Leistungsschalter Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere die Lichtbogenlöscheinrichtungen für einen Leistungsschalter, bei dem eine auf den Aus schaltlichtbogen gerichtete Strömung eines Lösch- mittels durch eine aus einem Kolben und einem Zylinder bestehende Verdichtungseinrichtung hervor gerufen wird. Es sind Schalter bekannt, bei denen ein Löschmittelstrom, z. B. ein Gas, wie Schwefel- hexafluorid, gegen den Ausschaltlichtbogen geblasen wird, um dessen Löschung zu erreichen. Dazu dient ein hydraulischer Antrieb mit einem Druckmittel, wie z.
B. öl, zur schnellen Trennung und Bewegung der Schaltstücke. Das Löschmittel wird dabei von einer Kolbenanordnung verdichtet und das verdichtete Gas durch eine Düsenanordnung auf den sich verlän gernden Lichtbogen gedrückt. Die Düsenanordnung ist mit dem beweglichen Schaltstück verbunden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Kolben als auch der Zylinder beweglich ange ordnet sind und zum Erzeugen der Löschmittelströ- mung gegenläufig bewegbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an hand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 stellt einen Seitenriss eines Leistungsschal ters dar, bei dem die Schaltstückanord'nung in der Einschaltstellung dargestellt ist.
Fig.2 ist ein beträchtlich vergrösserter Vertikal schnitt durch eine der Lichtbogenlöscheinrichtungen des Leistungsschalters nach Fig. 1 und einen Teil der Antriebseinrichtung. Die Schaltstückanordnung ist teilweise geöffnet.
Fig. 3 zeigt einen abgeänderten Hydraulikantrieb, bei dem sich ein Kolben, der die Düse und das be wegliche Schaltstück trägt, im Innern eines Ver dichtungszylinders bewegt.
In den Figuren, insbesondere in Fig. 1, ist mit 1 ein Leistungsschalter mit einer Löschmittelströmung bezeichnet. Der Schalter umfasst zwei in Reihe lie gende Lichtbogenlöscheinrichtungen 2, 3, die sich von einem zwischen ihnen angeordneten Antriebs gehäuse 4 horizontal nach den Seiten ,erstrecken. Das Antriebsgehäuse 4 ist am oberen Ende einer Isolator säule 5 angeordnet. Die Isolatorsäule wird von einem unteren Antriebsgehäuse 6 getragen. Das An triebsgehäuse 6 ist auf einem Betonfundament 7 befestigt. Leitungsanschlüsse 8 und 9 dienen zur Ver bindung des Leistungsschalters 1 mit den Leitungen 10 und 11.
Wie sich ohne weiteres ergibt, verläuft der Stromkreis über den Schalter durch die beiden in Reihe liegenden Lichtbogenlöscheinrichtungen 2, 3.
Ausserhalb des Antriebsgehäuses 4 ist ein Zeiger 12 vorgesehen, der die Ein- bzw. Ausschaltstellung des Schalters angibt. Wie Fig. 1 zeigt, soll der Schalter eingeschaltet sein.
In der Fig. 2 ist .ein Querschnitt durch die linke Lichtbogenlöscheinrichtung 2 dargestellt. Im Innern eines wetterfesten Gehäuses 13, das vorzugsweise aus Porzellan besteht, ist ein festes Schaltstück 14 an geordnet, das mit einem beweglichen Schaltstück 15 zusammenwirkt. Die Schaltstücke 14 und 15 können beim Ausschalten voneinander getrennt werden, so dass ein Lichtbogen 16 zwischen ihnen gezogen wird.
Zur Löschung des Lichtbogens 16 ist eine als Ganzes mit 17 bezeichnete Löscheinrichtung vor gesehen. Sie besteht aus einem beweglichen Ver dichtungszylinder 18 und einem in seinem Innern angeordneten ringförmigen Kolben 19. Diese Teile sind so angeordnet, dass beim Ausschalten des Lei stungsschalters der bewegliche Verdichtungszylin der 18 und, der ringförmige in dessen Innern an geordnete Kolben 19 in entgegengesetzten Richtungen bewegt werden.
Dadurch wird eine sehr schnelle Ver dichtung des Löschmittels 20 im Raum 21 im Innern des Verdichtungszylinders 18 erreicht. Das Lösch- mittel 20 kann entweder gasförmig oder flüssig sein. Zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, dass es ein schweres Gas, z. B. Schwefelhexafluorid (SF") oder Selenhexafluorid (SeFs) oder Mischungen eines oder beider der vorgenannten Gase mit Argon, Helium, Kohlendioxyd, Stickstoff oder Luft ist. Die Löschwirkung dieser schweren Gase ist besonders gut.
