Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsschalter, insbesondere einen Druckgasschalter.
Mit der Zunahme des Bedarfs an elektrischer Energie werden Übertragungsleitungen für immer höhere Spannungen und Ströme, d. h. für immer höhere Übertragungsleistungen, gebaut. Entsprechend müssen die zum Schutz solcher Übertragungsleitungen vorgesehenen Leistungsschalter für immer höhere elektrische Leistungen bzw. höhere Spannungen und Ströme bemessen werden.
Man verwendet daher für diese Zwecke Druckgasschalter, bei welchen ein sich zwischen den sich trennenden Kontakten bildender Lichtbogen mittels eines Mediums hoher Löschfähigkeit, beispielsweise SF6-Gas, ausgeblasen wird.
Selbst solche Schalter weisen jedoch eine begrenzte Fähigkeit zum Abschalten hoher Spannungen und Ströme auf, wenn sie nur einen Unterbrecher aufweisen, und es werden daher auch derartige Schalter vorgesehen, in welchen eine Anzahl von Unterbrechern bzw. Kontaktsätze in Serie geschaltet sind.
Anderseits benötigen Druckgasschalter verhältnismässig hohe Betätigungskräfte. Das rührt daher, dass in diesen Druckgasschaltern gleichzeitig mit der Trennoperation bzw.
Trennbewegung der Kontakte ein Löschgas komprimiert wird, um dieses Gas unter hohem Druck gegen den zwischen den sich trennenden Kontakten gebildeten LicJltbo- gen zu blasen. Da ferner der Hub der Kompressionsvorrichtung zur Erzeugung des Löschgasdruckes erheblich ist, weisen die entsprechend bewegten Kontakte einen verhältnismässig langen Schaltweg auf.
Wenn der Druckgasschalter eine Anzahl von Kontaktsätzen aufweist, die üblicherweise gleichzeitig und zusammen durch einen mittels Druckluft angetriebenen Kolben betätigt werden müssen, so sind die erforderlichen Betätigungskräfte noch höher als bei einem einfachen Schalter. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, können die einzelnen Kontaktsätze in separaten Einheiten angeordnet sein, die separate Be tätigungsmittel aufweisen. Wenn jedoch in dieser Weise separate Einheiten vorgesehen sind, ist eine gute und stabile Schaltcharakteristik in Frage gestellt, weil die Betätigung der einzelnen Einheiten nicht genügend genau abgestimmt ist.
Es sind auch Leistungsschalter bekannt, deren Betätigung auf elektromagnetischem Wege mittels des zu unterbrechenden Stromes erfolgt. Diese Schalter sind so aufgebaut, dass der zu unterbrechende Strom zwecks Betätigung des Schalters einer Primärspule zugeführt wird, die zwischen sich und einem mit ihr elektromagnetisch gekoppelten sekundären Induktionssystem eine abstossende oder anziehende Kraft erzeugt. Da die durch eine solche elektromagnetische Antriebsvorrichtung erzeugte Kraft proportional ist dem Quadrat des zu unterbrechenden Stromes, wird der Schalter durch hohe Ströme sicher betätigt.
Ein Leistungsschalter mit mehreren Kontaktsätzen, in wel chem jedem einzelnen Kontaktsatz eine elektromagnetische Unterbrechungsvorrichtung der oben beschriebenen Art zugeordnet ist, ist umständlich im Aufbau, und es ist schwierig, die Betätigungsmechanismen so einzustellen und abzustimmen, dass die verschiedenen Kontaktsätze gleichmässig betätigt werden. Es ist somit auch in diesem Falle schwierig, einen Schalter mit guter Ausschaltcharakteristik zu erzielen.
Es ist ein Ziel vorliegender Erfindung, einen Leistungsschalter mit einer Mehrzahl von Druckgas-Kontaktsätzen zu schaffen, welcher mit geringen äusseren Kräften betätigbar ist. Es wird ferner eine konstruktive Vereinfachung dadurch angestrebt, dass für alle Kontaktsätze ein gemeinsamer elektromagnetischer Antriebsmechanismus vorgesehen wird.
Der erfindungsgemässe Leistungsschalter ist gekennzeichnet durch mindestens zwei elektrisch in Serie geschaltete Kontaktsätze, von welchen jeder mindestens ein Paar von Kontakten, die für eine Leistungsausschaltung bestimmt sind, Kompressionsmittel zur Komprimierung eines den Lichtbogen löschenden Gases und ein durch die Kompressionsmittel hochkomprimiertes Gas gegen den Lichtbogen lenkende Mittel aufweist, durch elektromagnetische Betätigungsmittel mit einer Primärspule und einem mit der Primärspule elektromagnetisch gekoppelten Kurzschlussring oder einer Kurzschlusswicklung, durch Umschaltmittel, die durch einen Schaltbefehl zur Umleitung des zu unterbrechenden Stromes an die elektromagnetischen Betätigungsmittel steuerbar sind, und durch elektrisch isolierende Kupplungsmittel zur Verbindung der elektromagnetischen Betätigungsmittel mit den beweglichen Kontakten, derart,
dass diese angetrieben werden können.
Mittels dieses Leistungsschalters können beliebige Ströme bei geringen äusseren Betätigungskräften unterbrochen werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters im Längsschnitt,
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 zeigt ein äquivalentes Schaltbild des Schalters nach Fig. 1,
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters, und
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters.
