Die Erfindung betrifft einen Last- oder Leistungsschalter für Mittelspannungsnetze, der die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.

Ein Schalter dieser Art ist bereits bekannt, vgl. deutsche Gebrauchsmusterschrift 77 39 866. Beim Vorgnruj des Aussjihjj J tens eines derartigen Schalters unter Last brennt der Lichtbogen in der betreffenden Schalteinheit, zu/inchrm dnr Fndkaf>pp dpü Kontnktstiftes und den nächstgelegenen Kontaktelrmenten des für dip 7\\- sammenwirkung mit dem Kontaktstift, vorgesehenen anderen Kontaktkörpers der Schalteinheit, sobald aufgrund der Scha 11 bewegung oin sich zunehmend vergrößernder Abstand zwischen Endkappe und den diese zuletzt kontaktierenden Kontakte!ementpη entsteht. Dies bedeutet, daß der Lichtbogen, der von dem als Löschcjasstrom durch

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din Düne geblasenen Isoliergas /u 1 fiachfn . i s t. , innerhalb eines Π»; ve i chi! der Diine brennt , in dem für den t. öachwu rqnricj upriigpr (jiiiiü t i qe f) t. rfimuncjüuf; rhti I t π i aae. herrschen. Während nämlich in dem Düfsenberr: ich , in dein der Düsenquerschnitt auf einen schmalen Rinqkanal 7\ii i sehen dem die Dirsenö f fnunq durchgreifenden Kontaktati ft und dem als Diisenkörper dienenden Hohlkörper v/erengt ist, der Gasstrom die höchste Strömungsgeschu/indigkeit besitzt, ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Zone des Lichtbogens wesentlich geringer, weil in dieser jenseits der Endkappe des Kontaktstiftes gelegenen 7 ο η c; der Querschnitt der Düse gegenüber dem lichten Qu ersehn it. t des Ringkanals um die Querschnittsfläche des Kont,aktstiftes vergrößert ist. Durch die entsprechend verringerte Π a rs geschwindigkeit in dem für den Löschvorgang ausschlaggebenden D ü s ο η b e r f ■ i c h i r> L d a h e r das I. ö s c h ν e r h a 11 e η bei dem bekannten Schalter nicht in vollem Maße zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der fraglichen Art zu schaffen, der sich demgegenüber durch eine wesentlich verbesserte Lichtbogenlöschung auszeichnet.

Bei einem Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweiter, aus isolierendem Werkstoff gebildeter Dusenkörper in Form eines sich an die Endkappe des Kontaktstiftes anschließenden Fortsatzes desselben vorhanden ist, der eine gleichachsige, den Ringkanal begrenzende Verlängerung des Kontaktstiftes bildet. Dadurch wird erreicht, daß beim Auseinanderbewegen der Kontaktkörper die Größe der Düsenöffnung auch in der jenseits der Endkappe des Kontaktstiftes gelegenen Zone auf einen schmalen Ringkanal eingeengt ist, nämlich auf den Ringkanal zwischen dem ersten Düsenkörper und dem durch den Fortsatz des Kontaktstiftes gebildeten zweiten Diisenkörper. Da ein beim Öffnen des Schalters gegebenenfalls entstehender Lichtbogen sich durch diesen Ringkanal hindurch erstrecken muß, wird er ausreichend lange von dem den Ringkanal durchströmenden Gas beaufschlagt, und zwar wegen der Öffnungsverengung mit einer sehr hohen Strömungsgeschwindigkeit, die über der Schallgeschwinriigkeit liegen kann. Hiermit ist eine sichere Löschung den I i chtbοqeη:> qewahrloist et.. νΡγ

Der Fortsatz, der aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, hat bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß dem Anspruch 2 einen runden Querschnitt und besitzt in dem an die Endkappe des Kontaktstiftes angrenzenden Bereich einen dem Durchmesser der Endkappe im wesentlichen entsprechenden Durchmesser.

Bei einem u/eiteren Ausführungsbeispiel kann dabei vorgesehen sein, daG der Durchmesser des Fortsatzes qeqen desrπη von der Endkappe entferntes Ende hin leicht abnimmt.

Besonders gute Strömungsverhältnisse ergeben sich, wenn der Fortsatz gemäß Anspruch 3 an seinem freien Ende abgerundet ist.