Ausserdem haben diese Gase eine grosse d'ielektrische Festigkeit und können die Spannung in der Aus schaltstellung des Schalters halten.
Verbunden mit dem beweglichen Verdichtungs zylinder 18 ist eine Düsenanordnung, die als Ganzes mit 22 bezeichnet ist. Sie besteht aus einem ring förmigen Düsenteil 23 mit einer Öffnung 24 darin. Wie Fig. 2 zeigt, wird der Lichtbogen vorzugsweise innerhalb der Öffnung 24 der Düsenanordnung 23 gezogen. Das ringförmige Düsenteil 23 ist über einen Flanschteil 25 fest mit dem beweglichen Verdich tungszylinder 18 verbunden. Zum Befestigen des Flanschteils dienen Bolzen 26, die in die Stirnwand 27 des Verdichtungszylinders 18 geschraubt sind.
Die Stirnwand 27 des Verdichtungszylinders 18 besitzt eine Anzahl Öffnungen 28, durch die komprimiertes Gas 20 aus dem Raum 21 durch die Öffnung 24 des Düsenteils 23 austreten kann, um die Löschung des Lichtbogens 16 zu bewirken. Die Pfeile 29 zeigen die Richtung des Gasstromes. Um den Verdich tungszylinder 18 über den Kolben 19 zu schieben, ist eine Kolbenstange 30 vorgesehen. Wie dargestellt ist, ist am rechten Ende der Kolbenstange 30 ein Kolben 31 befestigt, der in einem Zylinder 32 angeordnet ist. Die Bewegung des Kolbens 31 im Zylinder 32 wird durch ein Ventil 33 gesteuert. Das Ventil besitzt zwei Schieber 34, 35, die durch eine Stange 36 verbun den sind.
Das rechte Ende der Stange 36 ist mit zwei Ankern 37, 38 versehen, die mit Abstand von einander angeordnet sind. Die Anker werden von Spulen 39, 40 angezogen, wenn diese erregt werden. Die Stromkreise für die Erregung der Ausschaltspule 39 und der Einschaltspule 50 sind nicht dargestellt. Sie können irgendwie geeignet ausgeführt sein und bilden keinen Teil der Erfindung.
Ein Hydraulikspeicher 41 ist oberhalb des An triebsgehäuses 4 angeordnet und über eine Leitung 42 mit dem Ventil 33 verbunden. Als Hydraulikflüssig- keit dient vorzugsweise<B>Öl</B> unter hohem Druck, wie z. B. 140 at. Im oberen Bereich 43 des Speichers 41 ist komprimierter Stickstoff vorgesehen. Eine als Kolben ausgebildete, bewegliche Trennwand 44 trennt den Stickstoff von dem unter Druck stehenden Öl. Zum Nachfüllen des Druckmittels in den Speicher 41 kann irgendeine geeignete Einrichtung dienen.
Die Nachfülleinrichtung ist der besseren übersichtlich- keit wegen in den Figuren nicht dargestellt.
Wie vorher ausgeführt wurde, sind zwei Licht- bogen'löscheinrichtungen in Reihe geschaltet. Ein Antriebskolben 31' ist mit dem linken Ende der Kolbenstange 30' verbunden, die das bewegliche Schaltstück der rechts liegenden, nicht dargestellten Lichtbogenlöscheinrichtung antreibt. Wie sich ohne weiteres ergibt, öffnen und schliessen die beiden Licht bogenlöscheinrichtungen 2, 3 gleichzeitig, da die bei den Einrichtungen 2, 3 durch das gleiche Ventil 33 gesteuert werden.
Da die rechte Lichtbogenlösch- einrichtung 3 der linken Lichtbogenlöscheinrichtung 2 genau entspricht, wurde sie in der Fig.2 der Ein fachheit halber weggelassen.
Um das bewegliche Schaltstück 15 vom festste henden Schaltstück 14 zu entfernen, wird die Ein schaltspule 39 durch geeignete nicht dargestellte Mit tel erregt. Der mit der Stange 36 verbundene Anker 37 wird in die in Fig. 2 dargestellte Lage gezogen, bei der die Leitung 42 mit der Leitung 45 verbunden ist. Die Leitung 45 verzweigt sich in zwei Leitungen 46 und 47, die zu den äusseren Enden des Zylin ders 32 führen. Da sich nach dem Öffnen in den Räumen 48, 49 vor den Kolben 31, 31' ein hoher Druck aufbaut, bewegen sich die beiden Kolben ge geneinander bis zu einem ringförmigen flexiblen An schlag 50 in die völlig geöffnete Stellung. Während dessen ist der Raum 51 zwischen den Kolben 31, 31' durch eine Leitung 52 mit einer unter geringem Druck stehenden Auslassleitung 53 verbunden.