Bei dem in den Fig. 1-3 dargestellten Leistungsschalter sind zwei Kontaktsätze la und 1b elektrisch in Serie geschaltet. Jeder der Kontaktsätze la und lb besteht aus einem festen Kontakt 2, einem demselben gegenüberliegenden beweglichen Kontakt 3, und einem Kompressor, bestehend aus einem Zylinder 4 und einem Kolben 5, die eine Kompressorkammer 6 bilden, und einer Düse 7 aus Isoliermaterial, die dazu dient, ein Löschgas, beispielsweise Schwefel-hexa-fluorid (SF), gegen einen zwischen dem festen Kontakt 2 und den beweglichen Kontakten 3 entstehenden Lichtbogen zu blasen. Der bewegliche Kontakt 3, der Zylinder 4 und die Düse 7 sind miteinander fest verbunden. Der Kolben 5 des Kontaktsatzes la und der feste Kontakt 2 des Kontaktsatzes lb weisen einen gemeinsamen Träger 8 auf.
Der bewegliche Kontakt 3 und ein leitendes Stützrohr 9 des Kolbens 5 sind mittels eines Kollektors 10 elektrisch verbunden.
Eine Antriebs- oder Betätigungsstange 11, die mit einer nicht dargestellten äusseren Betätigungs- oder Antriebsvorrichtung verbunden ist, weist einen axialen Teil 11 a auf, welcher eine Betätigungskraft auf eine Umsteuervorrichtung 12 überträgt, die später beschrieben wird, und der axial verschiebbar einen Träger 13 durchsetzt, welcher mit den beweglichen Teilen der Kontaktsätze la und lb verbunden ist, und der Anschläge llb und 11 c aufweist, welche die Bewegungen des Trägers 13 begrenzen. Eine Feder 14 hält den Träger 13 beim dargestellten geschlossenen Zustand in seiner unteren Endlage am Anschlag 11 c.
Die Umsteuervorrichtung 12 weist einen hohlen, feststehenden Kontakt 15, einen beweglichen, dem Kontakt 15 gegenüberliegenden Kontakt 16, einen Kompressor mit einem beweglichen Kolben 17 und einem feststehenden Zylinder
18, die zusammen eine Druckkammer 19 umschliessen, und eine Düse 21 aus Isoliermaterial auf, durch welche ein in der Kammer 19 erzeugtes Druckgas gegen einen sich zwischen den Kontakten 15 und 16 bildenden Lichtbogen geblasen wird. Der bewegliche Kontakt 16 ist mit der Betätigungsstange 11 verbunden, und der Kolben 17 und die Düse 21 sind mit dem beweglichen Kontakt 16 zur gemeinsamen Betätigung fest verbunden. Der bewegliche Kontakt 16 steht in Verbindung mit einem am unteren Ende des feststehenden Zylinders 18 angeordneten Kollektor 22.
Der feststehende Kontakt 15 ist von einer elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 23 umgeben. Diese Antriebsvorrichtung 23 weist eine Primärspule 24 auf, in welche der zu unterbrechende Strom durch die Umschaltvorrichtung 12 umgeleitet wird, wenn die Umschaltvorrichtung betätigt wird.
Es ist ferner ein Kurzschlussring 25 vorgesehen, der elektromagnetisch mit der Primärspule 24 gekoppelt ist, so dass in diesem Kurzschlussring 25 bei Stromfluss in der Spule 24 ein Strom induziert wird, derart, dass zwischen diesen beiden Teilen eine abstossende Kraft entsteht. Anstelle des Kurzschlussringes 25 kann auch eine Kurzschlussspule bzw.
eine kurzgeschlossene Wicklung vorgesehen sein.
Die Primärspule 24 ist beispielsweise als kompakte Formspule ausgebildet und mit einem ortsfesten Träger 26 verbunden, mit welchem ebenfalls der Kolben 5 des Unterbrechers 1b und der Kontakt 15 der Umschaltvorrichtung 12 verbunden sind. Der Kurzschlussring 25 ist mit Verbindungsstangen 28 verbunden, die mechanisch mittels Befestigungsflanschen 27 mit den Zylindern 4 der Kontaktsätze la und lb in Verbindung stehen und die beweglichen Teile der Kontaktsätze 1 a und 1b betätigen.
Die Primärspule 24 und der Kurzschlussring 25 sind koaxial angeordnet und weisen bestimmte axiale Längen auf, so dass im dargestellten Ruhezustand die Primärspule 24 vollständig in den Kurzschlussring 25 eingetaucht ist. Dank dieser Anordnung können gegenseitige elektromagnetische Kräfte zwischen der Spule 24 und dem Kurzschlussring 25 auch bei relativ grosser gegenseitiger axialer Verschiebung dieser Teile noch erzeugt werden.