Die Erfindung μ/ir et nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Au nführungsbei spiels im einzelnen erläutert.

Es ζeiqen:

Fig. 1 eine teils aufgeschnitten gezeichnete Seitenansicht einer Schalteinheit eines Ausführungsbeispiels des Last- oder Leistungsschalters;

Fig. 2 einen demgegenüber im größeren Maßstab und

leicht schematisch vereinfacht gezeichneten
Tei 1 längsschni11 des Blaskolbens und der diesem unmittelbar zugehörigen Bauteile sowie des vorderen Abschnitts eines als feststehender Kon-

takt körper dienenden Kontaktstiftes der Schalt

einheit, wobei die gezeichnete Lagebeziehung
zwischen Blaskolben und Kontaktstift der Einschaltstellung der Schalteinheit entspricht,
und

Fig. 3 bis 7 der Fig. 2 entsprechende, jedoch auf den

j Endbereich des Blaskolbens und des Kontaktstif-

j tes beschränkte Schnitte, wobei den fortschreitenden Bewegungsablauf beim Ausschaltvorgang
verdeutlichende unterschiedliche Stellungen des Blaskolbens relativ zum Kontaktstift dargestellt sind.
ί

. Eine als Ganzes mit 1 bezeichnete Schalteinheit, die für den Einbau in ein mit 5F6-Gao gefülltes Schaltergehäuse vorgesehen ist,
weist einen Isolierkörper 2 und ein sich an diesen anschließendes Loschkammergehäuse 3 auf, das mit SF6-Gas gefüllt ist und dessen
Innenraum einen Blaszylinder 5 bildet (Fig. 1). Ein runder Kontaktstift 9, der sich in zentraler Lage und gleichachsig zur
Längsachse 10 der Schalteinheit 1 ins Innere des Löschkammergehäuses 3 erstreckt (vgl. Fig. 1), ist in elektrischer Kontaktverbindung mit einer am unteren Ende des Isolierkörpers zugänglichen

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Steckbuchse 7, die für die Aufnahme eines nicht gezeigten Kabelsteckers vorgesehen ist.

Ein an der Außenseite des Isolierkörpers 2 angeordneter, mit dem Kontaktstift 9 in elektrischer Kontaktverbindung befindlicher Er- dungskontaktkörper 13 kontaktiert eine von ihm längsverschiebbar geführte, längsgeschlitzte, rohrförmige Kontaktbrücke 14., die in Fig. 1 in einer vorgeschobenen Erdungsstellung gezeigt ist, in der sie mit ihrem Endbereich 15 einen geerdeten Gegenkontaktkörper 16 kontaktiert. Am entgegengesetzten Ende der Kontaktbrücke 14 ist diese mit einer Betätigungsstange 17 verbunden, die neben dem Löschkammergehäuse 3 längsverschiebbar geführt und durch eine nicht dargestellte' Betätigungseinrichtung in die in Fig. 1 gezeigte, vorgeschobene Erdungsstellung und eine zurückgezogene Stellung gebracht werden kann, in der der Endbereich 15 bis zum Erdungskontaktkkörper 13 zurückgezogen ist.

Für die Zusammenwirkung mit dem als feststehender Kontaktkörper dienenden Kontaktstift 9 ist ein in Fig. 1 als Ganzes mit 19 bezeichneter, beweglicher Kontaktkörper vorgesehen, der zusammen mit einem im Blaszylinder 5 längsverschiebbar geführten Blaskolben 21, ebenso wie letzterer an dem dem Kontaktstift 9 abgekehrten Ende, mit einer Betätigungsstange 22 verschraubt: ist, siehe Fig. 1 und 2, die durch eine die Längsverschiebung der Betätigungsstange 22 zulassende Führungsbuchse am oberen Ende aus dem Löschkammergehäuse 3 nach außen geführt ist und an ihrem äußeren Ende mit einem nicht dargestellten Schalterantrieb verbunden ist. Die Betätigungsstange 22 besteht aus elektrisch leitendem Werkstoff und ist an ihrer Außenseite durch eine an der Führungsbuchse angeordnete Kontakteinrichtung kontaktiert, die ihrerseits in elektrisch leitender Verbindung mit einer an der Außenseite des Löschkammergehäuses 3 zugänglichen Anschlußschiene 29 verbunden ist.