Das bewegliche Schaltstück 15, die Düsenanordnung 22 und der Verdichtungszylinder 18 bewegen sich schnell in die völlig geöffnete Endstellung.
Wenn der Schalter 1 eingeschaltet werden soll, wird die Einschaltspule durch geeignete nicht dar gestellte Mittel erregt. Durch geeignete, dem Fach mann bekannte Mittel wird bei der Erregung der Einschaltspule 40 gleichzeitig die Entregung der Aus schaltspule 39 bewirkt, so dass die beiden Spulen nicht gegeneinander wirken können. Durch die Er regung der Einschaltspule 40 wird der Anker 38 angezogen und die Stange 36 nach rechts bewegt. Die Schieber 34, 35 gelangen in die gestrichelt gezeich neten Stellungen 34', 35'. In diesen Stellungen der Schieber ist die vom Speicher 41 kommende Druck leitung 42 mit der Leitung 52 verbunden, die in den Raum 51 zwischen den beiden Kolben 31, 31' führt.
Die Drucksteigerung im Raum 51 zwischen bei den Kolben 31, 31' bewirkt, dass sich die Kolben .in entgegengesetzte Richtungen voneinander wegbewe gen. Währenddessen sind die Räume 48, 49 vor den Kolben 31 bzw. 3l' durch Leitungen 46, 47 und 45 mit der unter geringem Druck stehenden Lei tung 54 verbunden. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Leitung 54 mit der Leitung 53 verbunden und führt durch die Sammelleitung 55 zu einem geeigneten nicht dar gestellten Sumpf, der unter geringem Druck steht. Beim Ausschalten bewegt sich der mit dem beweg lichen Schaltstück 15 verbundene Verdichtungszylin der 18 nach rechts, um, wie Fig. 2 zeigt, das Gas im Raum 21 zu verdichten.
Wie bereits erwähnt, wird das im Raum 21 verdichtete Gas durch die öff- nungen 28 in der Zylinderstirnwand 27 ausgestossen und bewirkt die Löschung des Lichtbogens 16 in der Düsenöffnung 24. Es ist wesentlich, dass gleichzeitig mit der nach rechts verlaufenden Bewegung des Ver dichtungszylinders 18 der ringförmige Kolben 19 nach links bewegt wird. Als Folge dieser beiden Be wegungen des Verdichtungszylinders 18 und des ring förmigen Kolbens 19 ergibt sich eine sehr schnelle Verdichtung des Gases 20 im Raum 21. Dadurch wird sehr schnell eine beträchtliche Druckdifferenz längs der Düsenöffnung 24 geschaffen.
Mit der Kolbenstange 30 ist ein Hydraulikkolben 56 verbunden, der in einem Antriebszylinder 57 an geordnet ist. Der Zylinder ist aus einem Stück mit einem Gussgehäuse 58 geformt, das mit Bolzen 59 an einer Seitenplatte 60 des Antriebsgehäuses 4 angeschraubt ist. Die Seitenplatte 60 hat eine öffnung 61. Die Kolbenstange 30 ist durch die öffnung 61 mit einer genauen Passung geführt, wobei noch eine Dichtung 61a vorgesehen ist.
Die Bewegung des Kolbens 56 beim Ausschalten drückt die Hydraulikflüssigkeit 62 im Raum 63 gegen eine Anzahl Antriebskolben 64, von denen nur einer dargestellt ist. Die Kolben 64 werden in Zylindern 65 nach links bewegt. Über Kolbenstangen 66 sind die Kolben 64 mit dem ringförmigen Kolben 19 der Ver dichtungseinrichtung 17 verbunden. Wenn der Kolben 56 den Raum 67 mit einem grösseren Durchmesser erreicht, dann strömt die Flüssigkeit 62 hinter dem Kolben 56 um diesen Kolben und durch den Raum 67 auf die Vorderseite des Kolbens 56. Infolge dessen hört die Druckbewegung der Kolben 64 auf.
Die Stirnwand 27 des Zylinders 18 legt sich dann an den ringförmigen Kolben 19 an und führt ihn in die Endlage zurück, die in der Fig.2 in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Auf diese Weise wird die iso lierende Trennstrecke zwischen den geöffneten Schaltstücken 14, 15 in der ausgeschalteten Endlage des Schalters vergrössert.