Die ortsfesten Teile der Kontaktsätze la und lb sowie die ortsfesten Teile der Umschaltvorrichtung 12 werden von isolierenden Stangen 29 gestützt. Ein ortsfester Träger 31, welcher den ortsfesten Kontakt 2 des Kontaktsatzes la trägt, und dessen eines Ende einen Anschluss 30 bildet, der ortsfeste Träger 8, der zwischen den Kontaktsätzen 1 a und 1b angeordnet ist, der ortsfeste Träger 26, welcher zwischen dem Kontaktsatz 1b und der Umschaltvorrichtung 12 angeordnet ist, und ein ortsfester Träger 33, welcher den Zylinder 18 der Umschaltvorrichtung 12 trägt und welcher einen Anschluss 32 bildet, sind mittels der Stangen 29 miteinander verbunden.
Wie die Fig. 2, die einen Schnitt nach Linie Il-II nach Fig. 1 darstellt, zeigt, stützen die drei vorhandenen isolierenden Stangen 29 den ortsfesten Träger 8, während die Verbindungsstangen 28 mit dem Kurzschlussring 25 der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 23 verbunden sind und abwechslungsweise zwischen den Verbindungsstangen 29 angeordnet sind. Die Verbindungsstangen 28 sind mit den metallischen Haltern 27 der Zylinder 4 verbunden. Bei dem in Fig.
1 dargestellten geschlossenen Zustand des Leistungsschalters ist der Stromkreis geschlossen vom Anschluss 30 über den ortsfesten Träger 31, den ortsfesten Kontakt 2, den beweglichen Kontakt 3, dem Kollektor 10, die leitende Stützhülse 9, den ortsfesten Träger 8, die entsprechenden Teile 2, 3, 10 und 9 des Kontaktsatzes lb, den ortsfesten Träger 26, den ortsfesten Kontakt 15, den beweglichen Kontakt 16, den Kollektor 22, den ortsfesten Zylinder 18 und den Träger 33 zum Anschluss 32.
Soll der Stromkreis unterbrochen werden, was durch Abwärtsbewegung der Betätigungsstange 11 ausgelöst wird, so werden die Kontakte 15 und 16 der Umschaltvorrichtung 12 getrennt, und der Stromkreis verläuft nun vom ortsfesten Träger 26 durch die damit verbundene Primärspule 24, deren unteren Anschluss 34 und den Zylinder 18.
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild des Schalters gemäss Fig. 1.
Die Serieschaltung der beiden Kontaktsätze la und 1b ist in Serie geschaltet mit der Parallelschaltung der Umschaltvorrichtung 12 und der durch eine Spule symbolisierten elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 23. Solange die Umschaltvorrichtung 12 geschlossen ist, fliesst durch die Spule 24 der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 23 nur ein unbedeutender Strom, weil der Übergangswiderstand an den Kontakten der Umschaltvorrichtung 12 sehr gering ist verglichen mit dem Widerstand der Spule der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 23.
Zum Öffnen des Stromkreises wird die Betätigungsstange 11 durch eine nicht dargestellte Betätigungsvorrichtung nach unten bewegt, womit der bewegliche Kontakt 16 der Umschaltvorrichtung 12 ebenfalls abwärts bewegt und vom ortsfesten Kontakt 15 getrennt wird. Zugleich wird der Kolben 17, welcher mit dem beweglichen Kontakt 16 verbunden ist, abwärts bewegt und komprimiert das im Zylinderraum 19 enthaltene Löschgas, welches durch die Düse 21 gegen den zwischen den Kontakten 15 und 16 entstehenden Lichtbogen austritt. Damit wird die Lichtbogenspannung zwischen den Kontakten 15 und 16 erhöht. Sobald die Lichtbogenspannung einen genügenden Wert erreicht, wird der Lichtbogen durch das ausströmende Gas gelöscht, bevor der Strom im Hauptstromkreis auf null absinkt, so dass nun der Stromfluss ganz in die Primärspule 24 umgeleitet wird.
Da die Induktivität der Primärspule 24 etwa 10 uH beträgt, ist die Spannung an dieser Spule nur etwa 200-300 Volt, bei einem Stromfluss von 50 kA. Es ist daher möglich, den bei dieser Spannung entstehenden Lichtbogen an den Kontakten 15 und 16 mit einem verhältnismässig schwachen Gasstrom bzw. Gasdruck zuverlässig zu löschen.
Während der bisherigen Vorgänge verbleibt der Träger 13 in der dargestellten Stellung, und die Partie lla der Betätigungsstange 11 gleitet in diesem Träger nach unten.
Wenn in der oben beschriebenen Weise der Stromfluss durch die Umschaltvorrit,htung 12 in die Primärspule 24 umgeleitet wird, erzeugt diese Spule in ihrer Umgebung ein magnetisches Feld. Dieses magnetische Feld induziert im Kurzschlussring 25 einen Strom, welcher elektromagnetisch mit der Primärspule 24 gekoppelt ist, wodurch eine abwärts gerichtete Abstossungskraft zwischen der Primärspule 24 und dem Kurzschlussring 25 auftritt, und dieser Kurzschlussring 25 nach unten bewegt wird. Es wirkt also nun eine starke elektromagnetische Kraft auf die Verbindungsstangen 28 und bewegt dieselbe und die damit verbundenen Teile nach unten.
Durch diese Abwärtsbewegung der Verbindungsstangen 28 werden die Zylinder 4 der Kontaktsätze la und 1b abwärts bewegt, und die beweglichen Kontakte 3 dieser Kontaktsätze werden von den ortsfesten Kontakten 2 getrennt.