Fig. 1 und 2 zeigen den Blaskolben 21 mit dem an ihm befestigten Kontaktkörper 19 in der Einschaltstellung. Eine Mehrzahl von KontaktZangen 31, aus denen der Kontaktkörper 19 aufgebaut ist und die in tulpeηartiger Anordnung unter Freilassung je eines Schlitzes zeichen zwei benachbarten Kontaktzungen einen Kontaktkorb bilden, in dessen Korböffnung der Kontaktstift 9 in der Einschaltstellung einqreift, liegen in dieser Einschaltstellung mit ihren Kontakt-Endbereichen 33 am aus Kupfer bestehenden, die Hauptkontaktfläche bildenden Schaft 34 des Kontaktstiftes 9 an, vgl. insbesondere Fig. 2. Die Kontakt?ungen 31 sind durch eine den gebildeten Kontaktkorb umgebende Federanordnung 35 für die kontaktbildende Anlage am Kontaktstift. 9 vorgespannt. In ihren Endbereichen 33 sind die Kontaktzungen 31 in zwei Kontaktzonen unterteilt, nämlich in eine Hauptkontaktzone 37 und eine den äußersten Endabschnitt am freien Ende der Kontaktzungen 31 bildende AbreiOkontaktzone 38, die aus einem lichtbogenfesten Werkstoff, beispielsweise einer Wolframlegierung, besteht.

Der Kontaktstift 9 trägt am Ende seines Schaftes 34 eine Endkappe 41 aus lichtbogenfestem Werkstoff, beispielsweise aus einer Wolframlegierung, die die AbreiOkontaktfläche des Kontaktstiftes 9 bildet. An die abgerundete Endkappe 41 schließt sich ein zur Längsachse 10 des Kontaktstiftes 9 und des Blaszylinders 5 gleichachsig verlaufender Fortsatz 42 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff an, beispielsweise aus POM-Kunststoff, wobei der Fortsatz 42 beim Ausführungsbeispiel zusammen mit der Endkappe 41 mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten, durchgehenden Schraube mit dem Schaft 34 des Kontaktstiftes 9 verbunden ist. Der Fortsatz 42 weist einen runden Querschnitt auf und besitzt in seinem der Endkappe 42 benachbarten Anfangsbereich 45 einen dem Durchmesser des Kontaktstiftes 9 etwa entsprechenden Durchmesser, der, wie es aus den Fig. 2 bis 7 deutlich zu erkennen ist, vom Bereich 4 5 gegen dos abgerundete, freie Ende 46 des Fortsatzes 42 hin leicht abnimmt.

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Der mit dem SF-6-Gas gefüllte Blaszylinder S ist über Durchlässe 61 , die in dem an den Isolierkörper 2 angrenzenden Endbereich des Blaszylinders 5 vorgesehen sind, mit dem mit SF-6-Gas gefüllten Innenraum des die Schalteinheit 1 umgebenden Schaltergehäuses in Verbindung. An seinem in Fig. 1 oben gelegenen anderen Ende ist der Blaszylinder 5 jedoch bis auf einen geringen Spalt geschlossen, s*o daß, wenn der Blaskolben 21 zum überführen der Schalteinheit aus dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand nach aufu/ärts (bezogen auf die Blickrichtung entsprechend Fig. 1) bewegt wird, das SF-6-Gas komprimiert wird. Dieser Überdruck erzeugt eine Gasströmung durch öffnungen 47 (siehe Fig. 1 und 2) des Blaskolbens 21 und die Schlitze zwischen den Kontaktzurigen 31 hindurch, d.h., die Gasströmung tritt in das Innere des Blaskolbens 21 und des Kontaktkörpers .19 ein, die, wie besonders deutlich aus Fig. 2 bis 7 zu ersehen ist, als Hohlkörper gestaltet sind, wobei der Blaskolben 21 in seinem von der Betätigungsstange 22 entfernten Endabschnitt eine den Korb der Kontaktzungen 31 umfassende Hülse 49 bildet. Dabei ist der Innendurchmesser der Hülse 49 in dem die Endbereiche 33 der Kontaktzurigen 3.1 umgebenden Hülsenabschnitt etwas größer als der Außendurchmesser des aus den Kontaktzungen 31 gebildeten Kontaktkorbes. Am äußeren Endbereich 51 der Hülse 49 verengt sich jedoch der Innnendurchmesser der Hülse 49, so daß diese mit ihrem Endbereich 51 einen Düsenkörper bildet, der die Größe einer Düsenöffnung 52 nach außen begrenzt, siehe Fig. 7. Bei sämtlichen Kolbenstellungen innerhalb des Bewegungsablaufes des Blaskolbens 21, bei denen der Kontaktstift 9 mit seinem Schaft 34 (Fig. 1 bis 3) oder mit seiner Endkappe 41 (Fig. 4) oder mit seinem Fortsatz 42 (Fig. 5 und 6) in die Düsenöffnung 52 eingreift, ist deren lichter Querschnitt auf einen schmalen Ringkanal 53 verengt, nämlich auf den Ringkanal, der die Außenseite des Schafts 34 bzw. der Endkappe 41 bzw. des Fortsatzes 42 umgibt. Bei den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Stellungen, in denen der Fortsatz 42 die innere Begrenzung dieses Ringkanales 53 bildet, dient der Fortsatz 42 also als zweiter Düsenkörper, der in Zusammenwirkung mit dem als erster Düsenkörper wirkenden Endbereich 51 der Hülse 49 den Düsenquerschnitt der Düse be-

