DE69822369T2

DE69822369T2 - Leistungsschalter mit einem Einschaltwiderstand

Info

Publication number: DE69822369T2
Application number: DE69822369T
Authority: DE
Inventors: Michel Perret
Original assignee: Areva T&D SAS
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: DE69822369D1; EP0884745A1; RU2157016C2; US5955715A; BR9802002A; ATE262216T1; CA2239239A1; EP0884745B1; CA2239239C; CN1089939C; CN1202716A; FR2764728A1; FR2764728B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, welcher einen ersten permanenten Kontakt und einen ersten Lichtbogenkontakt aufweist, welche feststehend in einem Gehäuse angebracht sind, einen zweiten permanenten Kontakt und einen zweiten Lichtbogenkontakt, welche beweglich in dem Gehäuse einer bestimmten Längsrichtung folgend angebracht sind und dazu bestimmt sind, mit den ersten feststehenden Kontakten zusammenzuwirken, sowie ein Zwischenschaltsystem eines Schließwiderstandes, wobei die zweiten beweglichen Kontakte Teil eines Bauteils sind, welches eine Blasdüse trägt.
Ziel der Erfindung ist es, ein Zwischenschaltsystem mit Schließwiderstand für einen solchen Leistungsschalter aufzuzeigen, welcher eine einfache Bauart hat und welcher ermöglicht, eine gute Kompaktheit der Einheit mit einem Minimum an beweglichen Teilen zu erhalten. Die Schrift DE 34 11 445 beschreibt einen Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, dass erste permanente Kontakt feststehend ist und das Zwischenschaltsystem des Widerstandes einen dritten Lichtbogenkontakt trägt, welcher dazu bestimmt ist, mit einem vierten feststehenden Lichtbogenkontakt, der mit dem feststehenden permanenten Kontakt verbunden ist, zusammenzuwirken, wobei der Block, welcher durch seine Verschiebung halbbeweglich ist, den dritten und vierten Lichtbogenkontakt einander näher bringt, um den, Schließwiderstand kurzzuschließen, während der erste und zweite Lichtbogenkontakt miteinander verbunden sind und die permanenten Kontakte voneinander getrennt sind, wobei die permanenten Kontakte nur miteinander verbunden sind, nachdem der dritte und vierte Lichtbogenkontakt miteinander verbunden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der halbbewegliche Block ein konisch geformtes Ende auf, welches sich bei dem Schließvorgang des Leistungsschalters in die trichterförmige Blasdüse einfügt. Auf diese Weise werden Stöße zwischen der Düse und dem halbbeweglichen Block unterdrückt, wenn diese miteinander in Kontakt kommen, und man erhält eine Verschiebungsgeschwindigkeit des halbbeweglichen Blocks, welche mit jener der ersten beweglichen Kontakte beim Schließen des Leistungsschalters identisch ist.
Der halbbewegliche Block ist röhrenförmig und weist eine Feder auf, welche bei dem Schließvorgang des Leistungsschalters zusammengedrückt wird, und eine Kammer, die sich während dieses Schließvorgangs mit Gas füllt, derart, dass beim Öffnen des Leistungsschalters die Feder durch ihr Ausdehnen automatisch den halbbeweglichen Block in Richtung der Verschiebung der ersten Lichtbogenkontakte und permanenten Kontakte verschiebt, um den dritten und vierten Lichtbogenkontakt zu trennen. Die Verschiebung des halbbeweglichen Blocks beim Öffnen des Leistungsschalters wird jedoch verzögert und verlangsamt im Vergleich zu der Verschiebung des ersten Lichtbogenkontakts und permanenten Kontakts, da das Ausdehnen der Feder von einer notwendigen Entleerung des Gases aus der Kammer durch kalibrierte Öffnungen begleitet wird.
Ein Beispiel einer Ausführungsform des Leistungsschalters gemäß der Erfindung wird nachstehend genauer beschrieben und in den Zeichnungsfiguren dargestellt.
