DE3736165C2 - Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, der in einem Isolier- und Löschmedium enthaltenden Schalterge­ häuse Schaltorgane aufweist, mit einem ersten, festen Kontakt, der mit einem ersten Teil der Strombahn verbunden ist, einem zweiten, beweglichen Messerkontakt, der an seinem einen Ende schwenkbar angelenkt ist, so daß der Spitzenteil des Messerkontaktes einer kreisbogenförmigen Bahn entlang läuft, und welcher Messerkontakt mit einem zweiten Teil der Strombahn verbunden ist, und einer ring­ förmigen Lichtbogenelektrode, die von einer Spule umgeben ist, die elektrisch in Serie mit der Lichtbogenelektrode und dem ersten Kontakt geschaltet und zwischen diesen angeordnet ist, wobei der Spitzenteil des Messerkontaktes in der EIN-Stellung des Schalters den ersten, festen Kontakt berührt, und beim Öffnen des Schalters zuerst ein Lichtbogen zwischen dem festen Kontakt und dem Messerkon­ takt und danach zwischen dem Messerkontakt und der Licht­ bogenelektrode entsteht, wobei ein von der Spule verur­ sachtes Magnetfeld den Lichtbogen in Drehung versetzt und ihn löscht.

Es ist allgemein bekannt, bei Stromschaltern eine Spule zu verwenden, die den Lichtbogen in Drehung versetzt. Beson­ ders nützlich ist sie bei Schaltern, die Schwefelhexa­ fluorid (SF₆) als Isolier- und Löschmedium des Gehäuses verwenden.

Bei solchen, die Technik eines rotierenden Lichtbogens benutzenden Schaltern war es immer schwer, zuverlässig zu sichern, daß der Lichtbogen in Drehung versetzt wird, und gleichzeitig doch eine Einrichtungskonstruktion zu schaffen, die so einfach wie möglich und wirtschaftlich lohnend ist. Zur Lösung dieser Probleme wurde schon früher eine Schalterkonstruktion entwickelt, in der der beweg­ liche Kontakt an seinem einen Ende angelenkt ist, wobei die Bewegungsbahn des Kontakts mit Hilfe der Gelenkstelle leicht zu bestimmen ist, und keine extra Steuerungen nötig sind. Auch Steuerelemente zum Bewegen des Kontakts sind dabei einfach auszuführen.

Ein Nachteil solcher Schalter war jedoch früher, daß der Strom in der EIN-Stellung der Kontakte über eine Spule lief und sie warm machte.

Die europäische Patentschrift 11 972 beschreibt einen Schalter, bei dem auch dieser Nachteil eliminiert ist. Der Schalter weist somit einen an seinem einen Ende angelenk­ ten, messerartigen Kontakt auf, dessen Spitzenteil einer kreisbogenförmigen Bahn entlang läuft. Eine ein Magnetfeld bildende Spule befindet sich außerhalb der Strombahn, wenn die Kontakte in der EIN-Stellung sind. Der messerartige Kontakt läuft beim Übergang zur AUS-Stellung gegen die Achse der Spule so, daß er eine Lichtbogenelektrode in kurzer Entfernung passiert und in seiner AUS-Stellung parallel zu der Achse der Spule bleibt. Der Nachteil dieser Konstruktion ist jedoch ihr mangelhaftes Aus­ schaltvermögen in dem ganzen Strombereich. Bei schwachen Strömen sind die magnetischen Kräfte nämlich nicht groß genug, den Fußpunkt des Lichtbogens zu der ringförmigen Lichtbogenelektrode, d. h. zu dem Lichtbogenring, zu ver­ schieben.

Bekannt ist ferner eine Schaltvorrichtung, bei der der bewegliche Kontakt hinsichtlich der Lichtbogenelektrode so angeordnet ist, daß sein Spitzenteil zwischen der EIN- und AUS-Stellung einen galvanischen Kontakt mit der Licht­ bogenelektrode bewirkt (US 38 89 082).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den in der EP 11 972 B1 beschriebenen Leistungsschalter so zu ver­ bessern, daß eine zuverlässige Ausschaltung im ganzen Strombereich erreicht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Messerkontakt hinsichtlich der Lichtbogen­ elektrode so angeordnet ist, daß sein Spitzenteil zwischen der EIN- und AUS-Stellung des Schalters einen galvanischen Kontakt mit der Lichtbogenelektrode bewirkt.