/to

fit. immt. , durch dir; das über die öffnungen 4 7 in die Hülse 49 einst reimend ο Druckgas fms der Hülse 49 ausströmt.

Die Fig. 2 bis 7 zeigen beim Beweguηgsablauf des Blaskolbens 21 aus der Einschaltstellung in-die Ausschaltstellung aufeinanderfolgend erreichte Arbeitsstellungen. Bei der Arbeitsstellung entsprechend Fig. 3 beginnt sich die Abreißkontaktfläche der Endkappe 41 gerade von der Abreißkontaktzone 38 der Kontaktzungen 31 abzuheben, d.h., es handelt sich um den Beginn der Lichtbogenbildung. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, greift dabei der Kontaktstift 9 noch mit seinem Schaft 34 in die Düsenöffnung ein, die dadurch auf den Ringkanal 53 verengt i £> t, so daß sich in der Düse uine äußerst hohe Strömungsgeschwindigkeit des SF-6-Gases ergibt. Auch beim weiteren Bewegungsablauf brennt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, der Lichtbogen im Bereich dor Düsenöffnung, die auch bei diesem Stadium des Beu/egungsabJaufs auf den Ringkanal 53 verengt ist, da der Kontaktstift 9 noch mit seiner Endkappe 41 in die Düsenöffnung eingreift. Durch die entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit dea SF-6-Gases ergibt sich die gewünschte

, optimale Löschwirkung des Gasstroms. Fig. 5 zeigt ein Stadium, bei dem die Endkappe 41 bereits aus der Düsenöffnung ausgetreten ist. Gleichwohl ist der Düsenquerschnitt auf den schmalen Ringkanal 53 verengt, da nunmehr der Fortsatz 42 sich innerhalb der Düsenöffnung befindet. Trotz bereits ausgetretener Endkappe 41 des Kontaktstiftes 9 steht daher weiterhin ein Gasstrom hoher Strömungsgeschwindigkeit zur Bogenlöschung zur Verfügung, so daG der Lichtbogen sicher gelöscht wird. Wie Fig. 6 zeigt, bleibt der Düsenquerschnitt verengt, bis der Fortsatz 42 des Kontaktstiftes 9 zur Gänze aus dem Bereich der Düseηöffnung 52 ausgetreten ist, siehe Fig. 7. Das Aufrechterhalten fies Blasstroms mit hoher Geschwindigkeit auch noch bei dem in Fig. 6 gezeigten Stadium, bei dem der Lichtbogen normalerweise bereits gelöscht ist, hat noch den zusätzlichen Vorteil, daß die vom Lichtbogen ionisierten Partikel besonders schnell und zuverlässig aus dem Bereich des Kontaktkörpers 19 und des Knntaktstiftes 9 herausgeblasen und verwirbelt werden, so daß auch keine Gefahr eines Rückzündens des Lichtbogensbesteht. \