Zugleich erfolgt eine Komprimierung des Löschgases in den Kammern 6 der Zylinder 4. Mit dem oberen Ende jedes beweglichen Kontakts 3 ist ein Wischkontakt 35 verbunden, so dass zwischen den Kontakten 2 und 3 ein Lichtbogen entsteht, wenn in den Zylindern 4 bereits ein gewisser Gasdruck aufgebaut ist. Das unter hohem Druck stehende Löschgas wird nun gegen den entstandenen Lichtbogen ausgestossen und löscht denselben, wodurch der Stromkreis endgültig unterbrochen wird.
Zum Schliessen des Schalters wird die Betätigungsstange 11 durch den nicht dargestellten Antriebsmechanismus aufwärts verschoben, wodurch nicht nur der bewegliche Kontakt 16 der Umschaltvorrichtung 12, sondern auch die mit dem Träger 13 verbundenen Verbindungsstangen 28 aufwärtsbewegt werden und die beweglichen Teile der Kontaktsätze la und 1b in schliessendem Sinne bewegen. Es sei noch erwähnt, dass der Träger 13 bei geöffnetem Schalter wieder am Anschlag 11 c anliegt. Dabei schliessen zuerst die Kontakte 15 und 16, worauf die Kontakte 2 und 3 der Kon taktsätze la und lb geschlossen werden.
Kann der Wischkontakt 36 der Umschaltvorrichtung 12 einen grösseren Weg machen als die Wischkontakte 35 der Unterbrecher la und lb, so wird, wie erwähnt, die Umschaltvorrichtung früher geschlossen als die Unterbrecher la und lb. Durch diese Massnahme kann eine Wiederauslösung beim Einschaltvorgang vermieden werden. Mit anderen Worten kann zwischen der Primärspule 24 und dem Kurzschlussring 25 beim Einschalten des Stromkreisunterbrechers infolge des Schliessens der Kontakte 15 und 16 vor den Kontakten 2 und 3 der Unterbre- cher la und lb nie ein Strom fliessen, wodurch ein ruhiger, ungestörter Einschaltvorgang gewährleistet ist.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante der Umschaltvorrichtung 12. Ungefähr in der Mitte des ortsfesten Zylinders 40 ist ein zweiter beweglicher Kolben 42 angeordnet, auf welchen eine Feder 41 entgegen der Bewegungsrichtung des beweglichen Kolbens 17 beim Öffnen des Schalters wirkt.
Durch diese Massnahme kann das Volumen 43 reduziert werden.
Wird zum Öffnen des Schalters die Betätigungsstange 11 nach unten bewegt, so wird der bewegliche Kontakt 16 vom Kontakt 15 getrennt, und gleichzeitig verdichtet der bewegliche Kolben 17 das Löschgas in der Kammer 43. Da in diesem Falle das Volumen der Kammer 43 gegenüber demjenigen der Kammer 19 gemäss Fig. 1 verringert ist, wird das Gas in der Kammer 43 bei kleinerem Hub des beweglichen Kontakts 16 auf einen höheren Druck verdichtet. Der zweite bewegliche Kolben 42 weicht entgegen der Kraft der Feder 41 etwas zurück, hält jedoch den Druck in der Kammer 43 aufrecht, wodurch der zwischen den Kontakten 15 und 16 entstandene Lichtbogen rasch gelöscht wird und die für die gesamte Ausschaltoperation benötigte Zeit herabgesetzt werden kann.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Leistungsschalters. Es sind die Kontaktsätze 51a, 51b und 51c vorgesehen, doch könnte jede beliebige Zahl von Kontaktsätzen über dem untersten Kontaktsatz 51c angeordnet sein. Zwischen den Kontaktsätzen 51a und 51b sind eine Umschaltvorrichtung 52 und eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung 53 angeordnet. Jeder der Kontaktsätze 51a-51c weist einen ortsfesten Kontakt 54, einen beweglichen Kontakt 55, einen Kompressor, bestehend aus einem Zylinder 56 und einem Kolben 57, welche eine Druckkammer 58 einschliessen, und eine trichterförmige Düse 78 aus Isoliermaterial, welche ein unter Druck stehendes Löschgas aus der Druckkammer 58 gegen einen zwischen den Kontakten 54 und 55 entstandenen Lichtbogen richtet, auf. Die beweglichen Kontakte 55 weisen je einen Hauptkontakt 55a und einen Funkenlöschkontakt 55b auf.
Die Umschaltvorrichtung weist einen ortsfesten Kontakt 59 und einen beweglichen Kontakt 60 auf. Der ortsfeste Kontakt 59 ist an der Innenseite mit einer Isolationsschicht 62 versehen, welche nur eine als Kollektor 61 wirkende Stelle freilässt. Der bewegliche Kontakt 60 ist an seinem oberen Ende mit einer Isolationsschicht 63 versehen, welche jedoch beim dargestellten geschlossenen Zustand des Stromkreisunterbrechers über der am Kollektor 61 anliegenden Stelle des beweglichen Kontaktes liegt. Durch diese Konstruktion wird ein entstehender Lichtbogen beim Trennen der Kontakte auf die isolierenden Schichten 62 und 63 geschoben, wodurch ein rasches Erlöschen des Lichtbogens erzielt wird.
