DE4114632A1 - Druckgas-leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgas-Leistungsschalter mit einem Kontaktrohr zur Führung eines Schaltstromes und mit einem das Kontaktrohr umgebenden, ringförmigen Steuerelement, durch das eine Durchgangsöffnung zwischen einem Hochdruckraum und einem Abströmraum zur Steuerung eines Löschgasstromes ganz oder teilweise verschließbar ist und das aus wenigstens zwei Steuerkörpern besteht, von denen wenigstens einer beweglich geführt ist und die je einen ferromagnetischen Teilringkörper zur Betätigung der Steuerkörper durch die magnetische Wirkung des Schaltstromes aufweisen.

Ein solcher Druckgas-Leistungsschalter ist aus der DE-AS-11 99 365 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Schalter ist ein ringförmiges Steuerelement zur Steuerung eines Lösch­ gasstromes in Abhängigkeit von dem zu schaltenden Strom (Schaltstrom) vorgesehen. Das Steuerelement besteht aus zwei ferromagnetischen Steuerkörpern, die durch die magnetische Wirkung des Schaltstomes einander anziehen und einen Strö­ mungskanal für das Löschgas freigeben. Der Steuermechanismus ist dabei unabhängig von dem in der Umgebung des Steuerele­ mentes herrschenden Löschgasdruck.

Aus der DE-PS-6 78 029 ist ein Schalter bekannt, bei dem ein Ringschieber zur Steuerung eines Löschgasstromes durch den Abschaltstrom gesteuert wird. Es sind zu diesem Zweck zwei ferromagnetische Teilringkörper vorgesehen, die einander durch die magnetische Wirkung des Schaltstromes anziehen und somit eine Betätigung des Ringschiebers bewirken.

Die beschriebenen Vorrichtungen erlauben lediglich eine Steue­ rung des Löschgasstromes unter Berücksichtigung des Schalt­ stromes. Der während des Schaltvorganges entwickelte Lösch­ gasdruck bleibt dabei außer Betracht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druck­ gas-Leistungsschalter zu schaffen, der eine Steuerung des Löschgasstromes mittels eines sowohl strom- als auch druckab­ hängig arbeitenden Steuerelements ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei einem Druckgas-Leistungsschalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß wenigstens ein erster und ein zweiter Steuerkörper in axialer Richtung des Kontaktrohres hintereinander angeordnet sind, von denen der erste, im wesentlichen ringförmig ausgebildete und das Kon­ taktrohr wenigstens zum Teil umgebende Steuerkörper die Durch­ gangsöffnung unter Freilassung wenigstens eines Durchgangs­ loches abdeckt, welches durch den zweiten Steuerkörper gegen die Kraftwirkung des Gasdrucks in dem Hochdruckraum verschließ­ bar ist.

Dadurch, daß die beiden Steuerkörper in axialer Richtung des Kontaktrohres hintereinander angeordnet sind und daß das Durchgangsloch des ersten Steuerkörpers nur gegen die Kraft­ wirkung des Gasdruckes in der Hochdruckkammer durch den zweiten Steuerkörper verschließbar ist, wirken bei der Betä­ tigung der Steuerkörper stets die pneumatischen Kräfte des Löschgasdrucks in der Hochdruckkammer zusammen mit den magnetischen Kräften des Schaltstromes. Diese Kräfte sind im Schaltfall einander entgegengesetzt. Die pneumatische Kraft des Gasdrucks in der Hochdruckkammer bewirkt eine Kraft in Öffnungsrichtung des Steuerelements, während die magnetische Wirkung des Abschaltstromes auf die ferromagnetischen Teilring­ körper eine Kraft in Schließrichtung bewirkt. Dadurch bleibt das Steuerelement bei hohen Abschaltströmen geschlossen, wo­ durch der Aufbau eines hohen Löschgasdruckes in der Hochdruck­ kammer ermöglicht ist. Übersteigt der Gasdruck in der Hoch­ druckkammer allerdings einen Grenzwert, der durch die Dimensionierung des Steuerelementes gegeben ist, so öffnet das Steuerelement und läßt Löschgas aus dem Hochdruckraum ausströ­ men. Der Hochdruckraum steht mit dem Lichtbogenraum in Verbin­ dung. Der Löschgasdruck im Lichtbogenraum ist somit in Abhän­ gigkeit von der Stromstärke des Abschaltstromes steuerbar. Da­ bei wirkt der Löschgasdruck selbst zusätzlich als Eingangs­ größe auf das Steuerelement, so daß die Einhaltung bestimmter wählbarer Grenzwerte für den Löschgasdruck jeweils in Abhängig­ keit vom Schaltstrom gewährleistet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der erste und der zweite Steuerkörper in axialer Richtung des Kontaktrohres mittels Federkraft zusammengedrückt werden.