Beim Einschalten bewegt sich die Kolbenstange 30 unter der Wirkung des Kolbens 31 nach links, und der Hydraulikkolben 56 wird dabei mitgenom men. Bei dieser Bewegung des Kolbens 56 wird keine Druckwirkung auf die Druckflüssigkeit 62 ausgeübt, solange sich der Kolben 56 in dem vergrösserten Raum 67 bewegt. In dieser Zeit strömt das Druck mittel 62 lediglich von der Vorderseite längs der Aussenfläche des Kolbens 56 durch den Raum 67 auf die Rückseite des Kolbens 56. Wenn der Kol ben 56 die Stehle 68 am Ende des vergrösserten Rau mes 67 erreicht, wird bei der weiteren Bewegung der Kolbenstange 30 und des Kolbens 56 das Druck mittel im Raum 62 zusammengedrückt.
Der dabei entstehende Druck im Raum 69 öffnet ein oder meh rere Rückschlagventile 70, von denen nur eins dar gestellt ist. Das Druckmittel 62 kann dann durch die Leitung 71 in den Raum 63 hinter dem Kolben 56 zurückfliessen. Der ringförmige Kolben 19 bleibt daher während der ganzen Einschaltbewegung im wesentlichen in seiner in Fig. 2 dargestellten rück wärtigen Lage.
Um den Stoss des Druckmittels 62 beim Aus schalten und Einschalten aufzufangen, ist es zweck mässig, einen Hilfsspeicher vorzusehen, der als Gan zes mit 72 bezeichnet ist und der mit dem abge- schlossenen Hydrauliksystem 73 in Verbindung steht, das zum Kolben 19 gehört. Der Hilfsspeicher 72 ist in üblicher Weise ausgebildet. Er enthält in einem Raum 74 an seinem oberen Ende unter Druck stehen den Stickstoff. Zum Trennen des Stickstoffes von dem Druckmittel 62 dient eine bewegliche Wand 75.
Die Fig. 3 zeigt einen abgeänderten Antrieb 78, bei dem, verglichen mit der Kolbenanordnung nach Fig. 2, einige Teile vertauscht sind. In Fig. 3 trägt der Kolben 19' eine Düsenanordnung 22' und ist mit dem beweglichen Schaltstück 15' verbunden. Der Kolben 19' wird durch eine Kolbenstange 30a mit dem Hydraulikkolben 56' angetrieben. Der Kolben 19' bewegt sich im Innern eines beweglichen Verdich tungszylinders 18'.
Dieser wird durch Antriebsstangen 66' bewegt, die mit Kolben 64' fest verbunden sind. Die Wirkungsweise der Antriebsanordnung 78 isst gleich der in Fig. 2 dargestellten. Es wurden lediglich einige Teile vertauscht, das heisst, der ringförmige Kolben 19 der Fig. 2 tritt an die Stelle des Verdich tungszylinders der Anordnung nach Fig. 3.
Der Ver dichtungszylinder 18 der Fig. 2 wird bei der Ano@rd- nung nach Fig. 3 durch die Kolbenstangen 66' in der gleichen Weise betätigt, wie das im Zusammenhang mit Fig. 2 für den Kolben 19 beschrieben wurde. Für gewisse Anwendungszwecke kann es wünschenswert sein, einzelne Teile der Verdichtungseinrichtung in der angegebenen Weise zu vertauschen.
Da der Verdichtungszylinder 18' der Fig. 3 nicht nach rechts in die völlig geöffnete Lage zurück gezogen wird, wie dies bei der Anordnung nach Fig. 2 der Fall war, ist es zweckmässig, zum Errei chen einer angemessenen Trennstrecke in der Aus schaltstellung den Verdichtungszylinder 18' und den Kolben 19' aus Isoliermaterial herzustellen. Bei gewissen Anwendungen ist allerdings kein Isolier material erforderlich, und der Kolben 19' und der Verdichtungszylinder 18' können in diesen Fällen aus Metall hergestellt werden.
Es wurde festgestellt, d'ass für einen bestimmten abzuschaltenden Strom eine gewisse Druckdifferenz längs der Düsenöffnung herrschen muss, wenn die Abschaltung erreicht werden soll. Diese Druck differenz ist bei Verdichtungseinrichtungen abhängig von der Verringerung des Volumens V. Je schneller das Volumen V verkleinert wird, um so kürzer ist die Zeit, die der Lichtbogen brennt, wodurch die gesamte Abschaltzeit entsprechend verringert wird.
Beim beschriebenen Leistungsschalter kann eine extrem grosse Verdichtung des Gases im Raum 21 erreicht werden. Beim Einschalten möge z. B. der Verdichtungszylinder 18 durch die Kolbenstange 30 aus der Lage X1 in eine mittlere Lage X2 gezogen werden. Durch den Hydraulikkolben 56 wird ein bestimmtes Volumen öl 62 in Bewegung gesetzt. Die ses Volumen wird in eine Anzahl Zylinder 76 ge- drückt, so dass Kolben 64 nach aussen bewegt werden.