Der Aufbau dieser Umschaltvorrichtung ist ähnlich derjenigen nach Fig. 1 und 4.
Die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 53 weist eine Primärspule 64 und einen damit elektromagnetisch gekoppelten Kurzschlussring 65 auf. Diese Teile entsprechen den anhand der Fig. 1 beschriebenen und werden hier nicht näher erläutert. Eine Betätigungsstange 66, die mit einem nicht dargestellten äusseren Antriebsaggregat verbunden ist, weist eine Partie 66a auf, die verschiebbar einen Träger 68 durchsetzt, welcher mittels Verbindungsstangen 77 mit Trägern 67 gekoppelt ist, welche ihrerseits mit den Zylindern 56 der Kontaktsätze 51a bis 51c verbunden sind. Die Stangen 77 sind auch mit dem Kurzschlussring 67 verbunden. Ein Anschlag 66b begrenzt die axiale Bewegung des Trägers 68.
Der bewegliche Kontakt 60 der Umschaltvorrichtung 52 ist mittels einer Verbindungsstange 69 mit der Betätigungsstange 66 gekuppelt.
Ortsfeste Träger 70, mit welchen die ortsfesten Teile der Kontaktsätze 51a bis 51c verbunden sind, sind untereinander mittels isolierender Stangen 71 gekuppelt.
In dieser Ausführungsform des Leistungsschalters verläuft der geschlossene Stromkreis über den Kontaktsatz 51c, den Kontaktsatz 51b, die Umschaltvorrichtung 52 und den Kontaktsatz 51a zum Anschluss 72, und in jedem Kontaktsatz 51a bis 51c verläuft der Stromkreis vom ortsfesten Träger 70 über den ortsfesten Kontakt 54, den Hauptkontakt 55a, den Zylinder 56, den Kollektor 73, den Kolben 57 und den Träger 74 zum ortsfesten Träger 70 der nächsten Einheit. In der Umschaltvorrichtung verläuft der Stromkreis vom Träger 70 über den ortsfesten Kontakt 59, den Kollektor 61, den beweglichen Kontakt 60 und den Kollektor 75 zum Träger 70 der nächsten Einheit.
Zum Öffnen des Schalters wird die Betätigungsstange 66 abwärts bewegt, womit über die Stange 69 der bewegliche Kontakt 60 der Umschaltvorrichtung 52 abwärts bewegt wird und den Hauptstromkreis am Kollektor 61 unterbricht und den entstehenden Lichtbogen zwischen die Isolierschichten 62 und 63 zieht, wo er erlöscht. Der Hauptstrom wird damit vom Träger 70 durch die damit verbundene Spule 64 und den Leiter 76 zum unteren Träger 70 fliessen. Wie anhand der Fig. 1 beschrieben, wird damit eine abstossende Kraft auf den Kurzschlussring 65 ausgeübt, welcher nun die beweglichen Teile der Kontaktsätze 51a bis 51c nach unten bewegt, wodurch die ortsfesten Kontakte 54 und die Hauptkontakte 55a getrennt werden, wodurch ein Lichtbogen zwischen den Kontakten 54 und den Funkenlöschkontakten 55b entsteht.
Zugleich wird in den Kammern 58 ein Löschgas komprimiert und durch die Düsen 78 gegen die jeweiligen Lichtbogen ausgeblasen, um dieselben zu löschen.
Zum Schliessen des Schalters wird die Betätigungsstange 66 wieder nach oben verschoben, wodurch die Umschaltvorrichtung 52 und die Kontaktsätze 51a bis 51c in schliessendem Sinne betätigt werden, wobei die Umschaltvorrichtung 52 zuerst geschlossen wird, während die Kontaktsätze 51a bis 51c mit einer gewissen Verzögerung schliessen. Diese zeitliche Aufeinanderfolge des Kontaktschlusses wird dadurch erreicht, dass die Umschaltvorrichtung 52 einen längeren Weg bis zur Trennung der Kontakte als die Kontaktsätze 51a bis 51c ausführen kann. Es wird damit vermieden, dass beim Schliessen des Stromkreisunterbrechers in der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 53 ein Strom fliesst, welcher ein Öffnen der Kontaktsätze 51a bis 51c bewirken möchte, so dass der Schliessvorgang des Schalters ruhig und ohne erheblichen Kraftaufwand erfolgt.
Bei allen beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten sind die Kontaktsätze, die Umschaltvorrichtung und die elektromagnetische Antriebsvorrichtung in einem Gefäss untergebracht, welches mit einem Lichtbogen löschenden Gas mit guten elektrischen Isolationseigenschaften gefüllt ist.
The present invention relates to an electrical circuit breaker, in particular a gas pressure switch.
As the demand for electrical energy increases, transmission lines are used for higher and higher voltages and currents; H. built for ever higher transmission capacities. Accordingly, the circuit breakers provided to protect such transmission lines must be dimensioned for ever higher electrical powers or higher voltages and currents.
Compressed gas switches are therefore used for these purposes, in which an arc forming between the separating contacts is blown out by means of a medium with high extinguishing properties, for example SF6 gas.
However, even such switches have a limited ability to switch off high voltages and currents if they have only one breaker, and such switches are therefore also provided in which a number of breakers or contact sets are connected in series.