Der erfinderischen Grundgedanke ist es, zu sichern, daß der eine Fußpunkt des Lichtbogens auch bei schwachen Strömen zum festen Kontakt zu dem Lichtbogenring wechselt, und zwar dadurch, daß der Spitzenteil des Messerkontaktes den Lichtbogenring berührt, wenn er ihn passiert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Lichtbogenring ein aus Wolframkupfer ausgeform­ tes, auswärtsragendes Kommutierungsstück auf, das der Spitzenteil des Messerkontaktes während seiner Bewegung berührt.

Durch Gebrauch paralleler Messer in dem Messerkontakt wird eine möglichst billige und zuverlässige Kontaktkonstruk­ tion erhalten. Deshalb ist das auswärtsragende Kommu­ tierungsstück der vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schmäler als der feste Kontakt, d. h. schmäler als der Abstand zwischen den parallelen Messern in der EIN-Stellung des Schalters.

Außerdem ist es vorteilhaft, den Messerkontakt hinsicht­ lich des Lichtbogenrings so anzuordnen, daß sein Gelenk­ punkt sich außerhalb der Mittelachse der Spule befindet, und daß der Messerkontakt in der EIN-Stellung des Schalters parallel zu der Mittelachse der Spule ist. So wird bewirkt, daß der Spitzenteil des Messerkontakts sich in der AUS-Stellung weit entfernt von dem Lichtbogenring befindet. Dies verbessert bedeutend die Spannungs­ festigkeit der Schaltstrecke und das Ausschaltvermögen von schwachen Strömen so, daß der Durchmesser der Spule beim Übergang zu einer höheren Spannung nicht vergrößert werden braucht. Auch die Außenmaße des Schalters werden somit klein.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Beispiele gemäß den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schalterkonstruktion in der EIN- Stellung,
die Fig. 2 eine Draufsicht der Schalterkon­ struktion von der Richtung der Linie II-II der Fig. 1,
die Fig. 3 eine Seitenansicht der Schalterkon­ struktion der Fig. 1, aber in einer Stellung, in der der Messerkontakt einen galvanischen Kontakt mit der Lichtbogenelektrode bewirkt, und
die Fig. 4 auch eine Seitenansicht der Schalter­ konstruktion in der AUS-Stellung des Schalters.

Die Figuren zeigen nur die für die Erfindung wesentlichen Teile, und zum Beispiel die Gehäusekon­ struktion wird in keinen anderen Figuren als in Fig. 1 gezeigt.

In Fig. 1 wird eine in einem Gehäuse 1 an­ gebrachte Schalterkonstruktion gezeigt. Das Gehäuse ist gasdicht und enthält ein Lösch- und Isoliermedium, das vorzugsweise Schwefelhexafluorid (SF₆) ist. Die Schalterkonstruktion umfaßt einen langgestreckten, festen Kontakt 2, der mit einem ersten Teil 3a der Strombahn verbunden ist, und einen beweglichen Messer­ kontakt 4, der aus zwei parallelen Messern 4a und 4b (Fig. 2) besteht. Der Messerkontakt 4 ist mit einem zweiten Teil 3b der Strombahn verbunden. Auf dem festen Kontakt 2 ist eine ringförmige Lichtbogenelektrode, d. h. ein Lichtbogenring 5 angeordnet, der von einer Spule 6 umgeben ist. Die Spule ist schmäler als der Lichtbogenring 5, und sie ist elektrisch in Serie mit dem Lichtbogenring geschaltet, wobei ein Lichtbogenstrom von dem Lichtbogenring 5 über die Spule 6 zu dem festen Kontakt 2 läuft. Der Lichtbogenring 5 ist mittels eines Isolierstücks 7 an dem festen Kontakt 2 befestigt. Am unteren Teil des Lichtbogenrings 5 ist außerdem ein Kommutierungsstück 8 angeordnet, das an der End­ fläche des Lichtbogenrings 5 vorspringt. Der Messer­ kontakt 4 ist an seinem dem zweiten Teil 3b der Strom­ bahn zugewandten Ende mittels eines Gelenkzapfens 9 so angelenkt, daß die Messer 4a und 4b sich in einer später zu beschreibenden Weise um eine Gelenkachse A (Fig. 2) drehen. Die Gelenkstelle der Messer befindet sich auch in der Mittelebene C des festen Kontakts 2, und in der EIN-Stellung des Schalters gemäß Fig. 1 sind die Messer 4a und 4b wesentlich parallel zu der Mittelachse B der Spule 6. Ungefähr in der Mitte der Messer ist ein Steuerarm 10 angelenkt, der seiner­ seits mit einem zweiten Steuerarm 11 durch ein Gelenk verbunden ist. Mit Hilfe der Steuerarme 10 und 11 wird der Messerkontakt 4 in einer später anzufüh­ renden Weise mit außerhalb des Gehäuses 1 befindlichen Steuerelementen bewegt. Die Steuerelemente sind nicht einzeln angeführt, weil sie zu dem Umfang der eigent­ lichen erfinderischen Idee nicht gehören.