Die Kolben 64 sind mit dem ringförmigen Kolben 19 verbunden und drücken daher den grossen Kolben 19 aus der ursprünglichen zurückgezogenen Lage A1 in die Lage A2 gegen die Stirnwand des Zylinders 18. Dadurch wird eine zusätzliche Ver dichtung des Gases im Raum 21 erreicht. Die Be wegung des Kolbens 19 aus der Lage A1 in die Lage A2 kann gleich oder kleiner sein als die Bewegung des Verdichtungszylinders 18 aus der Lage X1 in die Lage X2. Man erreicht dies dadurch, dass man die wirk samen Flächen der Kolben 56 und 64 in entspre chender Weise abstuft.
Da der Zylinder 18 weiter in die Ausschaltstel lung gezogen wird, wird auch der Kolben 19 weiter gegen die Stirnwand des Zylinders 18 getrieben, bis der Kolben 56 in den Bereich der Öffnungen 67 kommt. Von da an stömt das Öl lediglich durch die Öffnungen 67 um die beiden Stirnflächen des Kol bens 56, und der Kolben 19 wird durch den Zylinder 18 in seine Ausgangsstellung zurückgeführt.
Bei der Einschaltbewegung strömt Ö1 von der Vorderseite des Kolbens 56 durch die Öffnungen 67 auf die andere Stirnfläche des Kolbens 56. Wenn das Ende der Öffnungen 67, das heisst die Stelle 68, er reicht wird, dann wird das Öl 62 im Raum 69 auf einen so grossen Druck gebracht, dass die Rück schlagventile 70 öffnen, die den Durchfluss des Öls durch die Leitungen 71 in die Kammer 76 gestatten.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass ein verhältnismässig grosses ursprüngliches Gas volumen zur Verfügung steht. Dabei wird in kurzer Zeit ein grösserer Gasdruck bei einer kleineren Trennstrecke zwischen den Schaltstücken 14, 15 erreicht als in üblichen Leistungsschaltern. Zusätz lich ist für eine lange Trennstrecke in der Ausschalt stellung des Schalters gesorgt.
Neben anderen Vorteilen sind insbesondere zwei möglich: 1. Die Lichtbogenlänge wird auf ein Minimum reduziert.
2. Die Abmessungen, die zu beschleunigenden Massen und die Kräfte auf den Antrieb wer den vermindert.
Im allgemeinen wird die Energie des Lichtbogens in Schaltern, bei denen das Löschmittel verdichtet wird, mechanisch nicht ausgenutzt. Infolgedessen ist es vorteilhaft, die Länge der Lichtbogensäule klein zu halten. Dieses Ergebnis wird bei dem beschrie benen Schalter durch eine doppelt wirkende Ver dichtungseinrichtung erreicht, bei der die Schalt stücke nur ein geringes Stück voneinander entfernt werden, bevor ein zum Löschen des Lichtbogens aus reichender Druck an der Düsenöffnung 24 auftritt.
Die gleiche kleine Lichtbogenlänge könnte bei glei cher Druckdifferenz und dem gleichen Anfangsvolu men auch mit bekannten Anordnungen erreicht wer den, bei denen der Kolben fest steht und nur ein beweglicher Verdichtungszylinder vorgesehen ist. In diesem Fall würde aber ein beträchtlich grösserer Durchmesser des Verdichtungszylinders benötigt, was wiederum grössere Gehäuse für die Verdichtungs einrichtung erfordern würde. Ausserdem würden die grösseren Abmessungen eines solchen Verdichtungs zylinders die zu beschleunigenden Massen vergrössern. Daneben würden zusätzliche gegen den Antrieb wir kende Kräfte auftreten, da der innere Druck auf eine grössere Zylinderfläche wirken würde.
Es ergibt sich daher, dass bei dem beschriebenen Leistungsschalter die Druckdifferenz längs der öff- nung 24 schnell erreicht wird', während die Länge des Lichtbogens möglichst klein gehalten wird. Dar über hinaus wird auch die Masse der Teile klein gehalten, so dass der Antrieb verhältnismässig leicht ausgebildet werden kann.
Circuit breaker The invention relates to a circuit breaker, in particular the arc extinguishing devices for a circuit breaker, in which a flow of an extinguishing agent directed towards the switching arc is caused by a compression device consisting of a piston and a cylinder. There are known switches in which an extinguishing agent stream, eg. B. a gas such as sulfur hexafluoride is blown against the switch-off arc in order to achieve its extinction. A hydraulic drive with a pressure medium, such as.
