EP0729638B1 - Elektrischer druckgasschalter - Google Patents
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- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
- H01H33/882—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts the movement being assisted by accelerating coils
Definitions
- a gas pressure switch of the type mentioned at the beginning by providing an energy store in the form of a compression chamber with a piston-cylinder system, the displaceable element of which is mechanically connected to the armature, and by arranging the armature and stator in such a way that the magnetic field already causes the armature movement in the on position and that the Energy storage is arranged so that the discharge of the energy storage has a supporting effect on the drive.
- the (short-circuit) current which is considerably increased, for example in the event of a short circuit, causes an armature movement before the pressure gas switch is triggered and before the switching element and the compression cylinder begin to move, which leads to a reduction in the volume of the compression chamber.
- the compression chamber thus forms a pneumatic energy store.
- a major advantage of the invention is that the energy store is already charged before the switch is triggered so that the energy stored at the time of triggering is fully available for drive support.
- the acceleration energy required for the moving switch parts at the start of the switch-off process can advantageously be made available to a large extent by the energy store, so that the drive can be dimensioned inexpensively with a comparatively low output overall.
- the switch according to the invention can switch comparatively quickly.
- the gas pressure switch has a contact arrangement 1 with a fixed contact piece 2, a load current-carrying connection piece 3 coaxially opposite one another at a fixed distance and a movable contact piece 5.
- the movable contact piece 5 is firmly connected to a compression cylinder 6. Together with a stationary compression piston 7 and a filler 8, this forms a mechanical compression device 10 for an extinguishing gas 11.
- the compression cylinder 6 is connected to a mechanical drive 13 via a shift rod 12, which is only indicated, of which only a rod 14 and a fork 15 are connected Parts are shown.
- the armatures 23, 24 are connected to an annular piston 32 via tie rods 30, 31.
- the piston 32 delimits a compression chamber 34, which is closed on the outside by the compression cylinder 6 and on the inside and bottom by a guide part 36.
- the piston-cylinder system 32, 36, 6 forms a pneumatic energy store 37.
- FIG. 1 shows the conditions in the "switch-on position" 38.
- the load current (short-circuit current) rises before the switch is triggered to such an extent that a strong magnetic field of the stator 29 builds up that the armatures 23, 24 reach its effective area and between the pole faces 20a, 21a and 20b, 21b of the stator 29 are drawn (in the view according to FIG. 2, the anchors are shown in this position and their reference symbols are placed in brackets).
- the piston 32 which is rigidly connected to the armatures 23, 24 via the tie rods 30, 31, is consequently moved in the direction of arrow A while compressing the extinguishing gas contained in the compression chamber 34. The movement of the piston 32 ends before the switch is triggered, i. H.
- FIG. 3 shows an embodiment of a compressed gas switch in the switched-on position 38 which is modified with regard to the armature arrangement and the stator. Parts corresponding to FIG. 1 are provided with the same reference numerals.
- An armature 50 is movable in a guide tube 52 lined with insulating material 51 against the force of a positioning spring 53 in the direction of a rear flange 55.
- the armature 50 delimits with its one end face 56 a compression chamber 58, the jacket of which is surrounded by the insulating material 51 and a rear part 59 of the connecting piece 3.
- the other end face of the compression camera 58 is delimited by an output piston 60, which is mechanically connected to a fork 62 via a tube 61.
- a section 64 of the connecting part 59 forms a coil 65 which surrounds the compression chamber 58, in that the wall of the section 64 is traversed by a helical, continuous radial slot 66. The turns are well insulated from each other.
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen elektrischen Druckgasschalter mit einer Kontaktanordnung, die ein feststehendes Kontaktstück, ein Anschlußstück und ein von einem Antrieb bewegbares Schaltstück enthält,
- mit einer Kompressionseinrichtung zum Erzeugen einer Löschgasströmung mit einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder, die beim Ausschaltvorgang von einer Einschaltstellung aus von dem Antrieb relativ zueinander verschiebbar sind, und
- mit einem abschaltstromerregbaren Stator, dessen Magnetfeld eine antriebsunterstützende Axialbewegung mindestens eines Ankers bewirkt.