1 zeigt schematisch einen Leistungsschalter gemäß der Erfindung in vollständig geöffneter Position.
2 zeigt schematisch den Leistungsschalter aus 1 in einer ersten Zwischenposition des Schließens.
3 zeigt schematisch den Leistungsschalter aus 1 in einer zweiten Zwischenposition des Schließens.
4 zeigt schematisch den Leistungsschalter aus 1 in vollständig geschlossener Position.
5 zeigt schematisch den Leistungsschalter aus 1 in einer ersten Zwischenposition des Öffnens.
6 zeigt schematisch den Leistungsschalter aus 1 in einer zweiten Zwischenposition des Öffnens.
Der zum Teil in den Figuren dargestellte Leistungsschalter weist einen zylindrisches isolierendes Gehäuse 1 auf, beispielsweise aus Porzellan, welches einen inneren Raum 2 abgrenzt, der mit einem nicht-leitenden Gas wie SF6 unter einem Druck von mehreren Bar gefüllt ist.
Der Leistungsschalter ist ein Leistungsschalter mit einfacher Bewegung, das heißt mit einem einzigen beweglichen Bauteil mit Lichtbogenkontakten und permanenten Kontakten, und weist ein Zwischenschaltsystem eines Schließwiderstandes auf, dessen Aufbau ermöglicht, auf einfache Weise die Dauer des Zwischenschaltens des Schließwiderstandes des Leistungsschalters zu kontrollieren, wobei der Widerstand nicht bei Öffnung des Leistungsschalters zwischengeschaltet werden darf.
Der Schließwiderstand 4 besteht aus einem Stapel von Widerständen, welche in einem isolierenden Träger 5 angeordnet sind, der im Innern des Gehäuses an einem Ende angeordnet ist. Der Schließwiderstand 4 ist ein elektrischer Kontakt mit einem Metallblock 6, auf welchem eine Metallstange 7 befestigt ist, die sich axial im Gehäuse erstreckt. In der in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Schließwiderstand 4 axial im Gehäuse, aber es kann auch eine nicht-mittige Vorrichtung des Widerstandes im Gehäuse vorgesehen werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Der feststehende Lichtbogenkontakt 8 ist am freien Ende der Stange 7 angeordnet. Der feststehende permanente Kontakt 9 ist an einem Ende eines Metallrohrs 9A, welches koaxial um die Stange 7 angeordnet ist, angeordnet. Ein isolierender Konus 10 wird wahlweise vorgesehen, um die Stange 7 im Innern des Rohrs 9A zu halten. Die beiden Kontakte 8 und 9 wirken mit Lichtbogenkontakt 11 und permanentem Kontakt 12 zusammen, welche Teil eines beweglichen Bauteils entlang der Achse 3 bilden und eine trichterförmige Blasdüse 13 tragen.
Das Zwischenschaltsystem des Schließwiderstandes 4 weist einen röhrenförmigen halbbeweglichen Metallblock 14 auf, der so angebracht ist, dass er auf der Stange 7 gleiten kann, das heißt, entlang der Achse 3. Der halbbewegliche Block 14 ist elektrisch mit der Stange 7 durch Gleitkontakte 17 verbunden. Er trägt einen ersten trichterförmigen Lichtbogenkontakt 15, nachfolgend erster Kommutationskontakt genannt, der dazu bestimmt ist, mit einem anderen ringförmigen Lichtbogenkontakt 16 zusammenzuwirken (nachfolgend zweiter Kommutationskontakt genannt), welcher im Inneren des zylindrischen Rohrs 9A angeordnet ist und elektrisch mit diesem verbunden ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Aufbau des Zwischenschaltsystems des Widerstands im Wesentlichen axial im Gehäuse angeordnet ist, welches dementsprechend einen relativ geringen Durchmesser haben kann.