On the other hand, compressed gas switches require relatively high actuation forces. This is due to the fact that in these pressurized gas switches, at the same time as the disconnection operation or
Separation movement of the contacts an extinguishing gas is compressed in order to blow this gas under high pressure against the arc formed between the separating contacts. Furthermore, since the stroke of the compression device for generating the extinguishing gas pressure is considerable, the correspondingly moved contacts have a relatively long switching path.
If the gas pressure switch has a number of contact sets which usually have to be actuated simultaneously and together by a piston driven by compressed air, the actuation forces required are even higher than with a simple switch. In order to circumvent this difficulty, the individual sets of contacts can be arranged in separate units which have separate actuating means. However, if separate units are provided in this way, a good and stable switching characteristic is in question because the actuation of the individual units is not coordinated with sufficient accuracy.
Circuit breakers are also known whose actuation takes place electromagnetically by means of the current to be interrupted. These switches are constructed in such a way that the current to be interrupted is fed to a primary coil for the purpose of actuating the switch, which generates a repulsive or attractive force between itself and a secondary induction system that is electromagnetically coupled to it. Since the force generated by such an electromagnetic drive device is proportional to the square of the current to be interrupted, the switch is safely operated by high currents.
A circuit breaker with a plurality of contact sets, in which an electromagnetic interruption device of the type described above is assigned to each individual contact set, is cumbersome in construction and it is difficult to set and tune the actuating mechanisms so that the various contact sets are actuated uniformly. In this case, too, it is difficult to achieve a switch with good switch-off characteristics.
It is an object of the present invention to provide a circuit breaker with a plurality of pressurized gas contact sets which can be actuated with low external forces. A structural simplification is also sought in that a common electromagnetic drive mechanism is provided for all contact sets.
The circuit breaker according to the invention is characterized by at least two sets of contacts connected electrically in series, each of which has at least one pair of contacts intended for switching off the power, compression means for compressing a gas that extinguishes the arc and a means that is highly compressed by the compression means and directs against the arc has, by electromagnetic actuating means with a primary coil and a short-circuit ring or a short-circuit winding electromagnetically coupled to the primary coil, by switching means which can be controlled by a switching command to divert the current to be interrupted to the electromagnetic actuating means, and by electrically isolating coupling means for connecting the electromagnetic actuating means with the moving contacts, such
that these can be driven.
With this circuit breaker, any currents can be interrupted with low external actuation forces.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example.
Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive switch in longitudinal section,
Fig. 2 shows a cross section along line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 shows an equivalent circuit diagram of the switch according to Fig. 1,
4 shows a section through part of a further embodiment of the switch according to the invention, and
5 shows a longitudinal section through a further embodiment of the switch according to the invention.
In the circuit breaker shown in FIGS. 1-3, two sets of contacts la and 1b are electrically connected in series. Each of the contact sets la and lb consists of a fixed contact 2, a movable contact 3 opposite the same, and a compressor consisting of a cylinder 4 and a piston 5, which form a compressor chamber 6, and a nozzle 7 made of insulating material, which is used for this purpose to blow an extinguishing gas, for example sulfur-hexa-fluoride (SF), against an arc that is formed between the fixed contact 2 and the movable contacts 3. The movable contact 3, the cylinder 4 and the nozzle 7 are firmly connected to one another. The piston 5 of the contact set 1 a and the fixed contact 2 of the contact set 1 b have a common carrier 8.
The movable contact 3 and a conductive support tube 9 of the piston 5 are electrically connected by means of a collector 10.
A drive or actuation rod 11, which is connected to an external actuation or drive device, not shown, has an axial part 11 a, which transmits an actuating force to a reversing device 12, which will be described later, and which axially displaceably passes through a carrier 13 , which is connected to the moving parts of the contact sets la and lb, and the stops 11b and 11c, which limit the movements of the carrier 13. A spring 14 holds the carrier 13 in the illustrated closed state in its lower end position on the stop 11 c.
The reversing device 12 has a hollow, fixed contact 15, a movable contact 16 opposite the contact 15, a compressor with a movable piston 17 and a fixed cylinder
18, which together enclose a pressure chamber 19, and a nozzle 21 made of insulating material, through which a compressed gas generated in the chamber 19 is blown against an arc forming between the contacts 15 and 16. The movable contact 16 is connected to the operating rod 11, and the piston 17 and the nozzle 21 are fixedly connected to the movable contact 16 for common actuation. The movable contact 16 is in communication with a collector 22 arranged at the lower end of the fixed cylinder 18.
The fixed contact 15 is surrounded by an electromagnetic drive device 23. This drive device 23 has a primary coil 24, into which the current to be interrupted is diverted by the switching device 12 when the switching device is actuated.
A short-circuit ring 25 is also provided, which is electromagnetically coupled to the primary coil 24, so that a current is induced in this short-circuit ring 25 when a current flows in the coil 24 such that a repulsive force is created between these two parts. Instead of the short-circuit ring 25, a short-circuit coil or
a short-circuited winding can be provided.
The primary coil 24 is designed, for example, as a compact preformed coil and is connected to a stationary support 26, to which the piston 5 of the interrupter 1b and the contact 15 of the switching device 12 are also connected. The short-circuit ring 25 is connected to connecting rods 28 which are mechanically connected to the cylinders 4 of the contact sets 1 a and 1 b by means of fastening flanges 27 and which actuate the moving parts of the contact sets 1 a and 1 b.