- Ein derartiger Druckgasschalter ist aus der DE-A1-40 10 006 und der DE-A1-40 10 007 bekannt. Die Kontaktanordnung des bekannten Druckgasschalters enthält ein von einem Antrieb bewegbares Schaltstück, das im eingeschalteten Zustand (Einschaltstellung) ein festes Kontaktstück mit einem laststromdurchflossenen Anschlußstück verbindet. Die Kompressionseinrichtung umfaßt einen Kompressionskolben und einen Kompressionszylinder, die einen Kompressionsraum begrenzen. Beim Ausschaltvorgang werden Kolben und Zylinder relativ zueinander bewegt. In dem Kompressionsraum befindliches Löschgas wird dabei komprimiert und dient zur Beblasung des beim Ablaufen des Schaltstücks von dem Kontaktstück entstehenden Lichtbogens. Als Löschgas wird beispielsweise SF6 verwendet. Um die magnetische Wirkung des Abschalt- oder Kurzschlußstroms zur Antriebsunterstützung auszunutzen, ist die Kontaktanordnung teilweise von einem aus ferromagnetischem Material bestehenden und mindestens einen durchgehenden Schlitz aufweisenden Stator umgeben. Der Kompressionszylinder (DE-A1-40 10 006) oder der Kompressionskolben (DE-A1 40 10 007) weist zumindest einen stabförmigen Anker auf. Erst nach einer Teilbewegung des Kompressionszylinders während des Ausschaltvorgangs gelangt der Anker in den Einflußbereich des Magnetfeldes des abschaltstromerregten Stators, das den Anker antriebsunterstützend in den Schlitz des Stators hineinzieht. Die erst nach Beginn der Kompressionszylinderbewegung einsetzende antriebsunterstützende Axialbewegung des Ankers steht somit zur Anfangsbeschleunigung des Kompressionszylinders nicht zur Verfügung.
- Bei einem weiteren bekannten (DE-C2-31 41 324) Druckgasschalter fließt der Nennstrom über den Kompressionszylinder. Beim Ausschaltvorgang kommutiert der Abschaltstrom nach einer bestimmten Bewegungsstrecke des Zylinders auf eine Gradientenspule und bewirkt die Bewegung eines Ringkolbens, der die Lichtbogen-Beblasung unmittelbar unterstützt.
- Die US-PS 4,438,308 beschreibt einen Druckgasschalter, bei dem eine Hilfsblaswirkung durch sich infolge des Abschaltstroms kontrahierende Federwindungen erst einsetzt, nachdem der Kompressionszylinder von einem Antrieb erheblich bewegt worden ist.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Druckgasschalters, bei dem insbesondere zu Beginn der Ausschaltbewegung des Kompressionszylinders die magnetische Wirkung des Abschaltstroms bereits annähernd vollständig zur Verfügung steht und der bei vergleichsweise geringer erforderlicher Antriebsleistung eine schnelle Schaltbewegung ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird bei einem Druckgasschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst, indem ein Energiespeicher in Form einer Kompressionskammer mit einem Kolben-Zylinder-System vorgesehen ist, dessen verschiebbares Element mit dem Anker mechanisch verbunden ist, und indem Anker und Stator derart angeordnet sind, daß das Magnetfeld bereits in der Einschaltstellung die Ankerbewegung bewirkt und daß der Energeispeicher so angeordnet ist, daß die Entladung des Energiespeichers unterstützend auf den Antrieb wirkt. Der beispielsweise bei Kurzschluß erheblich erhöhte (Kurzschluß) Strom bewirkt noch vor Auslösen des Druckgasschalters und vor Bewegungsbeginn von Schaltstück und Kompressionszylinder eine Ankerbewegung, die zu einer Volumenverringerung der Kompressionskammer führt. Die Kompressionskammer bildet so einen pneumatischen Energiespeicher. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Energiespeicher schon vor der Auslösung des Schalters geladen ist, so daß die zum Auslösungszeitpunkt gespeicherte Energie vollständig zur Antriebsunterstützung zur Verfügung steht. Die bei Beginn des Ausschaltvorgangs für die bewegten Schalterteile notwendige Beschleunigungsenergie kann vorteilhafterweise zu einem großen Teil von dem Energiespeicher zur Verfügung gestellt werden, so daß der Antrieb mit insgesamt vergleichsweise niedriger Leistung kostengünstig dimensioniert werden kann. Der erfindungsgemäße Schalter kann vergleichsweise schnell schalten.
- Eine konstruktiv bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Energiespeicher innerhalb des Kompressionszylinders angeordnet ist.
- Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Energiespeicher innerhalb des Anschlußstücks angeordnet ist und daß die der Kontaktanordnung abgewandte Seite der Kompressionskammer von einem Abtriebskolben gebildet ist, der mit dem Antrieb mechanisch verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Anker unmittelbar als Antriebskolben der Kompressionskammer dienen. Zur vorteilhaften Anpassung an den erforderlichen Hub- und Kraftbedarf können der Antriebskolben und der Abtriebskolben unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Damit bildet die Kompressionskammer in vorteilhafter Weise zusätzlich einen Hub- und Kraftumsetzer.