Durch die zusätzlich auf die Steuerkörper wirkende Federkraft kann der Arbeitspunkt des Steuerelementes eingestellt werden. Es ist auch denkbar, den Arbeitspunkt so einzustellen, daß die Steuerkörper durch die Federkraft auseinandergehalten werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß jeder der ferromagnetischen Teilringkörper aus mehreren getrennten ferromagnetischen Ringsegmenten mit zwischen ihnen angeordneten radialen Schlitzen besteht und daß die Teilringkörper derart koaxial zueinander angeordnet sind, daß die Ringsegmente des einen Teilringkörpers jeweils die Schlitze des anderen Teilringkörpers abdecken.

Die ferromagnetischen Teilringkörper sind denkbar einfach auf­ gebaut und in sehr wirtschaftlicher Weise herstellbar, bei­ spielsweise durch Zersägen von ferromagnetischen Ringscheiben. Es können beispielsweise zwei Ringscheiben gleichen Durchmes­ sers jeweils mit vier um 90° versetzten Schlitzen durchsetzt und um 45° gegeneinander verdreht koaxial zueinander angeord­ net werden. Da die Ringscheiben das Kontaktrohr ringförmig um­ geben, wird sich im Schaltfall ein Magnetfeld koaxial zum Kon­ taktrohr ausbilden. Der magnetische Fluß hat das Bestreben, innerhalb der ferromagnetischen Körper zu verlaufen. An den Schlitzen des einen Teilringkörpers hat der magnetische Fluß jeweils das Bestreben, in den anderen Teilringkörper auszu­ weichen und den Schlitz somit zu umgehen. Dadurch entsteht ein mäanderförmiger Verlauf des magnetischen Flusses in Umfangs­ richtung der Teilringkörper. Da der magnetische Fluß zusätz­ lich das Bestreben hat, seinen Verlaufsweg zu verkürzen, ziehen die beiden Teilringkörper einander durch die magne­ tische Wirkung des Abschaltstromes an. Es ist also durch den beschriebenen Aufbau eine konstruktiv sehr einfache Gestaltung des magnetischen Antriebs für das Steuerelement gegeben.

Um einen mechanisch stabilen Aufbau des Steuerlementes zu gewährleisten, ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vor­ gesehen, daß der dem Hochdruckraum zugewandte Steuerkörper feststehend ausgebildet ist und daß die ferromagnetischen Ringsegmente des dem Abströmraum zugewandten Steuerkörpers einzeln auf an dem dem Hochdruckraum zugewandten Steuerkörper befestigten Bolzen beweglich geführt sind.

Dadurch, daß die Ringsegmente des dem Abströmraum zugewandten Steuerkörpers einzeln beweglich geführt sind, wird ein Verkan­ ten dieses Steuerkörpers während der Schaltbewegung verhin­ dert. Durch die Bolzen ist eine zuverlässige Führung gewähr­ leistet. Die Bolzen können gleichzeitig Schraubenfedern auf­ nehmen, die ein Andrücken der Ringsegmente an den dem Hoch­ druckraum zugewandten Steuerkörper bewirken. Die Bolzen können außerdem mittels eines Gewindes in den dem Hochdruckraum zuge­ wandten Steuerkörper eingeschraubt sein, so daß durch das mehr oder weniger tiefe Einschrauben der Bolzen die Vorspannung der Federn eingestellt werden kann. Der Arbeitspunkt des Steuerele­ mentes ist dann auf besonders einfache Weise einstellbar.