Wie in den Zeichnungsfiguren sichtbar ist, hat der halbbewegliche Block 14 ein Ende, welches der Blasdüse 13 gegenüberliegt, mit konischer Form, welche angepasst ist, um sich in die Düse einzufügen. Die andere Seite des Endes (linke Seite in den Zeichnungsfiguren) des halbbeweglichen Blocks 14 schließt hinter einem Presskolben 18 ab, der durch eine einstückig mit der Stange 7 ausgebildete Krone gebildet ist.
Eine Feder 20 ist angebracht zwischen dem Kolben 18 und einem Vorsprung, der hinter dem konischen Ende des halbbeweglichen Blocks angeordnet ist. Der zwischen dem Kolben und der anderen Seite des Endes abgegrenzte Raum bildet eine Kammer 19 mit variablem Volumen. Die Kammer 19 in dem halbbeweglichen Block steht mit dem inneren Raum des Rohrs 9A durch Öffnungen 21 in Verbindung.
Die Arbeitsweise des Zwischenschaltsystems mit Schließwiderstand des Leistungsschalters ist wie folgt.
In 1 ist der Leistungsschalter in einer vollständig geöffneten Position. Die feststehenden Kontakte 8 und 9 sind durch bewegliche Kontakte 11 und 12 getrennt. Der Kontakt 15 ist von Kontakt 16 getrennt. Die Feder 20 in dem halbbeweglichen Block ist vollständig ausgedehnt und der Raum zwischen dem Kolben 18 und der linken Seite des halbbeweglichen Blocks ist minimal.
Wie in der Zeichnungsfigur ersichtlich wird, sind die Lichtbogenkontakte 8 und 11 durch die Bauart bedingt weniger voneinander entfernt als die permanenten Kontakte 9 und 12, was bewirkt, dass sich bei Schließen des Leistungsschalters die Kontakte 8 und 11 schneller miteinander verbinden vor den Kontakten 9 und 12. Des weiteren sind die Kommutationskontakte 15 und 16 in einem solchen Abstand voneinander entfernt, dass sich diese Kontakte gegenseitig miteinander verbinden, nachdem sich die Lichtbogenkontakte verbunden haben, aber vor den permanenten Kontakten, wodurch ermöglicht wird, mittels der Verschiebung des halbbeweglichen Blocks, die Dauer des Zwischenschaltens des Widerstandes 4 bei dem Schließen zu kontrollieren, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.
In 2 sind bei einem Vorgang des Schließens des Leistungsschalters der bewegliche Lichtbogen- und permanente Kontakt 11 und 12 näher an den feststehenden Lichtbogen- und permanenten Kontakt 8 und 9 gerückt. Es entsteht zunächst ein Lichtbogen 21 zwischen den Lichtbogenkontakten 11 und 8. Der Strom fließt von einer Abgriffstelle des Leistungsschalters (nicht dargestellt rechts in der Figur) zu dem Lichtbogenkontakt 11, dann zu dem Lichtbogenkontakt 8, dann in die Stange 7, dann in den Metallblock 6, dann in den Schließwiderstand 4, dann in das nicht dargestellte Ende des Rohrs 9A und in eine andere nicht dargestellte Abgriffstelle (links in der Figur). Der Schließwiderstand ist dann eingeschaltet.