- Zur Erhöhung der Durchflutung und einer dadurch verbesserten Ausnutzung der magnetischen Wirkung des Abschaltstromes sieht eine bevorzugte Fortbildung der Erfindung vor, daß der Stator eine Spule ist. Eine diesbezüglich konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Spule aus einem Abschnitt des Anschlußstücks besteht, dessen Wandung von einem schraubenartig gewundenen Radialschlitz durchzogen ist.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert; es zeigen:
- Figur 1 einen ersten erfindungsgemäßen Druckgasschalter in Einschaltstellung,
- Figur 2 den Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1 und
- Figur 3 einen weiteren Druckgasschalter.
- Gemäß Figur 1 hat der Druckgasschalter eine Kontaktanordnung 1 mit einem festen Kontaktstück 2, einem in festem Abstand koaxial gegenüberstehenden laststromdurchflossenen Anschlußstück 3 und einem bewegbaren Schaltstück 5. Das bewegbare Schaltstück 5 ist mit einem Kompressionszylinder 6 fest verbunden. Dieser bildet zusammen mit einem feststehenden Kompressionskolben 7 und einem Füllkörper 8 eine mechanische Kompressionseinrichtung 10 für ein Löschgas 11. Der Kompressionszylinder 6 ist über eine nur andeutungsweise gezeigte Schaltstange 12 mit einem mechanischen Antrieb 13 verbunden, von dem mit einer Stange 14 und einer Gabel 15 nur Teile gezeigt sind. Das Anschlußstück 3, auf das sich der Kompressionszylinder 6 bei einer Ausschaltbewegung in Richtung des Pfeiles A zubewegt, ist an seinem dem Lichtbogenraum 18 abgewandten Ende 19 von zwei etwa halbmondförmigen ca. 90 mm hohen Jochen 20, 21 (Figur 2) umgeben. Zwischen ihren Polflächen 20a, 20b und 21a, 21b sind Führungsschächte gebildet, die zwei Anker 23, 24 aufnehmen. Im Zentralbereich 26 der Joche 20, 21 sind zwei gleichsinnig von dem Nennstrom bzw. Abschaltstrom durchflossene Leiter 27, 28 angordnet. Diese Anordnung bildet zusammen mit den Jochen 20, 21 einen Stator 29 für die Anker 23, 24.
- Die Anker 23, 24 sind über Zugstangen 30, 31 mit einem Ringkolben 32 verbunden. Der Kolben 32 begrenzt eine Kompressionskammer 34, die außenseitig vom Kompressionszylinder 6 und innen- und bodenseitig von einem Führungsteil 36 abgeschlossen ist. Das Kolben-Zylinder-System 32, 36, 6 bildet einen pneumatischen Energiespeicher 37. Figur 1 zeigt die Verhältnisse in "Einschaltstellung" 38.
- Bei Kurzschluß steigt der Laststrom (Kurzschlußstrom) vor dem Auslösen des Schalters soweit an, daß sich ein so starkes Magnetfeld des Stators 29 aufbaut, daß die Anker 23, 24 in dessen Wirkbereich gelangen und zwischen die Polflächen 20a, 21a und 20b, 21b des Stators 29 gezogen werden (In der Ansicht nach Figur 2 sind die Anker in dieser Position gezeigt und ihre Bezugszeichen in Klammern gesetzt). Der über die Zugstangen 30, 31 starr mit den Ankern 23, 24 verbundene Kolben 32 wird demzufolge unter Komprimierung des in der Kompressionskammer 34 enthaltenen Löschgases in Richtung des Pfeils A bewegt. Die Bewegung des Kolbens 32 endet vor dem Auslösen des Schalters, d. h. bevor der Kompressionszylinder 6 freigegeben und von dem Antrieb 12 über die nur angedeutete Schaltstange 16 in Pfeilrichtung A bewegt wird. Zu Beginn der Ausschaltbewegung des Kompressionszylinders 6 steht damit die in der Kompressionskammer 34 gespeicherte pneumatische Energie sofort zur Verfügung. Der Bodenbereich des Führungsteils 36 ist mit dem Kompressionskammerüberdruck beaufschlagt, der während der Anfangsbewegung (Beschleunigung) des Kompressionszylinders 6 und ggf. weiterer Schalterteile stark antriebsunterstützend wirkt, so daß eine schnelle Schaltung bei vergleichsweise geringer Antriebsleistung möglich ist.
- Um den Kolben 32 nach dem Ausschaltvorgang beim Wiedereinschalten in seine Ausgangsposition zurückzubringen, umgeben Positionierdruckfedern 40a, 40b die Zugstangen 30, 31.