Bei einem Druckgas-Leistungsschalter, der eine mechanische Kompressionsvorrichtung für das Löschgas in Form eines beweg­ lichen, mit der Antriebseinrichtung des Schalters verbundenen Kompressionszylinders aufweist, wie z. B. der in der DE-OS-31 34 645 beschriebene Schalter, ist die Erfindung besonders vorteilhaft dadurch zu gestalten, daß das Steuer­ element einen feststehenden Kompressionskolben bildet, gegen den der Kompressionszylinder bewegbar ist. Der Kompressions­ kolben ist dann vorteilhaft in der Nähe des Lichtbogenraums angeordnet, so daß der auf das Steuerelement wirkende Lösch­ gasdruck in guter Näherung dem im Lichtbogenraum wirkenden Löschgasdruck entspricht. Dadurch reagiert das Steuerelement direkt auf die in der Nähe des Lichtbogens gegebenen Bedingungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt jeweils schematisch

Fig. 1 zwei Halbschnitte des Kontaktrohres mit dem Steuerele­ ment,

Fig. 2 eine Untersicht auf das Steuerelement ohne die Bolzen.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Kontaktrohr 1, das von einem ringförmigen Steuerelement 2 und einem Kompressionszylinder 3 koaxial umgeben ist. Der linke Halbschnitt der Fig. 1 zeigt das Steuerelement 2 in geöffneter, der rechte Halbschnitt in geschlossener Stellung.

Zwischen dem Kontaktrohr 1 und dem Kompressionszylinder 3 ist eine Durchgangsöffnung 4 gebildet, die durch das ringförmige Steuerelement 2 verschließbar ist. Das Steuerelement 2 bildet den Boden eines feststehenden Kompressionskolbens. Das Steuer­ element 2 besteht aus einem ersten Steuerkörper 5, der dem Hochdruckraum 6 zugewandt ist, und einem in axialer Richtung des Kontaktrohres 1 hinter dem ersten Steuerkörper 5 liegenden zweiten Steuerkörper 7.

Der erste Steuerkörper 5 besteht aus einer Isolierstoffplatte 8, die zwischen dem Kontaktrohr 1 und dem Kompressionszylinder 3 ortsfest angeordnet ist, und einem auf der Isolierstoff­ platte 8 befestigten, mehrteiligen ferromagnetischen Teilring­ körper 9. Der Teilringkörper 9 besteht aus vier Ringsegmenten 26, 27, 28, 29, die jeweils etwa 90° des gesamten Teilringkör­ pers 9 umfassen. Zwischen den Ringsegmenten 26, 27, 28, 29 sind Schlitze 10 angeordnet, durch die der zum Kontaktrohr 1 koaxiale magnetische Fluß unterbrochen ist.

Der zweite Steuerkörper 7 besteht aus vier unabhängig vonein­ ander beweglichen Ringsegmenten 11, 12, 13, 14, von denen jedes einen etwa 90° umfassenden Teilabschnitt des zweiten Steuerkörpers 7 bildet. Auch die beweglichen Ringsegmente 11, 12, 13, 14 sind jeweils durch radial verlaufende Schlitze 15 voneinander getrennt.

Die Ringsegmente 11, 12, 13, 14 weisen jeweils vier Bohrungen 16, 17, 18, 19 auf, die zusammen mit an dem ersten Steuer­ körper 5 befestigten Bolzen 20, 21, 22, 23 die Führungen für die Ringsegmente 11, 12, 13, 14 bilden. Die Bolzen 20, 21, 22, 23 dienen außerdem zur Halterung von Schraubenfedern 30, die eine Andruckkraft auf die Ringsegmente 11, 12, 13, 14 gegen den ersten Steuerkörper 5 bewirken. Die Bolzen 20, 21, 22, 23 sind über Gewinde in den ersten Steuerkörper 5 verschraubt, wodurch eine Einstellmöglichkeit für die Federvorspannung gegeben ist.

Im geschlossenen Zustand, wenn die Summe aus der Federkraft und der magnetischen Kraftwirkung des Abschaltstroms auf den zweiten Steuerkörper 7 die pneumatische Wirkung des Löschgasdruckes im Hochdruckraum überwiegt, liegen der erste Steuerkörper 5 und der zweite Steuerkörper 7 dicht aneinander an, so daß die Ring­ segmente 11, 12, 13, 14 des zweiten Steuerkörpers 7 die in dem ersten Steuerkörper 5 und der Isolierstoffplatte 8 angeordeten Durchgangslöcher 24 verschließen. Dann ist durch das Steuer­ element 2 die Durchgangsöffnung 4 vollkommen verschlossen und der Hochdruckraum 6 ist vom Abströmraum 25 abgeschottet.