In 3 fahren der bewegliche Lichtbogen- und permanente Kontakt 11 und 12 fort, sich an den feststehenden Lichtbogen- und permanenten Kontakt 8 und 9 anzunähern. Das einstückig mit dem beweglichen Bauteil ausgebildete Ende der Düse 13 fügt sich dann in das konische Ende des halbbeweglichen Blocks ein und schiebt diesen entlang der Achse 3, was bewirkt, dass die Kommutationskontakte 15 und 16 sich einander annähern. Es wird darauf hingewiesen, dass durch dieses Einfügen ein Schlag zwischen der Düse 13 und dem halbbeweglichen Block vermieden wird, so dass sich die Kommutationskontakte einander mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Lichtbogenkontakte 8 und 11 oder die permanenten Kontakte 9 und 12 nähern. Gleichzeitig hat die Verschiebung des halbbeweglichen Blocks im Vergleich zu dem Kolben 18 eine Steigerung des Volumens der Kammer 19 und eine Verformung (hier durch Zusammendrücken) der Feder 20 zur Folge. Die Kammer 19 füllt sich mit Gas, welches durch die Öffnungen 21 eintritt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt, wie in 3 dargestellt, sind die Lichtbogenkontakte 8 und 11 miteinander verbunden, während die Kommutationskontakte 15 und 16 sich gerade soweit aneinander angenähert haben, dass sich ein Lichtbogen 22 zwischen ihnen bilden kann, ohne dass sich ein Lichtbogen zwischen den permanenten Kontakten 9 und 12 bilden kann. Tatsächlich sind die letztgenannten in diesem Moment mit einem größeren Abstand als jener, der die Kommutationskontakte trennt, voneinander entfernt. In diesem Moment ist der Schließwiderstand 4 kurzgeschlossen, so dass der Strom zwischen den Lichtbogenkontakten 11 und 8 durchfließt, in die Stange 7, in die Gleitkontakte 17, in den halbbeweglichen Block 14, in den Kommutationskontakt 15, in den Kommutationskontakt 16 und in das Rohr 9A. Es wird offenbar, dass die Dauer des Zwischenschaltens des Widerstands 4 begrenzt wird auf die Dauer zwischen dem Augenblick des Entstehens des Lichtbogens 21 zwischen den Lichtbogenkontakten und dem Augenblick, in dem der Lichtbogen 22 zwischen den Kommutationskontakten entsteht. Des weiteren wird offenbar, dass nach Zwischenschalten des Widerstandes der Strom nicht direkt auf die permanenten Kontakte kommutiert wird.
In 4 fährt die Düse 13 fort, den halbbeweglichen Block 14 zu schieben und bevor das Ende des Wegs der beweglichen Kontakte 11 und 12 erreicht wird, entsteht eine gegenseitige Verbindung der Kommutationskontakte 15 und 16 vor jener der permanenten Kontakte 9 und 12. Der Strom fließt dann durch die permanenten Kontakte, derart, dass sich der Leistungsschalter in einer Position des vollständigen Schließens befindet. Das Volumen in der Kompressionskammer 19 ist jetzt maximal, und die Feder 20 ist vollständig zusammengedrückt.
Bei einem Vorgang des Öffnens verschieben sich die beweglichen Kontakte 11 und 12 von links nach rechts in den Zeichnungsfiguren. Die permanenten Kontakte 9 und 12 trennen sich zunächst voneinander, danach die Lichtbogenkontakte 8 und 11, aber die Kommutationskontakte 15 und 16 bleiben weiter während einer bestimmten Zeitspanne miteinander verbunden, wie in den 5 und 6 ersichtlich ist, da sich der halbbewegliche Block langsamer verschiebt als die beweglichen Kontakte. Tatsächlich verschiebt sich der halbbewegliche Block von links nach rechts in den Zeichnungsfiguren durch Wirkung der Feder 20, welche eine Rückstellkraft ausübt, indem sie sich gegen den Kolben 18 ausdehnt. Das Ausdehnen der Feder 20 ist jedoch verlangsamt und verzögert durch die Tatsache, dass eine Gegenkraft des Widerstands sich der Rückstellkraft, welche durch die Feder ausgeübt wird, entgegenstellt, wobei diese Gegenkraft aus der notwendigen Kompression des Gases in der Kammer 19 resultiert, deren Volumen in dem Maße verringert wird, wie sich der halbbewegliche Block verschiebt, da die Auslassöffnungen der Kammer für das Gas auf angemessene Weise kalibriert sind. Diese Kalibrierung ist so, dass sich die Kommutationskontakte 15 und 16 nur nach einer vollständigen Trennung der Lichtbogenkontakte voneinander trennen. Auf diese Weise kann der Strom des Kurzschlusses bei einer Öffnung des Leistungsschalters nicht in den Schließwiderstand 4 fließen. Dies ist nur der Fall, wenn der Lichtbogen, der zwischen den Lichtbogenkontakten entsteht, durch Ausblasen erloschen ist, insbesondere wenn der halbbewegliche Block 14 seinen Weg beendet, um die Kommutationskontakte 15 und 16 zu trennen und seine in 1 dargestellte Anfangsposition wieder einzunehmen.