In Fig. 2 werden Federn 12 schematisch gezeigt, womit die Messer 4a und 4b gegen einander gepreßt werden, um eine geeignete Kontaktkraft an Kontaktflächen zu bewirken. Wenn der Strom in den parallelen Messern 4a und 4b läuft, werden sie gegen einander gezogen, weshalb die Kontaktkraft größer wird, wenn es nötig ist. So ist es möglich, eine kleine Kontaktkraft gebende Federn zu verwenden, und ein hohes mechanisches Alter für die Kontakte zu erreichen. Aus Fig. 2 ist auch ersichtlich, daß das an der Endfläche des Lichtbogen­ rings 5 vorspringende Kommutierungsstück 8, das aus Wolframkupfer besteht, in der querlaufenden Richtung der Messer schmäler ist als der gegenseitige Abstand zwischen den Messern 4a und 4b in der EIN-Stellung des Schalters.

Im folgenden wird die Funktion der erfindungs­ gemäßen Schalterkonstruktion außer unter Hinweis auf die Fig. 1 und 2, auch unter Hinweis auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. In der EIN-Stellung des Schalters berührt der Spitzenteil 4c eines Messerkontakts 4 einen festen Kontakt 2 gemäß den Fig. 1 und 2, wobei der Strom über den festen Kontakt 2 und Messer 4a und 4b aus einem ersten Teil 3a der Strombahn zu einem zweiten Teil der Strombahn läuft. Eine Öffnung des Schalters erfolgt mit den früher erwähnten Steuerele­ menten mit Hilfe von Steuerarmen 10 und 11. Am Anfang einer Ausschaltung lösen sich die Messer 4a und 4b von dem Hauptkontakt 2, wobei ein Lichtbogen zwischen den Messern und dem festen Kontakt 2 entsteht. Nachdem die Messer sich von dem festen Kontakt 2 gelöst haben, kommen sie unter der Einwirkung von Federn 12 aufeinander zu, wobei ihr Spitzenteil 4c einen galva­ nischen Kontakt mit einem Kommutierungsstück 8 bewirkt, das schmäler als der feste Kontakt ist. Diese Phase der Öffnungsbewegung wird in Fig. 3 gezeigt. Ein Teil des Stroms läuft jetzt über eine Spule 6 und löscht gewöhnlich schon in dieser Phase den Lichtbogen zwischen den Messern oder dem Kommutierungsstück und dem festen Kontakt 2. Während der Messerkontakt 4 seine Öffnungs­ bewegung gemäß dem Pfeil D der Fig. 3 fortsetzt, löst er sich von dem Koinmutierungsstück 8, wobei der eigentliche Lichtbogen zwischen dem Messerkontakt 4 und einem Lichtbogenring 5 (dem Kommutierungsstück 8) entsteht, d. h. der eine Fußpunkt des Lichtbogens hat sich jetzt von dem festen Kontakt 2 zu dem Lichtbogen­ ring 5 verschoben. Der Lichtbogenstrom läuft jetzt über die Spule 6, wobei das von der Spule verursachte Magnetfeld den Lichtbogen in einer bekannten Weise in Drehung versetzt und ihn löscht. Dadurch daß der Lichtbogenring 5 in der oben beschriebenen Weise mittels eines Isolierstücks 7 an dem festen Kontakt 2 befestigt wird, wird ein Rotieren des Lichtbogenrings 5 unter der Einwirkung magnetischer Kräfte verhindert, wodurch gesichert wird, daß das Kommutierungsstück 8 an seinem rechten Platz bleibt. Zugleich vermindern sich die sich auf die Spule 6 richtenden Beanspruchungen.