B. oil, for quick separation and movement of the contact pieces. The extinguishing agent is compressed by a piston assembly and the compressed gas is pressed through a nozzle assembly onto the extending arc. The nozzle arrangement is connected to the movable contact piece. The invention is characterized in that both the piston and the cylinder are movably arranged and can be moved in opposite directions to generate the extinguishing agent flow.
Embodiments of the invention are explained with reference to the drawings.
1 shows a side elevation of a circuit breaker in which the contact piece arrangement is shown in the switched-on position.
FIG. 2 is a considerably enlarged vertical section through one of the arc extinguishing devices of the circuit breaker according to FIG. 1 and part of the drive device. The contact assembly is partially open.
Fig. 3 shows a modified hydraulic drive in which a piston that carries the nozzle and the moving contact piece moves inside a Ver sealing cylinder.
In the figures, in particular in FIG. 1, 1 denotes a circuit breaker with an extinguishing agent flow. The switch comprises two in series lying arc extinguishing devices 2, 3, which extend from a drive housing 4 arranged between them horizontally to the sides. The drive housing 4 is arranged at the upper end of an insulator column 5. The isolator column is carried by a lower drive housing 6. The drive housing 6 is attached to a concrete foundation 7. Line connections 8 and 9 are used to connect the circuit breaker 1 to the lines 10 and 11.
As is readily apparent, the circuit runs over the switch through the two arc extinguishing devices 2, 3 in series.
Outside the drive housing 4, a pointer 12 is provided which indicates the on and off position of the switch. As Fig. 1 shows, the switch should be turned on.
FIG. 2 shows a cross section through the left-hand arc extinguishing device 2. Inside a weatherproof housing 13, which is preferably made of porcelain, a fixed contact 14 is arranged on, which cooperates with a movable contact 15. The contact pieces 14 and 15 can be separated from one another when switching off, so that an arc 16 is drawn between them.
To extinguish the arc 16 as a whole designated 17 is seen before. It consists of a movable compression cylinder 18 and a ring-shaped piston 19 arranged inside it. These parts are arranged in such a way that when the power switch is turned off, the movable compression cylinder 18 and the ring-shaped piston 19 moves in opposite directions will.
As a result, a very fast Ver compression of the extinguishing agent 20 in the space 21 inside the compression cylinder 18 is achieved. The extinguishing agent 20 can either be gaseous or liquid. For purposes of illustration, it is assumed that it is a heavy gas, e.g. B. Sulfur hexafluoride (SF ") or selenium hexafluoride (SeFs) or mixtures of one or both of the aforementioned gases with argon, helium, carbon dioxide, nitrogen or air. The extinguishing effect of these heavy gases is particularly good.
In addition, these gases have a great dielectric strength and can keep the voltage in the off switching position of the switch.
Connected to the movable compression cylinder 18 is a nozzle arrangement which is designated as a whole by 22. It consists of a ring-shaped nozzle part 23 with an opening 24 therein. As FIG. 2 shows, the arc is preferably drawn within the opening 24 of the nozzle arrangement 23. The annular nozzle part 23 is fixedly connected to the movable compression cylinder 18 via a flange part 25. Bolts 26, which are screwed into the end wall 27 of the compression cylinder 18, are used to fasten the flange part.
The end wall 27 of the compression cylinder 18 has a number of openings 28 through which the compressed gas 20 can exit from the space 21 through the opening 24 of the nozzle part 23 in order to cause the arc 16 to be extinguished. The arrows 29 show the direction of the gas flow. In order to push the compression cylinder 18 over the piston 19, a piston rod 30 is provided. As shown, a piston 31, which is arranged in a cylinder 32, is attached to the right end of the piston rod 30. The movement of the piston 31 in the cylinder 32 is controlled by a valve 33. The valve has two slides 34, 35 which are verbun by a rod 36 to the.
The right end of the rod 36 is provided with two anchors 37, 38 which are arranged at a distance from one another. The armatures are attracted to coils 39, 40 when they are energized. The circuits for the excitation of the opening coil 39 and the closing coil 50 are not shown. They can be of any suitable design and do not form part of the invention.
A hydraulic accumulator 41 is arranged above the drive housing 4 and connected to the valve 33 via a line 42. The hydraulic fluid used is preferably <B> Oil </B> under high pressure, such as B. 140 at. In the upper area 43 of the memory 41, compressed nitrogen is provided. A movable partition 44 designed as a piston separates the nitrogen from the pressurized oil. Any suitable device can be used to refill the pressure medium into the reservoir 41.
The refill device is not shown in the figures for reasons of clarity.