- Figur 3 zeigt eine hinsichtlich der Ankeranordnung und des Stators modifizierte Ausführung eines Druckgasschalters in Einschaltstellung 38. Der Figur 1 entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Ein Anker 50 ist in einem mit Isolierstoff 51 ausgekleideten Führungsrohr 52 entgegen der Kraft einer Positionierfeder 53 in Richtung auf einen rückwärtigen Flansch 55 bewegbar. Der Anker 50 begrenzt mit seiner einen Stirnseite 56 eine Kompressionskammer 58, deren Mantel von dem Isolierstoff 51 und einem hinteren Teil 59 des Anschlußstücks 3 umgeben ist. Die andere Stirnseite der Kompressionskamer 58 ist von einem Abtriebskolben 60 begrenzt, der über ein Rohr 61 mechanisch mit einer Gabel 62 verbunden ist. Ein Abschnitt 64 des Anschlußteils 59 bildet eine die Kompressionskammer 58 umgebende Spule 65, indem die Wandung des Abschnitts 64 von einem schraubenartig gewundenen, durchgehenden Radialschlitz 66 durchzogen ist. Die Windungen sind gegeneinander elektrisch gut isoliert.
- Ein durch die Spule 65 fließender Abschaltstrom erzeugt in dem von der Spule 65 gebildeten Stator 67 ein Magnetfeld, das den Anker 50 in Pfeilrichtung A zum Flansch 55 bewegt. Dabei wird in der Kompressionskammer 58 enthaltenes Löschgas komprimiert. Die Kompressionskammer 58 wirkt als Energiespeicher und gibt die gespeicherte Energie über den Abtriebskolben 60 an die Gabel 62 weiter. Durch entsprechende Freigabe des Antriebs kann der Zeitpunkt der Energieabgabe bestimmt und auf die von dem (nicht gezeigten) Antrieb über die Gabel 62 und die Zugstangen 68 bewirkte Bewegung des Kompressionszylinders 6 abgestimmt werden. Eine Öffnung 69 dient zum Löschgasaustritt während der Bewegung des Kompressionszylinders 6.
- Die vorstehend genannte Ausgestaltung eines Druckgasschalters erlaubt neben einem steuerbaren Einsatz der aus dem Abschaltstrom gewonnenen und gespeicherten Energie eine besonders kompakte Anordnung der Kompressionskammer, die sich für die Verwendung einer Spule als Stator besonders eignet. Durch die Gestaltung der druckbeaufschlagten Oberfläche 56 des Ankers 50 und der Fläche 70 des Abtriebskolbens 60 ist eine optimale Anpassung der Antriebsunterstützung an den Hub- und Kraftbedarf möglich. Ferner kann vorgesehen sein, den Anker 50 derart zu verklinken, daß die Klinke erst in der Einschaltstellung des Schalters wieder lösbar ist. Das Lösen kann über eine Führungsstange 71 der Positionierfeder 53 erfolgen. Dadurch kann verhindert werden, daß die Kompressionskammer 58 bei Einschaltung auf einen Kurzschluß entgegen der Einschaltbewegung wirkt.
Claims (5)
- Elektrischer Druckgasschalter- mit einer Kontaktanordnung (1), die ein feststehendes Kontaktstück (2), ein Anschlußstück (3) und ein von einem Antrieb (13) bewegbares Schaltstück (5) enthält,- mit einer Kompressionseinrichtung (10) zum Erzeugen einer Löschgasströmung mit einem Kompressionskolben (7) und einem Kompressionszylinder (6), die beim Ausschaltvorgang von einer Einschaltstellung (38) aus von dem Antrieb (13) relativ zueinander verschiebbar sind, und- mit einem abschaltstromerregbaren Stator (29), dessen Magnetfeld eine antriebsunterstützende Axialbewegung mindestens eines Ankers (23, 24) bewirkt,dadurch gekennzeichnet, daß
ein Energiespeicher (37) in Form einer Kompressionskammer (34) mit einem Kolben-Zylinder-System (32;6,36) vorgesehen ist, dessen verschiebbares Element (32) mit dem Anker (23,24) mechanisch verbunden ist, und daß Anker (23,24) und Stator (29) derart angeordnet sind, daß das Magnetfeld bereits in der Einschaltstellung (38) die Ankerbewegung bewirkt und daß der Energiespeicher so angeordnet ist, daß die Entladung des Energiespeichers unterstützend auf den Antrieb wirkt. - Druckgasschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Energiespeicher (37) innerhalb des Kompressionszylinders (6) angeordnet ist. - Druckgasschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Energiespeicher innerhalb des Anschlußstücks (59) angeordnet ist und daß die der Kontaktanordnung (1) abgewandte Seite der Kompressionskammer (58) von einem Abtriebskolben (60) gebildet ist, der mit dem Antrieb mechanisch verbunden ist. - Druckgasschalter nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Stator (67) eine Spule (65) ist. - Druckgasschalter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spule (65) aus einem Abschnitt (64) des Anschlußstücks (59) besteht, dessen Wandung von einem schraubenartig gewundenen Radialschlitz (66) durchzogen ist.
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