Der Messerkontakt 4 setzt noch mit seiner Bewegung in die in Fig. 4 gezeigte AUS-Stellung des Schalters fort, wo der Spitzenteil 4c des Kontakts deutlich oberhalb der Mittelachse B der Spule 6 ge­ stiegen ist. Der Lichtbogen erlöscht entweder schon während der Bewegung des Messerkontakts 4 oder erst nachdem der Messerkontakt seine AUS-Stellung erreicht hat. Die Löschstelle ist von der Stromphase abhängig, d. h. von der Lage des Nullstelle des Stroms hinsichtlich des Ausschaltungsaugenblicks. In der AUS-Stellung befindet sich der Spitzenteil 4c der Messer weit entfernt von dem Lichtbogenring, wobei die Schaltstrecke eine gute Spannungsfestigkeit aufweist.

Obgleich die Erfindung oben unter Hinweis auf die Beispiele gemäß den beigefügten Zeichnungen beschrieben wird, ist es klar, daß sie sich nicht darauf beschränkt, sondern sie kann im Rahmen der in den beigefügten Patentansprüchen angeführten erfinde­ rischen Idee variiert werden. So können zum Beispiel die Federn oder die Feder, die die Messer gegen einander ziehen oder zieht, sich auch zwischen den Messern befinden. Der Messerkontakt kann auch aus einem Messer bestehen, wobei das Kommutierungsstück 8 z. B. mit vorspringenden Verzweigungen versehen wäre, zwischen welchen das Messer laufen würde. Durch eine solche Anordnung würde jedoch schon ein Teil der oben­ beschriebenen Vorteile der Konstruktion verloren gehen.

Claims (5)

1. Leistungsschalter, der in einem Isolier- und Löschmedium enthaltenden Schaltergehäuse Schaltorgane aufweist, mit

• - einem ersten, festen Kontakt, der mit einem ersten Teil der Strombahn verbunden ist,
• - einem zweiten, beweglichen Messerkontakt, der an seinem einen Ende schwenkbar angelenkt ist, so daß der Spitzenteil des Messerkontakts einer kreisbogen­ förmigen Bahn entlang läuft, und welcher Messerkontakt mit einem zweiten Teil der Strombahn verbunden ist, und
• - einer ringförmigen Lichtbogenelektrode, die von einer Spule umgeben ist, die elektrisch in Serie mit der Lichtbogenelektrode und dem ersten Kontakt geschaltet und zwischen diesen angeordnet ist,

wobei der Spitzenteil des Messerkontakts in der EIN-Stellung des Schalters den ersten, festen Kontakt berührt, und beim Öffnen des Schalters zuerst ein Lichtbogen zwischen dem festen Kontakt und dem Messer­ kontakt und danach zwischen dem Messerkontakt und der Lichtbogenelektrode entsteht, wobei ein von der Spule verursachtes Magnetfeld den Lichtbogen in Drehung versetzt und ihn löscht, dadurch gekennzeichnet, daß der Messerkontakt (4) hinsichtlich der Lichtbogen­ elektrode (5) so angeordnet ist, daß sein Spitzenteil (4c) zwischen der EIN- und der AUS-Stellung des Schalters einen galvanischen Kontakt mit der Lichtbogenelektrode (5) bewirkt.

2. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Lichtbogenelektrode (5) ein an der End­ fläche des Rings vorspringendes Kommutierungsstück 8 aufweist, das der Spitzenteil (4c) des Messerkontakts berührt.

3. Leistungsschalter nach Patentanspruch 2, in dem der Messerkontakt (4) aus zwei mit Federn versehenen parallelen Messern (4a, 4b) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kommutierungsstücks (8) kleiner ist als der Abstand zwischen den Messern (4a, 4b) in der EIN-Stellung des Schalters, wobei der Messerkontakt das Kommutierungs­ stück (8) erst dann berührt, wenn es sich ganz von dem festen Kontakt (2) gelöst hat.

4. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkstelle des Messerkontakts (4) sich außerhalb der Mittelachse (B) der Spule (6) befindet, und daß der Messerkontakt (4) in der EIN-Stellung des Schalters parallel zu der Mittelachse (B) der Spule ist.