The primary coil 24 and the short-circuit ring 25 are arranged coaxially and have certain axial lengths, so that in the illustrated idle state, the primary coil 24 is completely immersed in the short-circuit ring 25. Thanks to this arrangement, mutual electromagnetic forces can still be generated between the coil 24 and the short-circuit ring 25 even with a relatively large mutual axial displacement of these parts.
The stationary parts of the contact sets 1 a and 1 b and the stationary parts of the switching device 12 are supported by insulating rods 29. A stationary support 31, which carries the stationary contact 2 of the contact set la, and one end of which forms a connection 30, the stationary support 8, which is arranged between the contact sets 1 a and 1b, the stationary support 26, which is between the contact set 1b and the switching device 12 is arranged, and a stationary carrier 33, which carries the cylinder 18 of the switching device 12 and which forms a connection 32, are connected to one another by means of the rods 29.
As FIG. 2, which shows a section along line II-II according to FIG. 1, the three existing insulating rods 29 support the stationary carrier 8, while the connecting rods 28 are connected to the short-circuit ring 25 of the electromagnetic actuating device 23 and alternately are arranged between the connecting rods 29. The connecting rods 28 are connected to the metallic holders 27 of the cylinders 4. In the case of the one shown in Fig.
1, the circuit is closed from the connection 30 via the stationary support 31, the stationary contact 2, the movable contact 3, the collector 10, the conductive support sleeve 9, the stationary support 8, the corresponding parts 2, 3, 10 and 9 of the contact set 1b, the stationary support 26, the stationary contact 15, the movable contact 16, the collector 22, the stationary cylinder 18 and the support 33 to the connection 32.
If the circuit is to be interrupted, which is triggered by the downward movement of the operating rod 11, the contacts 15 and 16 of the switching device 12 are separated, and the circuit now runs from the stationary carrier 26 through the primary coil 24 connected to it, its lower connection 34 and the cylinder 18th
FIG. 3 shows a circuit diagram of the switch according to FIG. 1.
The series connection of the two sets of contacts la and 1b is connected in series with the parallel connection of the switching device 12 and the electromagnetic actuating device 23, symbolized by a coil. As long as the switching device 12 is closed, only an insignificant current flows through the coil 24 of the electromagnetic actuating device 23 because the transition resistance at the contacts of the switching device 12 is very low compared to the resistance of the coil of the electromagnetic actuating device 23.
To open the circuit, the actuating rod 11 is moved downwards by an actuating device (not shown), whereby the movable contact 16 of the switching device 12 is also moved downwards and is separated from the stationary contact 15. At the same time, the piston 17, which is connected to the movable contact 16, is moved downward and compresses the extinguishing gas contained in the cylinder chamber 19, which exits through the nozzle 21 against the arc formed between the contacts 15 and 16. This increases the arc voltage between contacts 15 and 16. As soon as the arc voltage reaches a sufficient value, the arc is extinguished by the escaping gas before the current in the main circuit drops to zero, so that the current flow is now completely diverted into the primary coil 24.
Since the inductance of the primary coil 24 is approximately 10 uH, the voltage across this coil is only approximately 200-300 volts, with a current flow of 50 kA. It is therefore possible to reliably extinguish the arc that occurs at the contacts 15 and 16 with a relatively weak gas flow or gas pressure.
During the previous operations, the carrier 13 remains in the position shown, and the part 11a of the actuating rod 11 slides down in this carrier.
When the current flow through the switching device 12 is diverted into the primary coil 24 in the manner described above, this coil generates a magnetic field in its vicinity. This magnetic field induces a current in the short-circuit ring 25, which is electromagnetically coupled to the primary coil 24, whereby a downwardly directed repulsive force occurs between the primary coil 24 and the short-circuit ring 25, and this short-circuit ring 25 is moved downward. A strong electromagnetic force now acts on the connecting rods 28 and moves them and the parts connected to them downwards.
As a result of this downward movement of the connecting rods 28, the cylinders 4 of the contact sets 1 a and 1 b are moved downwards, and the movable contacts 3 of these contact sets are separated from the stationary contacts 2.
At the same time, the extinguishing gas is compressed in the chambers 6 of the cylinders 4. A wiping contact 35 is connected to the upper end of each movable contact 3, so that an arc is created between the contacts 2 and 3 when a certain gas pressure has already built up in the cylinders 4 is. The extinguishing gas, which is under high pressure, is now ejected against the arc that has arisen and extinguishes the same, whereby the circuit is finally interrupted.
To close the switch, the actuating rod 11 is moved upward by the drive mechanism, not shown, whereby not only the movable contact 16 of the switching device 12, but also the connecting rods 28 connected to the carrier 13 are moved upwards and the moving parts of the contact sets la and 1b are closed Move your senses. It should also be mentioned that the carrier 13 rests against the stop 11c again when the switch is open. First the contacts 15 and 16 close, whereupon the contacts 2 and 3 of the con tact sets la and lb are closed.