Im anderen, im linken Halbschnitt der Fig. 1 dargestellten Fall überwiegt die pneumatische Kraft des Löschgasdruckes die anderen Kräfte und die beweglichen Ringsegmente 11, 12, 13, 14 heben von dem ersten Steuerkörper 5 ab. In diesem Fall kann das Löschgas aus dem Hochdruckraum 6 durch die Durchgangs­ löcher 24, durch den Zwischenraum zwischen dem ersten Steuer­ körper 5 und den Ringsegmenten 11, 12, 13, 14 und dann durch die radialen Schlitze 15 zwischen den Ringsegmenten 11, 12, 13, 14 in den Abströmraum 25 ausströmen.

In diesem Fall wird, wenn der im Hochdruckraum 6 zur Verfügung stehende Löschgasdruck für eine zuverlässige Löschung des Lichtbogens ausreicht, durch das Abströmen des Löschgases der Antrieb des Kompressionszylinders 3 entlastet.

Außerdem ist bei niedrigen abzuschaltenden Strömen, wenn die magnetische Wirkung des Abschaltstromes gering ist, gewährleistet, daß das Steuerelement 2 schon bei relativ geringen Löschgasdrucken im Hochdruckraum 6 öffnet, so daß der für die Lichtbogenlöschung zur Verfügung stehende Löschgas­ druck nicht so groß ist, daß er den Lichtbogen vor dem Strom­ nulldurchgang löschen und damit durch ein vorzeitiges Abreißen des Stromes induktive Spannungsüberhöhungen hervorrufen würde.

Claims (5)

1. Druckgas-Leistungsschalter mit einem Kontaktrohr zur Führung eines Schaltstromes und mit einem das Kontaktrohr umgebenden, ringförmigen Steuerelement, durch das eine Durchgangsöffnung zwischen einem Hochdruckraum und einem Abströmraum zur Steuerung eines Löschgasstromes ganz oder teilweise verschließbar ist und das aus wenigstens zwei Steuerkörpern besteht, von denen wenigstens einer beweglich geführt ist und die je einen ferromagnetischen Teilringkörper zur Betätigung der Steuerkörper durch die magnetische Wirkung des Schaltstromes aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein erster (5) und ein zweiter (7) Steuerkörper in axialer Richtung des Kontaktrohres (1) hintereinander angeordnet sind, von denen der erste, im wesentlichen ringförmig ausgebildete und das Kontaktrohr (1) wenigstens zum Teil umgebende Steuer­ körper (5) die Durchgangsöffnung (4) unter Freilassung wenigstens eines Durchgangsloches (24) abdeckt, welches durch den zweiten Steuerkörper (7) gegen die Kraftwirkung des Gasdrucks in dem Hochdruckraum (6) verschließbar ist.

2. Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Steuerkörper (5, 7) in axialer Richtung des Kontaktrohres (1) mittels Federkraft zusammengedrückt werden.

3. Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ferromagnetischen Teilringkörper aus mehreren getrennten ferro­ magnetischen Ringsegmenten (11, 12, 13, 14; 26, 27, 28, 29) mit zwischen ihnen angeordneten radialen Schlitzen (10; 15) besteht und daß die Teilringkörper derart koaxial zueinander angeordnet sind, daß die Ringsegmente (11, 12, 13, 14; 26, 27, 28, 29) des einen Teilringkörpers jeweils die Schlitze (10; 15) des anderen Teilringkörpers abdecken.

4. Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hochdruckraum (6) zugewandte Steuerkörper (5) feststehend ausgebildet ist und daß die ferromagnetischen Ringsegmente (11, 12, 13, 14) des dem Abströmraum (25) zugewandten Steuerkörpers (7) einzeln auf an dem dem Hochdruckraum (6) zugewandten Steuerkörper (5) befestigten Bolzen (20, 21, 22, 23) beweglich geführt sind.

5. Druckgas-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (2) einen feststehenden Kompressions­ kolben bildet, gegen den ein Kompressionszylinder (3) bewegbar ist.