As previously stated, two arc extinguishing devices are connected in series. A drive piston 31 'is connected to the left end of the piston rod 30', which drives the movable contact piece of the arc extinguishing device, not shown, on the right. As is readily apparent, the two arc extinguishing devices 2, 3 open and close simultaneously, since the devices 2, 3 are controlled by the same valve 33 at the same time.
Since the right arc extinguishing device 3 corresponds exactly to the left arc extinguishing device 2, it has been omitted in FIG. 2 for the sake of simplicity.
In order to remove the movable contact 15 from the existing contact 14, the A switching coil 39 is energized by suitable not shown with tel. The armature 37 connected to the rod 36 is pulled into the position shown in FIG. 2, in which the line 42 is connected to the line 45. The line 45 branches into two lines 46 and 47 which lead to the outer ends of the cylinder 32. Since a high pressure builds up after opening in the spaces 48, 49 in front of the piston 31, 31 ', the two pistons move against each other up to an annular flexible stop 50 in the fully open position. Meanwhile, the space 51 between the pistons 31, 31 ′ is connected by a line 52 to an outlet line 53 which is under low pressure.
The movable contact piece 15, the nozzle arrangement 22 and the compression cylinder 18 move quickly into the fully open end position.
When the switch 1 is to be turned on, the closing coil is energized by suitable means not provided. By suitable means known to those skilled in the art, when the closing coil 40 is energized, the closing coil 39 is de-energized at the same time so that the two coils cannot act against one another. By He excitation of the closing coil 40, the armature 38 is attracted and the rod 36 is moved to the right. The slides 34, 35 reach the positions 34 ', 35' shown by dashed lines. In these positions of the slide, the pressure line 42 coming from the memory 41 is connected to the line 52, which leads into the space 51 between the two pistons 31, 31 '.
The increase in pressure in the space 51 between the pistons 31, 31 'causes the pistons to move away from one another in opposite directions. Meanwhile, the spaces 48, 49 in front of the pistons 31 and 31' are connected by lines 46, 47 and 45 the low pressure Lei device 54 connected. As Fig. 2 shows, the line 54 is connected to the line 53 and leads through the manifold 55 to a suitable sump not is provided, which is under low pressure. When switching off, the compression cylinder connected to the movable union contact 15 moves the 18 to the right, as shown in FIG. 2, to compress the gas in space 21.
As already mentioned, the gas compressed in the space 21 is expelled through the openings 28 in the cylinder end wall 27 and causes the arc 16 in the nozzle opening 24 to be extinguished. It is essential that, at the same time as the movement of the compression cylinder 18 to the right the annular piston 19 is moved to the left. As a result of these two movements of the compression cylinder 18 and the ring-shaped piston 19 there is a very rapid compression of the gas 20 in the space 21. As a result, a considerable pressure difference along the nozzle opening 24 is created very quickly.
With the piston rod 30, a hydraulic piston 56 is connected, which is arranged in a drive cylinder 57 to. The cylinder is molded in one piece with a cast housing 58 which is screwed with bolts 59 to a side plate 60 of the drive housing 4. The side plate 60 has an opening 61. The piston rod 30 is guided through the opening 61 with a precise fit, a seal 61a also being provided.
The movement of the piston 56 when switching off presses the hydraulic fluid 62 in the space 63 against a number of drive pistons 64, only one of which is shown. The pistons 64 are moved to the left in cylinders 65. The pistons 64 are connected to the annular piston 19 of the sealing device 17 via piston rods 66. When the piston 56 reaches the space 67 with a larger diameter, the liquid 62 flows behind the piston 56 around this piston and through the space 67 to the front of the piston 56. As a result, the pressure movement of the piston 64 stops.
The end wall 27 of the cylinder 18 then rests against the annular piston 19 and guides it back into the end position, which is shown in solid lines in FIG. In this way, the isolating isolating distance between the open contact pieces 14, 15 is increased in the switched-off end position of the switch.
When switched on, the piston rod 30 moves to the left under the action of the piston 31, and the hydraulic piston 56 is taken along. During this movement of the piston 56, no pressure effect is exerted on the pressure fluid 62 as long as the piston 56 is moving in the enlarged space 67. During this time, the pressure medium 62 flows only from the front along the outer surface of the piston 56 through the space 67 to the rear of the piston 56. When the piston 56 reaches the stanchions 68 at the end of the enlarged room 67, the next Movement of the piston rod 30 and the piston 56, the pressure medium in the space 62 is compressed.
The resulting pressure in space 69 opens one or more check valves 70, of which only one is provided. The pressure medium 62 can then flow back through the line 71 into the space 63 behind the piston 56. The annular piston 19 therefore remains during the entire switch-on movement essentially in its rear wärtigen position shown in FIG.