If the wiping contact 36 of the switching device 12 can travel a greater distance than the wiping contacts 35 of the breakers la and lb, then, as mentioned, the switching device is closed earlier than the breakers la and lb. This measure can prevent re-triggering during the switch-on process. In other words, a current can never flow between the primary coil 24 and the short-circuit ring 25 when the circuit breaker is switched on due to the closing of the contacts 15 and 16 before the contacts 2 and 3 of the breakers la and lb, which ensures a smooth, undisturbed switch-on process .
4 shows a variant of the switching device 12. Approximately in the middle of the stationary cylinder 40 is a second movable piston 42, on which a spring 41 acts against the direction of movement of the movable piston 17 when the switch is opened.
The volume 43 can be reduced by this measure.
If the operating rod 11 is moved downwards to open the switch, the movable contact 16 is separated from the contact 15, and at the same time the movable piston 17 compresses the extinguishing gas in the chamber 43. In this case, the volume of the chamber 43 compared to that of the chamber 19 is reduced according to FIG. 1, the gas in the chamber 43 is compressed to a higher pressure with a smaller stroke of the movable contact 16. The second movable piston 42 moves back slightly against the force of the spring 41, but maintains the pressure in the chamber 43, whereby the arcing between the contacts 15 and 16 is quickly extinguished and the time required for the entire opening operation can be reduced.
5 shows a further embodiment of the circuit breaker according to the invention. Contact sets 51a, 51b, and 51c are provided, but any number of contact sets could be disposed above the lowermost contact set 51c. A switching device 52 and an electromagnetic drive device 53 are arranged between the contact sets 51a and 51b. Each of the contact sets 51a-51c has a stationary contact 54, a movable contact 55, a compressor consisting of a cylinder 56 and a piston 57, which enclose a pressure chamber 58, and a funnel-shaped nozzle 78 made of insulating material, which is a pressurized extinguishing gas directs from the pressure chamber 58 against an arc formed between the contacts 54 and 55, on. The movable contacts 55 each have a main contact 55a and a spark extinguishing contact 55b.
The switching device has a stationary contact 59 and a movable contact 60. The stationary contact 59 is provided on the inside with an insulation layer 62 which leaves only one point acting as a collector 61 exposed. The movable contact 60 is provided at its upper end with an insulation layer 63 which, however, in the illustrated closed state of the circuit breaker, lies over the point of the movable contact lying on the collector 61. As a result of this construction, an arc that occurs when the contacts are separated is pushed onto the insulating layers 62 and 63, whereby the arc is rapidly extinguished.
The structure of this switching device is similar to that of FIGS. 1 and 4.
The electromagnetic drive device 53 has a primary coil 64 and a short-circuit ring 65 electromagnetically coupled to it. These parts correspond to those described with reference to FIG. 1 and are not explained in more detail here. An actuating rod 66, which is connected to an external drive unit (not shown), has a part 66a which slidably passes through a carrier 68 which is coupled by means of connecting rods 77 to carriers 67, which in turn are connected to the cylinders 56 of the contact sets 51a to 51c . The rods 77 are also connected to the short-circuit ring 67. A stop 66b limits the axial movement of the carrier 68.
The movable contact 60 of the switching device 52 is coupled to the actuating rod 66 by means of a connecting rod 69.
Stationary supports 70, to which the stationary parts of the contact sets 51a to 51c are connected, are coupled to one another by means of insulating rods 71.
In this embodiment of the circuit breaker, the closed circuit runs via the contact set 51c, the contact set 51b, the switching device 52 and the contact set 51a to the connection 72, and in each contact set 51a to 51c the circuit runs from the stationary support 70 via the stationary contact 54, the Main contact 55a, the cylinder 56, the collector 73, the piston 57 and the carrier 74 to the stationary carrier 70 of the next unit. In the switching device, the circuit runs from the carrier 70 via the stationary contact 59, the collector 61, the movable contact 60 and the collector 75 to the carrier 70 of the next unit.
To open the switch, the actuating rod 66 is moved downwards, whereby the movable contact 60 of the switching device 52 is moved downwards via the rod 69 and interrupts the main circuit at the collector 61 and pulls the resulting arc between the insulating layers 62 and 63, where it extinguishes. The main current will thus flow from the carrier 70 through the coil 64 connected to it and the conductor 76 to the lower carrier 70. As described with reference to FIG. 1, a repulsive force is thus exerted on the short-circuit ring 65, which now moves the moving parts of the contact sets 51a to 51c downwards, whereby the stationary contacts 54 and the main contacts 55a are separated, whereby an arc between the Contacts 54 and the spark extinguishing contacts 55b arises.
At the same time, an extinguishing gas is compressed in the chambers 58 and blown out through the nozzles 78 against the respective arcs in order to extinguish them.
To close the switch, the actuating rod 66 is moved upwards again, whereby the switching device 52 and the contact sets 51a to 51c are actuated in the closing sense, the switching device 52 being closed first while the contact sets 51a to 51c close with a certain delay. This chronological succession of the contact closure is achieved in that the switching device 52 can carry out a longer path to the separation of the contacts than the contact sets 51a to 51c. It is thus avoided that when the circuit breaker closes in the electromagnetic actuating device 53, a current flows which would cause the contact sets 51a to 51c to open, so that the closing process of the switch takes place smoothly and without considerable effort.
In all of the embodiments described, the contact sets, the switching device and the electromagnetic drive device are accommodated in a vessel which is filled with an arc-extinguishing gas with good electrical insulation properties.