Claims

Leistungsschalter, welcher einen ersten permanenten Kontakt (9) und einen ersten Lichtbogenkontakt (8) aufweist, welche feststehend in einem Gehäuse (1) angebracht sind, einen zweiten permanenten Kontakt (12) und einen zweiten Lichtbogenkontakt (11), welche beweglich in dem Gehäuse einer bestimmten Längsrichtung (3) folgend angebracht sind und dazu bestimmt sind, mit den ersten feststehenden Kontakten zusammenzuwirken, sowie ein Zwischenschaltsystem (14) eines Schließwiderstandes (4), wobei die zweiten beweglichen Kontakte Teil eines Bauteils sind, welches eine Blasdüse (13) trägt, das Zwischenschaltsystem mit Schließwiderstand einen halbbeweglichen Block (14) aufweist, der angebracht ist, um durch die Blasdüse bei einem Schließvorgang entlang der Längsrichtung verschoben zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste permanente Kontakt feststehend ist und der halbbewegliche Block einen dritten Lichtbogenkontakt (15) trägt, welcher dazu bestimmt ist, mit einem vierten feststehenden Lichtbogenkontakt (16), der mit dem feststehenden permanenten Kontakt verbunden ist, zusammenzuwirken, wobei der Block, welcher durch seine Verschiebung halbbeweglich ist, den dritten und vierten Lichtbogenkontakt (15, 16) einander näher bringt, um den Schließwiderstand kurzzuschließen, während der erste und zweite Lichtbogenkontakt (8, 11) miteinander verbunden sind und die permanenten Kontakte (9, 12) voneinander getrennt sind, wobei die permanenten Kontakte nur miteinander verbunden sind, nachdem der drittte und vierte Lichtbogenkontakt miteinander verbunden sind.
Leistungsschalter gemäß Anspruch 1, bei dem der halbbewegliche Block (14) ein konisch geformtes Ende aufweist, welches sich bei dem Schließvorgang des Leistungsschalters in die trichterförmige Blasdüse (13) einfügt.
Leistungsschalter gemäß Anspruch 1, in dem der halbbewegliche Block röhrenförmig ist und eine Feder (20) aufweist, welche bei dem Schließvorgang des Leistungsschalters verformt wird, und eine Kammer (19), die sich während dieses Schließvorgangs mit Gas füllt, derart, dass beim Öffnen des Leistungsschalters die Feder eine Rückstellkraft durch Ausdehnen ausübt, welche den halbbeweglichen Block in Richtung der Verschiebung der ersten beweglichen Kontakte verschiebt, wobei die Verschiebung des halbbeweglichen Blocks verzögert und verlangsamt wird im Vergleich zu jener der ersten beweglichen Kontakte aufgrund der Kompression des Gases in der Kammer (19).
Leistungsschalter gemäß Anspruch 3, in welchem die Kammer Öffnungen (21) aufweist, die so kalibriert sind, dass sie bei Öffnen des Leistungsschalters einen Widerstand ausüben gegen die Rückstellkraft der Feder.
Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem der Schließwiderstand (4), der halbbewegliche Block (14) und die Kontakte (8, 9, 11, 12, 15, 16) axial in dem Gehäuse (1) angeordnet sind.