In order to absorb the impact of the pressure medium 62 when switching off and on, it is advisable to provide an auxiliary accumulator which is designated as a whole with 72 and which is connected to the closed hydraulic system 73 which belongs to the piston 19. The auxiliary memory 72 is designed in the usual way. It contains the nitrogen under pressure in a space 74 at its upper end. A movable wall 75 is used to separate the nitrogen from the pressure medium 62.
FIG. 3 shows a modified drive 78 in which, compared with the piston arrangement according to FIG. 2, some parts are interchanged. In Fig. 3, the piston 19 'carries a nozzle arrangement 22' and is connected to the movable contact piece 15 '. The piston 19 'is driven by a piston rod 30a with the hydraulic piston 56'. The piston 19 'moves inside a movable compression processing cylinder 18'.
This is moved by drive rods 66 'which are firmly connected to pistons 64'. The mode of operation of the drive arrangement 78 is the same as that shown in FIG. Only a few parts were exchanged, that is, the annular piston 19 of FIG. 2 takes the place of the compression cylinder of the arrangement according to FIG. 3.
In the arrangement according to FIG. 3, the compression cylinder 18 of FIG. 2 is actuated by the piston rods 66 'in the same way as was described for the piston 19 in connection with FIG. For certain applications it may be desirable to interchange individual parts of the compression device in the manner indicated.
Since the compression cylinder 18 'of FIG. 3 is not pulled back to the right into the fully open position, as was the case with the arrangement of FIG. 2, it is useful to achieve an appropriate separation distance in the off switching position of the compression cylinder 18 'and the piston 19' made of insulating material. In certain applications, however, no insulating material is required, and the piston 19 'and the compression cylinder 18' can be made of metal in these cases.
It has been found that for a specific flow to be shut down, there must be a certain pressure difference across the nozzle opening if shutdown is to be achieved. In compression devices, this pressure difference is dependent on the reduction in the volume V. The faster the volume V is reduced, the shorter the time that the arc burns, which reduces the overall shutdown time accordingly.
With the circuit breaker described, an extremely high compression of the gas in space 21 can be achieved. When switching on z. B. the compression cylinder 18 can be pulled by the piston rod 30 from position X1 to a middle position X2. A certain volume of oil 62 is set in motion by the hydraulic piston 56. This volume is pressed into a number of cylinders 76 so that pistons 64 are moved outward.
The pistons 64 are connected to the annular piston 19 and therefore press the large piston 19 from the original retracted position A1 into position A2 against the end wall of the cylinder 18. This results in an additional compression of the gas in the space 21. The movement of the piston 19 from position A1 to position A2 can be equal to or less than the movement of compression cylinder 18 from position X1 to position X2. This is achieved by grading the effective seed surfaces of the pistons 56 and 64 in a corresponding manner.
Since the cylinder 18 is drawn further into the switch-off position, the piston 19 is also driven further against the end wall of the cylinder 18 until the piston 56 comes into the region of the openings 67. From then on, the oil flows only through the openings 67 around the two end faces of the Kol ben 56, and the piston 19 is returned by the cylinder 18 to its original position.
During the switch-on movement, oil flows from the front side of the piston 56 through the openings 67 to the other end face of the piston 56 Brought such a high pressure that the non-return valves 70 open, which allow the flow of the oil through the lines 71 into the chamber 76.
From the above description it follows that a relatively large original gas volume is available. In this case, a greater gas pressure is achieved in a short time with a smaller separation distance between the contact pieces 14, 15 than in conventional circuit breakers. In addition, there is a long isolating distance when the switch is in the off position.
In addition to other advantages, two in particular are possible: 1. The arc length is reduced to a minimum.
2. The dimensions, the masses to be accelerated and the forces on the drive who are reduced.
In general, the energy of the arc in switches in which the extinguishing agent is compressed is not used mechanically. As a result, it is advantageous to keep the length of the arc column small. This result is achieved with the described enclosed switch by a double-acting Ver compression device, in which the switching pieces are only a small distance away from each other before a pressure to extinguish the arc from reaching pressure at the nozzle opening 24 occurs.
The same small arc length could men with the same pressure difference and the same initial volume also achieved with known arrangements in which the piston is fixed and only one movable compression cylinder is provided. In this case, however, a considerably larger diameter of the compression cylinder would be required, which in turn would require larger housing for the compression device. In addition, the larger dimensions of such a compression cylinder would increase the masses to be accelerated. In addition, additional forces would occur against the drive, since the internal pressure would act on a larger cylinder surface.
The result is that, in the circuit breaker described, the pressure difference along the opening 24 is reached quickly, while the length of the arc is kept as small as possible. In addition, the mass of the parts is kept small, so that the drive can be made relatively easy.