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Durch Vergleich der Fig. 4 bis 6 ist ohne weiteres zu ersehen, daß bereits bei der in Fig. 5 gezeigten Arbei tsstn 1.1 ung der Düsenquerschnitt auf die volle Größe der fiffnung 52 erweitert wäre, falls ein Kontaktstift 9-ohne den eine Endverlängerung bildenden Fortsatz 42 verwendet würde. Die Strömungsgeschwindigkeit des SF-6-Gasstroms wäre schlagartig auf einen geringen Wert abgefallen, so daß bei noch brennendem Lichtbogen eine sichere Löschung nicht gewährleistet wäre.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als weitere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

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Claims (1)

1. Patent a Π_?_Ι?_^Γ P 9^? 5

   1. Last- oder Leistungsschalter für Mi ttelspanriungsne tze, mit wenigstens einer einphasigen-Schalteinheit mit einem isoliergasgefüllten Löschkammergehäuse, dessen Innenraum als Blaszylinder ausgebildet ist, innerhalb dessen ein zusammen mit einem beweglichen Kontaktkörper längsverschiebbarer Blaskolben angeordnet ist, dessen Kolbenbewegung eine Strömung des Isoliergases innerhalb einer Düse hervorruft, die einen Düsenkörper in Form eines Hohlkörpers aus isolierendem Werkstoff besitzt, der bei in einander angenäherten Stellungen befindlichen Kontaktkürpem der Schalteinheit den Düsenquerschnitt auf einen Ringkanal begrenzt, der die Außenseite des einen der Kontaktkörper umgibt, der als runder Kontaktstift mit einer eine Abreißkontakt fläche bildenden Endkappe gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter aus isolierendem, Werkstoff gebildeter Düsenkörper in Form eines sich an die Endkappe ~(41):.des Kprrltaktsti f tes (9) anschließenden Fortsatzes (42) desselben.vorhanden ist, der eine gleichachsige, den Ringkanal (53) begrenzende Verlängerung des Kon taktstiftes (9) bildet.

   2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (42) einen runden Querschnitt hat und in dem an die Endkappe (41) des Kontaktstiftes (9) angrenzenden Bereich (45) einen dem Durchmesser der Endkappe (41) im wesentlichen entsprechenden Durchmesser besitzt.

   3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (42) an seinem freien Ende (46) abgerundet ist.

   4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekonnzeichnet, daß der Kontaktstift (9) mit dem als zweiter Düsonkörper dienenden Fortsatz (42) den feststehenden Kontaktkörper hil-

   det, der mit einem aus tulpenartig angeordneten Kontaktzungen (31) gebildeten, als beweglicher Kontaktkörper vorgesehenen Kontaktkjjprb zusammenwirkt, und daG der erste Düsenkörper durch einen Abschnitt (51) einer den Korb der Kontaktzungen (31) umfassenden Hülse (49) gebildet ist.

   !>. Schalter narh Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Hülse (49) in demjenigen Längenbereich derselben, der die Endbereiche (33) der Kontaktzunge η ,(31) umgibt, etwas größer ist als der Außendurchmesser des aus den Kontaktzunge η (31) gebildeten Koritaktkorbes, daß ein axial über die Enden der Kontaktzungen (31) vorspringend ausgebildeter Endbereich (51) der Hülse (49) den ersten Düsenkörper und zusammen mit dem Kontaktstift (9) sowie dem sich an diesen anschließenden Fortsatz (42) einen Ringkanal (53) bildet und daß der Innendurchmesser der Hülse (49) in diesem als erster Düsenkörper dienenden, vorspringenden Endbereich (5.1) gegenüber dem Innendurchmesser in dem den Kontaktkorb umgebenden Bereich verringert ist.

   6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der durch je einen den Durchtritt des Isoliergases gestattenden Schlitz voneinander getrennten Kontaktzungen (31) in ihrem äußersten Bereich (38), der dem den ersten Düsenkörper bildenden, vorspringend ausgebildeten Endbereich (51) der Hülse (49) am nächsten benachbart ist, wie die sich an den Fortsatz (42) anschließende Endkappe (41) des Kontaktstiftes (9) aus einem die Abreißkontaktfläche bildenden, abbrand festen Kontaktwerkstoff bestehen und daß die von diesem äußersten Bereich weiter entfernten Zonen (37) der Endbereiche (33) der Kontaktzungen (31) aus einem anderen- Werkstο ff gefertigt und als Hauptkontaktzonen vorgesehen sind.

   - 12/Zusammenfassung -